Современный уровень энергопотребления в мире эквивалентен 12 млрд. т н.э. С учетом существующих темпов роста к 2050 г. мировое энергопотребление достигнет 15 млрд. т н.э. (по более пессимистическим прогнозам – 25 млрд. т н.э.). При этом, по данным Мирового Энергетического Совета, использование возобновляемых источников энергии увеличится в два раза и достигнет 6 млрд.т., а доля биомассы составит 2,6 млрд.т.
Растительная биомасса является первичным источником энергии на Земле. Она образуется при фотосинтезе из диоксида углерода и воды с выделением кислорода. При образовании 1 кг сухой биомассы (древесины) поглощается около 1,83 кг CO2 и столько же выделяется при ее разложении (окислении, горении). В результате содержание углекислого газа в атмосфере остается неизменным. Кроме того, биомасса как топливо имеет ряд достоинств. Использование биомассы для получения энергии более экологически безопасно, чем, например, угля из-за низкого содержания серы (при сжигании биомассы выделяется менее 0,2% серы и от 3 до 5% золы в сравнении с 2-3% и 10-15% соответственно для угля). Кроме того, зола может быть возвращена обратно в почву, что обеспечивает замкнутость круговорота биогенных элементов. Эмиссия оксидов азота при сжигании биомассы может быть снижена при использовании современных технологий и понижении температуры сжигания. Производство компостов из переработанной биомассы улучшает структуру почвы и снижает загрязнение стоков и подземных вод.
Биомасса также имеет превосходство перед углем благодаря своей более высокой способности к реакции газификации. Уголь газифицируется при высокой температуре в чистом кислороде, что требует использования установок для сжижения воздуха и получения кислорода. Биомасса же газифицируется при более низкой температуре, при этом теплота для поддержания процесса может быть передана через теплообменники от внешнего источника. Состав генераторного газа: 18-20% H2, 18-20% СО, 2-3% СН4, 8-10% СО2, остальное – азот. Кроме того, энергия, получаемая при использовании биомассы, относительно дешева и имеются возможности ее накопления. В связи с малой мощностью электростанций, используемых в качестве топлива биомассу, к их преимуществам можно отнести также короткий срок проектирования и строительства, повышение надежности энергоснабжения, связанное с его децентрализацией, повышение эффективности использования топлива; снижение остроты проблемы избавления от отходов.
Посадки так называемых энергетических лесов на площади 10 млн. га способны дать около 143 млн. т у.т. энергии в виде дров и примерно столько же в форме липидов и этанола для моторного топлива. Энергетические плантации биомассы предупреждают эрозию почвы, способствуют улучшению состояния окружающей среды. В последние 10 лет в России не обрабатывается примерно 30 млн. га пашни, с которой можно получить 300 млн.т. жидкого биотоплива.
В настоящее время в мире для энергетических целей используется до 1 млрд.т. растительной массы, что эквивалентно 25% мировой добычи нефти. Потенциальные же ресурсы растительной массы для энергетического использования достигают 100 млрд.т. у.т. В странах экваториального пояса биомасса остается основным источником энергии. Ее доля в энергобалансе развивающихся стран составляет 35%, в мировом потреблении энергоресурсов – 12%, в России – 3%.
Энергия, запасенная в первичной и вторичной биомассе, может конвертироваться в технически удобные виды топлива или энергии несколькими путями.
Получение моторного топлива из растительных углеводородов (растительного масла, высокомолекулярных жирных кислот и их эфиров, предельных и непредельных углеводородов и т.д.). К этой области в настоящее время проявляется большой интерес и развивается новое направление, связанное с созданием видов топлива, имеющих растительное происхождение. Например, в России может использоваться рапсовое масло, добавляемое в дизельное топливо. Уже в настоящее время такое топливо по стоимости соизмеримо с дизельным при практически полном отсутствии выбросов вредных веществ в атмосферу. Разработка и внедрение такой технологии для условий России обеспечит качественный переход к созданию сельскохозяйственно-промышленных комплексов, не требующих энергии извне, но обеспечивающих производство энергии для внешнего рынка.
Читайте также: Биомасса источник энергии. Часть 1
Автор статьи: ст. каф. Биотехнология и БЖД «УГХТУ » Мельников М.