Биомасса и ее энергетическое использование

В последние годы во всем мире значительно возрос интерес к химическому и энергетическому использованию древесины и растительной биомассы вообще [22, 28, 52, 62, 73, 76, 77, 78, 85, 151, 155, 158, 180, 181]. Термин биомасса в широком смысле означает любую производимую биосинтезом массу, но в данной главе этот термин применяется в более узком смысле для обозначения биомассы древесины, хотя во многих упоминаемых процессах в качестве сырья могут также использоваться сельскохозяйственные культуры и отходы. [c.400]

При реализации децентрализованной системы с такими энергоносителями, как древесина (древесные гранулы), реализуется разумное снижение СО путем усиленного энергетического использования потенциала отечественной биомассы. [c.582]

Биомасса и ее энергетическое использование [c.326]

Какие бы варианты энергетического использования биомассы мы ни рассматривали, в основе их всегда лежит фотосинтез — [c.189]

Впервые комплексно, во взаимосвязи с общими проблемами энергетики, рассмотрены сырьевая база, технология переработки, особенности применения и экономические показатели использования моторных топлив из альтернативных сырьевых ресурсов (угля, сланцев, битуминозных нефтей, природного газа, биомассы). Отражены современное состояние и перспективы потребления моторных топлив. Даны характеристика и классификация альтернативных топлив, приведена система приоритетов в использовании их на автомобильном транспорте с учетом экономических, энергетических и экологических характеристик. [c.2]

Использование биомассы в энергетических целях — комплексный процесс, включающий выращивание и сбор биологических веществ, различные методы их подготовки и переработки в жидкие, газообразные и твердые топлива. Биомасса является возобновляемым ресурсом, а переработка сельскохозяйственных, лесных и бытовых отходов способствует охране окружающей среды от загрязнений. [c.121]

Как уже отмечалось, для некоторых стран с благоприятными природно-климатическими условиями, энергетические ресурсы могут быть пополнены энергией биомассы. По различным оценкам, в мире ежегодно образуется около 4,2 млрд. т сельскохозяйственных отходов, а в высокоразвитых странах в пересчете на душу населения — от 0,4 до 1,0 т различных бытовых отходов. Сушествующая в настоящее время технология переработки биомассы — пиролиз, газификация, сжижение, анаэробная ферментация и т. п. — позволяет получать из нее топливный газ и жидкие продукты различной калорийности, метанол, этанол, высокоэффективные удобрения. С точки зрения рассматриваемой в этом разделе проблемы, наибольший интерес из продуктов переработки биомассы представляют метанол и этанол (выше рассматривался возможный выход этанола из различных сельскохозяйственных культур). При использовании древесины можно получить 25—30% метанола и 15—20% этанола (в расчете на сухую древесину). В работе [194] отмечается, что энер -гия спирта, полученного из биомассы, вдвое превышает ее расход на выращивание сельскохозяйственных культур, а в работе [c.224]

Энергетической программой намечено широкое использование нетрадиционных энергоносителей — солнечной, геотермальной, ветровой, приливной энергий, а таюке энергии биомассы. Годовое производство энергии за счет этих источников к концу XX в. составит в пересчете на условное топливо 20-40 млн.т. [c.10]

Важным фактором при культивировании микроорганизмов на углеводородных субстратах в аэробных условиях является подача кислорода. Кислород требуется не только для построения биомассы, но и для окисления углерода и для удовлетворения энергетических потребностей обмена веществ в дрожжевых клетках [84]. Общая потребность в кислороде при выращивании дрожжей на углеводородах в 2—4 раза выше, чем при использовании углеводных субстратов, так как в последнем случае кислород необходим только для покрытия энергетических затрат роста и клеткой не фиксируется. Необходимый микроорганизмам кислород должен быть растворен в водной среде. Предел роста клеток определяется диффузией кислорода воздуха в среду. [c.79]

Ежегодно в мире образуется 170-200 млрд т растительной биомассы (в пересчете на сухую массу), что энергетически эквивалентно 70-80 млрд т нефти [1.10]. Используется лишь небольшая ее часть. При современном уровне развития техники имеется возможность дополнительного использования биомассы (еще около 2,5-5 %) для производства моторного топлива, что эквивалентно 2-4 млрд т нефти или 3-6 млрд т угля ежегодно. [c.22]

Истощение нефтяных месторождений, рост цен на моторные топлива, обострение экологических проблем, вызванное резким увеличением автомобильного парка, предопределяют необходимость поиска альтернативных топливно-энергетических ресурсов. Диапазон топлив, получаемых из этих ресурсов, достаточно щирок. Это и топлива из полезных ископаемых природного газа, газовых конденсатов, угля, горючих сланцев, битуминозных песков топлива растительного и животного происхождения растительные масла, топлива из биомассы и животных жиров, получаемые из неорганических и органических ресурсов синтетические топлива, спирты и эфиры. Использование альтернативных топлив обеспечит решение проблемы замещения нефтяных топлив, значительно расширит сырьевую базу для получения моторных топлив, облегчит решение вопросов снабжения транспортных средств топливом. Однако каждое из этих топлив имеет свои преимущества и недостатки. [c.474]

Органические кислоты легко биологически окисляются. Муравьиная кислота используется как источник энергетического обмена она повышает скорость биологического использования других органических кислот, расходуемых на прирост биомассы и энергетический обмен. Биологическое окисление жирных кислот с длиной углеродной цепи i6 и более происходит после адаптации микроорганизмов [479, с. 29]. [c.282]

Из всего изложенного следует, что развитие микроорганизмов нередко происходит в условиях, неоптимальных для размножения, когда на клетку действует фактор (или сумма факторов), приводящий в итоге к нарушению корреляции скорости размножения со скоростью потребления исходного энергетического субстрата. Причем в основе нарушения прямой зависимости между указанными процессами могут лежать различные механизмы. Скорость потребления субстрата при этом будет превосходить скорость координированного синтеза биополимеров (т. е. произойдет нарушение корреляции между процессами катаболизма и анаболизма). Практически это сводится к снижению степени использования энергетического источника па синтез биомассы и к увеличению количества продуктов неполного окисления исходного субстрата, усилению образования в клетках веществ типа запасных, интенсификации процесса биосинтеза .вторичных метаболитов , а также к увеличению рассеивания избыточной, не использованной на процессы размножения энергии в тепловой и световой формах. [c.93]

При биохимическом окислении роль окислителя выполняют бактерии, которые используют органические вещества сточных вод в качестве источников питания. Органические вещества перерабатываются бактериями в процессах обмена (т. е. окисляются ими с использованием кислорода или минерализуются), при этом часть веществ окисляется до конца (используемая на энергетические потребности клетки), а часть—не до конца (используемая на прирост биомассы). Из сказанного следует, что для большинства индивидуальных органических веществ ХПК больше БПК (за любой срок инкубации) и больше (очень редко равна) окисляемости перманганатной. Соотношение между ВПК и перманганатной окисляемостью может быть различным. [c.77]

Многие бактерии могут расти за счет использования метанола. Выходы биомассы прй росте иа метаноле составляют 50% и более от массы использованного спирта. Энергетические выходы роста бактерий на метаноле (доля химической энергии органического субстрата, сохраняющаяся как химическая энергия в выросшей биомассе) достаточно велики (более 50%), но ниже, чем при росте микроорганизмов на углеводах (до 65%). При росте микроорганизмов на углеводородах энергетический выход роста ниже и составляет около 40 %. С этим связано более эффективное использование дорогостоящего растворенного кис- [c.565]

Таким образом, биомасса при ее рациональном использовании может стать эффективным источником возобновления энергетических ресурсов с использованием микробиологических процессов. Однако вклад биомассы в общую энергетику большинства развитых стран не превысит 10 %, в отдельных странах он может составить 25—30 %, но ие более, так как в противном случае она перестает быть возобновляемым источником. Более перспективным способом использования солнечной энергии является ее прямая конверсия в молекулярный водород при фотолизе воды. [c.630]

Существует еще один путь использования возобновляемого сырья — непосредственное получение из него спирта, органических кислот, биогаза, биоорганических удобрений. Получение биогаза из различного рода сельскохозяйственных и бытовых отходов уже сейчас является повседневной реальностью. Использование ассоциаций анаэробных микроорганизмов, разлагающих биомассу с образованием метана, весьма перспективно как для пополнения энергетических ресурсов, так и для очистки окружающей среды. Доказано, что метаногенез с участием многокомпонентной системы — самый выгодный п экологически целесообразный путь превращения органического вещества отходов в топливо. Такие процессы осуществляются в закрытых резервуарах, не требуют притока кислорода, установки занимают малую площадь. Применение различных отходов для получения биогаза позволяет создать безотходные технологии. При этом сельское хозяйство наряду с топливом сможет дополнительно получать миллионы тонн полноценных органических удобрений. [c.234]

Создаются проекты энергетического растениеводства, т. е. быстрого выращивания биомассы водорослей, высших растений, в том числе древесных для ее превращения затем в биотопливо, в биогаз. Эти проекты являются важным звеном в использовании возобновляемых источников энергии. [c.450]

Так как энергетическое содержание биомассы планктонных ор ганизмов в значительной мере меняется от вида к виду [13] а внутри вида от сезона к сезону [14, 17, 18, 20], использование единого энергетического эквивалента для перевода массы сухого беззольного органического вещества в калории, очевидно, в ряде -случаев не может дать достаточно надежных результатов. Более приемлемым полагают использование соотношения между органическим углеродом и калорийностью, так как энергетический эквивалент углерода является, по-видимому, существенно более ста- бильной величиной по сравнению с энергетическим эквивалентом Сухого беззольного органического вещества. Детальные исследования по выявлению корреляционной связи между энергией и органическим углеродом в телах 19 видов пресноводных беспозвоночных [15] в целом подтвердили реальность допущений большой международной группы исследователей [10] и справедливость рекомендованной ими соответствующей связи 1 мг углерода эквивалентен примерно 9.9—10 кал энергии. Однако ими же показано, что для бентоса это значение несколько занижено при вычислении физической калорийности подобных организмов она должна -составлять около 11 ккал/г. Отмечается существование статистически значимой положительной корреляции между отношением энергии к углероду и процентным содержанием углерода в исследованном материале [15], которую авторы цитируемой работы объясняют различиями в биохимическом составе, в частности различным содержанием липидов в проанализированных беспозвоночных. Зто обстоятельство приводит к необходимости учета дополнительных факторов при расчете калорийности по содержанию органического углерода. [c.122]

В табл. 5.5 приведена оценка возможного спроса на топливо для сельских потребителей при двух сценариях формирования спроса. Их анализ показывает, что с повышением жизненного уровня сельского населения в обеспечении его энергетических потребностей все большую роль, помимо газа и традиционных видов местного топлива (дрова, торф, сельскохозяйственные отходы), будут играть сжиженный газ и бытовое жидкое топливо (они составляют сейчас 16%), а также нетрадиционные возобновляемые энергетические ресурсы, главным образом солнечная энергия и биомасса. С учетом использования низкопотенциального тепла доля этих источников увеличится с 1,3% в настоящее время до 2—6% в 2000 г. и 8—14% в 2010 г. Доля угля сократится с 47% до 35— 37% в 2000 г. и 25-28% в 2010 г. [c.120]

Энергетическое использование биомассы предусматривает либо ее сжигание с получением теплоты или с целью производства элек-326 [c.326]

Результаты исследования указывают на целесообразность совместной переработки мезги и барды в белковый корм. Из каждой тонны смешанного сырья, содержащего 65 кг СВ (рис. 4), можно получить 12 кг товарных дрожжей, или 38,3 кг сухого белково-углеводного корма. В пересчете на 1 т СВ субстрата выход дрожжей достигает 185 кг, а выход смешанного белкового продукта — 588 кг. По данным А. А. Андреева и Л. И. Брызгалова (1986), в производственных условиях из гидролизата 1 т сухой древесины вырабатывается 210 кг сухих дрожжей. Несмотря на более низкий выход дрожжевой биомассы, преимущество использования картофельной мезги и послеспиртовой барды по сравнению с древесиной состоит в меньших энергетических затратах на гидролиз и в возможности рациональной утилизации всех сухих веществ субстрата. [c.57]

Первичные энергетические ресурсы с точки зрения возможности их использования для получения моторных топлив могут быть разделены на две большие группы. К первой следует отнести ПЭР, которые могут быть непосредственно использованы для производства топлив. Они включают все горючие ископаемые и биомассу. Ко второй группе относят остальные первичные энергоресурсы, которые не могут быть использованы для непосредственного производства топлив, но способствуют расширению сырьевой базы для их получения. Влияние этих энергетических ресурсов сказывается опосредственно, через экономию органических топлив, замещаемых альтернативными видами энергии. Например, атомная электростанция мощностью 1000 МВт позволяет ежегодно экономить около 2 млн. т органического топлива в условном исчислении, которое может быть использовано для производства моторных топлив. Аналогичным приме- [c.14]

Превращение биомассы в топлива, пригодные для непосредственного использования, осуществляется термохимическими или биохимическими процессами. К термохимическим процессам переработки относятся прямое сжигание, пиролиз, газификация и экстракция масел, к биохимическим — ферментация и анаэробное разложение. Перед переработкой биомасса обычно проходит стадии подготовки, включающие измельчение, сущку и др. При переработке биомассы в моторные топлива наибольший интерес представляет газификация с получением синтез-газа (преобразуемого затем в метанол или углеводороды), а также ферментация с получением этанола. Процесс получения синтез-газа во многом аналогичен газификации угля (см. раздел 3.2). При газификации древесины при 300 °С в присутствии кислорода образуется в основном диоксид углерода. При повышении температуры до 600 °С получают смесь, в которой помимо СОг присутствуют водород, оксид углерода, метан, пары спиртов, органических кислот и высших углеводородов. Выход газообразных продуктов при этом не превышает обычно 40% (масс.) на сырье. В связи с меньшими энергетической плотностью и теплотой сгорания биомассы газификация ее менее эффективна, чем газификация угля. Поэтому, несмотря на проводимые во многих странах исследовательские и конструкторские [c.121]

Хлебопекарные дрожжи обладают и бродильной активностью, но чтобы достигнуть использования сахаров только для образования биомассы, спиртовое брожение надо ограничить всеми доступными средствами. Это достигается интенсивной аэрацией среды, а также поддержанием низкой концентрации сахара в ней (0,5—1,5%). При высокой концентрации сахаров имеет место катаболигная репрессия ферментов цикла Кребса и переключение энергетического метаболизма преимущественно на брожение. Чтобы избежать этого, сахар в среду подают непрерывно с постоянной или возрастающей скоростью притока. [c.103]

Достаточно перспективно использование энергии биомассы. Это в первую очередь дрова. По разным оценкам, в год на Земле в энергетических целях сжигается дров до 1,5 млрд. т у.т. А общий энергетический потенциал биомассы оценивается в 5,5 млрд. т у.т./год. В ряде стран (Китай, США, Индия) для освоения энергии биомассы широко исполь тотся биогазовые установки для получения искусственного горючего газа. Подобные установки имеются и в нашей стране, которые также производят высокоэффективные удобрения. Считается, что в российском животноводстве и птицеводстве в год образуется ошло 150 млн. т. органических отходов. При их переработке в биогазовых установках можно ежегодно получать дополнительно 95 млн. т у.т., что эквивалентно 190 млрд. кВт-ч электроэнергии. Этой энергии достаточно, чтобы обеспечить электроэнергией весь агроюмплекс России. Плюс к тому—полученные в биореакторах более 100 млн. т высокоэффективных удобрений (без следов нитритов и нитратов, болезнетворной микрофлоры и даже семян сорняков). [c.29]

Человечество имеет большой практический опыт использования биомассы как топлива, начиная от костров и домовых печей до газогенераторов и коксовых печей (древесный уголь). В то же время все виды биомассы (особенно древесина) являются высокоценным технологическим сырьем. Поэтому регулярно возникал вопрос, насколько целесообразно использование в первую очередь дров как топлива. В последние годы подробные исследования в этом плане выполнены в Сибирском энергетическом институте (г. Иркутск). Рассмотрим здесь некоторые результаты этих работ, а именно целесообразность увеличения использования дров как топлива для мелких котельных и домовых печей вместо угая, а также для выработки электроэнергии на газогенераторных электростанциях (ГТЭС) и паросиловых установках вместо дизельных электрогенераторов. Это актуально прежде всего в лесных районах, не охваченных централизованным электроснабжением, с малой плотностью потребления энергии, куда доставка топлива требует повышенных затрат и экологического риска и где сооружение мощных центральных источников тепла и электроэнергии нецелесообразно. [c.132]

Столь неоптимистические прогнозы ясно указывают на необходимость расширения знаний, которые могут послужит созданию новых энергетических технологий. Химические и электрохимические системы относятся к числу наиболее компактных и эффективных средств сохранения энергии. Можно с уверенностью предсказать, что среди новых источников энергии важнейшими станут низкосортные химические топлива, например уголь с высоким содержанием серы, горючие сланцы, смоляные пески, торф, бурый уголь и биомасса. Ни для одного из перечисленных видов сырья пока не разработано такой технологии, которая была бы экономична и отвечала строгим требованиям защиты окружающей среды. Химикам предстоит выполнить колоссальную работу по созданию новых катализаторов, разработке новых процессов, новых топлив, новых методов извлечения, более эффективных режимов горения, улучшенных способов контроля за промышленными выбросами, по повышению чувствительности методов контроля за состоянием окружающей среды и многое другое. Необходимо направить усилия на использование биомассы, так как это позволит сократить количество сжигаемого ископаемого тогишва и тем самым будет способствовать решению проблемы роста содержания углекислого газа в атмосфере. Всестороннему исследованию должны быть подвергнуты проблемы, связанные с использованием солнечной энергии. Мы должны разработать искусственные фо-тосинтетические и электрокаталитические методы, полностью исключающие [c.75]

Реакторы анаэробного разложения с использованием сфлокулированной биомассы показали хорошие результаты при разложении стоков свиноферм [168] образующийся метан применялся для энергетических нужд предприятия. [c.139]

Направления дальнейшего развития энергетических установок с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) во многом зависят от перспектив использования в них различных энергоносителей. Сырьевой базой для получения сушест-вуюших и перспективных топлив для ДВС являются невозобновляемые источники энергии — полезные ископаемые (нефть, газ, уголь и др.) и возобновляемые источники энергии (древесина, биомасса, сельскохозяйственные и бытовые отходы и др.) [1.1—1.4]. [c.7]

Высококалорийный источник углерода и энергии в среде. Наличие в среде в качестве единственного источника углерода и энергии высококалорийного субстрата (например, парафина) можно рассматривать как частный случай несбалансированности состава среды. Литературные данные (Раупе, 1970) позволяют предполагать, что при развитии микроорганизмов на средах с подобными источниками углерода и энергии имеет место снижение степени сопряжения энергетических и конструктивных реакций по сравнению со степенью скоррелированности этих процессов во время роста тех же микроорганизмов на углеводных средах. Пейн приводит следующие цифры урожай сухих клеток в грамма.х, рассчитанный на общую энергию, поглощенную из среды, при использовании микроорганизмами углеводов составляет 0,105, а при потреблении углеводородов — лишь 0,05. Об этом же, т. е. о сравнительно низкой степени использования энергии потребленного углеводорода на синтез биомассы клеток, свидетельствуют и наши данные (табл. 2, показатель отношения количества энергии, заключенной в образованной биомассе, к количеству энергии, заключенной в потребленном субстрате). [c.88]

Как отмечает Воробьева (1985, 1987), для экономики производства очень важна способность микроорганизмов использовать дешевый субстрат с высоким экономическим коэффициентом, показывающим, какое количество субстрата пошло на образование клеточной массы. Производство микробной биомассы характеризуется высокими ценами на сырье и энергетическое обеспечение и низкими ценами на труд. Самое дешевое сырье — багасса (выжимки сахарного тростника), самое дорогое — метанол. Однако энергетические затраты при применении метанола почти в три раза ниже, чем при использовании багассы. Идеальным можно назвать субстрат с низкой стоимостью и высоким содержанием углерода. Воробьева (1985) приводит интересные цифры если принять содержание углерода в молекуле глюкозы за 100 /о, для метанола эта величина составит (по отношению к глюкозе) 95%, для метана —188, для этанола — 130, для л-алка-нов — 213%. Значит, л-алканы — благоприятный субстрат. Его утилизируют многие микроорганизмы, особенно же активно дрожжи рода andida. Из 1 т углеводородов можно получить -0,5 т белков. Менее 1 % перерабатываемой в настоящее время нефти хватило бы для компенсации недостатка белка на всей планете. Вместе с тем л-алканы — побочный продукт нефтяной промышленности. Цены же на нефть растут, запасы ее истощаются. [c.96]

Большое значение решению проблемы получения метана из )астительной биомассы придают в США, ФРГ и Франции. 3 США Министерством энергетики разработана программа по трансформации растительной биомассы в газообразное топливо. Эта программа позволит в значительной степени уменьшить ввоз сырой нефти и снизить потребление природного газа в качестве горючего. В результате проведенного анализа сделан вывод, что в недалеком будущем США и другие страны будут уже не в состоянии удовлетворять свои энергетические потребности в топливе за счет невозобновляемых источников, следовательно, необходимо активизировать работу по разработке и усовершенствованию технологии использования возобновляемых источников энергии (Moon, 1984). Для переработки в метан предполагается утилизация неделовой древесины и отходов сельскохозяйственного производства. [c.218]