Биоэнергетика: сущность, проблемы использования, перспективы развития в РБ
РЕФЕРАТ
по дисциплине:
"Основы энергосбережения"
на тему:
"Биоэнергетика: сущность, проблемы использования, перспективы развития в РБ"
Введение
Энергетика - это область общественного производства, охватывающая энергетические ресурсы, выработку, преобразование, передачу и использование различных видов энергии.
В настоящее время во многих странах мира наблюдается повышение интереса к возобновляемым источникам энергии. Это связано с непрерывно уменьшающимися запасами ископаемых энергоносителей, ухудшением экологии, связанным с газовыми выбросами, приводящими к парниковому эффекту, а также желанием многих стран освободить энергетические источники от политической ситуации.
Возобновляемый энергетический ресурс - постоянно действующие или периодически возникающие потоки энергии в результате естественных природных процессов.
Первоначально в качестве
возобновляемого источника
Согласно прогнозам Мировой энергетической комиссии о перспективах использования возобновляемых источников энергии главенствующая роль принадлежит биомассе. К перспективным возобновляемым источникам энергии следует отнести также гидроэнергию, энергию ветра и Солнца.
Таблица 1. Оценка возможной доли возобновляемых источников энергии в мире
Ресурсы возобновляемых источников энергии |
2020 г. (min) |
2020 г. (max) |
|||
млн т т. у. |
% к итогу |
млн т т. у. |
% к итогу |
||
Биомасса |
350 |
47 |
800 |
43 |
|
Солнечная энергия |
150 |
20 |
510 |
28 |
|
Ветровая энергия |
120 |
16 |
310 |
17 |
|
Геотермальная энергия |
60 |
8 |
130 |
7 |
|
Малые и мини-ГЭС |
70 |
9 |
100 |
5 |
|
Итого: |
750 |
100 |
1850 |
100 |
|
Основной целью реферата является изучить сущность, проблемы использования, а также перспективы развития биоэнергетики в Республике Беларусь.
Основным методом исследования является анализ специальной литературы и интернет-ресурсов по данному вопросу.
1. Биоэнергетика.
Историческая справка.
Проблемы отыскания и
использования соответствующих
видов энергии всегда интересовали
людей, однако столь волнующими, как
сегодня они никогда не были. Повышенный
интерес к ним понятен. Мировое
потребление энергии стало
Когда же впервые появилась
биоэнергетика? Ученые связывают появление
биоэнергетики с началом
Биоэнергетика - это наука,
изучающая механизмы и
Биомасса - общая масса растений, микроорганизмов и животных, приходящаяся на единицу площади или объема их обитания. Численно она выражается в массе сырого или сухого вещества (кг/м2; кг/га; кг/м3 и т.д.). Биомассу растений называют фитомассой, животных организмов - зоомассой. В Государственной программе вопросам использования фитомассы, коммунальных отходов, отходов растениеводства, получения биогаза, топливного эталона и биодизельного топлива в качестве возобновляемых ТЭР уделяется серьезное внимание. Общий годовой объем использования в Республике Беларусь этих энергоресурсов к 2010 г. оценивается примерно в 113 тыс. т у. т., а потенциальный запас составляет более 3,7 млн. т у. т. Эти цифры не учитывают использование древесного топлива, отходов деревообработки и лигнина в качестве топлива, потенциальный запас которых оценивается примерно в 7,58 млн. т у. т. Годовое использование к 2010 г. этих видов энергоресурсов планируется в объеме около 3,1 млн. т у. т. [4]
Рис. 2. Система биоэнергетики
Считается, что биомасса, которая является источником получения биотоплива, станет ключевым возобновляемым источником в будущем, ведь уже сегодня она дает 14% всей потребляемой энергии в мире.
Стоит отметить, что для
трех четвертей мирового населения,
которое живет в развивающихся
странах, биомасса также является самым
важным источником энергии. Ожидается,
что в связи с увеличением
численности населения и
2. Общая характеристика методов переработки биомассы
Сложный комплекс веществ, из которых состоят растения и животные, принято называть биомассой.
Основа биомассы - органические соединения углерода, которые в процессе взаимодействия с кислородом при сгорании или в результате естественного метаболизма выделяют теплоту.
Первоначальная энергия биомассы возникает в процессе фотосинтеза под действием солнечного излучения. В обобщенном виде эту реакцию можно представить следующим образом:
Среди основных энерготехнологических методов переработки биомассы можно выделить: термохимический метод; биохимический метод; агрохимический метод.
2.1 Термохимический метод переработки биомассы
Пиролиз - процесс нагревания биомассы либо в отсутствие воздуха, либо за счет сгорания некоторой ее части при ограниченном доступе воздуха или кислорода. КПД процесса пиролиза достигает 80-90%.
В качестве исходного энергетического продукта в процессе пиролиза могут использоваться:
* органическое топливо (уголь, сланцы, торф и т.д.);
* древесные отходы;
* сельскохозяйственные отходы (солома, ботва растений и т.п.);
* биобрикеты и т.д.
Состав получаемых при этом вторичных энергетических продуктов чрезвычайно разнообразен. Изменение состава продуктов пиролиза зависит от температурных условий, типа вводимого в процесс сырья, способов ведения процесса. Разновидности топлива, получаемого в результате пиролиза, имеют несколько меньшую по сравнению с исходной биомассой суммарную энергию сгорания, но отличаются большей универсальностью применения:
• лучшей управляемостью процесса горения и соответственно повышением его энергоэффективности;
• большей технологичностью, более широким диапазоном возможных потребителей и соответственно более высокими экономическими и качественными показателями.
Классификация основных типов энергетических процессов, связанных с переработкой биомассы
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). Закоксовавшееся 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
2.2 Биохимический метод переработки биомассы
Анаэробное разложение - процесс получения энергии из биомассы микроорганизмами (анаэробными бактериями) в отсутствие или при недостатке кислорода и света. Полезный энергетический продукт этого процесса - биогаз.
Биогаз - смесь углекислого газа (СO2) и метана (СН4). Энергетическая эффективность процесса сжигания биогаза может достигать 60-90% эффективности сжигания сухого исходного материала.
Основное уравнение,
описывающее процесс
С6Н10О5 + Н2O => 3CO2 + 3CH4.
Биогазогенератор
- устройство, в котором реализуется
процесс преимущественного
Спиртовая ферментация - процесс получения этилового спирта в качестве энергетического продукта. Этиловый спирт (этанол) С5Н5ОН - летучее жидкое топливо, которое можно использовать вместо бензина.
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:
• 95% - го этанола
в модернизированных
• смеси 100%-го (обезвоженного) этанола с бензином в соотношении один к десяти в традиционных двигателях.
В настоящее время стоимость топливного этанола сравнима со стоимостью бензина, причем наблюдается тенденция ее снижения. Вместе с тем этанол характеризуется более высоким октановым числом.
Фотолиз - процесс разложения воды на 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
Подобный результат можно получить химическим путем без участия живых организмов в лабораторных условиях. Промышленного внедрения эти технологии еще не получили.
2.3 Агрохимический метод переработки биомассы
Экстракция топлив - 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.). [7, с. 88-98]
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.
В связи с этим более
предпочтительным представляется способ
получения агрохимических топлив, который
основан на культивировании
Предполагается, что залежи
нефти обязаны своим
3. Экологическая
характеристика использования
энергия биомасса переработка экологический
Биоэнергетические станции по сравнению с традиционными электростанциями и другими невозобновляемыми источниками энергии являются наиболее экологически безопасными. Они способствуют избавлению окружающей среды от загрязнения всевозможными отходами. Так, например, анаэробная ферментация - эффективное средство не только реализации отходов животноводства, но и обеспечения экологической чистоты, так как твердые органические вещества теряют запах и становятся менее привлекательными для грызунов и насекомых (в процессе перегнивания разрушаются болезнетворные микроорганизмы). Кроме того, образуются дополнительный корм для скота (протеин) и удобрения.
Городские стоки и твердые отходы, отходы при рубках леса и деревообрабатывающей промышленности, представляя собой возможные источники сильного загрязнения природной среды, являются в то же время сырьем для получения энергии, удобрений, ценных химических веществ. Поэтому широкое развитие биоэнергетики эффективно в экологическом отношении.
Однако неблагоприятные воздействия на объекты природной среды при энергетическом использовании биомассы имеют место. Прямое сжигание древесины дает большое количество твердых частиц, органических компонентов, окиси углерода и других газов. По концентрации некоторых загрязнителей они превосходят продукты сгорания нефти и ее производных. Другим экологическим последствием сжигания древесины являются значительные тепловые потери.
По сравнению с древесиной
биогаз - более чистое топливо, непроизводящее
вредных газов и частиц. Вместе
с тем необходимы меры предосторожности
при производстве и потреблении
биогаза, так как метан взрывоопасен.
Поэтому при его хранении, транспортировке
и использовании следует
Неблагоприятные воздействия биоэнергетики на экологию:
? выбросы твердых частиц,
канцерогенных и токсичных
? выброс тепла, изменение теплового баланса;
? обеднение почвенной органики, истощение и эрозия почв;
? взрывоопасность;
? большое количество отходов в виде побочных продуктов (промывочные воды, остатки перегонки).
4.
Перспективы развития
биоэнергетики в РБ
Одним из альтернативных источников
топлива на основе возобновляемых биологических
источников является дизельное биотопливо
из растительных масел, в том числе
из масла рапса. За последние двадцать
лет в мире площади посевов
рапса расширились более чем
в четыре раза, а в Европе - в
десять раз. В странах Европейского
союза общая площадь посевов
рапса составляет около 7 млн. гектаров
при средней урожайности
Биоэтанол производится в
основном из сельскохозяйственной продукции,
содержащей углеводы. Топливный этанол
не содержит воду, но содержит метанол
и сивушные масла, что делает его
непригодным для питья. Наиболее
широко этанол используется в Бразилии,
где более 90 процентов автомобилей
с бензиновыми двигателями
Республика Беларусь располагает
около 5 млн. гектаров пахотных земель,
в том числе 25 процентов из них
пригодны для выращивания рапса.
Эффективное использование
Одним из перспективных направлений
развития топливной биоэнергетики
является создание производств биобутанола
- бутилового спирта, получаемого из
растительного сырья и
В последнее время в ряде стран получило широкое развитие производство твердых видов топлива из растительной биомассы. Так, в Финляндии и Швеции на долю топлива из биомассы приходится до 20 процентов в общем энергетическом балансе этих стран. Существенный прогресс достигнут в Австрии, Дании, Германии и других странах. В Республике Беларусь из отходов переработки древесины производят топливные гранулы (пеллеты) открытые акционерные общества «Пинскдрев» и «Экогран» (г. Бобруйск). Вместе с тем ресурсы растительного сырья в республике позволяют радикально увеличить мощности по выпуску топлива из этого сырья. Помимо древесины для этого можно использовать солому зерновых культур и рапс. Расчеты показывают, что суммарный топливный ресурс биомассы неиспользуемой соломы зерновых культур в республике равен примерно 1,74 млн. тонн условного топлива, что составляет 6,2 процента от общего энергопотребления в стране в 2006 году.
Еще одним важным источником энергии является биогаз. В большинстве развитых стран переработка органических отходов в биогазовых установках используется в основном для производства тепловой энергии и электричества и составляет в среднем около 3-4 процента всей потребляемой энергии, достигая в отдельных странах до 15-20 процентов. В Германии насчитывается около 2000 больших установок анаэробного сбраживания. В Австрии более 120 биогазовых установок с объемами реакторов более 2000 куб. метров каждая, около 25 установок находятся в стадии планирования и постройки.
Располагая значительным
сырьевым потенциалом для производства
биогаза, прежде всего отходами крупных
животноводческих комплексов и птицефабрик,
Республика Беларусь пока существенно
отстает от других стран в освоении
биогазовых технологий. По оценкам
Национальной академии наук Беларуси,
энергетический потенциал биомассы
отходов животноводческих комплексов
и птицефабрик республики составляет
около 450 тыс. тонн условного топлива
в год. В настоящее время введены
в эксплуатацию две установки
на республиканском унитарном
Начиная с 2008 года Национальная академия наук Беларуси осуществляет проект по созданию отечественных биогазовых установок. Реализация предлагаемой технологии позволит получать из органосодержащих стоков ферм крупнорогатого скота биогаз повышенной калорийности (24-26 МДж/куб. метров при содержании метана 70-75 процентов), который может быть использован для выработки электрической и тепловой энергии в когенерационном блоке, и высококачественные обеззараженные органоминеральные удобрения. Проектом предусматривается создание и введение в эксплуатацию в IV квартале 2010 г. биогазовой установки общей энергетической мощностью 125 кВт по переработке 25 куб. метров навозных стоков в сутки с последующим ее внедрением на фермах крупнорогатого скота на 200-500 голов, свинофермах на 2-4 тыс. голов и птицефабриках до 50 тыс. птицы. Потребность республики в установках такого типа составляет не менее 650 единиц.
В Беларуси создана программа мероприятий по развитию биоэнергетики. Их цель - разработка микробиологических и химических технологий получения различных видов биотоплива и создание их производства в Республике Беларусь. Финансироваться они будут за счет средств республиканского бюджета, выделяемых на научную, научно-техническую и инновационную деятельность в установленном порядке, а также иных источников.
Задачи программы:
· создание системы производств дизельного биотоплива из рапсового масла;
· совершенствование технологии
получения и организация
· разработка технологии получения и организация производства топливного биобутанола;
· разработка технологии получения и организация производства топливных гранул из соломы злаковых культур и рапса;
· создание производства печных и котельных топлив, содержащих биодобавки;
· разработка технологии и оборудования для выработки биогаза.
В результате выполнения программы ожидается:
· создание и внедрение в производство 5 новых технологий, 1 нового прибора, 2 технологических процессов;
· разработка технико-экономического обоснования производства топливного биоэтанола и биобутанола, топливных гранул из растительного сырья, отечественных установок для производства биогаза;
· выполнение поисковых проектов
в целях исследования физико-химических,
термодинамических и
· создание и сертификация испытательного центра по контролю качества твердого и жидкого биотоплива, предлагаемого к использованию в Республике Беларусь для двигателей внутреннего сгорания;
· организация производства
метиловых эфиров жирных кислот в
открытых акционерных обществах
«Гродно Азот» и «
Ввод в эксплуатацию 10 биогазовых установок мощностью 125 кВт позволит экономить в год не менее 9 млн. кВт*ч электроэнергии.
Экономический эффект в целом от реализации программы составит не менее 122 млн. долларов США в год (без учета экономического эффекта от создания крупнотоннажных производств биобутанола и биоэтанола). Реализация подпрограммы позволит к 2015 году обеспечить потребление дизельного биотоплива не менее 8 процентов и биотоплива для бензиновых двигателей не менее 12 процентов от общего объема топлива, используемого на транспортные нужды, экономить за счет производства топливных гранул из соломы и отходов древесины не менее 0,5 млн. тонн условного топлива, или около 6 процентов от общего объема энергопотребления в стране.
Развитие биоэнергетики в РБ также предопределено следующими обстоятельствами:
1. Заинтересованность лесного
хозяйства в потенциальном
2. Социальной выгодой, когда в рамках создания новой отрасли будут созданы новые рабочие места;
3. Экологическим эффектом,
т.к. будут снижены выбросы
диоксида углерода в атмосферу,
Конечной целью развития
биоэнергетики является создание собственного
топливно-энергетического
Заключение
Ученые считают, что если сохранятся нынешние темпы в биоэнергетике, то со временем нефть, уголь и газ не выдержат конкуренции. В бюджете Европейского союза на 2007-2013 гг. на развитие биоэнергетики будет потрачено до двух миллиардов евро. Отходы деревопереработки, химических производств, переработки сельскохозяйственной продукции, торфоразработок, полиграфической, пищевой и текстильной промышленностей могут быть превращены в высококачественное топливное сырье.

- Биоэнергетика: сущность, проблемы использования, перспективы развития в РБ
- Биоэнергетические ресурсы
- Биоэнергетические установки в сельском хозяйстве
- Биоэнергетический анализ А. Лоуэна - исторические корни
- Биоэтанол - кислородосодержащая антидетонационная присадка в бензин
- Биоэтика
- Биоэтика
- Биоэнергетика
- Биоэнергетика
- Биоэнергетика, ее перспективы в Беларуси
- Биоэнергетика, ее перспективы в Беларуси
- Биоэнергетика, ее перспективы в Беларуси
- Биоэнергетика, ее перспективы развития в Беларуси
- Биоэнергетика мышечной деятельности