Н. А. РУСТАМОВ, кандидат физико-математических наук

С.И. ЗАЙЦЕВ, кандидат физико-математических наук

Н.И. ЧЕРНОВА, кандидат био наук

(Лаборатория возобновляемых источников энергии Географического факультета МГУ
им. М.В. Ломоносова)

Современный уровень энергопотребления в мире эквивалентен 12
миллиардов. т н.э. С учетом имеющихся темпов роста к 2050 г. мировое
энергопотребление достигнет 15 миллиардов. т н.э. (по более пессимистическим
прогнозам – 25 миллиардов. т н.э.). При всем этом, по данным Мирового Энергетического
Совета, внедрение возобновляемых источников энергии возрастет вдвое и
достигнет 6 миллиардов. т н.э., а толика биомассы составит 2.6 миллиардов. т н.э.

Растительная биомасса является первичным источником энергии
на Земле. Она появляется при фотосинтезе из диоксида углерода и воды с
выделением кислорода. При образовании 1 кг сухой биомассы (древесной породы)
поглощается около 1.83 кг CO2 и столько же выделяется при ее
разложении (окислении, горении). В итоге содержание углекислого газа в
атмосфере остается постоянным. Не считая того, биомасса как горючее имеет ряд
плюсов. Внедрение биомассы для получения энергии более экологически
неопасно, чем, к примеру, угля из-за низкого содержания серы (при сжигании
биомассы выделяется наименее 0.2% серы и от 3 до 5% золы в сопоставлении с 2-3% и
10-15% соответственно для угля). Не считая того, зола может быть возвращена назад
в почву, что обеспечивает замкнутость круговорота биогенных частей. Эмиссия
оксидов азота при сжигании биомассы может быть снижена при использовании
современных технологий и снижении температуры сжигания. Создание компостов
из переработанной биомассы улучшает структуру земли и понижает загрязнение
стоков и подземных вод.

Биомасса также имеет приемущество перед углем благодаря
собственной более высочайшей возможности к реакции газификации. Уголь газифицируется при
высочайшей температуре в чистом кислороде, что просит использования установок для
сжижения воздуха и получения кислорода. Биомасса же газифицируется при более
низкой температуре, при всем этом теплота для поддержания процесса может быть
передана через теплообменники от наружного источника. Состав генераторного газа:
18-20% H2, 18-20% СО, 2-3% СН4, 8-10% СО2,
остальное – азот. Не считая того, энергия, получаемая при использовании биомассы,
относительно дешева и имеются способности ее скопления. В связи с малой
мощностью электрических станций, применяемых в качестве горючего биомассу, к их
преимуществам можно отнести также маленький срок проектирования и строительства,
увеличение надежности энергоснабжения, связанное с его децентрализацией,
увеличение эффективности использования горючего; понижение остроты препядствия
избавления от отходов.

По оценкам Всероссийского института электрификации сельского
хозяйства Русской академии сельскохозяйственных наук (ВИЭСХ РАСХН), к 2010
г. внедрение биомассы в Рф вырастет более чем втрое, в первую
очередь за счет ее внедрения для получения электроэнергии, теплоты в
паротурбинных и газотурбинных установках с новейшей технологией газификации
биомассы, также в дизель-генераторных установках и движках Стирлинга.
Не считая того, появятся коммерческие технологии получения моторного горючего из
биомассы. В этой связи животрепещущей становится задачка искусственного сотворения
энергетических плантаций для крупномасштабного производства биомассы.

Посадки так именуемых энергетических лесов на площади 10
млн. га способны дать около 143 млн. т у.т. энергии в виде дров и приблизительно
столько же в форме липидов и этанола для моторного горючего. Энерго
плантации биомассы предупреждают эрозию земли, содействуют улучшению состояния
среды. В последние 10 лет в Рф не обрабатывается приблизительно 30
млн. га пашни, с которой можно получить 300 млн. т водянистого биотоплива.

В текущее время в мире для энергетических целей
употребляется до 1 миллиардов. т у.т. растительной массы, что эквивалентно 25% мировой
добычи нефти. Потенциальные же ресурсы растительной массы для энергетического
использования добиваются 100 миллиардов. т у.т. В странах экваториального пояса
биомасса остается главным источником энергии. Ее толика в энергобалансе
развивающихся государств составляет 35%, в мировом потреблении энергоресурсов – 12%,
в Рф – 3%.

В нашей стране биомасса употребляется в главном в виде дров
и отходов растениеводства для отопления домов и публичных построек, для
процессов сушки, получения пара и жаркой воды. Потому принципиальной задачей является
увеличение эффективности применяемого печного и котельного оборудования и его
автоматизация. Энергоэлементы в сельской местности развивающихся государств
употребляются в большей степени для изготовления еды и нагрева воды. Сжигание
биомассы, свойственное для сельских районов, наносит значимый вред
окружающей среде. В Индии от сжигания биомассы раз в год поступает в атмосферу
более 68 млн. т диоксида углерода. Классические очаги для изготовления еды
имеют тепловую эффективность 10%. Оснащение улучшенными печами
(тепловая эффективность 30-35%) обеспечивает экономию дров втрое, тем
самым замедляя процесс сведения лесов. В странах Азии и Африки есть
многообещающие программки полной подмены печей старенькой конструкции новыми,
модернизированными, так как там остро стоят вопросы тяжеленной интоксикации
дам и деток при изготовлении еды, экономичного расходования дефицитного в
засушливых районах древесного горючего, уменьшения дымовых поступлений в
атмосферу. Везде установлены такие печи в Китае (180 млн. печей, в
среднем одна печь на 6-8 человек). Усовершенствованные печи применимы как для изготовления
еды, так и для подогрева помещений. В Индии правительство на федеральном и
региональном уровнях выделяет значимые субсидии для реализации программ по
установке улучшенных печей. К концу 2000 г. в стране работало 32.6
млн. таких печей. Внедрение усовершенствованных печей выручило от поражения более 13
млн. т древесной породы в год.

Энергия, запасенная в первичной и вторичной биомассе, может
конвертироваться в на техническом уровне комфортные виды горючего либо энергии несколькими
способами.

Получение моторного
горючего из растительных углеводородов (растительного масла,
высокомолекулярных жирных кислот и их эфиров, предельных и непредельных
углеводородов и т.д.). К этой области в текущее время проявляется большой
энтузиазм и развивается новое направление, связанное с созданием видов горючего,
имеющих растительное происхождение. К примеру, в Рф может употребляться
рапсовое масло, добавляемое в дизельное горючее. Уже в текущее время такое
горючее по цены соизмеримо с дизельным при фактически полном отсутствии выбросов
вредных веществ в атмосферу. Разработка и внедрение таковой технологии для
критерий Рф обеспечит высококачественный переход к созданию
сельскохозяйственно-промышленных комплексов, не требующих энергии снаружи, но
обеспечивающих создание энергии для наружного рынка.

Термохимическое
преобразование биомассы при больших температурах:

прямое сжигание для производства тепла;

пиролиз для получения газа, пиролитических жидкостей и других веществ;

газификация для производства газов с низкой промежной теплотворной
способностью (получаемый газ может подвергаться процессу конкретного
сжижения для получения аммиака, метилового спирта либо преобразовываться в
синтетический природный газ);

сжижение для получения тяжеленной топливной нефти либо бензина.

Биотехнологическая
конверсия биомассы в горючее с получением низкоатомных спиртов,
жирных кислот, биогаза.

Большая часть исследовательских работ по созданию моторного горючего из
биомассы ориентировано на получение этанола из сладкого тростника, зерна и
сладкой свеклы, также рапсового метилового эфира из семян рапса. При
урожайности семян рапса 3 т/га можно получить 1 т моторного горючего и 2 т
качественных кормов. Характеристики моторного горючего, получаемого из семян
рапса, близки к свойствам дизельного горючего, но вредные выбросы при
использовании биотоплива существенно снижены. В Чехии делается 700000 т
биодизельного горючего в год. Как указывает опыт Чехии и Германии,
коммерциализация этой технологии при современных ценах на нефть может быть
обеспечена только при помощи муниципальных субсидий. В Бразилии огромное
количество биотоплива перерабатывается в жидкое горючее (этанол) для
авто движков.

По данным Р. Вильямса из института г. Принстон (США),
вероятные размеры получения энергии с 1-го гектара составляют (ГДж/га): для
рапса – 50, для пшеницы – 70, для сладкой свеклы – 135, для сладкого
тростника – 105; для этанола, приобретенного методом гидролиза древесной породы – 115, для
этанола, приобретенного методом термохимической газификации древесной породы – 160, для
водорода, приобретенного из древесной породы методом газификации – 205.

Все большее распространение в энергетике находит
термохимическое преобразование биомассы, а именно газификация – сжигание
биомассы при температуре 800-1500°С в присутствии воздуха либо кислорода и воды
с получением синтез-газа либо генераторного газа с теплотой сгорания от 10500
до 16700 кДж/м3 (при обычных критериях), состоящего из угарного
газа (моноксид углерода), водорода и примесей метана и других углеводородов.
Газогенераторы, объединенные в один энергетический комплекс с водяными котлами
либо дизель-генераторами, употребляются для получения термический и электронной
энергии. Проведенные исследования и имевшийся в Рф еще в 1930-1940-х гг.
опыт строительства газогенераторных установок позволили сделать к истинному
времени газогенераторы последнего поколения с завышенным КПД и термический мощностью
100, 200, 600, 3000, 5000 кВт. По техническим чертам сделанные
газогенераторы отвечают современному мировому уровню. Современные паротурбинные
электростанции, использующие биомассу в виде древесной породы, растительных отходов,
топливных брикетов, имеют КПД 20-25%. В США мощность таких электрических станций уже
достигнула 8000 МВт. Характеристики схожих электрических станций на биомассе могут
составлять от нескольких 10-ов кв для фермерского хозяйства до 100 МВт
для промышленных целей.

Газотурбинные электростанции с установками газификации
биомассы имеют КПД до 40-45%, что вдвое лучше черт паротурбинных
электрических станций. Маленькое содержание серы упрощает чистку генераторного газа и
делает эти станции более экономными, чем электростанции, работающие на угле.

Ответ на вопрос о том, вызовет ли сжигание биомассы
увеличение концентрации диоксида углерода в атмосфере, находится в зависимости от
сбалансированности употребления этого вида горючего и восстановления живой
биомассы растений (Алексеев В.В., Киселева С.В. Неувязка СО2 и новые
подходы к другой энергетике // Глобальные природно-антропогенные
процессы и экология сферы обитания. Сборник трудов РАЕН. – М., 1996. С. 3-15).
В случае, если создание биотоплива равно его потреблению, углерод только
участвует в круговороте меж наземной биотой и атмосферой.

Критичный анализ результатов последних исследовательских работ,
связанных с оценкой роли леса как потенциального источника и поглотителя CO2,
показал, что в умеренных и больших широтах, где основной припас углерода
содержится в почве, в масштабе нескольких 10-ов лет эти эффекты могут
восполнить друг дружку. Дополнительное и очень существенное воздействие на рост
лесов оказывает фактически увеличение концентрации углекислоты в атмосфере.
Расчеты демонстрируют, что нетто – поглощение CO2 лесами Рф на 1990
г. составило приблизительно 100 млн. т углерода в год. При всем этом прирост припаса углерода
в почве уменьшился на 10 млн. т углерода в год. Суммарное поглощение CO2
лесами и лесными почвами будет нарастать: к 2010 и 2020 гг. оно составит 140 и
200 млн. т углерода в год соответственно. При всем этом будет нарастать поток СО2
из земли в атмосферу: за 20 лет он возрастет с 10 до 100 млн. т углерода в
год. Это вызвано тем, что скорость разложения органики в почве значительно
находится в зависимости от температуры. Подчеркнем, что реальный и предсказуемый на 20-30 лет
прирост живой биомассы в главном обоснован реакцией лесов на уже произошедший
рост температуры и концентрации СО2. Поток CO2 из земли,
напротив, практически только вызван потеплением. За счет него в предстоящие 60
лет в атмосферу поступит 15 миллиардов. т углерода. Сопоставление приобретенных значений
потоков CO2 с его антропогенным выбросом в Рф, оцениваемым
на данный момент в 700-800 млн. т углерода в год, указывает, что в текущее время
компенсирующий эффект лесов составляет 10-15% и может вырасти к 2010 г. до
20-25%. Таким макаром, суммарный эффект, получаемый за 50 лет от посадки леса
на 10 млн. га, можно оценить в 500-1000 млн. т углерода при обычных для
Рф лесопосадках и 3000-6000 млн. т углерода при особых посадках
высокопродуктивных пород, внесении удобрений и т.д.

В текущее время созданию плантаций энергетических лесов
огромное внимание уделяют многие европейские страны – Англия, Франция,
Германия и другие. В стадии опытно-промышленной эксплуатации находятся
электростанции, для которых скооперировано выкармливание энергетических лесов, то
есть работающие на сжигании древесной породы. Обширно употребляются отходы
лесопереработки и лесозаготовок, также энергетического торфа для производства
термический и электронной энергии (страны Скандинавии) как при прямом сжигании
биомассы, так и через ее газификацию с следующим сжиганием приобретенного
генераторного газа. Завышенный энтузиазм к созданию таких плантаций вызван не
только получением альтернативного источника энергии, да и возможностью
переориентации крестьянских хозяйств с выкармливания лишней
сельскохозяйственной продукции на действенное внедрение земель в других
целях. В текущее время для этих целей испытано около 20 разных видов
растений – древесных, кустарниковых и травянистых, в том числе таких как
кукуруза и сладкий тростник. В качестве энергетического сырья в Рф
рекомендуется использовать бодяк и коровяк, которые очень нетребовательны к
местам обитания и очень ценны в энергетическом плане, потому что содержат в собственном
составе 7.6-9.6% от веса пиролитических масел (Aлeкceeв В.В., Красовская Т.М.
Леса топливного предназначения // Вестник Столичного института. Сер. География.
1995. № 4. С. 21-26).

Для сотворения плантаций энергетических лесов в умеренной
климатической зоне более перспективны разновидности быстрорастущих видов
тополя (волосистоплодного и канадского) и ветлы (корзиночной и козьей), а в южной
части страны – акации и эвкалипта. Посадка энергетических плантаций ведется
черенками либо саженцами квадратно-гнездовым методом либо в шахматном порядке с
различной шириной междурядий (от 0.8 до 2 м). Для тополя плотность посадок
обычно составляет 3-5 тыс. экземпляров на 1 га, но общих советов пока
не выработано. Период ротации составляет 6-7 лет. Уход за плантацией
заключается в бороновании междурядий, внесении удобрений и орошении в
засушливые периоды. Плантации могут быть монокультурными и комбинированными.
Последние заслуживают особенного внимания, так как содействуют диверсификации
посевов и посадок разных культур, что должно повысить устойчивость к
болезням и вредителям, тем снижая потребность в ядохимикатах. Не считая
того, подобные плантации рациональнее употребляют поступающую солнечную энергию
для формирования биомассы.

Принцип комбинированных посевов и посадок разных культур
на одном участке отлично известен в тропиках, где так именуемые «огороды» дают
урожаи разных культур в протяжении пары лет попорядку без внедрения
удобрений и ядохимикатов. Разные варианты комбинированных посевов и посадок
различных культур, включая энерго, уже испытаны в одном из графств
Англии. В посадках употребляют тополь и ячмень в междурядьях или
тополь, ясень, ольху с подсолнечником и люпином в междурядьях либо горохом
полевым, ячменем, трилистником, зеленоватыми культурами и т.д. Пример комбинированного
использования энергетических лесов известен в Греции, где на плантациях
шелковицы выкармливают шелковичного червяка. Зимой годичный прирост веток
подрезают и употребляют как биомассу. На европейской местности Рф, где до
80% электроэнергии вырабатывается на ТЭЦ, многие из которых размещены в
лесных районах, непременно, имеются способности для сотворения плантаций
энергетических лесов или частичного использования местных лесных ресурсов
(отходы заготовки и переработки древесной породы).

Количество энергии, которое можно получить с энергетической
плантации при урожайности 15 т сухой биомассы с гектара в год (теплотворная
способность 15 Мдж/кг), составляет 225 ГДж/га. При КПД газотурбинной
электростанции 40% один гектар энергетической плантации может обеспечить
экологически незапятнанным топливом создание 252 МВт-ч электроэнергии в год. В
истинное время рассматриваются разные схемы использования энергетических
лесов с маленькими севооборотами (обычно, предлагаются севообороты с
шестилетним циклом). При всем этом энергоотдача (отношение количества энергии,
которое получают от системы, к энергетическим затратам на ее создание и
эксплуатацию, включая все косвенные расходы) таких энергетических плантаций
колеблется меж 3 и 4, что оказывается полностью применимой величиной, если
учитывать, что энергоотдача для термических станций, работающих на угле, составляет
4-5 единиц.

Внедрение биомассы энергетических лесов на ТЭЦ для
выработки электроэнергии позволяет решить еще одну немаловажную задачку:
получить газы с высочайшим содержанием СO2 – до 10-11%, что дает
возможность после концентрирования CO2 довольно легко
использовать его для выкармливания микроводорослей. Это может быть, к примеру,
обширно популярная микроскопичная водоросль – хлорелла, содержащая в собственной
биомассе 30-40% Сахаров, которые могут быть переброжены в этанол, являющийся
неплохим моторным топливом, и до 40% липидов, которые также являются красивым
топливом и могут быть применены в качестве заменителей мазута.
Принципным в этой схеме будет то, что после дезинтеграции и сепарации
биомассы биогенные вещества – фосфор, калий, азот и т.д. – ворачиваются в
культуральную среду для повторного выкармливания микроводорослей. Приведенная на
рис. 1 схема, включающая термическую электрическую станцию (столичная ТЭЦ-26) и систему
культивирования микроводорослей «Биосоляр», оказывается замкнутой по всем
биогенным элементам, не считая углерода.

Рис. 1. Схема гибридной энергосистемы «Биосоляр» – ТЭЦ-26.

Сезонный ход солнечной радиации не позволяет растить
биомассу в зимнее время. Это вынуждает хранить не только лишь готовый продукт,
к примеру этанол либо водянистые углероводороды, да и ставит делему аккумулирования
углекислоты, которая является одним из важных компонент, нужных для
фотосинтеза. Более комфортным методом ее хранения является внедрение
смесей К2СО3 и Na2CO3, которые
обширно используются для адсорбции CO2 из дымовых газов при
производстве сухого льда. При всем этом карбонат в адсорбере преобразуется в
бикарбонат,а в регенераторе,обогреваемом водяным паром, он вновь перебегает в
карбонат и вызволяет углекислый газ. Более комфортен поташный способ, ровная
и оборотная реакция для которого приведена ниже:

2KHCO3 = K2CO3 + H2O
+ CO2.

При всем этом в 1 т гидрокарбоната калия может быть
аккумулировано около 270 кг CO2. Процесс адсорбии смесями
жаркого поташа комфортен тем, что он идет при атмосферном давлении и температуре
около 75°С. Более целенаправлено использовать смеси с концентрацией К2СО3
порядка 30-40%. Регенерация раствора делается методом нагрева и отдувки CO2
водяным паром. Для данного процесса может быть применено отходящее
низкопотенциальное тепло электростанции. В силу того, что получение СО2
из гидрокарбоната нужно проводить летом, можно для этого использовать
солнечное тепло.

В текущее время ТЭЦ являются одними из главных
загрязнителей среды оксидами азота и серы. В 1990-х гг. ТЭЦ Рф
выкинули 3.06х106 т SO2 и 1.64х106 т NOx,
что составляет 26% от полного количества выбросов. Концентрация NOx в дымовых
газах колеблется в границах 200-1000 мг/м3, концентрация SO2
добивается 4 г/м3. Извлекаются оксиды азота и серы из дымовых газов с
помощью карбамидного способа, при котором можно достигнуть фактически полной
чистки. ТЭЦ-26, рассмотренная выше, работает на природном газе, потому
выбросы соединений серы малы.

Как проявили расчеты, для получения 1 кг древесной биомассы
нужно отобрать из дымовых газов 1.5 м3 азота в день. Для
обеспечения питания водных растений на плантации площадью 1 га будет нужно 200 м3
азота в день. При общем выбросе ТЭЦ 90х106 м3 азота в день
потребность таковой плантации площадью 1000 га будет удовлетворяться на сто процентов.
Концентрированная суспензия водных растений просит для собственного роста дополнительного
углеродного питания. Потому в гибридную систему нужно включить установку
для извлечения СО2 из дымовых выбросов ТЭЦ, прошедших чистку от
оксидов азота и серы. Разработан метод полного насыщения части культуральной воды
углекислотой, что дает возможность заносить CO2 без утрат и в подходящем
объеме в водянистую среду.

При рассмотрении системы насыщения питательного раствора
продуктами горения природного газа, применяемого на ТЭЦ, содержащими 8.72% CO2
после чистки от оксидов азота и серы, оказалось, что для системы культиваторов
площадью 1000 га довольно утилизировать около 1 % выбросов СО2.

К числу главных промышленных отходов относятся термические
выбросы в атмосферу и воду из теплоэнергетических установок, печей, систем
отопления, остывания, вентиляции, кондиционирования воздуха и т.д. С одной
стороны, они являются источником вторичных энергоресурсов, с другой – негативно
оказывают влияние на атмосферные процессы и климат регионов, изменяют биоценоз водоемов и
т.п. Современные электростанции, работающие на органическом горючем, имеют КПД
не выше 40%. Приблизительно 10% термический энергии отводится с уходящими газами и около
50% рассеивается с охлаждающей водой. Для промышленных компаний такие
термические отходы не представляют энтузиазма. Основными потребителями
низкопотенциальных вторичных энергоресурсов могут быть отрасли сельскохозяйственного
производства, а именно оранжерейные хозяйства, которые могут употребляться по
прямому предназначению для выкармливания товаров растениеводства и производства
микроводорослей. Расчеты демонстрируют выгодность частичной подмены градирен
водоемом-охладителем, на поверхности которого можно располагать культиваторы с
микроводорослями. В средних широтах водные растения можно растить в этих критериях
в течение летнего сезона (с мая по сентябрь). А в случае выкармливания
микроводорослей в оранжерейных комплексах сбросное тепло ТЭЦ способно покрыть до
77% потребностей в тепле, нужном для поддержания рационального локального климата (Алексеев В.В., Гусев A.M., Лямин М.Я. Метод
биоконверсии солнечной энергии в энергию биохимического горючего // Авторское
свидетельство № 1637333 в Госреестре от 22 ноября 1990 г.).
При выращивании биомассы спирулины в теплицах в погодных критериях
умеренного пояса требуется для стандартной плантации площадью 10000 м2
с производительностью 13 т сухой биомассы в год около 5000 Гкал термический
энергии и 540 тыс. кВт-ч электроэнергии. В случае использования сбросного тепла
АЭС либо ТЭС достигается удешевление производства по последней мере на 30%.

Для промышленного культивирования биомассы спирулины в
критериях Рф проведены опыты по оптимизации питательных сред с целью
удешевления производства и одновременного поддержания нужного
биохимического состава биомассы. Определены виды азотных и всеохватывающих удобрений,
дающих устойчивую урожайность и сохраняющих высочайшее качество биомассы.
Изучалась возможность культивирования биомассы микроводорослей на остатках
метанового сбраживания (шламе) отходов животноводства, что позволяло обеспечить
замкнутость системы «Биосоляр» по главным биогенным элементам (азоту, фосфору,
калию, магнию, железу, микроэлементам). Известен также опыт выкармливания
микроводоросли спирулины с внедрением отходов животноводства, что позволяет
удешевить процесс производства и облегчить экологическую нагрузку на
местности.

Микроводоросли могут быть применены как действенный
поглотитель томных металлов из водянистой среды. В этой области имеется
значимый опыт выкармливания спирулины на промышленных и городских сточных
водах. Так как АЭС мощностью 1 ГВт просит для собственного остывания водоем
площадью 30 км2, при размещении на его поверхности плантации
микроводорослей со средней урожайностью 10-20 г/м2 сухого вещества в
день можно получать около 0.1 млн. т сухой биомассы в год. Часть радионуклидов
сбросных вод АЭС (10Со, 134Cs, 137Cs, 90Sr
и др.) может быть сконцентрирована в биомассе спирулины. При выделении метана
радиоактивные вещества, скопленные водными растениями, остаются в отходах метантенков
и исключаются из био циклов. Отходы метантенков могут быть ориентированы
на захоронение либо применены для получения изотопов и микроэлементов. Таким
образом может быть комплексно решать природоохранные вопросы и делему увеличения
эффективности АЭС.

Предлагаемая система культивирования микроводорослей может
быть интегрирована в энергобиологические комплексы, уже работающие на
энергетическом потенциале сбросных теплых вод. Таковой комплекс был сотворен в
начале 1990-х гг. на Курской АЭС ВНИИ «Атомэнергопроект». В систему входили
блоки открытого обогреваемого грунта, рыбохозяйственный, оранжерейный,
био мелиорации водоема-охладителя и блок метаногенеза, работающий на
отходах данного всеохватывающего производства. «Биосоляр» может обеспечивать
схожий энергобиологический комплекс кормовыми добавками (как для
рыбохозяйственного блока, так и для сельскохозяйственных животных), давать
биомассу для производства на биологическом уровне активных добавок к еде и переработки в
блоке метаногенеза, обеспечивать дополнительное количество удобрений и
биостимуляторов для растений в виде шлама.

Посреди способов био конверсии биомассы представляют
энтузиазм проекты получения водорода способом биофотолиза при помощи пурпуровых
фотосинтезирующих микробов из органических веществ либо восстановленных
неорганических соединений серы, также при помощи азотфиксирующих цианобактерий
конкретно из воды. Но практическое применение энзиматического метода
получения фотоводорода – перспектива очень отдаленного грядущего. Биомасса
может быть применена для получения энергии прямым сжиганием, вероятна
термохимическая газификация с получением синтетического газа либо водянистого
горючего. Но более реальным и экономным процессом является биоконверсия с
помощью микробов. Микробиологическое получение горючего – это анаэробный
процесс, биохимическая сущность которого заключается в сбрасывании электронов на
хорошие от кислорода акцепторы с образованием восстановленных веществ:
спиртов, кетонов, органических кислот, сероводорода, водорода, метана. Методом
микробиологической переработки растительного сырья могут быть получены и другие
восстановленные продукты, к примеру бутан, ацетон и т.д. для использования в
хим индустрии.

Особенный энтузиазм представляет получение газообразного горючего –
водорода и в особенности метана. Расчеты демонстрируют, что эффективность запасания
энергии в водороде при брожении не превосходит 20-30%, тогда как в метан
перебегает более 80% энергии, сначало заключенной в начальной органике.
Фактически хоть какое органическое сырье, кроме лигнина и восков, может
быть подвергнуто метановому брожению. Более принципиальным сырьем для производства
биогаза может служить так именуемая вторичная биомасса, представляющая собой
отходы, которые подлежат чистке и уничтожению. Это коммунальные стоки городов,
отходы микробиологической, пищевой, мясомолочной и других отраслей
индустрии, перерабатывающей органическое сырье, отходы растениеводства,
навоз сельскохозяйственных животных. Самым многообещающим направлением таковой
переработки биомассы является анаэробное сбраживание навоза, в процессе
которого 40-50% твердого вещества навоза преобразуется в метан и углекислый газ.
Относительная толика аммиака в полном количестве азота возрастает с 27 до 48%,
а толика органического азота – с 4 до 5.1%. Это позволяет считать метановое сбраживание
действенным методом чистки сточных вод, снижающим загрязнение окружающей
среды с одновременным получением энергии и качественного, экологически
незапятнанного удобрения, в состав которого входят гумусоподобные органические
вещества, содействующие улучшению структуры земли и увеличению ее плодородия.
Потому при расчете экономического эффекта биогазовых установок следует
учесть, не считая топливной составляющей, к тому же природоохранный эффект, также
эффект от использования сброженного шлама как товарного продукта для удобрения
земли либо в качестве корма. Создание биогаза становится экономически
оправданным, когда метантенк работает на переработке имеющегося потока
отходов либо другой биомассы. Примерами схожих отходов могут быть стоки канализационных
систем, животноводческих комплексов, скотобоен и т.п. Экономичность в этом
случае связана с тем, что нет необходимости в подготовительном сборе начального
сырья, организации и управлении процессом его подачи. Таким макаром,
разработка, основанная на микробиологической переработке сельскохозяйственных
отходов в анаэробных критериях (метановое сбраживание), позволяет решать
препядствия экологического, энергетического и агрохимического нрава и служит
основой для сотворения в сельскохозяйственном производстве безотходных
экологически незапятнанных технологий.

Особое выкармливание биомассы в виде микроскопичных
водных растений с следующим ее перебраживанием в спирт либо метан позволяет сделать
искусственный аналог процесса образования органических топлив, превосходящий по
скорости естественные процессы во многие миллионы раз. Соотношение меж
величиной первичной био продукции и веществом, захороненным и
уцелевшим в морских осадках, составляет 1000:1. Создание особых
критерий может во много раз ускорить образование горючего. КПД фотосинтеза
благодаря оптимизации питания биогенными элементами, температуры и
смешивания может быть увеличен от 1.1 до 10%. В процесс переработки биомассы
в газ и нефть может быть включено все вещество, а не 0.001 его часть, как
происходит в природе, другими словами естественный процесс образования углеводородов
может быть существенно интенсифицирован. С этой точки зрения большой энтузиазм
вызывает одноклеточная водоросль ботриококкус, содержание углеводородов в
которой добивается 80% от сухого веса. Углеводороды локализуются в главном на
внешней поверхности клеток, и, как следует, их можно удалять обычным
механическим методом либо, к примеру, применяя центрифуги, при этом клеточки при
этом не разрушаются и их можно возвращать назад в культиватор. Состав
углеводородов, продуцируемых ботриококкусом, позволяет использовать их в
качестве источника энергии либо как сырье в нефтехимической индустрии
(конкретно либо после неполного крекинга). После гидрокрекинга на выходе
выходит 65% газолина,15% авиационного горючего, 3% остаточных масел.

Рис. 2. Схема гибридной системы для получения электроэнергии
и моторного горючего (этанола).

Рвение к более оптимальному использованию биомассы в
качестве источника энергии с учетом трудности загрязнения среды
приводит к анализу комбинированных гибридных систем. На рис. 2 приведена одна
из вероятных схем гибридной системы, включающей энерго плантации и
установку «Биосоляр». Схожая система предпочтительна в почти всех отношениях.
К примеру, понятно, что существенное количество загрязнений, поступающих в
окружающую среду, дает транспорт. В различных странах величина выбросов СО2
в атмосферу от тс колеблется от 20 до 30% полного количества
выбросов. При всем этом усложняется задачка уменьшения поступления диоксида углерода
в атмосферу, потому что дымовые газы на стационарных установках могут быть очищены
от СО2, в то время как для автотранспорта эта задачка оказывается
фактически неразрешимой. Но создание гибридных систем, сочетающих внутри себя
способности для выработки электроэнергии и производства моторного горючего,
позволяет отчасти решить делему уменьшения загрязнения атмосферы парниковыми
газами. Приведенная на рис. 2 схема замкнута по всем биогенным элементам, не считая
углерода, который забирается из атмосферы через энергетический лес. Он же
выбрасывается в атмосферу при сжигании приобретенного горючего, к примеру транспорным
средством. Но так как углерод употребляется в данной схеме два раза – при
получении электроэнергии и моторного горючего – данная система приводит к
уменьшению углекислоты в атмосфере Земли.

«Энергия» 2005, № 6. С. 20-28.