Евгений Панцхава - Биоэнергетика. Мир и Россия. Биогаз. Теория и практика. Монография

• Название: Биоэнергетика. Мир и Россия. Биогаз. Теория и практика. Монография
• Автор: Евгений Панцхава
• Жанр: Детская образовательная литература
• Год: 2014
• ISBN: 978-5-4365-0155-0

Предлагаемая читателю монография, прежде всего, посвящается выдающимся отечественным ученым и специалистам, стоявшим у истоков создания отечественной биоэнергетики задолго до ее активного развития за рубежом. В книге представлены зарубежные и отечественные достижения по всем современным направлениям бурно развивающейся биоэнергетики как самостоятельного сектора общей мировой энергетики, ее теоретическим основам, технологиям, оборудованию и практическому применению.

Большое внимание уделяется теории и практики природного метаногенеза как сложнейшего биологического процесса, активно участвующего в кругообороте углерода в биосфере, роли этого процесса в эволюции живого на земле, его глобальному участию в образовании ископаемых углеводородов.

Книга рекомендуется для специалистов России, работающих в указанной области, для студентов, аспирантов и преподавателей кафедр, факультетов, вузов, изучающих и развивающих отечественную биоэнергетику.

---

1.5. Топливный торф (фрезерный) – сжигается в отопительных печах, водогрейных котлах и тепловых электростанциях.

Рис. 6–5. Торфяные брикеты., [6–6].

Рис. 6–6. Брикет торфяной – таблетка., [6–7]

Торф – горючее полезное ископаемое растительного происхождения, предшественник генетического ряда углей. По определению торф является органической горной породой, содержащей не более 50 % золы, образовавшаяся в результате биохимического расклада болотных растений в условиях повышенной обводненности и дефицита кислорода.

Рис. 6–7. Российская линия брикетирования и гранулирования., [6–8]

Рис. 6–8. Оборудование для производства топливных брикетов, Уфа.,[6–9]

От ближайшей горной породы в ряде каустобиолитов – бурых углей по физическим свойствам он отличается повышенным содержанием влаги, рыхлой структурой, низкой плотностью, а химическим – наличием широкого класса органических водо-растворимых и легкогидролизуемых соединений, гуминовых кислот, сахаров, битумов, гемицеллюлоз и целлюлозы. С современных представлений физикохимической механики природных дисперсных систем торф представляет сложную многокомпонентную, многофазную, полидисперсную полуколлоидно-высокомолекулярную систему с признаками полиэлектролитов и микромозаичной гетерогенности. [6-10].

Ежегодный прирост запасов торфа в мире ок. 500 млн. тонн – это ресурс для производства 14.5 ЭДж электроэнергии в год.

Энергетические леса – выращивание быстрорастущих культур (эвкалипт, тополь, ива и другие); годовой урожай может составлять около 7 т/га. Крупнейшая в Европе электростанция, работающая на древесной биомассе (Зиммеринг, Австрия). Мощность электростанции 66 МВт. Электростанция ежегодно потребляет 190 тысяч тонн биомассы, собираемой в радиусе 100 км от станции. Выход электроэнергии с 1 га энергетического леса составит 21500 кВт. ч

Слоновья трава, Miscanthus giganteus

Рис. 6–9. Слоновья трава, [6-11].

Урожай биомассы до 60 т/га. Выход электроэнергии с 1 га мискантуса составит 180 тыс. кВт. ч. Если занять под мискантус 1 млн. га МЗР (мировые земельные ресурсы), потенциальный выход электроэнергии составит 180 млрд. кВт. ч.

Литература

6-1. Дрова, www.asi.org.ru.

6-2.Эвкалипт радужный., www.glamyrka.com.

6-3.Топливные брикеты., www.enik-pilomat.ucoz.net.

6-4. Пеллеты.

6-5. Будущее – за пеллетами., www.new-pellet.ru.

6-6. Торфяные брикеты., www.vladivostok.neobroker.ru.

6-7. Брикет торфяной – таблетка., www.vologodskaya.all.biz.

6-8. Российская линия брикетирования и гранулирования. www.promsnab.dn.ua.

6-9. Оборудование для производства топливных брикетов, Уфа., www.doskaurala.ru.

6-10. Рациональное использование торфа и сапропеля в России www. 2.gaz.kostroma.ru.

6-11. Слоновья трава, www.anticomprador.ru.

Глава 7. Жидкое биотопливо

Нефть – кровь современной экономики. Она – символ власти, богатства, войны, коррупции, политических интриг и экономических страхов. С каждым годом ее требуется все больше, а стоит она все дороже. [7–1]

7.1. Введение

Министерство энергетики США выяснило, что электромобили не станут популярными даже в 2040 году. [7–2]

Рис. 7–1. Электромобиль.[7–2].

Министерство энергетики США считает, что электромобили не будут пользоваться спросом даже в 2040 году.

Министерство энергетики США опубликовало ежегодный отчет (апрель 2013) о перспективах энергетических рынков Annual Energy Outlook (EIA). В документе, в частности, был поднят вопрос о типе автомобилей, который будет доминировать в будущем.[7–3].

По данным экспертов, в 2040 году 78 % автомобилей на дорогах США будут оснащены двигателями внутреннего сгорания (ДВС), работающими на горючем топливе естественного происхождения.

При этом 42 % всех автомобилей с ДВС будут оснащены системами «старт-стоп» и рекуперативными тормозами, которые позволяют сохранять полученную от замедления машины энергию.

Заряжаемые от электросети гибриды и «чистые» электромобили составят лишь по 1 % автопарка соответственно. Традиционные гибриды, которые пользуются и ДВС, и электромотором, составят около 5 % автомобилей на дорогах.

Вместе с тем средний расход топлива автомобилей в США должен составить в 2040 году 6,3 л на 100 км пути против нынешних 11 л.

Тем не менее, данный результат все же отстает от задачи, поставленной администрацией президента США Барака Обамы на 2025 год. По мнению главы государства, к этому сроку все новые автомобили на рынке США должны потреблять не более 4,3 л на 100 км пути.

По данным министерства энергетики, с учетом постоянного роста добычи нефти в 2040 году литр бензина будет стоить в США около $1,03. Такой же объем дизельного топлива будет стоить в 2040 году уже $1,3. Стоит отметить, что легковые автомобили с дизельными двигателями редко встречаются в США: по прогнозу EIA, их доля к 2040 году возрастет лишь до 4 % с нынешних 2 %.

Вместе с тем в министерстве предполагают, что количество автомобильных поездок к 2040 году увеличится на 30 %. [7–4].

Одними из важнейших направлений современной Биоэнергетики является:

1) промышленное разведение растений – продуцентов углеводородов,

2) биотехнологическая конверсия (получение этилового и других спиртов, органических кислот, растворителей из различных видов биомассы;

3) термохимическая конверсия (прямое сжигание, газификация, пиролиз, сжижение, фест-пиролиз, синтез) для получения жидкого топлива;

4) Химико-каталитическая конверсия биотоплив второго порядка: биоэтанола, растительных масел, целлюлозы в жидкие топлива третьего порядка: бензин и керосин и другие углеводороды алканового ряда с общей формулой CnH2n+2

7.2. Жидкие биотоплива

7.2.1. Биоуглеводороды

Термин БИОУГЛЕВОДОРОДЫ объединяет органические соединения углеводородной структуры, либо продуцируемые непосредственно флорой, либо получаемые из органических веществ фотосин-тетического происхождения посредством термохимических процессов или биохимического или химического катализа.

В настоящее время в плане создания промышленных производств биоуглеводородов особый интерес представляют разнообразная макрофлор- и микроорганизмы: бактерии, водоросли, грибы.

Рис. 7–2. Карта-схема Крупнейших производителей биотоплива в мире. 2008 г. Россия на схеме не отмечена-она идет своим путем. [5].

На рис. 7–2 показаны химический (черный), б) биологический (зеленые), и в) тепловой (красный) пути производство биоуглеводородов, полученных из I), древесной биомассы и б) водорослей. Производство бензина или дизельного эквивалента зависит от технологии… Топливо для реактивных двигателей также может быть произведено.

Широкий простор перед исследователями и производителями открывает генная инженерия.

Рис. 7–3. Пути образования биоуглеводородного топлива.

7.2.2. Биоэтанол [7–6]

Рис. 7–4. Объемная формула биоэтанола. [7–6].

Этанол – одноатомный спирт с формулой C2H5OH (С2Н60), другой вариант:

СН3-СН2-0Н, второй представитель гомологического ряда одноатомных спиртов, при стандартных условиях летучая, горючая, бесцветная прозрачная жидкость. Молярная масса: 46,06844 г/моль… Плотность: 789,00 кг/м3 Температура кипения: 78,37 °C

Температура плавления: -114 °C

Давление насыщенного пара: 5,95 кПа

Этиловый спирт используется как топливо, в качестве растворителя, как наполнитель в спиртовых термометрах и как дезинфицирующее средство (или как компонент его).

Биоэтанол получается при переработке углеводов растительного сырья. Этанол можно производить в больших количествах из целлюлозы. 80 % этанола имеет топливное применение, 12 %– техническое и 8 % – пищевое.

Рис. 7–5. Производство биоэтанола в мире, млрд. л. [7–7].

Рис. 7–6. Прогноз мирового потребления биоэтанола, млн. литров [7–8].

В 2009 году мировое производство составило 59.3 млн. т (рост на 10 % по сравнению с 2008 г., на 400 % по сравнению с 2000 г.). В 2009 г. ведущие места по производству этанола заняли США (31.2 млн. т -54 %), Бразилия (19.4 млн. т – 34 %) и ЕС-2.9 млн. т (5 % мирового производства).

19 декабря 2007 года президент США подписал закон о Энергетической независимости и безопасности (EISA of 2007). EISA от 2007 предусматривает производство 132.5 млн. тонн этанола в год к 2022 году. При этом 73 млн. куб. м или 60 млн. т этанола будет производиться из целлюлозы – не пищевого сырья.

Топливные смеси этанола Е5, Е7, Е10 – смеси с низким содержанием этанола (5, 7 и 10 весовых процентов, соответственно), наиболее распространённые на рынке.

Рис. 7–7. План типичного американского завода биоэтанола. [7–9].

Топливный баланс этанола равен 1.24. То есть из этанола, произведённого из кукурузы, можно получить на 24 % энергии больше, чем было затрачено при производстве этанола.