Энерготехнологические методы переработки биомассы
Министерство здравоохранения Республики Беларусь
УО «Витебский государственный ордена Дружбы народов медицинский университет»
Кафедра медицинской
и биологической физики
РЕФЕРАТ
По дисциплине «Основы энергосбережения»
Использование биомассы для производства энергии
Студентка гр. № 29 1 курса лечебного факультета Федотова А. С.
подпись, дата
Витебск, 2021
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 3
1.Главная часть 4
1.1 Способы переработки биомассы 5
1.2 Энерготехнологические способы переработки биомассы……..…………..6
1.2.1 Термохимический метод……………………………………………………6
1.2.2 Биохимический метод………………………………………………………8
1.2.3. Агрохимический метод…………………………………………………….9
1.3 Преимущества и недостатки использования биомассы для производства энергии……………………………………………………………………………10
1.3.1 Преимущества электростанций на биомассе…………………………….10
1.3.2 Недостатки электростанций на биомассе………………………………...11
Заключение……………………………………………………………………….13
Список использованной литературы…………………………………………...14
ВВЕДЕНИЕ
В современном мире очень важно найти альтернативный (возобновляемый) источник энергии, так как все ресурсы по добыче энергии имеют свойство заканчиваться и скоро человечество столкнется с их дефицитом. Поэтому во всем мире отмечается повышенный интерес к использованию альтернативных источников энергии. В этом отношении биоэнергетика обладает явным преимуществом, потому что в качестве исходного сырья использует биомассу, содержащую аккумулированную солнечную энергию в форме углеводородов.
|
|
|
Эта тема заинтересовала меня, потому что в наше время очень актуальна тема переработки и поиск альтернативных источников энергии.
Цели данной работы:
· Понять, что представляет собой биоэнергетика.
· Выяснить, чем выгодна биомасса.
· Найти возможные варианты способов переработки биомассы.
Задачи:
· Рассмотреть и характеризовать способы переработки биомассы.
· Обозначить преимущества и недостатки данного метода получения энергии.
ГЛАВНАЯ ЧАСТЬ
Биоэнергетика — быстро развивающаяся в последние годы отрасль мировой энергетики, основанная на производстве из биомассы качественного топлива и энергии. Как наука, биоэнергетика изучает процессы преобразования внешних энергий в полезную деятельность организмов, и энергетические процессы в клетке.
Согласно определению, биомасса — это твердые или жидкие вещества растительного или животного происхождения, которые поддаются биологическому разложению. Основа биомассы — органические соединения углерода, которые в процессе взаимодействия с кислородом при сгорании или в результате естественного метаболизма выделяют теплоту, что и используется в основе методов переработки. В общем, биомассой можно назвать сложный комплекс веществ, из которых состоят растения и животные.
|
|
|
Основные источники биомассы для применения в энергетических целях можно разделить на первичные и вторичные. Первичные источники — наземный и водный растительный мир, вторичные — отходы биомассы, образующиеся после сбора и переработки первичной биомассы. К отходам биомассы относят:
• отходы лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности, сельскохозяйственные отходы — остатки первичной биомассы (солома, шелуха зерновых культур, жмых масличных культур) и отходы животноводства или птицеводства (навоз, помет);
• промышленные жидкие отходы некоторых предприятий (пищевая, сахарная промышленность, виноделие и другие производства);
• муниципальные отходы городских очистных сооружений, городских свалок (подземные хранилища), твердые бытовые отходы и др.
|
|
|
В результате применения современных термохимических и биологических технологий энергия, накопленная в биомассе, может быть преобразована в тепло, электрическую энергию и биотопливо.
Способы переработки биомассы
Существует пять основных способов переработки биомассы в топливо или тепловую энергию: сжигание, газификация, анаэробное брожение, ферментация. Рассмотрим каждый из них.
Сжигание – самый простой и популярный способ получения дешевой энергии из сухих органических отходов. Во время сжигания отходов в котле образуется пар, который вращает турбину. Та, в свою очередь, двигает ротор генератора, производящего электроэнергию. Но у этого способа есть минус: котел засоряется золой и сажей, а производственные затраты возрастают. Поэтому в прямом сжигании используют далеко не все виды органических отходов. Важно также помнить о том, что всё имеет свойство заканчиваться.
Пиролиз — переработка биомассы в топливо путём нагрева с отводом летучих соединений.
Газификация – сжигание твердого биотоплива при минимальном доступе кислорода. Итог такой обработки – смесь газов (азот, метан, водород, углекислый газ), применяемых для вращения газовой турбины. Главное преимущество технологии – получаемое беспримесное топливо, которое не загрязняет окружающую среду.
|
|
|
Анаэробное брожение – обработка отходов при помощи анаэробных бактерий, пищей которым служит неживое органическое вещество (сточные воды, навоз). Потребляя его в специальных варочных резервуарах, бактерии вырабатывают водород и метан. Получившийся газ собирают, чтобы использовать для выработки электроэнергии. Этот метод позволяет восстановить 2/3 топлива из биомассы.
Ферментация – использование микроорганизмов дрожжевого типа для получения топлива (этанола и других углеводородов). Метод дает возможность использовать практически все существующие вариации бытовых отходов – от зерновой лузги и бумажных отходов до сахарного тростника и древесины.
Энерготехнологические методы переработки биомассы
Среди основных энерготехнологических методов переработки биомассы можно выделить:
• термохимический метод;
• биохимический метод;
• агрохимический метод.
Термохимический метод
· Прямое сжигание для получения тепла.
С помощью тепла сжигаемой биомассы приготовляют пищу, обогревают жилище и получают электроэнергию. Пар для обеспечения производства получают, сжигая различные отходы биомассы в топках паровых котлов. Электроэнергию получают, используя высокотемпературное тепло.
· Пиролиз.
Биомассу нагревают в отсутствие воздуха, при этом получают: газы, пары, жидкости, масла и древесный уголь. Получается привычный для пользователя древесный уголь, в несколько раз более энергоемкий и удобный для транспортировки материал. Уголь полезен для отопления жилого фонда, производственных процессов. Современные методы предусматривают использование летучих веществ, образующихся при пиролизе, для синтеза метана и метанола. Технология быстрого пиролиза позволяет получить бионефть – эффективное топливо, удобное в хранении и транспортировке. Биотопливо для автомобилей дешевле, чем ископаемая нефть, безопаснее для экологии; оно подходит для всех двигателей и увеличивает их срок работы. Еще одно вещество, которое можно получить путем пиролиза, – феноловое масло, применяемое для изготовления пластмасс, изопены, древесного клея.
· Прочие термохимические процессы. Например, целлюлоза и крахмалы превращаются в сахара для последующей ферментации.
Газификация - способ ведения процесса пиролиза, при котором основным энергетическим продуктом является горючий газ.
Газогенератор - устройство, в котором реализуется процесс газификации
В состав образующегося в газогенераторе генераторного газа входят следующие горючие компоненты: окись углерода, водород, газообразные углеводороды, метан.
Процесс газификации включает такие последовательные фазы, как сушка, пиролиз (коксование) и собственно газификация топлива. В зоне сушки происходит выпаривание начальной влаги из поступающего в газогенератор топлива за счет остаточной теплоты уходящего генераторного газа.
В зоне пиролиза при температуре до 800 °С от топлива отделяются легкие газообразные фракции, самой важной из которых является метан (СН4). За коксовавшееся в зоне пиролиза топливо сначала реагирует с кислородом, находящимся в свежем воздухе, образуя двуокись углерода и водяной пар:
С + O2 => СO2 (горение);
2Н2 + O2 => 2Н2O.
В зоне газификации при температуре свыше 900 °С СЮ2 и Н20 продолжают реагировать с углеродом, образуя окись углерода и водород, которые являются активно горящими газами:
CO2 + С => 2СО;
Н2O + С => Н2 + СО.
Следует указать, что верхняя граница температуры прохождения реакции газогенерации ограничена значениями 1100-1200 °С (температура плавления золы).
Биохимический метод
· Спиртовая ферментация - процесс получения этилового спирта в качестве энергетического продукта.
Этиловый спирт – летучее жидкое топливо, которое можно использовать вместо бензина. Получают из сахаров. В естественных условиях этанол образуется из сахаров соответствующими микроорганизмами в кислой среде (рН от 4 до 5).
Основная реакция превращения сахарозы в этанол имеет следующий вид:
Дрожжи
C12H22O11 + H2O 4С2Н5OН + 4СO2.
Жидкие топлива, и в частности, этанол, отличаются чрезвычайной технологической эффективностью из-за удобства использования и хорошего управления процессом горения в двигателях внутреннего сгорания.
В качестве заменителя бензина этанол можно использовать в виде:
ü 95 % -го этанола в модернизированных двигателях;
ü смеси 100 %-го (обезвоженного) этанола с бензином в соотношении один к десяти в традиционных двигателях.
· Анаэробная переработка. Получение биогаза (метан).
Биогаз – смесь CH4 и CO2, образующаяся в специальных устройствах – биогазогенераторах, устроенных и управляемых таким образом, чтобы обеспечить максимальное выделение метана. Получение биогаза становится экономически оправданным и предпочтительным, когда биогазогенератор работает на переработке существующего потока отходов. Это свинофермы, скотобойни и т. д.
· Биофотолиз - разложение воды водород и кислород под действием света.
Если водород сгорает или взрывается в качестве топлива при смешении с воздухом, то происходит рекомбинация О2 и Н2.
Некоторые биологические организмы продуцируют или могут при определенных условиях продуцировать водород путем биофотолиза. Кстати подобный результат можно получить химическим путем без участия живых организмов в лабораторных условиях. Промышленного внедрения эти технологии еще не получили.
Агрохимический метод
Экстракция биомассы. Получение каучука.
Экстракция топлива - процесс получения жидких или твердых топлив прямо от растений или животных.
Продукцию растений можно разделить на следующие категории:
· семена - подсолнечник с массовым содержанием масла до 50 %;
· орехи - пальмовое масло, копра кокосов с массовым содержанием масла до 50%;
· плоды - оливки;
· листья - эвкалипт с массовым содержанием масла до 25%;
· сок растений - сок каучука;
Продукты переработки отходов растений — масла и растворители до 16% сухой массы (например, скипидар, канифоль, маслянистые смолы и т. д.).
Возможна организация ферм по производству агрохимических топлив на основе перечисленных выше растений. Вместе с тем получаемые таким образом продукты по своим химическим свойствам могут быть гораздо ценнее, чем просто топливо.
Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 39; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!