БИОМАССА Как источник энергии
Термохимические процессы в переработке биомассы
С. КоханХ)
В данном разделе рассматриваются некоторые основные принципы термохимии в процессах переработки биомассы, включая такие процессы, как сжигание, газификация, пиролиз и сжижение. Все эти процессы протекают при высокой температуре, а иногда и при высоком давлении.
На рис. 1 схематически представлены термохимические методы переработки лигноцеллюлозной биомассы, состав которой можно выразить общей формулой (СН20)„. Как это видно при превращении целлюлозы в метан или метанол, отношение Н/С удваивается и остается почти постоянным, если биомасса сжижается над катализатором. Увеличения отношения Н/С можно достичь путем введения в процесс пиролиза водорода (в составе водяного пара) или удаления углерода в виде углистого вещества. Катализаторы в виде щелочных металлов при сжижении биомассы стимулируют удаление из нее кислорода с моноксидом углерода. Многие виды биомассы содержат небольшой процент серы, азота и зольных соединений, которые в различных количествах содержатся также в жидких и твердых продуктах, получаемых в результате пиролиза и сжижения.
Комплекс по производству этанола, где полностью используется сырье (например, пшеничные зерна (рис. 4)), может дать положительный энергетический эффект. Такой комплекс включает установку для пронзвод- Ства этанола и промышленного типа хозяйство для откормки рогатого скота. В энергетическом балансе учитывается энергия, расходуемая на выращивание пшеницы, и энергия для производства пара.
Микроорганизмы, ответственные за производство этанола ферментацией, являются факультативными, так как они могут развиваться как при наличии кислорода, так и без него. В присутствии кислорода из начального субстрата образуется больше клеточной массы (в 5-10 раз больше, чем в анаэробных условиях), и скорость роста ее увеличивается. Другими словами, аэрацией можно увеличить выход клеточной массы и интенсивность процесса.
Для составления энергетического баланса необходимо точно определить границы рассматриваемой системы. Энергетический к. п.д. может быть использован для оценки к. п.д. различных систем по переработке биомассы. Однако в тех случаях, когда процесс переработки биомассы включает стадии производства энергии (например, водяного пара или электроэнергии), более полезным будет сравнение термодинамических к. п. д., поскольку последний дает возможность установить, какая из систем для производства работы (энергии) лучше по сравнению с идеальной.