Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

А) источники формирования биомассы

Человек издавна пользовался теплотой, которая выделяется при сжигании растений, для приготовления пищи и обогрева жилья. Позже он научился до­бывать уголь, нефть, газ, т.е. ископаемые энергоресурсы органического про­исхождения, сформировавшиеся в течение десятков миллионов лет. В настоя­щее время они постепенно расходуются без восстановления.

Термин биомасса стал применяться в последние десятилетия. Под ним подразумевают все возобновляющиеся органические вещества растительного и животного происхождения. Возобновление органического вещества в расте­ниях обеспечивается путем фотосинтеза. При этом энергия фотонов солнечно­го света преобразуется в энергию возбужденных состояний электронов пиг­мента за счет электромагнитных процессов, а в итоге энергия аккумулируется в химических соединениях. В этих процессах не выполняется механическая работа, а только происходит перегруппировка электронных состояний, в ре­зультате чего создаются энергоемкие органические вещества. Связанная хи­мическая энергия может быть использована в ходе различных термо-и биохимических процессов.

По существующим оценкам, энергосодержание ежегодного прироста биомассы на земле эквивалентно 3 • 10²¹ Дж, что в 10 раз превышает годовое потребление энергии человечеством.

На территории Республики Беларусь практически реализуемый энергети­ческий потенциал биомассы, включая отходы при лесозаготовках, в животно­водстве и растениеводстве, составляет 3,5 млн. т у.т./год. Но отдельныеевропейские страны значительно превышают этот уровень. Например, Дания, обеспечивает 5% энергобаланса за счет биомассы, и в перспективе намечено довести ее использование до 15%. Австрия, имеющая большие площади лесов, покрывает 26,7% энергобаланса, применяя биомассу. В Финляндии и Швеции 19% от общего потребления первичной энергии приходится на биомассу.

Основная часть биомассы формируется в лесах — до 68%, культивируе­мые сельскохозяйственные площади обеспечивают еще 8%.

Во всем мире биомасса удовлетворяет 14% потребляемой энергии. Ее до­ля в энергобалансе различных стран неодинакова. На развитые страны прихо­дится всего 3%. В развивающихся го­сударствах биомасса обеспечивает в среднем 14% энергопотребления. Ряд стран Африки используют 80-95% биомассы в качестве энергоносителя. В Латинской Америке доля биомассы в виде топлива достигает 30-40%, в Ин­дии — 50% и т.д.

Различают первичную и вторичную биомассу. К первичной относятся растения, животные, микроорганизмы и т.д. Вторичная включает в себя отхо­ды при переработке первичной биомассы и продукты жизнедеятельности че­ловека и животных. Таким же образом на первичные и вторичные подразде­ляются отходы. В состав первичных включаются отходы первичной биомассы (отходы сахарного тростника, стебли кукурузы, солома, ботва, опилки, щепа, пни деревьев, спиртовая барда и т.д.).Вторичные состоят из продуктов фи­зиологического обмена животных и человека.

Рассмотрим источники формирования биомассы. Продукты леса, кото­рые можно безболезненно использовать в качестве биотоплива, состоят из погибших деревьев, отбраковки, отходов при заготовке. В биомассе отходов древесины содержится большое количество влаги (до 50%). В процессе воздушной сушки содержание влаги снижается до 20%. Древесные отходы имеют небольшое количество золы — 0,5-1,0%, в коре ее больше — 2-10%. Содержание азота — до 1,5%, серы — 0,1%, т.е. значительно ниже, чем в каменном угле. Теплота сгорания отходов лесозаготовки составляет 18000-19000 кДж/кг, а отходы древесины (горбыль, кора) выделяют при сгорании 19000-22000 кДж/кг.

Сплошная вырубка леса около населенных пунктов приводит к обезлесиванию, которое затем трудно преодолеть. Такая картина наблюдается в тропи­ческой зоне Латинской Америки, Африки, в некоторых странах Юго-Восточной Азии.

Вырубанию лесов есть альтернатива — лесные энергетические хозяйства. Для таких хозяйств отводятся специальные участки. На них плотнее, чем обычно, высаживаются саженцы быстрорастущих пород деревьев: тополя осинообразного, сосны ладанной, ивы, черной псевдоакации, ореха, эвкалипта и других. Выбор породы зависит от климатической зоны. В течение 5-6 лет осуществляется интенсивное выращивание деревьев с применением полива и внесением удобрений.

Выросшие деревья убираются, перерабатываются на щепу и подвергают­ся дальнейшей термохимический обработке. Прирост биомассы в 4-6 раз пре­вышает тот, который происходит в обычных лесах. Эксплуатация подобных хозяйств в США доказала их эффективность, достигающую 90-95%. В сере­дине 80-х годов проектировалось отвести под лесоводческие энергетические хозяйства более 20 тыс. га. Страны Европейского Союза располагают 20 млн.гектаров сельскохозяйственных площадей, которые могут быть заняты подоб­ными плантациями в связи с достигнутой высокой урожайностью продоволь­ственных культур и сокращением площадей под ними.

В Швеции энергетические посадки ивовых деревьев организованы на 16 тыс. га болотных земель. Уборка ежегодного прироста древесины осуществ­ляется в зимнее время комбайнами, когда болота замерзают. Посадка ивы на площади 324 га с целью получения биомассы осуществлена в Великобритании в графстве Северный Йоркшир. Убранная биомасса служит топливом на ТЭС мощностью 10 МВт. Культивация ивы обусловлена тем, что при ее обрезке невысоко от земли растение начинает сильно куститься, давая большой при­рост биомассы. В Германии для производства биотоплива убирают камыш, урожайность которого достигает 40 т/га.

Важным источником биомассы является трава. Она произрастает на тер­ритории, сопоставимой с той, которую занимают на планете леса. Здесь также возможно культивировать быстрорастущие виды.

Злаковые растения, включая хлебные злаки, кукурузу, сладкое сорго и их отходы в виде соломы, стеблей, шелухи, уже в настоящее время имеют огромные масштабы использования.

Большие возможности имеет сахарная промышленность для поставки энергетического сырья. Сюда входят и первичная биомасса в виде сахарного тростника, свеклы, и вторичная, т.е. обрезки, отжимки, патока. Европейские страны имеют возможность выделить до 20 млн. т сахарной свеклы для энерге­тической конверсии.

Отходы животноводства и птицеводства также представляют значитель­ную долю энергетической биомассы. Их количество в России составляет 150 млн. г в год, на Украине — 60 млн. т в год, в США — до 1/4 всего объема орга­нических отходов, т.е. 250 млн. т. Количество отходов животноводства и пти­цеводства в Республике Беларусь эквивалентно 0,9 Мт н.э. Если эти отходы не подвергать энер­гетической конверсии, то их накопление и хранение представляет серьезную экологическую угрозу. В Республике Беларусь уже бывали случаи прорыва отходов из хранилищ и загрязнения близлежащих рек и водоемов.

Перспективны запасы биомассы, формируемой в мировом океане в виде водорослей.

Оказывается, продуктам из сои можно найти самое разнообразное применение - вплоть до сугубо технических. Например, американские инженеры сумели получить из соевых бобов масло, пригодное для использования в гидравлических системах, и теперь это масло используется для движения лифтов, работающих внутри статуи Свободы. Положительные стороны этого подхода — масло из соевых бобов, в отличие от использовавшегося ранее машинного масла на основе производных нефти абсолютно чисто с экологической точки зрения. При попадании в окружающую среду соевое масло без остатка разлагается. Соя является возобновимым ресурсом, в отличие от нефти. Кроме того, соевое масло, в отличие от минерального— негорючее. Ранее те же ученые ухитрились получить из сои основу для чернил для струйных принтеров.