Термин биомасса включает в себя такие понятия, как растения, живые организмы, грибки и бактерии. Взятая вместе как целое, вся биомасса Земли представляет огромный запас энергии. Биомасса возобновляется, поэтому это возобновляемый источник энергии. Основной источник энергии в биомассе - энергия солнца.
Использование энергия биомассы вызывает все больший интерес ученых, бизнесменов и политиков, К 2010 году страны ЕС хотят добиться получения 12 % энергии от возобновляемых источников, и три четверти этого количества, возможно, будет получено за счет энергии биомассы,
По мере совершенствования технологий использования биомассы вырабатываемая из неё энергия становится соизмеримой по цене с энергией, вырабатываемой из традиционных видов топлива.
Извлекать энергию из биомассы люди начали ещё в глубокой древности, когда впервые научились пользоваться огнем. Несмотря на многовековой опыт, ученые стремятся находить все более эффективные пути извлечения энергии из биомассы, рассматривая её как один из основных источников энергии в будущем.
И одной из основных причин повышенного интереса является то обстоятельство, что биомасса для своего роста потребляет из атмосферы диоксид углерода,
Если использовать для выращивания органического топлива только 2,5 % территории Земли, то мы сможем удовлетворять почти четверть энергетических нужд человечества. Среди перспективных сортов деревьев отмечают, прежде всего, тополь, иву и эвкалипт.
В России до VII века биомасса была основным источником энергии.
В странах, расположенных вдоль экватора, биомасса и сейчас остается основным источником энергии. Её доля в энергобалансе развивающихся стран в 1995 году составляла 35 %. Сейчас биомасса используется в России преимущественно в виде дров и отходов растениеводства для отопления домов, а в сельской местности - для выработки теплоты в технологических процессах сутки, получения пара и горячей воды. Всего в России ежегодно сжигается примерно 40 млн. т. биомассы (в пересчете на условное топливо).
Производство и использование компоста из биомассы улучшает структуру почвы. Применение биомассы в народном хозяйстве позволяет создать новые рабочие места в сельских районах и улучшить социальные условия жизни людей.
Выращивание топлива вместо продовольствия может стать новым направлением деятельности фермеров. Жидкое биотопливо уже производится в некоторых странах Европейского Союза из семян рапса. Производство дров в результате выращивания быстрорастущих сортов ивы и тополя может стать существенным источником энергии в Великобритании.
На первый взгляд, это чрезвычайно привлекательно, так как кроме доставления эстетического удовольствия растущие деревья поглощают атмосферный диоксид углерода и препятствуют развитию парникового эффекта.
В то же время крупномасштабная вырубка таких плантаций каждые 3-5 лет оставит после себя крайне непривлекательное зрелище - гектары пеньков.
Количество энергии, которое можно получить с энергетической плантации при урожайности 15 т сухой биомассы с 1 га в год и теплотворной способности 15 МДж/кг, составляет 225 ГДж/га (6,75 ТУТ/га). При КПД газотурбинной электростанции 40 % 1 га энергетической плантации может обеспечить экологически чистым топливом производство электроэнергии в объеме 25,2 МВт-Ч (2,7 ТУТ) в год.
В России в 1995 году не использовалось 15 млн. га пашни. Если эти земли использовать как энергетические плантации, можно получить 378 МВТ'Ч электроэнергии в год, что превышает производство электроэнергии на российских АЭС.
Штат Калифорния в США занимает лидирующие позиции в развитии и использовании технологий переработки биомассы. В этом штате ежегодно используется более 600 тыс. т. биомассы для производства электроэнергии, благодаря чему на долю биомассы приходится 2,77 % вырабатываемой электроэнергии. Это означает, что намного меньше отходов поступает на полигоны хранения и меньше выбрасывается в атмосферу парниковых газов.
В Австралии промышленность по производству сахара занимает лидирующие позиции в деде использования биомассы. На сахарных заводах там вырабатывается электроэнергии примерно 250 МВт, из которых 60-70 МВт продается другим потребителям.
В России ежегодно образуется около 300 млн. т органических отходов, из них на долю сельскохозяйственного производства приходится почти 250 млн. т. Ежегодно в российских городах и поселках 60 млн. т отходов вывозится на полигоны хранения, а точнее - на свалки.
Хотя потенциал использования отходов деревообрабатывающей промышленности в России огромен, существуют и трудности их использования, связанные с сезонностью производства и необходимостью транспортировки отходов к местам использования. Одним из многих источников биомассы являются отходы производства и потребления. Это и пищевые отходы, и нечистоты, и отходы фабрик по переработке сельскохозяйственной продукции, и отходы деревоперерабатывающих заводов и т. д. Отсюда и появляется второй путь использования биомассы - превращение отходов в полезную энергию.
На сегодняшний день известны пять путей извлечения энергии из биомассы: сжигание в виде топлива, газификация, пиролиз, разложение под действием бактерий (анаэробное разложение) и ферментация. Рассмотрим более подробно эти пути.
1 . Сжигание
Пожалуй, самый простой и древнейший путь извлечения энергии из биомассы - это ев сжигание. Например, даже сейчас более миллиона домовладельцев в Австралии используют дрова для получения теплота. А всего В Австралии дрова обеспечивают 2,4 % всех потребностей в энергии. Такие страны, как Кения, Непал и Эфиопия большинство своих энергетических нужд покрывают за счет сжигания дров, навоза и других отходов.
В значительной степени покрытые лесами страны (например, Швеция и Австрия) почти десятую часть своих энергетических нужд покрывают за счет сжигания отходов лесоперерабатывающей промышленности.
Дерево является хорошим источником энергии, так как его легко сжечь в котельных установках, особенно в лесоперерабатывающих и бумажных отраслях промышленности. В США лесоперерабатывающее фабрики получают почти 75 % энергии в результате непосредственного сжигания отходов древесины, а то время как в бумажной промышленности использование отходов древесины ограничено 55%.
Как топливо дерево имеет огромные экологические преимущества. Хотя ори его сгорании в атмосферу выделяется диоксид углерода, в то же время при росте деревьев этот диоксид углерода поглощается в процессе фотосинтеза. Однако прямое сжигание дров не всегда эффективно, так как летучие компоненты могут, не сгорая, выбрасываться с уходящими из топочного пространства газами.
Высокоэффективная технология сжигания древесных опилок реализована в США на газотурбинной электростанции. Дубовые и тополиные опилки предварительно подсушиваются (влажность 25 %) уходящими газами и подаются в камеру двухступенчатого сгорания циклонного типа, куда с помощью компрессора нагнетается воздух. Продукты сгорания при температуре 787 °С очищаются от твердых частиц в специальном циклоне и поступают на лопатки газовой турбины мощностью 3 МВ.
Газотурбинная установка может работать и на других видах топлива, таких, например, как отходы сахарных заводов.
Авиационная газовая турбина (частота вращения вала 14 000 об/с) связана С генератором через понижающий редуктор и имеет специальные системы защиты. Специальные меры были приняты для защиты камеры сгорания от перегрева при пуске установки.
Появляющиеся с течением времени на лопатках газовой турбины сажевые отложения снижают эффективность работы установки, Поэтому во время работа в газовый тракт периодически подается предварительно размолотая шелуха грецких орехов, которая сбивает сажевые отложения.
Капитальные затраты на сооружение установки составили $3600 тыс. при сроке окупаемости 10 лет. На производство 1 МВт-ч электроэнергии затрачивается примерно 770 кг/ч опилок.
Газификация
Это процесс, в течение которого твердое топливо подвергается воздействию высоких температур при ограниченном доступе кислорода. В результате получаются газообразные продукты реакции, содержащие оксид углерода, диоксид углерода, азот, водород и мотан. В этом-то и заключается основное преимущество данного процесса по сравнению с прямым сжиганием древесины.
Другим преимуществом процесса является возможность использования первичного топлива с множеством включений, которые легко удаляются и не приводят к загрязнению окружающей среды.
Пиролиз
Это очень старая технология, при реализации которой органические остатки нагреваются практически без доступа воздуха, в результате чего получаются газообразные продукты и твердый остаток (кокс), которые могут быть полезно использованы. Всем нам известный древесный уголь получен именно таким путем.
