Индивидуальные солнечные установки

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОМАССЫ

При фотосинтезе в зеленых растениях используется солнечная энергия. Механизм фотосинтеза можно пред­ставить в виде следующей реакции: хлорофилл+пС02+ +пН20-|-свет-»-хлорофилл +лСН20+га02, где СН20— часть молекулы углевода, содержащей один атом угле­рода. Простейший углевод глюкоза имеет формулу 6 (СН20), т. е. содержит шесть атомов углерода. Диок­сид углерода и вода поглощают только ультрафиолетовое излучение и длинное инфракрасное излучение, а хло­рофилл растений поглощает весь видимый свет (с дли-

О

Ной волны короче 6800 А), при этом он активируется и пе­редает свою энергию воде, которая выделяет атом водо­рода для реакции с С02. За этим процессом следуют дру­гие химические реакции, в основном контролируемые энзимами и дающие жиры, белки и углеводы. Эффектив­ность фотосинтеза в естественных условиях чрезвычай­
но низкая — около 1 %, однако ежегодный прирост био­массы по своему энергосодержанию в 10 раз превышает годовое потребление энергии в мире и в 200 раз — энер­госодержание пищи, потребляемой человечеством.

Основными источниками биомассы являются леса и сельское хозяйство. За год леса дают 7,5-1010 т био­массы, а отходы сельскохозяйственного производства — 4,2-109т биомассы. В лабораторных условиях эффек­тивность фотосинтеза достигает 35 %.

Использование фотосинтеза для выращивания быст­рорастущих растений — сахарного тростника, кенафа, подсолнечника, сорго, маниоки, сине-зеленых водорослей, переработка биомассы с помощью "солнечной энергии, биофотолиз воды для производства водорода, биоконвер­сия органических материалов в метан, пиролиз и хими­ческое восстановление органических материалов с полу­чением твердых, жидких и газообразных топлив — вот те технологии, которые разрабатываются для получения экологически чистого топлива^, с помощью солнечной энергии.

Производительность солнечной установки для выра­щивания водорослей зависит от интенсивности и спект­рального состава света, тепловых и гидродинамических параметров процесса, конструкции фотосинтезирующего аппарата, концентрации углекислоты, количества и со­става питательной среды, вида водорослей и т. п. Важ­ным источником биомассы являются отходы сельского хозяйства, переработки древесины, городские пищевые отходы.

Преобразование биомассы в топливо включает био­логические методы — аэробное брожение, анаэробную ферментацию, гидролиз с помощью кислот и энзимов, микробиологические и биофизические процессы, термо­химические методы — пиролиз, восстановление, гидрога­зификацию и прямое сжигание.

Из отходов можно производить синтетическую нефть и газ, биогаз и спирты, которые заменят нефтепродук­ты и природный газ, в том числе в двигателях внутрен­него сгорания.

В Бразилии производят этиловый спирт из раститель­ного сырья — сахарного тростника и маниоки, имеющих урожайность соответственно 50—60 и 15—40 тс 1 га. Выход этилового спирта составляет 70 л из 1 т сахарного

Тростника и 170 л из 1 т маниоки. Этиловый спирт заме­няет бензин в 50 % автопарка страны.

Большие перспективы у солнечно-водородной энерге­тики. Водород удобен для транспорта энергии на боль­шие расстояния по трубопроводам. Он является важней­шим химическим сырьем и энергоносителем, его можно применять в качестве экологически чистого (при его сжи­гании образуется вода) топлива для двигателей внутрен­него сгорания и технологических процессов для произ­водства электроэнергии в топливных элементах. Водород можно аккумулировать посредством гидридов металлов или в жидком виде. Производство водорода путем элек­тролиза воды с использованием электроэнергии, полу­чаемой на СЭС, является весьма эффективным и срав­нительно дешевым процессом. Перспективен метод получения водорода путем биофотолиза воды с исполь­зованием фотосинтеза зеленых растений или сине-зеле­ных водорослей. Разрабатываются способы получения водорода с непрямыми химическими циклами, приводя­щими к разложению воды и получению водорода при не­высоких температурах.