Энергетические процессы биомассы можно лучше оценить, если вы поймете, что такое энергия биомассы и цели ее создания.
Энергетические процессы биомассы
По определению, энергия биомассы создается путем сжигания (сгорания) или биохимического преобразования любого органического вещества для использования в качестве топлива. Некоторые из органических материалов, используемых в качестве источника энергии биомассы, включают древесину, опилки, травы, кукурузу, сахарный тростник, сельскохозяйственные отходы (коровий навоз) и другие растения. Процессы преобразования биомассы в энергию многочисленны.
Горение
Самый известный процесс прост. Это горение (горение). В процессе горения выделяется тепло, которое преобразуется в энергию. В процессе сжигания биомасса сжигается и преобразуется в энергию.
Преимущество сжигания биомассы заключается в том, что вы можете использовать тепло без необходимости преобразовывать его в другую форму энергии, такую как электричество. Вы просто используете тепло непосредственно для таких целей, как отопление дома и подогрев воды в вашем доме. Кроме того, теплота сгорания может быть использована для прямого обогрева заводов, производственных помещений и даже офисных зданий. Прямое тепло также может быть преобразовано в электричество.
Совместный процесс
Процесс совместного сжигания считается неэффективным методом сжигания. В этом процессе биомасса заменяет от 15 до 20 процентов угля, используемого на электростанции. Это помогает снизить выбросы от угольного топлива и даже снизить эксплуатационные расходы. Просо просо является наиболее распространенным материалом, используемым для этого процесса.
Просо просо — это многолетняя летняя трава, которая является естественным растением, произрастающим в районе Великих равнин Америки и в некоторых районах на юге. Это сильное устойчивое растение, которое может противостоять засухе, наводнению, вредителям и плохой почве. Это устойчивая культура, которую также можно выращивать без вредных удобрений, что может привести к загрязнению стоков рек, ручьев и океанов. Многие ученые считают, что просо является более эффективным сырьем для производства этанола, чем кукуруза.
Процесс сжигания приводит к некоторому загрязнению воздуха и не так эффективен, как другие методы, поскольку большая часть произведенной энергии улетучивается.
Термическое преобразование
Процессы термической конверсии используют тепло для извлечения энергии путем преобразования биомассы в другое химическое вещество посредством различных химических реакций и взаимодействия с кислородом. К ним относятся:
Газификация
Процесс газификации происходит при использовании высоких температур и контроле количества кислорода и пара при преобразовании углеродных материалов, таких как нефть, уголь, биомасса и биотопливо, в водород и монооксид углерода. Этот процесс преобразования производит так называемый синтетический газ и является более эффективным продуктом биомассы, чем процесс сжигания. Синтез-газ можно сжигать напрямую, использовать для производства метанола и водорода и даже преобразовывать в синтетическое топливо. Возможно, вы знакомы с современной обработкой газификацией ископаемого топлива.
Пиролиз
Пиролиз происходит, когда биомасса нагревается без доступа кислорода в камере. Вода, древесный уголь, смола, масло и газы, такие как водород, метан, двуокись углерода и окись углерода, являются продуктами пиролиза биомассы. Эти химические изменения определяются типом перерабатываемой биомассы и временем нагревания. Древесный уголь является наиболее распространенным конечным продуктом, полученным в результате процессов пиролиза, который используется в металлургии для абсорбционных применений.
Торрефакция
Торрефикация для производства биомассы представляет собой термохимическую обработку с использованием тепла. Необходимая температура для этого процесса составляет от 200 до 320 градусов Цельсия. Во время процесса удаляется кислород и удаляется вся влага из биомассы, оставляя так называемое летучее вещество. Избыточные летучие вещества также удаляются для получения более чистой формы пригодной для использования биомассы. Излишние летучие вещества могут включать целлюлозу и другие биополимеры, которые при разложении выделяют ряд летучих веществ. Результатом этого процесса является сухая темная твердая биомасса, известная как биоуголь. Биоуголь обычно перерабатывается в гранулы или брикеты и сжигается для отопления домов и в качестве топлива для промышленности. Биоуголь имеет меньше дыма, чем другие виды топлива.
Химическая конверсия, процессы без сжигания
Существуют и другие процессы преобразования биомассы в энергию, не требующие сжигания. Эти методы способны преобразовывать материалы биомассы в сырье и превращать их в различные формы твердого топлива, газа и жидкости. Затем электростанции могут использовать эту преобразованную энергию напрямую, без какой-либо дальнейшей обработки.
Поскольку большая часть биомассы содержит достаточное количество углеводов, их можно сократить до нескольких различных химических веществ, которые считаются жизнеспособными источниками топлива.
Масла из биомассы
Кукуруза, сахарный тростник, соя и другие возобновляемые растения могут быть преобразованы в жидкие формы в качестве топлива и использованы вместо дизельного топлива и бензина. Кулинарные масла часто собирают в ресторанах и перерабатывают в биодизель.
Ферментация, метан и спирт
Несгорание растений требует их нагревания, чтобы разрушить химическую структуру растения. Эти химические вещества бывают твердыми, газообразными и жидкими. Некоторые из этих химических веществ можно использовать напрямую, в то время как другие необходимо дополнительно разбить с помощью других методов очистки. Например, для использования метана требуется газификатор биомассы для извлечения метана, заставляя растения выделять его. Затем метан используется в виде газа для питания турбин, вырабатывающих электроэнергию. Метан также преобразуется в водородное топливо, которое используется для выработки электроэнергии с очень низким уровнем выбросов.
Биохимический, процесс ферментации
Это может показаться странным, поскольку ферментация в основном связана с изготовлением ликера, пива и вина, но это логичный способ преобразования биоэнергии. В процессе ферментации кукуруза превращается в зерновой спирт (этанол). Отходящим газом этого процесса является метан, который можно использовать для производства электроэнергии.
Ограничения биомассы
Топливо из биомассы, такое как этанол, может производить примерно в пять раз больше энергии, чем затрачивается на его производство, что делает его экономически выгодным источником энергии. Обратной стороной является то, что чем дальше приходится перевозить топливо, тем менее экономичным оно становится. Таким образом, ценность энергетических процессов биомассы заключается в том, что биомасса используется там, где она производится, например, на фермах и в непосредственной близости от населенных пунктов.
.