Биомасса

1.БИОМАССА 
Биомасса — шестой по запасам из доступных на настоящий момент источников энергии после горючих сланцев, урана, угля, нефти и природного газа. Приближённо полная биологическая масса земли оценивается в 2,4×1012 тонн.

Биомасса — пятый по производительности возобновимый источник энергии после прямой солнечной,ветровой, гидро и геотермальной энергии. Ежегодно на земле образуется около 170 млрд т. первичной биологической массы и приблизительно тот же объём разрушается, крупнейший по использованию в мировом хозяйстве возобновляемый ресурс (более 500 млн т.у.т./год)

 

Биомасса применяется для производства тепла, электроэнергии, биотоплива, биогаза (метана,водорода).

Основная часть топливной биомассы (до 80%), это прежде всего древесина, употребляется для обогрева жилищ и приготовления пищи в развивающихся странах.

2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ БИОМАССЫ В УКРАИНЕ

 

         Показатели энергетического потенциала биомассы в Украине отличаются от потенциала других возобновляемых источников энергии тем, что, кроме климатометеорологических условий, энергетический потенциал биомассы в стране в значительной мере зависит от многих других факторов, в первую очередь от уровня хозяйственной деятельности.

 

         Энергетический потенциал  биомассы представлен такими  ее составными - энергетическим потенциалом  животноводческой сельскохозяйственной  и растительной сельскохозяйственной  биомассы и энергетическим потенциалом  отходов леса.                       

 
  

 

           Таблица 9.1 - Суммарный годовой потенциал животноводческой сельскохозяйственной биомассы в Украине

№ п/п	Области	Количество перегноя, млн. т/год	Выход биогаза, млн. м3/год.	Замещения орг. топлива, т у.т./год
1	Винницкая	17,9	891	713
2	Волынская	11,0	527	422
3	Днепропетровская	0,8	110	880
4	Донецкая	15,3	794	635
5	Житомирская	15,1	725	580
6	Закарпатская	4,7	243	194
7	Запорожская	15,4	771	617
8	Ивано-Франковская	7,3	358	287
9	Киевская	16,8	864	692
10	Кировоградская	11,8	589	471
11	Луганская	11,4	557	454
12	Львовская	13,5	665	532
13	Николаевская	10,5	518	414
14	Одесская	14,1	733	587
15	Полтавская	17,5	868	694
16	Ровенская	10,4	498	398
17	Сумская	13,0	640	512
18	Тернопольская	11,6	561	449
19	Харьковская	18,1	906	725
20	Херсонская	12,7	627	501
21	Хмельницкая	16,5	790	632
22	Черкасская	13,6	682	545
23	Черновицкая	6,1	304	243
24	Черниговская	17,7	856	685
25	АР Крым	12,3	639	511
	Всего	335,1	16706	13373

 

 

         Основными технологиями  переработки биомассы, которые можно  рекомендовать к широкому внедрению  в данное время есть: прямое  сжигание, газификация, анаэробная  ферментация с образованием биогаза, производство спиртов и масел для получения моторного топлива. При обосновании внедрения биоэнергетических технологий обеспечения охраны окружающей среды обеззараживанием отходов биомассы часто сядет первое место; в процессе переработки животноводческих отходов и городских сточных вод, кроме обезвреживания опасной микрофлоры, гельминтов и семя бурьянов, которые попадают в грунт, в поверхностные и подземные воды, устраняется загрязнения воздуха в зонах их накопления.

 

         Большие возможности в собственном энергообеспечении сельскохозяйственных предприятий и экономии ТЭР заложены в использовании энергии отходов сельхозпроизводства и растительной биомассы. В сельскохозяйственном производстве в качестве источников тепла можно принять любые растительные отходы, непригодные для использования по прямому назначению или не нашедшие иного хозяйственного применения.

При переработке биомассы в этанол образуются побочные продукты, прежде всего – промывочные воды и остатки перегонки. Последние являются серьезным источником экологического загрязнения окружающей среды. Представляют интерес технологии, которые позволяют в процессе очистки этих отходов получать минеральные вещества, используемые в химической промышленности, а также применять их для производства минеральных удобрений.

Таблица 9.2 - Потенциал растительной сельскохозяйственной биомассы в Украине

№ п/п	Области	Биомасса зерно-бобовых культур, тыс МВт·ч/год	Биомасса подсолнуха, тыс МВт· ч/год	Растительные отходы кукурузы, тыс МВт· ч/год	Растительные отходы овощей открытого и закрытого грунта, тыс МВт· ч/год
1	Винницкая	2400	1197	2780	440
2	Волынская	200	0	170	200
3	Днепропетровская	1040	6232	5940	820
4	Донецкая	360	5244	3330	1060
5	Житомирская	470	3	320	300
6	Закарпатская	70	23	710	210
7	Запорожская	660	5720	3180	580
8	Ивано-Франк.	150	0	360	190
9	Киевская	1140	88	1530	910
10	Кировоградская	950	4346	3580	310
11	Луганская	820	4320	2090	570
12	Львовская	270	0	270	310
13	Николаевская	740	3598	1470	490
14	Одесская	1160	4484	3560	850
15	Полтавская	1830	2843	3660	500
16	Ровенская	200	0	310	230
17	Сумская	1120	488	1290	330
18	Тернопольская	1110	0	670	240
19	Харьковская	1210	4466	2990	580
20	Херсонская	570	2260	2300	700
21	Хмельницкая	1480	6	2490	330
22	Черкасская	1740	1466	3550	600
23	Черновицкая	290	7	1490	230
24	Черниговская	700	71	950	360
25	АР Крым	130	1102	960	730
	Всего	21110	47964	49950	12070

 

 
Теплотворная способность сжигания 1 т сухого вещества соломы эквивалентна 415 кг сырой нефти, теплотворность 1 кг пшеничной соломы и сухих кукурузных стеблей равна 15,5 МДж, соевой соломы - 14,9 , рисовой шелухи - 14,3, подсолнечной лузги - 17, 2 МДж. По этому показателю растительные отходы полеводства приближаются к дровам - 14,6-15,9 МДж/кг и превосходят бурый уголь - 12,5 МДж/кг.

Получение промышленного биогаза растительного и животного происхождения возможно за счет их сбраживания (метанового брожения) с получением метана и обеззараженных органических удобрений. Теплотворная способность 1 куб. м биогаза, состоящего из 50-80% метана и 20-50% углекислого газа, равна 10-24 МДж и эквивалентна 0,7-0,8 кг условного топлива.

Термин энергетическая ферма используется в очень широком смысле, обозначая производство энергии в качестве основного или дополнительного продукта сельскохозяйственного производства, лесоводства, аква-культуры, а кроме того, те виды промышленной и бытовой деятельности, в результате которых образуются органические отходы. Основной целью переработки сырья могло бы быть исключительно производство энергии, но более выгодно найти наилучшее соотношение между получением из различных видов биомассы энергии и биотоплива.

Наиболее характерный пример энергетических ферм представляют собой предприятия по выращиванию и комплексной переработке сахарного тростника (рис. 9.1).

Производство зависит от сжигания отходов переработки тростника, необходимого для снабжения энергией всей технологической цепи. При надлежащей механизации можно было бы получить дополнительную энергию для производства на продажу побочных продуктов (патоки, химикатов, корма для животных, этилового спирта, строительных материалов, электроэнергии).

Рисунок 9.1 –  Агропромышленная переработка сахарного тростника

Следует отметить, что этиловый спирт и электроэнергию можно использовать для выращивания культур и выполнения транспортных операций.

Развитие энергетики за счет использования сельскохозяйственных культур имеет как достоинства, так и недостатки. Один из наиболее существенных недостатков то, что производство энергии станет конкурировать с производством пищи. Крупномасштабное увеличение объема производства биотоплива (например, этилового спирта) по этой причине может оказать существенное отрицательное влияние на мировой рынок пищевых продуктов. Второй серьезный недостаток – возможность обеднения и эрозии почв в результате интенсификации выращивания «энергетических» культур. Очевидная стратегия спасения от этих явлений – выращивание культур, пригодных и для обеспечения человека (зерно), и для энергетических нужд при одновременном сокращении части урожая, скармливаемого животным.

Для выращивания и переработки урожая необходима энергия в форме солнечного излучения и в форме, пригодной для получения топлива для работы сельхозмашин, создания самих этих машин, получения удобрения и т.п. Для оценки эффективности получения энергии из того или иного вида биомассы необходимо проведение энергетического анализа.

Энергетический анализ – это определение затрат энергии энергопотребляющих и энергопроизводящих систем, позволяющий выделить технические и технологические аспекты процесса.

На практике энергетический анализ и связанный с ним анализ экономических факторов получения и переработки биомассы агропромышленным методом оказываются достаточно сложными. Однако использование для получения тепла и электроэнергии дешевых отходов биомассы может иметь решающее значение при оценке эффективности того или иного процесса.