SPEE
 
SPEE
   
Биомаса и биоенергия
Биомаса и биоенергия
Технологиите за биомаса използват възобновяеми ресурси за произвеждане на цяла гама от различни видове продукти, свързани с енергията, включително електричество, течни, твърди и газообразни горива, химикали и други материали.

Основи на биомасата

Дървесината, най-големият източник на биоенергия, се е използвала хиляди години за производство на топлина. Но има и много други видове биомаса - като дървесина, растения, остатъци от селското стопанство и лесовъдството, както и органичните компоненти на битови и индустриални отпадъци - те могат да бъдат използвани за производството на горива, химикали и енергия. В бъдеще, ресурсите на биомаса може да бъдат възстановявани чрез култивиране на енергийни реколти, като бързорастящи дървета и треви, наречени суровина за биомаса.

За разлика от други възобновяеми източници на енергия, биомасата може да се превръща директно в течни горива за транспортните ни нужди. Двата най-разпространени вида биогорива са етанола и биодизела. Етанолът, който е алкохол, се получава от ферментирането на всяка биомаса, богата на въглехидрати, като царевицата, чрез процес подобен на този на получаването на бира. Той се използва предимно като добавка към горивото за намаляване на въглеродния моно-оксид на превозното средство и други емисии, които причиняват смог. Биодизелът, който е вид естер, се получава от растителни масла, животински мазнини, водорасли, или дори рециклирани готварски мазнини. Той може да се използва като добавка към дизела за намаляване на емисиите на превозното средство или във чистата му форма като гориво.

Топлината може да се използва за химическото конвертиране на биомасата в горивно масло, което може да се използва като петрол за генериране на електричество. Биомасата може също така да се гори директно за производството на пара за електричество или за други производствени процеси. В един работещ завод, парата се улавя от турбина, а генератор я конвертира в електричество. В дървесната и хартиена промишленост, дървения скрап понякога директно се поема от парните котли за произвеждането на пара за производствените процеси ии за отоплението на сградите им. Някои заводи, които се захранват с въглища, използват биомасата като допълнителен източник на енергия във високоефективни парни котли за значително намаляване на емисиите.

Може да бъде произведен дори газ от биомаса за генериране на електричество. Системите за газификация използват високи температури за обръщане на биомасата в газ (смес от водород, въглероден моно-оксид и метан). Газът задвижва турбина, която е подобна на двигателя на реактивния самолет, с тази разлика, че тя завърта електрически генератор, вместо перките на самолета. От разлагането на биомасата в сметищата също се произвежда газ - метан, който може да се гори в парен котел за произвеждането на пара за генериране на електричество или за промишлени цели.

Новата технология би могла да доведе до това да се използват химикали и материали на био основа, за да се произвеждат продукти като антифриз, пластмаса и лични вещи, които сега се правят от нефт. В някои случаи тези продукти може да са напълно био-разградими. Въпреки, че технологията за въвеждането на химикалите и материалите на био основа на пазара е все още в разработване, потенциалната полза от тези продукти е голяма.

Технологии

Ресурси от биомаса


Терминът "биомаса" означава всяка органична материя с растителен произход, която може да бъде рециклирана, включително специализирани култури и гори, селскостопанска храна и фураж, отпадъци и остатъци от селскостопански реколти, отпадъци и остатъци от дървесина, водни растения, животински отпадъци, битови отпадъци и други отпадъчни материали. Третирането на материала, логистиката по събирането му и инфраструктурата са важни аспекти за ресурсите на биомасата във веригата.
Ресурси

Растителни енергийни култури
Растителните енергийни култури са многогодишни и се прибират всяка година, след като е минал периода от две до три години за постигането на пълната производителност. Това включва т. нар. 'слонска трева' или e-grass), бамбук, сладко сорго, власатка, и др.

Дървесни енергийни култури
Дървесните култури с кратко сеитбообръщение са бързорастящи дървета с твърда дървесина, които се използват след пет до осем години от засаждането им. Те включват хибридни тополи, хибридни върби, клен, канадска топола, ясен, орех и чинар.

Промишлени култури
Промишлените култури се разработват и отглеждат за производството на специфични индустриални химикали или материали. Например рициново масло за глицерин (C18H3403)

Селскостопански култури
Тези суровини включват продуктите, които се предлагат понастоящем, като царевична скорбяла и царевично масло, соево олио и соя, пшенична скорбяла, други растителни мазнини, и всеки новоразработен компонент от продуктите, които се предлагат в широко потребление. От тях по принцип се добиват захар, масла и есенции, въпреки, че могат да се използват също така за производството на пластмаса и други химикали и продукти.

Водни култури
Съществува широка гама от ресурси биомаса, като водорасли, гигантски келп, други морски водорасли и морска микрофлора. Търговските примери включват екстракти от гигантски келп за хранителни сгъстители и добавки, водораслови бои и нововъведени биокатализатори, използвани в биопроцесите в екстремни среди. Останки от селскостопански култури
Останките от селскостопански култури включват предимно стъбла и листа, които не са прибрани или премахнати от полето за комерсиални цели. Примерите включват царевичен фураж (стъбла, листа, обелки и кочани), пшенични стъбла, както и оризови стъбла. С приблизително 80 млн акра царевица, засаждана ежегодно, царевичният фураж се очаква да се превърне в най-големия ресурс биомаса за биоенергийни приложения.

Остатъци от лесовъдството
Остатъците от лесовъдството включват биомаса, която не е прибрана или премахната от сечищата, където за комерсиални цели се добива твърда и мека дървесина, както и материали, добивани чрез действия за горско управление, като разреждане или премахване на загиващи дървета.

Битови отпадъци
Жилищните, търговските и институционални отпадъци след консумация съдържат значителна част от органичния материал, добиван от растения, който е съставен от ресурс на възобновяема енергия. Отпадъчната хартия, картон, дървесина и градински отпадъци са примери за ресурси биомаса сред битовите отпадъци.

Остатъци от обработването на биомасата
Всяко обработване на биомаса дава вторични биопродукти и отпадъци, които се наричат с общото название остатъци, които имат значителен енергиен потенциал. Например, обработването на дървесина за различни продукти или пулпа (целулоза), произвежда дървени стърготини и събира кори, клони и листа/иглички.

Животински отпадъци
Операциите във фермите и местата за обработка на животни дават животински отпадъци, които представляват комплексен източник на органичен материал с последици за околната среда. Тези отпадъци може да се използват за производството на много продукти, включително и енергия.

Проблеми
Подобрения в производството на биомаса
Подобренията в селскостопанските практики ще доведат до увелични добиви на биомаса, намаляване на разходите за култивиране и подобрено качество на околната среда.

Биоенергия

Технологиите за биоенергия са доказани възможности за генериране на електричество, с капацитет от 10 гигавата в инсталации. Целия днешен капацитет се базира на добре развита технология за директно горене. Бъдещите подобрения на ефективността ще включват успоредно горене на биомаса в съществуващи парни котли, задействани с въглища, както и въвеждането на високо ефективни системи в комбинация с газификация, системи за комбиниран цикъл на газифициране, системи за горивни клетки и модулни системи.

Технологии

Директно изгаряне
Директното изгаряне включва изгарянето на биомаса с излишък от въздух, произвеждайки горещи газове, които се използват за образуването на пара в топлообменните сектори на бойлерите. Парата се използва за производството на електричество в парогенераторите.

Успоредно горене
Успоредното горене се отнася до практиката за въвеждане на биомасата във високоефективни парни котли, задействани с въглища като допълнителен източник на енергия. Успоредното горене е изчислено за разнообразие от технологии за парни котли, включително пулверизирани въглища и циклон, течни. За инсталации и компании за производство на енергия с въглищен капацитет, успоредното горене на биомасата може да бъде една от най-разходоспестяващи възможности за рециклиране на енергията.

Газификация
Газификацията на биомасата за приозводството на енергия включва загряването на биомасата в безкислородна среда за получаването на газ със средна до ниска калорийност. Този 'биогаз' се използва след това като гориво в енергийни заводи с комбинирани цикли на производство.

Пиролиза
Пиролизата на биомаса се отнася до процес, в който биомасата се излага на висока температура в отсъствието на въздух, което я разлага. Крайният продукт на пиролиза е смес от твърди (въглен), течни (оксидирани масла), и газови (метан, въглероден моно-оксид и въглероден диоксид) съставки.

Анаеробно асимилиране
Анаеробното асимилиране е процес, чрез който органичната материя се разлага от бактерия в отсъствието на кислород за производството на метан и други вторични продукти. Основният енергиен продукт е газ с ниска до средна калорийност, с 50 до 60 % съдържание на метан обикновено.

Биогорива

Ресурсите на биомасата могат да бъдат използвани за производството на голямо разнообразие от горива. Проучването и разработването на биогорива се състои от три основни аспекта: производството на горивата, прилагането и използването на горивата, и инфраструктура за разпространението им. Биогоривата са предимно използвани за зареждане на превозни средства, както и за двигатели или клетки за производство на електричество.

Горива

Етанол
Етанолът се получава при конвертирането на въглехидратите на биомасата в захар, която след това се превръща в етанол посредством процес на ферментация, подобен на варенето на бира. Етанолът е най-широкоизползваното биогориво днес, с настоящ капацитет от 1.8 билиона галона на година, на базата на скорбялови култури като царевица. Етанолът, произведен от целулозна биомаса е в днешни дни предмет на разширени проучвания, разработване и демонстрации.

Биодизел
Биодизелът се произвежда посредством процес, в който органично добитите масла се комбинират с алкохол (етанол или метанол) в присъствието на катализатор за формирането на етилов или метилов естер. Етиловият или метилов естер, добит от биомаса, може да се смеси с конвенционално дизелово гориво или да се използва като чисто гориво (100% биодизел). Биодизелът може да се добие от масла от соя, животински мазнини, отпадъчни растителни мазнини, или от микро-водорасли.

Биогорива от синтетичен газ
Биомасата може да се газифицира за производството на синтетичен газ, съставен предимно от водороден и въглероден моно-оксид, наречен още 'syngas' или 'biosyngas'. Водородът може да бъде възстановен от този 'syngas', а може и чрез катализа да бъде превърнат в метанол. Освен това, чрез Fischer-Tropsch катализатора може да бъде превърнат в течна пара с характеристики, близки до тези на дизеловото гориво, наречено Fischer-Tropsch дизел. Но всички тези горива могат да бъдат произведени и от природни газове, използвайки подобен процес.

Процеси на конверсия

Процеси на биохимична конверсия
Ензимите и микроорганизмите се използват често като биокатализатори за превръщане на биомасата, получена от съединенията, в желаните продукти. Целулазните (цитазни) и хеми-целулазните ензими разрушават въглехидратните фракции на биомасата до 5- и 6- въглеродни захари, процес, познат като хидролиза. Маята и бактериите ферментират захарите до продукти като етанола например. Напредъкът на биотехнологията се очаква да доведе до драматични биохимични подобрения в областта на конверсията.

Процеси на фотобиологична конверсия
Фотобиологичните процеси използват естествените действия на организмите за производство на биогорива директно от слънчевата светлина. Например, фотосинтетичните дейности на бактериите и зелените водорасли са се използвали за производството на водород от водата и слънчевата светлина.

Процеси на термохимична конверсия
Топлинната енергия и химичните катализатори се използват за разбиването на биомасата в междинни съединения или продукти. При газифицирането, биомасата се загрява в безкислородна среда за производството на газ, съставен предимно от водороден и въглероден моно-оксид. В пиролизата, биомасата се излага на висока температура в отсъствието на въздух, което я разлага. Разтворителите, киселините и основите могат да се използват за фракциониране на биомасата в гама от продукти, включително целулозни фибри и лигнин.

Био-химикали и био-материали
Биохимикалите и биоматериалите са търговски или индустриални продукти, различни от храна и фураж, получени от биомасна суровина. Продуктите на био-основа включват зелени химикали, рециклируеми пластмаси, естествени фибри и естествени структуриращи материали. Много от тези продукти могат да заменят продукти и материали, традиционно получавани от нефтени химикали, но ще има нужда от нови и подобрени технологии за обработката им.

Продукти и приложения

Зелени химикали
Много органични промишлени химикали, преработени химикали и химически междинни продукти могат да се получат от ресурси на биомаса. Промишлените химикали включват разредители, горивни добавки, лубриканти, повърхностно активни вещества, свързващи вещества и мастила. Основните групи от преработени химикали включват ензими и фармацевтични вещества. Химичните междинни съединения включват захари, органични киселини (като фруктова киселина), и други мономери или мономерни предшественици.

Рециклируема пластмаса
Пастмасата, произведена от ресурси биомаса дава надежда за заменяне на прастмасите, произвеждани от нефтени продукти. Общите категории включват разграждащи се полимери на растителна основа, въглехидратни (целулоза, скорбяла и хитин) полимери, както и лигнинови полимери. Примерите включват естери скорбяла, целулозни ацетатни смески, полилактид (PLA), поли-хидрокси-бутиринова киселина (PHB), и термопластични протеини.

Естествени фибри
Хартиените продукти, някои текстилни продукти, и много видове въжета и материали за връзване са направени от биомасни фибри. Процесите за обработка на хартия и пулпа се подобряват, разработват се нови процеси за използването на алтернативна суровина. Новите продукти се разработват на базата на природни фибри, включително инсулация, както и геотекстил за контрол на почвената ерозия. Тези фибри могат също така да бъдат използвани за подмяна на не-рециклируеми материали, като пълнители за много продукти.

Естествени структуриращи материали
Много строителни продукти, като дървен материал и структуриращи панели, са направени предимно от дърво. Изработват се нови смесени материали, които инкорпорират фибри от биомаса, като пълнители с други органични (напр. пластмасови) или неорганични (напр. циментови) компоненти.

Биовъзстановяване
Биовъзстановяването е прилагане на биологични системи към замърсени почви и води за преобразуването или премахването на замърсителите и по този начин подобряването на тяхното качество или възстановяването им в първоначалното им състояние. Ензимите, микроорганизмите и растенията са най-големите групи от катализаторите на биовъзстановяването.

Производствени технологии

Системи за обработка на биомасата
Основните методи включват химична обработка, био-обработка, термо-химична обработка, както и механична обработка. Интегрираните или хибридните процеси може да предложат най-добрите възможности за търговски успех. Примерите за съществуващите интегрирани процеси включват мелници за зърно и за пулпа.

Технология на отделяне
Способността за отделяне на химикалите, химичните междинни съединения и материали от уникалните и сложни вериги биомаси е съществена за комерсиалната практичност на тези нови технологии.

Интегрирани системи, оценки и проблеми на биомасата
Икономическите, социалните, екологичните последици, както и тези за околната среда при отглеждането и използването на биомаса трябва да се знаят и имат предвид, когато се третират технологичните, пазарните и политически аспекти свързани със системите от биомаса.

Интегрирани системи и оценки на биомасата

Биорафинерии
Идеята за биорафинериите отразява развитието на петролните рафинерии, което започна с опростена обработка за получаването на няколко основни продукти горива от суров нефт. Биорафинериите на бъдещето са започнали просто като петролните рафинерии, добивайки няколко основни продукти от биомаса, и ще се разрастнат до високо усъвършенствани мулти-продуктови операции, които ще максимизират използването на ресурси биомаса.

Оценка на жизнения цикъл
Оценката на жизнения цикъл (LCA) включва систематични аналитични методи за идентифициране, оценяне и помощ в минимизирането на въздействието на специфичен процес или за сравняването на конкуриращи се процеси. Материалните и енергийните баланси се използват за количествено измерване на намаляването на ресурсите, емисиите и консумация на енергията на всички етапи на процеса от разработване на суровия материал, производството на полезни материали и окончателното ползване или премахване на първичните и вторичните продукти.

Икономически проблеми

Устойчиво развитие
Технологиите за биомаса са един подход към придвижване на икономиката ни към по-устойчива база, защото те ни отдалечават от фосилните горива. Една от най-големите пречки към устойчивото развитие е нашата икономическа система, която не цени достатъчно околната среда или бъдещето.

Енергийна сигурност
Като вътрешен източник на енергия, биомасата може значително да намали зависимостта от внос на суров петрол. Биомасата се разпространява по земното кълбо по-равномерно, сравнено с други ограничени енергийни източници и затова предлага възможности за местна, регионална и национална енергийна независимост.

Икономически растеж в селските райони
Прозвеждането на биомаса и използването на селскостопански остатъци за технологии за биомаса ще стимулират селското развитие в областта на фермерството, лесовъдството и свързаните с това обслужващи индустрии чрез създаването на нови продукти, пазари и работни места.

Проблеми на околната среда
Технологиите за биомаса са по-съобразени с околната среда, отколкото конвенционалните технологии за енергия, които разчитат на фосилни горива. Тези фосилни горива допринасят значително за много от днешните проблеми на околната среда - парникови газове, замърсяване на въздуха, както и замърсяване на водата и почвата. Технологиите за биомаса биха могли да ни помогнат да разчупим общоприетия модел на използване на енергията за подобряване на качеството на околната ни среда.

Качество на въздуха
Алтернативите с биомаса могат да намалят емисиите на азотен двуокис, серен двуокис и други замърсители на въздуха, свързани с използването на фосилни горива.

Глобални проблеми в климата
Увеличените емисии на парникови газове с употребата на фосилни горива, особено въглероден двуокис, доведоха до разрастване на парниковия ефект, познат като промяна в климата или глобално затопляне. Технологиите за биомаса произвеждат много ниски или никакви количества емисии от въглероден диоксид.

Почвена конверсия
Проблемите за съхраняването на почвата, свързани с производството на биомаса, включват контрол върху ерозията на почвата, задържане на биогените, въглеродните субсидии и укрепването на речните брегове.

Опазване на водата
Жизнените цикли на технологиите за биомаса може да имат ефект върху стабилността на водните басейни, качеството на подпочвените води, течението и качеството на повърхностната вода и местното ползване на вода за селскостопански напоявания и/или за нуждите на съоръженията за конверсии.

Промени в биологичното разнообразие и местообитанията
Биологичното разнообразие е генетичното и видово разнообразие на съществата, живеещи в определен район или регион. Променените ползвания на земята в подкрепа на увеличеното производство на биомаса може да доведе до промени в местообитанието и нивата на биоразнообразието.


--------------------------------------------------------------------------------

Водородна енергия

Водородът е третият най-разпространен елемент на Земята като най-често се намира свързан във водата (H2O) и в органични съединения. Основно се получава от въглеводороди и вода и когато бива изгарян като гориво или преобразуван в електричество, се свързва с кислород, за да образува отново вода.

За водорода

Водородът е най-простият химичен елемент; атомът му се състои само от един протон и един електрон. Също и във вселената той е най-изобилният елемент. Въпреки неговата простота и широко разпространение, водородът не се среща естествено под формата на газ на Земята - той винаги е свързан с други елементи. Във водата и много органични съединения, особено въглеводородите, които се основен компонент на нашите горива., например газолин, природен газ, метанол, пропан.

Водород може да се получи от въглеводороди, чрез голямо количество топлина, процес познат като "ре-формиране" на водород. Понастоящем повечето водород се получава по този мед от природен газ. Чрез друг метод с използване на електрически ток също възможно разпадането на водата до съставните й компоненти : кислород и водород. Някои водорасли и бактерии, които използват слънчевата светлина като основен източник на енергия, при определени обстоятелства отделят водород. Водородът е богат не енергия и освен това, двигател, който изгаря чист водород, почти не замърсява околната среда. НАСА още от 70те години използва течен водород за извеждане на совалки и други ракети в орбита. Камерите на водородното гориво захранват електрическите системи на совалката, при което се отделя чист биологичен продукт - чиста вода, която се пие от екипажа. Може да се мисли за горивната камера като за батерия, която постоянно се зарежда чрез добавяне на гориво - тази батерия никога не пада.

Горивните камери са обещаваща технология като източник на топлина и електричество за сгради и електромобили. Въпреки че тези електромобили идеално биха се движили само с чист водород, в близко бъдеще е много по-вероятно те да бъдат зареждани с природен газ, метанол и дори газолин с идеята, че преобразувайки тези горива до получаването на водород ще позволи да се използва съществуващата вече инфраструктура - газ станции, тръбопроводи за природен газ.В бъдеще водородът може да стане част от електрическата мрежа като важен енергоносител. Енергоносителят складира, пренася и доставя енергия на потребителя във форма, подходяща за приложение. Възобновяемите източници на енергия, като слънцето например, не могат да произвеждат енергия непрекъснато. Слънцето не грее постоянно. Но водородът може да складира тази енергия докато стане необходима и може да бъде транспортиран там, където е нужно. Някои експерти смятат, че водородът ще формира основната енергийна инфраструктура, която ще захранва бъдещите поколения, заменяйки днешния природен газ, нефт, въглища и електрическа инфраструктура. Те предвиждат една нова водородна икономика да замени днешната енергийна икономика, въпреки че това едва ли ще се случи в обозримото бъдеще.

Технологии

Производство
Водородът се произвежда от източници като природен газ, въглища, газолин, метанол или биомаса, посредством висока температура, също така от някои видове бактерии и водорасли чрез фотосинтеза, както и чрез използване на електричество или слънчева светлина за разпадане на молекулата на водата на кислород и водород.

Технологиите, притежаващи най-добрия потенциал за производство на водород, с оглед на бъдещите потребности, са четири категории:

Термохимични
В момента за производство на водород се използва паропреобразувателен процес от горива като: природен газ, метанол, въглища и дори газолин. За да бъдат използвани възобновяеми енергийни източници, газификацията или пиролизата на биомаса - органичен продукт - може да бъде използвана за синтез на горивна газ, която може да бъде трансформирана във водород.

Електрохимични
При електролизата на вода се получава водород, чрез пропускане на електрически ток през самата вода.

Фотоелектрохимични
При фотоелектрохимичният процес водород се образува при разпадане на молекулата на водата, това се получава когато потопен във водата полупроводник се осветява със слънчева светлина.

Фотобиологичени
Фотобиологичните системи принципно използват естествената фотосинтетична активност на бактерии и зелени водорасли, които синтезират водород.

Транспортиране и складиране
Използването на водород като гориво и преносител на енергия ще изисква подходяща инфраструктура, позволяваща безопасно и евтино транспортиране и съхранение.


Съществуващи методи за съхранение и транспортиране
За момента водородът се съхранява в резервоари под формата на компресиран газ или нискотемпературна течност. Контейнерите могат да бъдат транспортирани с камиони или компресираният газ може да се движи по тръбопровод на разстояние не по-голямо от 80км.
Solid-State Methods

Водород в твърдо агрегатно състояние
Технологиите свързани със съхранение на водород в твърдо състояние са значително по-безопасни и икономически изгодни, отколкото съхранението на газ или течност. Това е особено важно когата става въпрос за превозни средства, "натоварени" с водород.

Горивни камери
Горивната клетка работи на принципа на батерия, която не пада и няма нужда да бъде зареждана. Тя ще произвежда електричество и топлина непрекъснато когато бива захранвана с гориво (водород). Горивната камера се състои от два електрода - отрицателен електрод (анод) и положителен (катод), между които има електролит. Водородът се намира на анода, а кислорода - на катода. Активирани от катализатор, водородните атоми се разпадат на протони и електрони, които следват различни пътища към катода. Електроните се движат по външна окръжност, създавайки електрически ток. Протоните се придвижват през електролита към катода, където те се свързват отново с кислорода и електроните, при което се отделя вода и топлина. Горивните камери могат да бъдат използвани както за движение на превозни средства, така и за отопление и електричество на сгради.
http://www.zazemiata.org
 
Възобновяем енергиен източник - биомаса
Биомаса и биоенергия
повече ...
Възобновяем енергиен източник - биомаса
Биогориво (Биологично гориво, още Екологично гориво или екогориво)
повече ...
Възобновяем енергиен източник - биомаса
Биогорива
повече ...
 
BG   Eng
Вход регистриран
потребител СПЕЕ-BG

Регистрация за
член на СПЕЕ-BG
Interreg-pr
Project
learning
learning
learning
 
Добави във FAVORITES
ES
BP
ViaExpo
Alex-EK
BNNS
VAP-Hydro
Elettrocom
Elprom_ZEM
energy
HOBAS-logo-SPEE
solaren_park
DUKTUS
 
 
 
 
   
© SPEE 2008, All rights reserved
| Начало | Сдружението | Събития | Информация | Правна рамка | Оферти | Галерия | Форум | Карта на сайта |
LogiDesign