Анаэробное разложение биомассы

Применение метода анаэробного разложения биомассы в развиваю­щихся странах. Издержки производства при использовании небольших реакторов определить нелегко. По имеющимся данным, начиная с 1972 г. в Китае было построено семь миллионов небольших …

Моторный спирт

Из всех процессов производства биотоплива процесс превращения углеводов растений в моторный спирт, по-видимому, в наибольшей степени завладел общественным мнением и значительно укрепил статус биоэнергии. Благоприятные экономические показатели в Бразилии и …

Растительные масла

Растительные масла, каучук, эфирные масла и-растительные воска имеются в продаже по доступным ценам. Сравнение цен на некоторые продукты-приводится в таблице 48. Разница в цене между дешевыми растительными и минеральными маслами …

ЭНЕРГИЯ И ДЕНЕЖНЫЕ ЗАТРАТЫ

Хотя ранее говорилось о том, что привлекательность процессов по производству биотоплива будет определяться не столько энергетически­ми затратами, сколько денежными расходами, непосредственное сравне­ние этих двух категорий расходов по отдельным продуктам прояснит отношения между денежными и энергетическими затратами в экономи­ке. На рисунке 15 дается раскладка этих двух категорий расходов. Де­нежные расходы касаются травяного силоса, производимого в Велико­британии, а затраты энергии касаются кукурузного силоса, производи­мого в США; это сравнение следует принимать как приблизительное вследствие различных технологий возделывания культур в этих странах.

Биоэнергия: технология, термодинамика, издержки

Роль энергии. Ежегодное мировое потребление нефти для производ­ства энергии составляет 7000 млн. т (с пересчетом на нефть других ис­точников энергии). Торговля энергоносителями по объему превосхо­дит все прочие статьи. Значение энергии не нуждается в комментариях, так как ни один вид человеческой деятельности не может осуществлять­ся без использования тех или других форм энергии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Широкий интерес к использованию биоэнергии был частично вызван опасениями относительно будущих запасов энергии. Возможная роль продуктов фотосинтеза как источников энергии должна рассматри­ваться на фоне основных отраслей мировой промышленности, занимаю­щихся добычей и переработкой традиционных видов топлива. Для обес­печения будущих потребностей в энергии необходимы новые крупные источники энергии. Энергия из биомассы вряд ли составит сколько-ни­будь значительную долю в общем потреблении энергии.

АНАЭРОБНОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ

Некоторые органические молекулы биомассы могут подвергаться анаэробному разложению в результате деятельности микроорганизмов. Основные продукты распада — диоксид углерода, метан и большое чис­ло микробных клеток. В природе этот процесс протекает в гнилостной среде. С прошлого века его использовали для обработки больших коли­честв шлама (осадка сточных вод). Главное преимущество этого мето­да — сокращение числа и обезвоживание твердых частиц стока, а также снижение количества твердых частиц вторичного отстоя очистительных установок.

АНАЛИЗ СТЕПЕНИ РИСКА

Важным элементом в развитии использования возобновляемых ви­дов энергии является риск, связанный с основной альтернативой источ­никам энергии на земном шаре в будущем — ядерной энергией. Риск, или возможные отрицательные последствия для человечества, связанные с использованием биомассы, а также изготовленных из нее видов топли­ва, часто считаются незначительными, но многие знают разрушительные возможности бесконтрольного процесса ядерного распада. Возможности риска, связанные с использованием возобновляемых видов топлива при производстве и использовании их в масштабах, аналогичных масштабам использования ископаемых видов топлива, исследовались сравнительно мало, но этот фактор следует принимать во внимание.

Масштабы, эффективность и плотность использования энергии

Использование энергии в определенных целях предполагает учет трех основных факторов: наличия достаточных запасов энергии, эффек­тивности и нормы ее использования. Продуктивность представляет собой сочетание указанных трех факторов. Изобилие энергии. Здесь снова можно провести аналогию между живыми клетками и экономическими системами. В качестве топлива клетки используют неорганические молекулы (хемодитотрофы), орга­нические молекулы (гетеротрофы) или солнечную радиацию (фотоауто - трофы). Однако источник энергии - только один из многих факторов, ограничивающих рост организмов в биосфере: часто более важные лимитирующие факторы — температура, питательные вещества, вода и болезнй.

РАСТИТЕЛЬНЫЕ МАСЛА

Масла, парафин, смолы и другие растворимые в растворителях сое­динения встречаются во всех растениях. Маслянистые соединения могут составлять до 40—50% биомассы, и они относительно легко экстраги­руются. Эти соединения — сырье для многих отраслей мировой промыш­ленности (табл. 31). Они используются человеком в пищу, в качестве корма для животных, пищевых добавок, душистых веществ, а также как сырье для производства широкого ассортимента товаров.

СОЦИАЛЬНЫЙ АСПЕКТ

Потребность в площадях. В этом разделе рассматриваются вопро­сы, связанные с безопасностью использования биоэнергии для людей и окружающей среды. Уровень безопасности является значительным, и этот фактор может перевесить все остальные возражения против исполь­зования этого вида топлива. В главе 2 было показано, что теплотворная способность материалов, получаемых человеком в сельском и лесном хозяйстве, равна примерно четверти общей энергии топлива, используе­мого человеком.

История вопроса потребления и стоимости энергии

Потребление энергии в Англии. Потребление энергии и экономиче­ский рост находятся в тесной связи [9, 12, 13]. Индустриализация тре­бует увеличения количества топлива с высокой теплотворной способ­ностью. Энергия должна быть дешевой и доступной как с точки зрения стоимости, так и с точки зрения требующихся затрат труда.

ПРОИЗВОДСТВО БИОЛОГИЧЕСКОГО ВОДОРОДА

Химия. Образование водорода происходит в живых клетках в про­цессе фотосинтетического расщепления воды в ходе фотохимических светочувствительных реакций с использованием водородных доноров, иных, чем вода (например, соли или эфиры яблочной кислоты, ацетаты), а также в ходе различных других катаболических реакций, таких, как анаэробное разложение. Мы рассмотрим только первый тип реакции, так как второй тип предполагает использование уже готовых органиче­ских молекул, а третий тип частично затронут в разделе, описывающем разложение, где образование водорода/представлено как нарушение хода процесса.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Стоки, выбросы и отходы. Производство биотоплива предполагает обработку больших количеств органического вещества, что неизбежно вызовет образование больших количеств твердых, жидких и газообраз­ных отходов. Вследствие сложности химического состава сырья и отно­сительной простоты состава получаемого топлива не удивительно, что количество загрязняющих веществ на единицу произведенной энергии здесь больше, чем при производстве ископаемых видов топлива.

Эффективность энергии и эффективность затрат

Экономика и термодинамика. В целом топливо является более де­шевой статьей, чем промышленные товары и услуги, определяющие на­циональное богатство. Например, стоимость угля составляет от 10 до нескольких десятков фунтов стерлингов за 1 т в зависимости от спо­соба добычи. Стоимость добываемой нефти составляет от нескольких до, вероятно, 60 ф. ст. за 1 т, в то время как ее продажная цена может быть значительно более высокой.

ПОДХОД К РАСЧЕТАМ СТОИМОСТИ БИОЭНЕРГИИ

Цель экономической оценки предложений по использованию био­топлива — сравнение стоимости ресурсов и необходимых усилий по их освоению с ценностью предполагаемых результатов. Методы расчетов достаточно хорошо разработаны [1, 2], что дает возможность с опреде­ленной точностью прогнозировать издержки в отношении хорошо извест­ных процессов. Для новых процессов и продуктов, где приходится стал­киваться со значительной долей неопределенности как в отношении технологии, так и рынка сбыта продуктов, прогнозирование издержек характеризуется низкой точностью, и при строительстве заводов может возникнуть значительный перерасход средств [3]. В литературе имеется целый ряд вариантов расчетов путей производства биотоплива, при этом предполагаемый экономический эффект сильно варьирует.

КАКОВА ЦЕНА БИОТОПЛИВА?

Дорогостоящий выбор. В главе 4 была показана дороговизна боль­шинства видов биотоплива. Этот факт обычно признается даже сторон­никами биоэнергии; она объясняет также, почему использование био­топлива в масштабах, сравнимых с масштабами использования тради­ционных видов в развитых странах, до сих пор не получило распростра­нения. Там, где биотопливо все же используется, существуют особые условия. Например, правительство может субсидировать производство биотоплива (газохол в США и Бразилии) или обложить высокими нало­гами использование ископаемых видов топлива.

Солнечная радиация и наличие земельных угодий

Интенсивность солнечной радиации. Солнечная радиация непосред­ственно За пределами земной атмосферы имеет энергетическую плот­ность около 0,12 ГДж/м2 в день [1]. В целом земля получает около 5,4 х 10IS ГДж радиации ежегодно. Однако минимум 30% падающей радиации теряется в результате отражения или поглощения ее земной атмосферой (даже при отсутствии облаков и загрязнения атмосферы). Облака могут отражать до 80% общей радиации, а степень покрытия облаками, земной поверхности составляет почти 50% в любое время.

НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ СЖИГАНИЕ

Реальную стоимость мелкомасштабного использования биомассы, например дерева и навоза, используемых в качестве топлива, опреде­лить трудно. Огромные усилия по заготовке дров, имеющие место, например, в странах третьего мира [7], не могут быть выражены в эко­номических издержках. Даже в развитых странах заготовка дров на зем­лях общего пользования является добровольным делом энтузиастов. Как уже отмечалось в главе 2, сжигание соломы на фермах стало менее распространенным.

КОНКУРЕНЦИЯ С НЕФТЬЮ, УГЛЕМ И ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИЕЙ

Рост или сокращение? В главе 1 уже говорилось о том, что в настоя­щее время в мире преобладают виды энергии, получаемой за счет нефти, угля и газа. Возобновляемые виды энергии всех типов должны конку­рировать с крупными промышленными отраслями, представленными этими видами топлива. Они должны также конкурировать с относитель­но новым видом энергии — ядерной энергией. Потребление ядерной энергии увеличилось за десять лет (с 1971 по 1981 г.) почти в 8 раз (рис.

Урожай культур и факторы. лимитирующие урожай

Производство первичной биомассы. Общее количество биомассы (в пересчете на сухое вещество), производимой в биосфере, составля­ет по расчетам около 110 млрд. т в год, из которых около 4 млн. т про­изводится на обрабатываемой площади. Категории биомассы представле­ны в таблице 11 [3, 9]; основная ее доля приходится на леса и океаны.

ТЕРМИЧЕСКОЕ ОБОГАЩЕНИЕ

Большое число различных схем обогащения биомассы с получением полезного топлива затрудняет подбор типичных расчетов. Все же мы выбрали два примера расчетов — один, приводящий к получению высо­кокалорийного газа, а другой — к получению жидкого топлива (мета­нола). Хотя в приводимом источнике [И] даются расчеты, основанные как на кредитах с низким ссудным процентом, получаемых от местных органов управления и т. д., так и на частном финансировании, мы приня­ли второй источник финансирования с целью показать жизнеспособность предложенных проектов.

РАЗВИВАЮЩИЕСЯ СТРАНЫ

Неравенство в обеспечении ресурсами. Относительная нищета, в ко­торой находится значительная часть человечества, и его неспособность обеспечить свои самые основные потребности являются причиной закон­ного беспокойства. Одной из таких потребностей является потребность в топливе для приготовления пищи и обогрева. В Индии существуют гро­мадные трудности, связанные со сбором дров для обеспечения ежеднев­ных потребностей; так, в некоторых местах сбор достаточного количе­ства биомассы занимает до семи часов в день [9]. Однако проблема состоит не в истощении мировых ресурсов энергии, а в громадном не­равенстве между нациями и внутри наций и нищете среди изобилия.

Стоимость продуктов фотосинтеза

Цены на биомассу. За последние годы трудности с топливом были практически связаны больше с его стоимостью, чем с фактическим наличием. В странах, производящих нефть, запасы последней исчерпаны не были, но эти страны ограничили поступление нефти на мировые рын­ки и повысили цены на нефть. Стоимость биомассы как источника топ­лива до сих пор не получила должного внимания, несмотря на попытки совершенствования самих процессов переработки биомассы.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЗАТРАТЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ БИОЭНЕРГИИ

Сохранение энергии. Как уже говорилось в главе 1, энергетические затраты при переработке и экстрагировании топлива являются важным вопросом в'плане перспективного обеспечения топливом, а также веро­ятности уменьшения запасов энергии. На местном уровне стоимость во­зобновляемых видов топлива, исходя из затрат ископаемых видов топ­лива, использованных для их производства, связана с планами увеличе­ния национальных запасов энергоносителей и снижения размеров ва­лютных платежей за импорт первичной энергии.

ЧТО ПРОИЗОЙДЕТ, КОГДА ИСТОЧНИКИ ИСКОПАЕМОГО ТОПЛИВА ИССЯКНУТ?

Биоэнергия — основной ресурс? Столкнувшись со всеми трудностя­ми, связанными с внедрением биоэнергии, обычной реакцией является утверждение, что рано или поздно биоэнергия должна быть внедрена, так как запасы всех видов топлива должны в итоге иссякнуть. Биоэнер­гия т* другие формы возобновляемой энергии должны обеспечивать посте янные поступления энергии. Строго говоря, это тоже не является абсолютно верным, так как солнечный свет тоже должен когда-нибудь исчезнуть.

От первичных продуктов фотосинтеза к ценным видам топлива

Проблемы использования биомассы. Растительная биомасса пред­ставляет собой проблему с точки зрения использования ее как топли­ ва. Она объемиста, обладает высокой влажностью и даже в высушенном состоянии характеризуется низкой теплотворной способностью. Цен­ность биомассы как топлива по сравнению с углем является низкой (табл. 20). Биомасса, содержащая более 2/3 воды, не будет гореть; на практике топливо, используемое для непосредственного сжигания, должно содержать менее 30% воды (по массе). Кроме того, биомасса находится в твердом состоянии, что исключает возможность получения надбавок к ценам, которые устанавливаются для жидких видов топлива.

ЗАТРАТЫ ЭНЕРГИИ НА ПРОИЗВОДСТВО БИОМАССЫ

Революция в сельском хозяйстве. Замена труда человека и живот­ных трудом машины в результате механизации сельского хозяйства в ходе XX столетия может быть справедливо названа ярким процессом. Энергия, необходимая для обработки почвы, возделывания культур, их уборки и транспортировки продукции, прямо или косвенно обес­печивается ископаемыми видами топлива. Топливо необходимо для приведения в движение трактора, других сельскохозяйственных ма­шин, строительства этих машин, производства удобрений и других хи­мических средств, а также для целого ряда других целей.

ПОВЕРХНОСТНЫЙ И ВСЕСТОРОННИЙ ПОДХОД

Исследования и экономика. Перед тем как начать проведение иссле­дований по такой технико-экономической проблеме, как биоэнергия, важно определить специфическую природу этой проблемы. Усилия должны быть направлены на понимание и совершенствование многих различных аспектов получения биотоплива с использованием инфор­мации, накопленной в различных областях знаний. Однако данные, которые могут казаться эффективными с научной точки зрения, совер­шенно необязательно должны привести к снижению затрат при произ­водстве биотоплива и побочных продуктов.

Сжигание

Простейшим методом получения полезной энергии из сухой биомас­сы является ее сжигание на воздухе. Химическая реакция полного окис­ления материалов, содержащих в основном углерод, кислород и водо­род, описывается следующим уравнением: СхЩ02 (биомасса) + [x+j>/4-z/2] 02 ->хС02 +^/2Н20, Где x, y,z - основные элементы, входящие в, состав биомассы.

ЗАТРАТЫ ЭНЕРГИИ НА ОБОГАЩЕНИЕ БИОМАССЫ

Затраты энергии на добычу ископаемых видов топлива. Биомассу в сыром состоянии можно сравнить с источниками первичной энергии, используемыми в национальном масштабе для обеспечения топливом промышленности, транспорта, жилых помещений и т. д. Эти источники первичной энергии частично расходуются в ходе самого процесса произ­водства топлива.

ТЕХНОЛОГИИ, ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ К ИЗМЕНЕНИЯМ СТОИМОСТИ СЫРЬЯ

Стоимость биомассы. Как было показано в главе 2, издержки по выращиванию и уборке биомассы значительно выше издержек при до­быче ископаемых видов топлива. Цены на биомассу, предназначенную для превращения ее в биотопливо, могут быть значительно выше при учете транспортных расходов, импортных пошлин, расходов на хранение прибылей. Цена на биомассу, включающая расходы по доставке, немед­ленно выключает большинство видов биомасс из производства биотоп­лива, если только эти расходы не компенсируются субсидиями.

Сухая перегонка, газификация и сжижение

Термическое повышение качества биомассы. Основной целью всех процессов повышения качества биомассы является превращение ее в стабильное транспортабельное топливо, способное заменить ископае­мые виды топлива без использования специального оборудования для погрузочно-разгрузочных работ. Путем сочетания нагрева и частичного сжигания биологических материалов можно получить твердые, жидкие и газообразные соединения, обладающие, по крайней мере, некоторыми свойствами угля, нефти и природного газа.

СПИРТ КАК ТОПЛИВО

Экономия на импорте нефти? Пропаганда спирта, полученного путем брожения для использования £го в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания в США, характеризующихся наибольшим потреб­лением бензина в мире, привела к тому, что каждому аспекту произ­водства спирта, его экономике и термодинамике стало уделяться самое пристальное внимание. Как говорилось ранее, возможности использо­вания спирта в качестве топлива существуют в США только благодаря дешевым зерновым, налоговым льготам за такое использование спирта по линии как федерального правительства, так и правительства штатов, а также стимулированию капиталовложений.

ТЕХНОЛОГИИ, ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ К ИЗМЕНЕНИЯМ КАПИТАЛЬНЫХ ЗАТРАТ

Сложность и низкая продуктивность. В случаях, когда биомасса как сырье обходится дешево, предоставляется бесплатно или с допла­той, капитальные затраты становятся наиболее важным элементом в расчете издержек производства. Крупные и дорогие реакторы, систе­мы подачи твердых частиц и сложные процессы — все эти факторы способствуют повышению первоначальных инвестиционных затрат, затрат по техническому уходу, а также повышению размеров долга, который необходимо погасить.

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.