Биоэнергетика, ее перспективы в Беларуси
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УО «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра технологии важнейших отраслей промышленности
РЕФЕРАТ
по дисциплине: Основы энергосбережения
на тему: Биоэнергетика, ее перспективы в Беларуси
Студент
Проверил
МИНСК 2011
Содержание
Введение…………………………………………………………
Историческая справка…………………………
Схема преобразования
энергии биомассы……………………………………
Биомасса, ее источники. Получение энергии……………………………………………..7
Беларусь в области
биоэнергетики. Перспективы развития…………………………
Биоэнергетика – актуальная
задача современной индустрии………………………
Биомассы – дешевый
источник энергии………………………………………………....
Заключение……………………………………………………
Литература……………………………………………………
Введение
Актуальность энергосбережения обусловлена не только ограниченностью
мировых ресурсов ископаемых топлив и постоянно увеличивающимися
затратами на их добычу, но и негативным воздействием технологий
современной традиционной энергетики на окружающую среду. В настоящее
время энергетическая составляющая современных промышленных
технологий по своей величине становится сравнимой с природными
процессами.
Одним из направлений энергетики возобновляемых источников является
биоэнергетика, основанная на использовании энергии из биомассы, получаемой в результате процессов естественного фотосинтеза. По определению
биомасса – это масса растений, микроорганизмов и животных на единице
поверхности или объёма местообитания. Биомасса растений называется
фитомассой, биомасса животных – зоомассой.
Основными преимуществами использования биомасс являются:
- Устойчивое развитие: источник чистой и возобновляемой энергии;
- Доступность: возможность получения энергии в любом месте;
- Универсальность применения: энергетика, теплоснабжение, транспорт и т. д.;
- Энергетическая безопасность: диверсификация источников энергии, региональные источники;
- Охрана окружающей среды: снижение выбросов парниковых газов, деградации земли, влияния источников, ведущих к изменению климата;
- Социальные выгоды: повышение качества жизни, облегчение социального развития, повышение социальной занятости.
В процессе производства биоэнергии решаются две задачи: производство дешевого возобновляемого энергоносителя и снижение уровня загрязнения окружающей среды.
Таким образом, экономия энергии,
производимой традиционными способами,
и выработка энергии с
базирующихся на возобновляемых источниках, на современном этапе
развития человечества становятся всё более актуальными.
Историческая справка
Актуальность поиска альтернативных
видов топлива стала
Биоэнергетика – это энергетика, основанная на использовании биотоплива. Она включает использование растительных отходов, искусственное выращивание биомассы (водорослей, быстрорастущих деревьев) и получение биогаза. Биогаз – смесь горючих газов (примерный состав: метан – 55-65%, углекислый газ – 35-45%, примеси азота, водорода, кислорода и сероводорода), образующаяся в процессе биологического разложения биомассы или органических бытовых расходов. [4]
Биогаз известен человечеству давно. До наших дней дошли отрывочные
сведения, о том, что в Персии в XVI, а в Ассирии в X веке до нашей эры его
уже использовали для подогрева воды. Документально подтверждено, что в
1895 в г. Экстер (Англия)
уличные фонари питались газом,
в результате брожения сточных вод.
В природе биогаз спонтанно формируется на дне водоёмов в результате
анаэробного разложения первичной и вторичной биомассы: останков рыб
и животных, погибших водорослей и фекалий. Помимо этого образованием метана на «диких» свалках является проблемой, поскольку регулярно вызывает возгорания. Основные этапы развития науки о биогазе и современное состояние во-
проса:
- в 1630 г. Ван Хелмон упоминает среди прочих 15 газов горючий газ,
выделяющийся при гнилостном брожении;
- в 1664 году Ширли официально открывает метан;
- в 1764 году Франклин
сообщает о том, как он
грязевом озере в Нью Джерси;
- в 1776 году А. Вольта был первым учёным, который научно описал
образование газа в илистых отложениях озёр;
- в 1804 году Дальтон вывел формулу метана;
- в 1859 году первые биогазовые реакторы (дижесторы (фр.)) были пост-
роены в колонии прокажённых в Бомбее;
- в 1883-1884 Гайон, ученик
великого Пастера, успешно
газа было столь велико, что Луи Пастер сделал вывод о возможности его
производства для освещения и отопления, что газета Фигаро приняла как
шутку. Однако уже в пятидесятые годы ХХ века во Франции функционировало
более 800 биогазовых установок;
- в наши дни в Германии
более 50 крупных установок
переработке сточных вод; в Китае численность реакторов по различным
оценкам колеблется между 4 и 6 миллионами, а в Индии – более миллиона.
На рубеже столетий годовое потребление человечеством
электрической энергии оценивалось в 140·1012 кВт·ч. По структуре
первичных источников энергии мировая электро-энергетика на 70%
является топливной. Производство каждого киловатт-часа электроэнергии
на тепловых электростанциях сопровождается выбросом в атмосферу некоторого количества (табл. 1) двуокиси углерода, который, как и метан, образующийся на мусорных полигонах, является парниковым газом,
и способствует потеплению климата на планете. В свою очередь потепление проводит к интенсивному таянию полярных
льдов, снижению уровня солёности воды в океанах, и далее к нарушению
циркуляции глобального конвейера морских течений, последствия которого
могут быть весьма ощутимыми для человечества. [6;7]
Таблица 1
Удельные выбросы СО2 при сжигании основных видов топлива
на крупных топливосжигающих предприятиях
Топливо |
Удельные выбросы СО2;кг/кВт∙ч |
Природный газ |
0,198 |
Тяжёлое нефтяное топливо |
0,288 |
Лёгкое нефтяное топливо |
0,377 |
Каменный уголь |
0,342 |
Бурый уголь |
0,396 |
По оценкам специалистов количество энергии солнечного излучения,
ежегодно аккумулируемое растениями и водорослями, составляет около
1015 кВт·ч, однако их использование в естественном виде для производства
энергии либо практически невозможно, либо нерационально. Современные
распространённые технологии преобразования биомассы в удобные для
повседневного использования виды топлива представлены в виде схемы на рис.1
Рис. 1 Схема преобразования энергии биомассы
Биомасса, ее источники. Получение энергии
Биомасса – наиболее дешевая и крупномасштабная форма аккумулирования возобновляемой энергии. Под термином «биомасса» подразумеваются любые материалы биологического происхождения, продукты жизнедеятельности и отходы органического происхождения. Биомасса будет на Земле, пока на ней существует жизнь. Ежегодный прирост органического вещества на Земле эквивалентен производству такого количества энергии, которое в десять раз больше годового потребления энергии всем человечеством на современном этапе.
Источники биомассы, характерные для нашей республики, могут быть разделены на несколько основных групп.
- Продукты естественной вегетации (древесина, древесные отходы, торф, листья и т.п.)
- Отходы жизнедеятельности людей, включая производственную деятельность (твердые бытовые отходы, отходы промышленного производства и др.)
- Отходы сельскохозяйственного производства (навоз, куриный помет, стебли, ботва и т. д.)
- Специально выращиваемые высокоурожайные агрокультуры и растения.
Однако наличие биомассы даже в большом количестве еще не означает решения проблемы получения из нее различных продуктов и веществ, в том числе топлива. Непереработанная же биомасса приносит непоправимый вред окружающей среде. [4]
Основа биомассы – органические соединения углерода. Уникальная роль углерода в живой природе обусловлена его свойствами, которыми в совокупности не обладает ни один другой химический элемент. Первоначально энергия системы биомасса – кислород возникает в процессе фотосинтеза под действием солнечного излучения, являющегося естественным вариантом преобразования солнечной энергии, а биомасса является основным исходным веществом для образования ископаемых топлив (торфа, угля, нефти, газа). [3]
Содержание биомассы в биосфере огромно – 800 млрд т. Ежегодно возобновляется 200 млрд т. Методы получения энергии:
- сжигание сырья растительного
происхождения – дров, соломы
и др.
- сжигание твердых бытовых отходов городов;
- использование растительных масел в
качестве топлива для двигателей внутреннего
сгорания;
- биоконверсия или разложение органических
веществ растительного или животного
происхождения в анаэробных (без доступа
воздуха) условиях с образованием биогаза,
этанола, бутанола и др.
- термохимическая конверсия (пиролиз,
газификация, синтез) твердых органических
веществ (торфа, дерева и др.) с получением
“синтез-газа”, искусственного бензина.
[8]
Беларусь в области биоэнергетики. Перспективы развития.
Обострение в глобальном масштабе ситуации вокруг добычи углеводородного сырья и доставки его потребителям обусловило повышение интереса к биоэнергетике. Сейчас во всем мире все более широкое распространение приобретают технологии производства биотоплива из растительных масел, топливное использование биоэтанола и иных спиртов, различные методы получения биогаза, а также печного и котельного топлива, содержащего биодобавки. Беларусь в этом отношении следует мировым тенденциям. В нашей стране реализуется Государственная программа по обеспечению производства дизельного биотоплива, вводятся в строй биогазовые установки по переработке отходов сельскохозяйственного производства и коммунально-бытовых стоков. Однако в Беларуси работа в этом направлении находится пока на начальной стадии. У нас имеется лишь несколько предприятий, выпускающих топливные гранулы (пеллеты) из древесины, в частности ОАО «Пинскдрев» и предприятие «Экогран» (Бобруйск), но Министерство лесного хозяйства страны запланировало создание новых производств – в Житковичах и Столбцах – с помощью установок до 15 тыс. т древесных пеллет в год. Вместе с тем, ресурсы растительного сырья позволяют радикальным образом увеличить мощности по выпуску топлива из растительного сырья в Республике Беларусь.
Наиболее доступными, к тому же возобновляемыми источниками для их производства являются, помимо древесины, солома зерновых культур, крахмалосодержащие сельскохозяйственные культуры – картофель, свекла, а также масличная культура рапс.
Известно, что элементный состав и теплота сгорания различных видов растительных культур достаточно близка:
антрацит |
лигнин |
древесина |
солома |
зерновые |
трава | |
C |
72,5 |
65,9 |
47-51 |
42-47 |
43-60 |
37-47 |
H |
5,6 |
4,9 |
5,7-6,3 |
5,1-6,0 |
6,4-7,2 |
5,1-6,2 |
O |
11,1 |
23,0 |
39-44 |
39,1-43,8 |
24-46 |
33-42 |
N |
1,3 |
0,7 |
0,13-0,54 |
0,4-1,1 |
1,7-3,9 |
0,7-1,5 |
Зола, вес, % |
8,3 |
5,1 |
0,5-4,0 |
3,8-12,2 |
2,0-4,6 |
3,9-23 |
сH0(высшая), МДж/кг |
29,7 |
20,6 |
18,4-19,2 |
15,8-17,7 |
17,0-26,5 |
14,1-17,6 |
Поэтому при выборе источника
сырья для производства твердого
топлива необходимо исходить из следующего:
доступности различных
Из растительного сырья
может быть выпущено три вида топлива,
различающихся по фазовому состоянию:
твердое, жидкое топливо из продуктов
брожения углеводов и газообразное
топливо, которое может быть получено
при термической переработке
твердого топлива или путем сбраживания
биомассы. Существенной задачей при
получении различных видов
Производство твердого топлива
из биомассы растительных культур включает
в себя ряд технологических операций:
измельчение, сушку, сортировку, прессование.
Эта схема достаточно универсальна,
но при использовании различных
видов растительного сырья
Топливные гранулы из растительной биомассы обладают высокой энергией сгорания при незначительном занимаемом объеме. Скажем, при сжигании 1 т топливных гранул из соломы выделяется столько же энергии, как при сжигании 460 л дизельного топлива или 490 куб. м природного газа. [1]
Немаловажное значение имеет ценовой фактор. Среди проблем, препятствующих развитию рынка пеллет, выделяют две: отсутствие универсальных стандартов для качества пеллет (влажность, зольность и т. д.) и стандартных соглашений для торговли биомассой – глобальной информации о потребителях, производителях и динамике цен. Сейчас рассматривается мнение, что удобным индексом цен на биомассу может быть индекс, основанный на цене в порту Роттердама. Смысл заключается в том, чтобы публиковать цены на различные виды биотоплива (пеллеты, брикеты, щепу и т. д.), складывающиеся в порту Роттердама. Это увеличит прозрачность рынка и будет стимулировать его дальнейшее развитие. [5]
В условиях Беларуси развитие биоэнергетики наиболее экономически целесообразно и технически осуществимо, так как биомасса – вид топлива, которого у нас с избытком и не использовать который было бы непростительной ошибкой.
Под биомассой ученые и
специалисты нашей страны понимают,
в первую очередь, древесную кору,
стружку, опилки, мусор, деревья на зараженных
радиацией территориях. Специалисты
БелТЭИ указывают, что при нынешнем
использовании древесных
Примером перспективного развития РБ в области биоэнергетики является проект по использованию энергии сточных вод. Его предложила столичным властям шведская инжиниринговая компания, у которой есть опыт в данном направлении. Подобные теплонасосные станции, которые используют температуру канализационных сливов, действуют в Стокгольме, Пекине (олимпийская деревня) и других городах.
Председатель Мингорисполкома Н Ладутько поручил детально обсудить этот вопрос с участием заинтересованных ведомств и принять решение, под экологический проект привлекать инвесторов, гранты международных структур.
Шведские специалисты
провели предварительные
В настоящее время подобные проекты реализуются только на отдельных предприятиях. В частности, тепловые насосы установлены на очистных сооружениях «Минскводоканала», но получаемая энергия идет только на обогрев собственных помещений. Предлагаемый проект более масштабный и позволит частично обеспечить потребности города. Его окупаемость – 5-8 лет. Кроме того, в процессе переработки сточных вод вырабатывается холод, который может использоваться в системе охлаждения складских помещений. [5]
Биоэнергетика – актуальная задача современной индустрии.
В последние годы в США, Европе, странах Азии и Африки данное направление энергетики развивается достаточно быстрыми темпами.
В Москве и области 16 млн жителей производят 4 млн т твердых бытовых отходов в год. Голландская компания “Гронтман” и российская компания “Геополис” строят в г. Мытищи демонстрационный полигон по переработке городских отходов. Таким образом, предполагается обеспечить электроэнергией и теплом 100 тысяч домовладений. На двух действующих полигонах в г. Мытищи и Серпухове смонтированы модули по получению биогаза и преобразованию его в электрическую и тепловую энергию. Для большей эффективности используются только чугунные трубы, а для нагрева воды в водогрейных котлах блочные экономайзеры, что в комплексе приводит к уменьшению потерь и удешевлению тепловой энергии.
В странах СНГ ежегодное производство органических биоотходов оценивается в 500 млн т (по сухому веществу), в том числе отходы городского хозяйства и промышленности – 60 млн т, осадки сточных вод – 7 млн т, отходы животноводства и птицеводства 230 млн т. Их переработка позволит получать 150 млн т у.т. пар на технические нужды и удобрение.
По заказу РАО ЕЭС в
г. Переяславле-Залесском
Около половины населения мира в своем хозяйстве использует дрова хозяйства. Во многих крупных городах работают мусоросжигающие заводы. В Париже около 80% потребляемой энергии вырабатывается за счет сжигания отходов города. В Голландии правительство борется с захоронением отходов на полигонах путем повышенной оплаты сжигания отходов (75—105 евро/т) на специальных заводах.
В Великобритании строится электростанция мощностью 36 МВт, на которой топливом служит солома – 200 тыс. т в год. На станции в 10 МВт в качестве топлива будет использоваться подстилка для домашней птицы. В США на 1050 энергетических объектах, где в качестве топлива используется древесина, производится электроэнергия для снабжения заводов и поселков. Разводятся плантации “супердеревьев” – гибридных тополей и ив, растущих по 5 м в год. Доля дров в энергетическом балансе США намечено к 2015 г. увеличить с 1 до 15%.
В Индии созданы так называемые “биобактерии”, в которых для выработки электроэнергии используются биотходы овощей и фруктов. Из них готовится паста (без добавления воды), в которую погружается медный и цинковый электроды размером 40 х 25 х 0,5 мм. “Капустная” батарея дает ток напряжением 0,2-0,7 В, “морковная” – 0,2-0,6 В, “банановая” 0,7-1,3 В.
Разработана основа технологии
быстрого пиролиза биомассы. Из тонны
древесных опилок можно получить
700 кг жидкого топлива. При выращивании
быстро растущих плантаций биомассы с
урожайностью 40 т сухой массы с гектара,
можно обеспечить жидким топливом каждый
район.
В странах Африки и Южной Америки с теплым
климатом, но с недостатком энергоресурсов,
в качестве топлива широко используются
растительные масла. В этих странах масляничные
культуры можно выращивать круглый год.
Двигатели внутреннего сгорания могут
работать на любом растительном масле
– подсолнечном, рапсовом, кунжутовом
и др. Автомобиль “фольксваген”, работающий
на рапсовом масле, расходует 4-5 л/100 км
топлива. Двигатель экономичнее бензинового.
Литр бензина стоит 1 долл., а масла 0,5 долл.
В масле нет серы, двигатель не дает вредных
выбросов. Производство масла не требует
дорогостоящей переработки, как нефть.
В Германии действует 15 масляных автозаправок.
Стоимость литра масла – 1 марка, бензина
– 2 марки.
Перспективно использование определенных растений, содержащих повышенное количество углеводородов (до 30%). Это нефтяное дерево в Азии, сирийский ватник, южноамериканское копайбу, эвкалипты в Японии, клещевина, арахис, сахарный тростник, кукуруза. В Бразилии, Индии и США из сахарного тростника и кукурузы получают этиловый спирт, используемый в смеси с бензином (газохол). Из 1 млн т соломы можно получить 100 тыс. т этилового спирта, 140 млн м3 метана и десятки тысяч тонн удобрений. На биотопливе работают автомашины в Дании. Один шофер ездил на перегоревшем масле, оставшемся после обжаривания картофеля в Макдональдсе.
В Бразилии и ряде других стран в качестве топлива используют этиловый спирт, полученный из сахарного тростника. В США на нескольких заводах из биомассы производится 6 млн т топливного спирта в год. Все большее значение во многих странах приобретает биоконверсия – разложение бытовых отходов без доступа воздуха с получением биогаза и других продуктов.
В России отходы животноводства
составляют 20 млн т в год, при
переработке которых можно
Крупный биореактор объемом 6000 м3 работает в г. Пярну (Эстония) при свинокомплексе в 54 тыс. голов. Производство биогаза (12 тыс. м3/сут) осуществляется в метантеках. В Великобритании в г. Тетфорд действует крупнейшая в своем роде электростанция мощностью 40 МВт, где в качестве топлива используются отходы птицеферм – 400 тыс. т в год. Другая электростанция “Glandford” мощностью 13,5 МВт сжигает в сутки 260 тонн отходов птицеферм и снабжает энергией 26 тысяч индивидуальных домов.
В Австралии сточные воды
подвергаются биологической очистке:
в небольших бассейнах их разлагают
специально подобранными микроорганизмами
с выделением метана и сероводорода.
Бассейны накрывают пленкой, что
позволяет собрать и
В институте фундаментальных
проблем РАН (Пущино, Московская область)
используют синезеленую водоросль
анабену для синтезирования водородного
топлива. Этой водоросли для фотосинтеза
необходим солнечный свет, и она
может служить для
Определенное значение имеет термохимическая
конверсия органических веществ (торфа,
древесины и др.) с получением искусственного
бензина и “синтез-газа”.[8]
Таким образом, производство биоэнергии путем сжигания бытовых отходов, биоконверсии органических веществ, использование растительных масел в качестве топлива имеет большие перспективы.
Биомассы – дешевый источник энергии.
Как отмечалось ранее, для получения биотоплива подойдет всякий материал органического происхождения.
В ходе так называемого
низкотемпературного
Итальянский ученый Маркус Антониетти сумел ускорить процесс более чем в 100 раз, сократив его до 5-13 часов. Получилось это вопреки прогнозам скептиков весьма эффективно, за счет использования катализаторов, к примеру лимонной кислоты или активных металлических солей, которые содействуют выделению воды из углеводов биомассы.
По окончании процесса
в реакционной камере образовывается
насыщенная суспензия из угля в порошкообразном
состоянии и воды. Угольный порошок
остается исключительно процедить
и вывести. Содержащиеся в растениях
минеральные препараты на подобии
солей фосфора и аммония
Подобным образом уголь возможно получать почти что из любого вида биомассы. Например, в Африке в качестве источников энергии используют отходы производства кофе и банановой кожуры.
Единственным и, наверное, основным дефектом метода считается то, что, в последствии того как биомасса, вода и катализатор в течение 6-12 часов разогревались в замкнутой камере, емкость, для того чтобы ее опорожнить, нужно освежать. Непосредственно это делает саму технологию малопригодной для промышленного применения, для которого нужно, чтобы весь процесс был беcпрерывный.
Угольный порошок, который
образовывается в камере через 16 часов,
имеет уже кристаллическую
По мнению Антониетти, свежее биосырье способно с успехом заменить самый старый из классических энергоносителей. Ученый подсчитал, что в случае если взять имеющуюся, к примеру, в Германии биомассу от отходов переработки сахарной свеклы до биомусора, то ее хватит для производства приблизительно 120 млн т каменного и бурого угля в год.
Эксперты гарвардского университета придумали образец установки, которая способна производить из угольной эмульсии элекстричество. Кпд данного топливного составляющего — 60%, что гораздо выше, чем у угольных электростанций.
Однако, до конца неясна связь
между составом биомассы и качеством
получаемого угля. Опыты показывают,
что подключение в нее, к примеру,
морских водорослей, содержащих грандиозное
число кристаллической
Заключение.
Таким образом, активность в
разработке технологий получения энергоносителей
на основе биомассы в последнее время
возросла во многих странах мира. Это
связано с удорожанием
Среди основных задач, как
в Европе, так и в Беларуси –
оптимизация расхода

- Биоэнергетика, ее перспективы в Беларуси
- Биоэнергетика, ее перспективы развития в Беларуси
- Биоэнергетика мышечной деятельности
- Биоэнергетика: сущность, проблемы использования, перспективы развития в РБ
- Биоэнергетика: сущность, проблемы использования, перспективы развития в РБ
- Биоэнергетические ресурсы
- Биоэнергетические установки в сельском хозяйстве
- Биоэлектрические явления
- Биоэлектрические явления в живых тканях
- Биоэлектрические явления в миокарде
- Биоэнергетика
- Биоэнергетика
- Биоэнергетика
- Биоэнергетика, ее перспективы в Беларуси