Биоэнергетика

Население земли
может получить
достаточное
количество
электроэнергии,
не вырабатывая
ее на ГЭС, АЭС
либо ТЭС, работающих
на угле, нефти,
природном газе
и горючих сланцах.
Можно нужную
энергию получать,
используя
другие
источники
энергии, к примеру
ветровые, приливные,
геотермальные,
солнечные и
волновые
электростанции
либо ТЭС, работающие
на биомассе.

Под
другой
энергией понимаются
биогаз, биодизель
и другие углеводороды,
приобретенные
в итоге
переработки
биомассы. Ресурсы
данных источников
колоссальны,
но ограниченны.
Другая
энергетика
удовлетворить
потребность
населения земли
может только
при экономии
энергии. К примеру,
в Индии правительство
на федеральном
и региональном
уровнях выделяет
значимые
субсидии для
реализации
программ по
установке
улучшенных
печей. К концу
2000 года в стране
работало 32,6
миллиона таких
печей. Внедрение
усовершенствованных
печей выручило
от поражения
более 13 миллионов
тонн древесной породы
в год. А если
усовершенствовать
печи по всему
миру? Внедрение
биомассы в
энергетических
целях дает
огромные перспективы:
можно использовать
отходы сельского
хозяйства
(получение
биогаза в
животноводстве,
внедрение
на ТЭС отходов
растениеводства),
также получать
горючее (выкармливание
энергетических
лесов).

Что
можно сделать
из биомассы?

Биогаз.
Всего в мире
в истинное
время употребляется
либо разрабатывается
около шестидесяти
разновидностей
технологий
получения
биогаза. Более
всераспространенный
способ — анаэробное
сбраживание
в метатанках,
либо анаэробных
колоннах. Биомасса
(какашки
сельскохозяйственных
животных; трава
и остальные отходы
растениеводства)
сбраживаются
в итоге
жизнедеятельности
метанобактерий,
в итоге
чего образуются
биогаз и побочные
продукты (витамин
В, удобрение).

Потенциал:
Наша родина раз в год
копит
до 300 миллионов
тонн в сухом
эквиваленте
органических
отходов.250 млн.
т. в сельскохозяйственном
производстве
и 50 млн. т в виде
бытового мусора.
Эти отходы
являются сырьем
для производства
биогаза. Возможный
объем раз в год
получаемого
биогаза может
составить 90
миллиардов. м3.

Биодизельное
горючее

Биодизель
— это экологически
незапятнанное горючее
для дизельных
движков,
получаемое
методом хим
обработки
растительного
масла либо животных
жиров, которое
может служить
добавкой к
дизельному
горючему либо
вполне
подменять его.
Биодизель, как
проявили опыты,
при попадании
в воду не причиняет
вреда растениям
и животным.
Не считая того, он
подвергается
фактически
полному био
распаду: в почве
либо в воде
мельчайшие организмы
за 28 дней перерабатывают
99 процентов
биодизеля, что
позволяет
гласить о
минимизации
загрязнения
рек и озер.
Создание
биодизеля
позволяет
ввести в оборот
не применяемые
сельскохозяйственные
земли, сделать
новые рабочие
места в сельском
хозяйстве,
машиностроении,
строительстве
и т.д. К примеру,
в Рф с 1995 по
2005 год посевные
площади сократились
на 25,06 миллиона
гектаров.

Выкармливание
биомассы для
синтеза горючего

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 метров).
Для тополя
плотность
посадок обычно
составляет
3 5 тыщ экземпляров
на 1 гектар, 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 на
протяжении
нескольких
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 с 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 процентов
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 тонн сухой
биомассы с
гектара в год
(теплотворная
способность
15 МДж/кг), составляет
225 ГДж/га. При КПД
газотурбинной
электростанции
40 процентов,
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
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-мя
и 4-мя, что
оказывается
полностью применимой
величиной, если
учитывать, что
энергоотдача
для термических
станций, работающих
на угле, составляет
четыре-пять
единиц.

Растительное
масло имеет
огромную теплотворную
способность
(38 МДж). Не считая того,
растительное
масло можно
переработать
на биодизель.
А вот сколько
масла можно
получить с
гектара пашни,
засеянного
масличными
культурами?

Естественно,
внедрение
пищевых товаров
(в этом случае
растительное
масло) не является
выходом из
энергетической
препядствия. Но
данный ресурс
рассматривать
полностью целенаправлено.

Способ
прямой конверсии
биомассы в
горючее

Не так давно
Джоржем Хубером
и 2-мя его
студентами
из института
штата Массачусетс
был разработан
способ прямой
конверсии
биомассы в
горючее. Они
выпустили
в журнальчике ChemSusChem
статью с описанием
способа селективного
каталитического
пиролиза целлюлозы,
результатом
которого является
образование
ароматичных
соединений
(нафталин, толуол,
этилбензол
и др.), посреди
побочных товаров
— жесткий углеродный
материал, СО,
СО2 и вода.

Реакцию
проводили при
600 C на цеолитном
катализаторе
ZSM5. Процесс завершался
всего за две
минутки. Начальным
реагентом
служил очищенный
порошок целлюлозы.

Представления
о механизме
процесса включают
несколько
простых
реакций — разложение
целлюлозы с
образованием
органических
соединений,
содержащих
кислород, потом
реакции этих
соединений
снутри пор
катализатора,
где происходит
дегидрирование,
декарбонилирование,
олигомеризация
и другие хим
перевоплощения.

Специалисты
высоко оценили
новейшую работу,
хотя сами создатели
признают, что
это только 1-ый
шаг к действенному
преобразованию
биомассы в
моторное горючее.
Сперва
предстоит
изучить возможность
использования
сырой биомассы,
а не порошка
целлюлозы.
Дальше, основными
продуктами
пиролиза являются
ароматичные
соединения,
а их, согласно
требованиям
правительственной
организации
США — Агентства
по охране окружающей
среды — не должно
быть больше
25% в общей массе
бензина. Означает,
придется ограничиться
добавкой приобретенной
ароматики к
алканам, или
проводить
дополнительную
реакцию гидрирования.

Тем
более, невзирая
на все эти
ограничения,
процесс д-ра
Хубера завлечет
огромное внимание
коллег и даст
толчок к предстоящим
исследованиям
в области
экологически
незапятанной энергетики,
не приводящей
к росту содержания
углекислого
газа в атмосфере.

Выкармливание
и переработка
водных растений

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 в
миллионы раз.
Соотношение
меж величиной
первичной
био
продукции и
веществом,
захороненным
и уцелевшим
в морских осадках,
составляет
1000:1.

Создание
особых
критерий может
неоднократно
ускорить образование
горючего. КПД
фотосинтеза
благодаря
оптимизации
питания биогенными
элементами,
температуре
и смешиванию
может быть
увеличен от
1,1 до 10 процентов.
В процесс переработки
биомассы в газ
и нефть может
быть включено
все вещество,
а не 0,001 его часть,
как происходит
в природе, то
есть естественный
процесс образования
углеводородов
может быть
существенно
интенсифицирован.
С этой точки
зрения, большой
энтузиазм вызывает
одноклеточная
водоросль
ботриококкус,
содержание
углеводородов
в какой добивается
80 процентов 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 всем 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 процентов
газолина, 15
процентов
авиационного
горючего, 3 процента
остаточных
масел.

Цианобактерии
и биотопливо

Ученые
из института
Техаса в Остине
обучили бактерии
производить
материал для
горючего. Они
изменили геном
цианобактерии,
по этому
последняя
научилась
производить
огромное количество
целлюлозы,
которое будет
применено
для получения
биотоплива.

Ученые
изменили геном
цианобактерий,
добавив туда
гены, отвечающие
за продукцию
целлюлозы,
взятые от уксусных
микробов Acetobacter
xylinume. В итоге
измененные
бактерии стали
создавать
целлюлозу в
виде геля, что
очень комфортно,
потому что ее легче
в таком виде
расщеплять
на глюкозу и
сахарозу — обыкновенные
сахара, которые
являются главным
источником
для получения
этанола.

Спецы
высказали
предположение,
что при помощи
измененных
микробов намного
легче получать
этанол, чем, к
примеру, из
кукурузы, свеклы
либо сладкого
тростника. Так
как целлюлоза,
получаемая
из этих растений,
находится в
кристаллической
форме.

Что
также важно,
по воззрению ученых,
так это то, что
цианобактерии
можно растить
на непахотных
землях и использовать
для полива
соленую воду,
которую нельзя
использовать
для питья либо
полива растений.

Исходя
из продуктивности
цианобактерий
в лаборатории,
спецы
подсчитали,
что при схожем
количестве
производимого
этанола, площадь
полей с цианобактериями
будет в два
раза меньше
площади, засеянной
растениями,
применяемыми
как источник
целлюлозы