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

Энергетическое использование растительных остатков вызывает вопрос о том, какое количество может быть использовано без негативного воздействия на урожай. В соответствии с опытом развитых стран, около 35 % растительных остатков может быть удалено без воздействия на будущий урожай.

Промышленные отходы, содержащие биомассу, также могут быть использованы для производства энергии. Например, из отходов производства спирта можно получить горючий газ. Другие полезные виды отходов включают отходы пищевой и текстильной промышленности. топливо из биомассы.[5-17].

Рис. 5-43. Упакованные стебли.

Рис. 5-44. Пивная дробина. кукурузы.[5-28]

Рис. 5-45. Куринный помет.

БЫСТРОРАСТУЩИЕ РАСТЕНИЯ.

Биомасса может специально выращиваться на энергетических плантациях в виде деревьев или других видов растений, например, травы (сорго, сахарный тростник). Все эти виды растений могут быть использованы в качестве топлива.

Основным преимуществом при этом является короткий период выращивания (ротации) – обычно от трех до восьми лет. Для некоторых видов трав урожай может собираться каждые 6-12 месяцев. В мире существует около 100 миллионов гектаров земли, используемой для плантаций древесных культур.

Важными параметрами при выборе видов растений для Приоритетом выращивания растений на энергетических плантациях являются: наличие вида на местном рынке, простота разведения, устойчивость развития в неблагоприятных условиях и продуктивность, выраженная в производстве сухой биомассы на гектар в год (т/га/год).. Это наиболее важный фактор при решении вопроса о производстве биомассы с целью оптимизировать ее производство на определенной территории в определенный период времени с наименьшими затратами. По этой причине высокопроизводительные виды биомассы предпочтительны для производства энергии. топливо из биомассы (сырье) [5-17].

Некоторые виды растений демонстрируют высокую продуктивность. Например, ряд сортов эвкалипта имеют продуктивность 65 т/га/год сухой биомассы, виды Salixand Populus показывают соответственно 30 и 43 т/га/год.

5.3. Использование топлива из биомассы

Рис. 5-46. Эвкалипт царственный.[5-29].

Древесное топливо составляет 10 % топлива, используемого в мире. В Азии и Латинской Америке его доля составляет 20 %, в Африке – 50 %. При этом древесина является главным источником энергии, особенно в бытовых целях, во многих бедных развивающихся странах. В 22 странах древесное топливо обеспечивает от 25 до 49 % потребления энергии, в 17 странах – 50–74 % и в 26 странах – 75-100 %. [5-30].

Увеличение производства древесины путем внедрения эффективных технологий является необходимым условием устойчивого развития в развивающихся странах.

Увеличение использования древесного угля в Европе связано с промышленной революцией в Англии в 17 – 18 веках. В Швеции потребление древесного угля выросло в течение 19 столетия в связи с производством металла, в частности, высококачественной стали. Сегодня древесный уголь остается важным видом бытового и, в меньшей степени, промышленного топлива во многих развивающихся странах. Он преимущественно используется в городах, где простота хранения, высокая теплотворная способность (30 МДж/кг по сравнению с 15 МДж/кг для древесины), меньшее количество дымовых выбросов и устойчивость к насекомым делают его более привлекательным, чем древесное топливо. В крупных городах Танзании доля древесного угля составляет 90 % общего энергопотребления.[5-30].

Потенциал образования лесных и сельскохозяйственных отходов огромен – около 2 миллиардов т/год во всем мире. Около 800 миллионов обитателей Земли используют с/х отходы и навоз для приготовления пищи, хотя точные подсчеты сделать трудно. В противоположность распространенному мнению, использование навоза в качестве источника энергии не ограничено только развивающимися странами. Например, в Калифорнии коммерческие биогазовые установки генерируют около 17.5 МВт электроэнергии, используя навоз крупного рогатого скота. Большое количество биогазовых установок имеется в Европе.[5-30].

Количество энергии, которое теоретически возможно получить из возобновляемых отходов, составляет 54 ЭДж 1.8 млрд. ту.т. в развивающихся странах и 42 ЭДж 1.43 млрд. ту.т. в развитых регионах. Возобновляемые отходы включают три основных компонента: лес, продукты растениеводства и навоз. В расчётах предполагается, что только 25 % отходов используется полезно. Развивающиеся страны теоретически могут покрыть 15 % потребностей в энергии за счет отходов, промышленные страны – 4 %.. [5-30].

Отходы сахарного тростника (жом, листья) – огромный потенциал для производства электроэнергии.

Количество электроэнергии, вырабатываемой из сахарного тростника может в 44 раза превышать собственное ее потребление сахарным или спиртовым заводом. На каждый литр спирта газовая турбина может произвести более 11 кВт-ч электроэнергии сверх собственного потребления завода (около 820 кВт-ч/т). По другим оценкам, использование жома для конденсационных турбин дает дополнительно 20–65 кВт-ч электроэнергии на тонну тростника. Этот количество может быть удвоено с помощью использования вида barbojo в межсезонье. Себестоимость произведенной электроэнергии оценивается в 0,05 $/кВт-ч. Доходы от продажи электроэнергии могут считаться основным продуктом, а спирт побочным. [5-30].

В Индии производство электроэнергии из отходов сахарного тростника в 2030 году может достичь 550 ТВт-ч/год (общее производство электроэнергии из всех источников в стране в 1987 году было менее 220 ТВт-ч – Тера= 1х1012). В глобальном масштабе около 50 ГВт установленной мощности может быть обеспечено с помощью отходов. Теоретический потенциал отходов в 80 развивающихся странах, производящих сахар из сахарного тростника, достигает 2800 ТВт-ч/год, что на 70 % превышает общее производство электроэнергии в этих странах в 1987 году. Изучение общего потенциала сахарной промышленности дает цифру 500 ТВт-ч/год. Предполагая, что третья часть отходов может быть использована для производства электроэнергии с помощью внедрения новых технологий, 10 % современной мировой потребности в электроэнергии (10000 ТВт-ч/год) может быть обеспечена из этого источника. [5-31].

Ятрофа.[5-32].

Рис. 5-47. Культивируемая Ятрофа ядовитая – Jatropha curcasL[5-33].

Ятрофа ядовитая – Jatropha curcas L. Многолетнее древовидное растение, легко распространяется с помощью семян и размножается черенками. Относится к семейству молочаевых… Хорошо растет в странах с тропическим и субтропическим климатом, но встречается по всей планете. Больше известна как многолетний древовидный сорняк, растущий на бедных сухих почвах. Ятрофа успешно аклиматизировалась и столетиями произрастает в Африке и Азии, а в последние десятилетия культивируется во всем мире. Это засухоустойчивое растение, хорошо растет в полузасушливых и засушливых условиях. Также успешно вегетирует в условиях достаточной влажности. Сегодня ятрофу выращивают во многих тропических странах, где сумма ежегодных осадков составляет 300-1000 мм, а средняя температура – выше 18–20 °C. По этим параметрам культурное производство растения можно пробовать и в России. Растение предпочитает хорошо дренированные и аэрированные почвы. Содержание питательных веществ в почве не является главным фактором, влияющим на продуктивность ятрофы. Она может расти как на плодородных почвах, так и на почвах с низким содержанием гумуса. Ятрофа невысокое древовидное или кустарниковое растение, высота растения от трех до пяти-шести метров, но иногда, в благоприятных условиях, может достигать и восьмидесяти. Листья простые, большие, пальчастые с тремя или пятью лопастями; на черешках зеленого или бледно-зеленого цвета. На стеблях они размещены спирально, под противоположным к югу углом. Цветы собраны в соцветия и размещены на черешках длиной от 6 до 23 мм. Соцветия размещаются в пазухах листьев.

Плоды созревают в зимний период, когда растение сбрасывает листья. В условиях тропиков может давать урожай несколько раз в год. Из одного соцветия образуется 10 или больше яйцевидных плодов, в каждом плоде – по два-три крупных семени. Семена дозревают, когда околоплодник меняет цвет с зеленого на желтый. В семенах ятрофы содержится 30 % различных масел… Сейчас занимающиеся созданием биотоплива предприниматели в Индии и Африке насаждают плантации и производят топливо из семян этого растения. Британская компания по производству биогорючего D1 Oils засадила ятрофой 150 тыс. га земель в Свазиленде, Замбии и ЮАР, а также в Индии. В этом году фирма планирует удвоить размеры посевов. Голландская компания BioKing, производитель оборудования для создания биотоплива, выращивает плантации ятрофы в Сенегале.

Правительство Китая также приступило к внедрению в жизнь широкомасштабного проекта.