Что такое биомассы: Биомасса | это… Что такое Биомасса?

Биомасса | это… Что такое Биомасса?

Биома́сса (биоматерия) — совокупная масса растительных и животных организмов, присутствующих в биогеоценозе в момент наблюдения.

Среди наземных животных организмов наибольшую по массе часть составляют насекомые, членистоногие и подобные им, обеспечивающие существование растительных организмов. (Более 80-ти процентов сухопутной биомассы).

Человечество, как часть млекопитающих, представляет собой менее 1-го кубического километра, что составляет одну пренебрежимо малую, несоизмеримую со всей биомассой, часть всей биомассы Земли.

Содержание 1 Состав 2 Применение биомассы в энергетике 2.1 Примеры 2.2 Жидкое биотопливо 2.3 Газификация биомассы 3 Ресурсы 4 Ссылки

Состав

Биомасса по существу состоит из макромолекулярных органических полимеров — лигнин, целлюлоза и гемицеллюлоза.

Применение биомассы в энергетике

Биомасса — шестой по запасам из доступных на настоящий момент источников энергии после горючих сланцев, урана, угля, нефти и природного газа. Приближённо полная биологическая масса земли оценивается в 2,4·10¹² тонн[1].

Биомасса — пятый по производительности возобновимый источник энергии после прямой солнечной, ветровой, гидро и геотермальной энергии. Ежегодно на земле образуется около 170 млрд т. первичной биологической массы и приблизительно тот же объём разрушается.

Биомасса — крупнейший по использованию в мировом хозяйстве возобновляемый ресурс (более 500 млн т.у.т./год)

Биомасса применяется для производства тепла, электроэнергии, биотоплива, биогаза (метана, водорода).

Основная часть топливной биомассы (до 80%), это прежде всего древесина, употребляется для обогрева жилищ и приготовления пищи в развивающихся странах.

Примеры

В 2002 году в электроэнергетике США было установлено 9733 МВт генерирующих мощностей, работающих на биомассе. Из них 5886 МВт работали на отходах лесного и сельского хозяйства, 3308 МВт работали на твёрдых муниципальных отходах, 539 МВт на других источниках.

В 2003 году 4 % всей энергии в США производилось из биомассы.

В 2004 году во всём мире производили электричество из биомассы электростанции общей мощностью 35 000 МВт.

В настоящее время европейские страны проводят эксперименты по выращиванию энергетических лесов для производства биомассы. На больших плантациях выращиваются быстрорастущие деревья: тополь, акация, эвкалипт и другие. Испытано около 20 видов растений. Плантации могут быть комбинированными, когда между рядами деревьев выращиваются другие сельскохозяйственные культуры, например, тополь сочетается с ячменём. Период ротации энергетического леса — 6—7 лет.

Методом пиролиза из биомассы получают жидкое биотопливо, метан, водород. Возможно использование различного сырья: отходы древесины, солома, кукурузная шелуха и т. д. Из пшеничной соломы получается до 58 % биотоплива, 18 % угля и 24 % газов.

Распространено применение топливных пеллет — твёрдого топлива из отходов деревообрабатывающих и сельскохозяйственных производств.

Жидкое биотопливо

Из масличных культур при помощи этерификации выделенного растительного масла производится различное дизельное топливо (Биодизель). Проводятся исследования по выращиванию высокопродуктивных плантаций масляных водорослей.

Путём ферментации сахаро и крахмалсодержащих продуктов (злаки, картофель, сахарная свёкла), и с предварительным гидролизом в случае использования целлюлозосодежащего растительного сырья (древесина, солома, растительные отходы) получают этанол (биоэтанол). Этанол применяется в качестве моторного топлива в чистом виде и в смеси с бензинами, используется для производства этил-трет-бутилового эфира — качественного топлива для бензиновых двигателей, являющегося частично биотопливом в отличие от метил-трет-бутилового эфира.

Газификация биомассы

Из 1 килограмма биомассы можно получить около 2,5 нм³ генераторного газа, основными горючими компонентами которого являются монооксид углерода (CO) и водород (H₂). В зависимости от способа проведения процесса газификации и исходного сырья можно получить низкокалорийный (сильно забалластированный) или среднекалорийный генераторный газ.

Из навоза животных методом метанового брожения получают биогаз. Биогаз на 55—75 % состоит из метана и на 25—45 % из СО₂. Из тонны навоза крупного рогатого скота (в сухой массе) получается 250—350 кубических метров биогаза. Мировой лидер по количеству действующих установок по производству биогаза — Китай.

Лэндфилл-газ — одна из разновидностей биогаза. Получается на свалках из муниципальных бытовых отходов. В США в 2002 году находилось в эксплуатации 350 заводов по производству лэндфилл-газа, в Европе — 750, всего в мире — 1152, общее количество производимой энергии — 3929 МВт, объём обрабатываемых отходов — 4548 млн. тонн!

Ресурсы

Россия ежегодно накапливает до 300 млн. т. в сухом эквиваленте органических отходов: 250 млн т в сельскохозяйственном производстве, 50 млн. т. в виде бытового мусора.

США на свободных землях могут ежегодно выращивать 1,3 миллиарда тонн биомассы (Switchgrass — разновидности проса). Из этой биомассы можно получать биотоплива в объёме, эквивалентом 4,5 млн. баррелей нефти в день.

Ссылки

• Департамент Энергетики США
• Новости
• Биотехнологии в сельском хозяйстве

Биомасса | это… Что такое Биомасса?

Биома́сса (биоматерия) — совокупная масса растительных и животных организмов, присутствующих в биогеоценозе в момент наблюдения.

Среди наземных животных организмов наибольшую по массе часть составляют насекомые, членистоногие и подобные им, обеспечивающие существование растительных организмов. (Более 80-ти процентов сухопутной биомассы).

Человечество, как часть млекопитающих, представляет собой менее 1-го кубического километра, что составляет одну пренебрежимо малую, несоизмеримую со всей биомассой, часть всей биомассы Земли.

Содержание 1 Состав 2 Применение биомассы в энергетике 2. 1 Примеры 2.2 Жидкое биотопливо 2.3 Газификация биомассы 3 Ресурсы 4 Ссылки

Состав

Биомасса по существу состоит из макромолекулярных органических полимеров — лигнин, целлюлоза и гемицеллюлоза.

Применение биомассы в энергетике

Биомасса — шестой по запасам из доступных на настоящий момент источников энергии после горючих сланцев, урана, угля, нефти и природного газа. Приближённо полная биологическая масса земли оценивается в 2,4·10¹² тонн[1].

Биомасса — пятый по производительности возобновимый источник энергии после прямой солнечной, ветровой, гидро и геотермальной энергии. Ежегодно на земле образуется около 170 млрд т. первичной биологической массы и приблизительно тот же объём разрушается.

Биомасса — крупнейший по использованию в мировом хозяйстве возобновляемый ресурс (более 500 млн т.у.т./год)

Биомасса применяется для производства тепла, электроэнергии, биотоплива, биогаза (метана, водорода).

Основная часть топливной биомассы (до 80%), это прежде всего древесина, употребляется для обогрева жилищ и приготовления пищи в развивающихся странах.

Примеры

В 2002 году в электроэнергетике США было установлено 9733 МВт генерирующих мощностей, работающих на биомассе. Из них 5886 МВт работали на отходах лесного и сельского хозяйства, 3308 МВт работали на твёрдых муниципальных отходах, 539 МВт на других источниках.

В 2003 году 4 % всей энергии в США производилось из биомассы.

В 2004 году во всём мире производили электричество из биомассы электростанции общей мощностью 35 000 МВт.

В настоящее время европейские страны проводят эксперименты по выращиванию энергетических лесов для производства биомассы. На больших плантациях выращиваются быстрорастущие деревья: тополь, акация, эвкалипт и другие. Испытано около 20 видов растений. Плантации могут быть комбинированными, когда между рядами деревьев выращиваются другие сельскохозяйственные культуры, например, тополь сочетается с ячменём. Период ротации энергетического леса — 6—7 лет.

Методом пиролиза из биомассы получают жидкое биотопливо, метан, водород. Возможно использование различного сырья: отходы древесины, солома, кукурузная шелуха и т. д. Из пшеничной соломы получается до 58 % биотоплива, 18 % угля и 24 % газов.

Распространено применение топливных пеллет — твёрдого топлива из отходов деревообрабатывающих и сельскохозяйственных производств.

Жидкое биотопливо

Из масличных культур при помощи этерификации выделенного растительного масла производится различное дизельное топливо (Биодизель). Проводятся исследования по выращиванию высокопродуктивных плантаций масляных водорослей.

Путём ферментации сахаро и крахмалсодержащих продуктов (злаки, картофель, сахарная свёкла), и с предварительным гидролизом в случае использования целлюлозосодежащего растительного сырья (древесина, солома, растительные отходы) получают этанол (биоэтанол). Этанол применяется в качестве моторного топлива в чистом виде и в смеси с бензинами, используется для производства этил-трет-бутилового эфира — качественного топлива для бензиновых двигателей, являющегося частично биотопливом в отличие от метил-трет-бутилового эфира.

Газификация биомассы

Из 1 килограмма биомассы можно получить около 2,5 нм³ генераторного газа, основными горючими компонентами которого являются монооксид углерода (CO) и водород (H₂). В зависимости от способа проведения процесса газификации и исходного сырья можно получить низкокалорийный (сильно забалластированный) или среднекалорийный генераторный газ.

Из навоза животных методом метанового брожения получают биогаз. Биогаз на 55—75 % состоит из метана и на 25—45 % из СО₂. Из тонны навоза крупного рогатого скота (в сухой массе) получается 250—350 кубических метров биогаза. Мировой лидер по количеству действующих установок по производству биогаза — Китай.

Лэндфилл-газ — одна из разновидностей биогаза. Получается на свалках из муниципальных бытовых отходов. В США в 2002 году находилось в эксплуатации 350 заводов по производству лэндфилл-газа, в Европе — 750, всего в мире — 1152, общее количество производимой энергии — 3929 МВт, объём обрабатываемых отходов — 4548 млн. тонн!

Ресурсы

Россия ежегодно накапливает до 300 млн. т. в сухом эквиваленте органических отходов: 250 млн т в сельскохозяйственном производстве, 50 млн. т. в виде бытового мусора.

США на свободных землях могут ежегодно выращивать 1,3 миллиарда тонн биомассы (Switchgrass — разновидности проса). Из этой биомассы можно получать биотоплива в объёме, эквивалентом 4,5 млн. баррелей нефти в день.

Ссылки

• Департамент Энергетики США
• Новости
• Биотехнологии в сельском хозяйстве

Биомасса и окружающая среда — Управление энергетической информации США (EIA)

Использование биомассы для получения энергии имеет положительные и отрицательные последствия

Биомасса и биотопливо, изготовленное из биомассы, являются источниками энергии, альтернативными ископаемому топливу — углю, нефти и природному газу. При сжигании ископаемого топлива или биомассы выделяется двуокись углерода (CO ₂ ), парниковый газ. Однако растения, которые являются источником биомассы для производства энергии, улавливают почти такое же количество CO ₂ посредством фотосинтеза во время роста, сколько высвобождается при сжигании биомассы, что может сделать биомассу углеродно-нейтральным источником энергии. ¹

Сжигание древесины

Использование древесины, древесных гранул и древесного угля для отопления и приготовления пищи может заменить ископаемое топливо и может привести к снижению выбросов CO ₂ в целом. Древесину можно собирать в лесах, на лесных участках, которые необходимо проредить, или с городских деревьев, которые падают или должны быть срублены.

Древесный дым содержит вредные загрязняющие вещества, такие как окись углерода и твердые частицы. Современные дровяные печи, печи на пеллетах и ​​каминные топки могут уменьшить количество твердых частиц при сжигании древесины. Древесина и древесный уголь являются основными видами топлива для приготовления пищи и отопления в бедных странах, но если люди заготавливают древесину быстрее, чем могут расти деревья, это приводит к вырубке лесов. Посадка быстрорастущих деревьев в качестве топлива и использование экономичных кухонных плит может помочь замедлить вырубку лесов и улучшить состояние окружающей среды.

Просо, растущее на испытательном участке для производства биомассы

Источник: Wikimedia Commons (общественное достояние)

Сжигание твердых бытовых отходов (ТБО) или древесных отходов

Сжигание твердых бытовых отходов (ТБО) или мусора , в отходах Заводы, работающие на преобразование энергии, могут привести к меньшему количеству отходов, захораниваемых на свалках. С другой стороны, сжигание мусора приводит к загрязнению воздуха и выбросу химических веществ и веществ, содержащихся в отходах, в воздух. Некоторые из этих химических веществ, которые в основном связаны со сжиганием небиомассовых материалов в мусоре, могут быть опасными для людей и окружающей среды, если они не контролируются должным образом.

Агентство по охране окружающей среды США (EPA) применяет строгие экологические правила к заводам по переработке отходов в энергию, которые требуют, чтобы заводы по переработке отходов использовали устройства для контроля загрязнения воздуха, такие как скрубберы, тканевые фильтры и электростатические осадители для улавливания загрязнителей воздуха. .

Скрубберы очищают выбросы предприятий по переработке отходов в энергию путем распыления жидкости в дымовые газы для нейтрализации кислот, присутствующих в потоке выбросов. Тканевые фильтры и электрофильтры также удаляют частицы из дымовых газов. Частицы, называемые летучей золой, затем смешиваются с золой, удаляемой со дна печи для переработки отходов в энергию.

Печь для сжигания отходов горит при высоких температурах (от 1800°F до 2000°F), которые расщепляют содержащиеся в ТБО химические вещества на более простые и менее вредные соединения.

Утилизация золы установок по переработке отходов в энергию

Зола установок по переработке отходов в энергию может содержать высокие концентрации различных металлов, которые присутствовали в первоначальных отходах. Текстильные красители, типографские краски и керамика, например, могут содержать свинец и кадмий.

Разделение отходов перед сжиганием может решить часть проблемы. Поскольку аккумуляторы являются крупнейшим источником свинца и кадмия в бытовых отходах, их нельзя выбрасывать в обычный мусор. Люминесцентные лампы также не следует выбрасывать в обычный мусор, так как они содержат небольшое количество ртути.

Агентство по охране окружающей среды США тестирует золу заводов по переработке отходов в энергию, чтобы убедиться, что она не опасна. Тест ищет химические вещества и металлы, которые могут загрязнить грунтовые воды. На некоторых свалках ТБО используется зола, которая считается безопасной, в качестве покровного слоя для их свалок, а часть золы ТБО используется для изготовления бетонных блоков и кирпичей.

Сбор свалочного газа или биогаза

Биогаз, который может обозначаться как возобновляемый природный газ , образуется в результате биологических процессов на очистных сооружениях, свалках отходов и в системах обращения с навозом. Биогаз состоит в основном из метана (парниковый газ) и CO ₂ . Многие предприятия, производящие биогаз, улавливают его и сжигают метан для получения тепла или выработки электроэнергии. Эта электроэнергия считается возобновляемой и во многих штатах способствует соответствию государственным стандартам портфеля возобновляемых источников энергии (RPS). Эта электроэнергия может заменить производство электроэнергии из ископаемого топлива и может привести к чистому сокращению выбросов CO ₂ . При сжигании метана образуется CO ₂ , но поскольку метан является более сильным парниковым газом, чем CO ₂ , общий парниковый эффект CO ₂ ниже, чем для метана.

Биотопливо

Биотопливо, как правило, сжигается чище, чем нефтяное топливо, полученное из сырой нефти, но производство и использование биотоплива оказывает воздействие на окружающую среду. Биотопливо может считаться углеродно-нейтральным, поскольку растения, которые используются для производства биотоплива (например, кукуруза и сахарный тростник для производства этанола, соевые бобы и масличные пальмы для производства биодизеля), поглощают CO ₂ по мере роста и могут компенсировать выделение CO ₂ выбросы при производстве и сжигании биотоплива.

¹ См. Примечание 2: Учет выбросов двуокиси углерода при сжигании энергии биомассы в примечании к разделу «Окружающая среда» Monthly Energy Review .

Последнее обновление: 7 ноября 2022 г.

энергия биомассы | Национальное географическое общество

Люди использовали энергию биомассы — энергию живых существ — с тех пор, как самые ранние «пещерные люди» впервые развели дрова для приготовления пищи или согревания.

Биомасса является органической, т. е. состоит из материала, полученного из живых организмов, таких как растения и животные. Наиболее распространенными материалами биомассы, используемыми для производства энергии, являются растения, древесина и отходы. Они называются исходным сырьем биомассы. Энергия биомассы также может быть невозобновляемым источником энергии.

Биомасса содержит энергию, впервые полученную от солнца: растения поглощают солнечную энергию посредством фотосинтеза и превращают углекислый газ и воду в питательные вещества (углеводы).

Энергия этих организмов может быть преобразована в полезную энергию прямыми и косвенными средствами. Биомасса может сжигаться для получения тепла (прямое), преобразовываться в электричество (прямое) или перерабатываться в биотопливо (косвенное).

Термическое преобразование

Биомасса может быть сожжена путем термического преобразования и использована для получения энергии. Термическая конверсия включает в себя нагрев сырья биомассы для его сжигания, обезвоживания или стабилизации. Наиболее известным сырьем биомассы для термической конверсии является сырье, такое как твердые бытовые отходы (ТБО) и отходы бумажных или лесопильных заводов.

Различные виды энергии создаются посредством прямого сжигания, совместного сжигания, пиролиза, газификации и анаэробного разложения.

Однако перед сжиганием биомассы ее необходимо высушить. Этот химический процесс называется торрефикацией. Во время торрефикации биомасса нагревается примерно до 200–320 ° по Цельсию (от 390 до 610 ° по Фаренгейту). Биомасса настолько полностью высыхает, что теряет способность впитывать влагу, либо загнивает. Он теряет около 20% своей первоначальной массы, но сохраняет 90% своей энергии. Потерянная энергия и масса могут быть использованы для подпитки процесса торрефикации.

Во время торрефикации биомасса становится сухим почерневшим материалом. Затем его прессуют в брикеты. Брикеты из биомассы очень гидрофобны, то есть отталкивают воду. Это дает возможность хранить их во влажных помещениях. Брикеты имеют высокую плотность энергии и легко воспламеняются при прямом или совместном сжигании.

Прямое и совместное сжигание
Большинство брикетов сжигаются напрямую. Пар, образующийся в процессе сжигания, приводит в действие турбину, которая вращает генератор и вырабатывает электричество. Это электричество может быть использовано для производства или для обогрева зданий.

Биомасса также может сжигаться вместе с ископаемым топливом. Биомасса чаще всего сжигается на угольных электростанциях. Совместное сжигание устраняет необходимость в новых заводах по переработке биомассы. Совместное сжигание также снижает спрос на уголь. Это уменьшает количество углекислого газа и других парниковых газов, выделяемых при сжигании ископаемого топлива.

Пиролиз
Пиролиз — родственный метод нагревания биомассы. Во время пиролиза биомасса нагревается до 200-300°С (390-570°F) без присутствия кислорода. Это предохраняет его от возгорания и вызывает химическое изменение биомассы.

В результате пиролиза образуется темная жидкость, называемая пиролизным маслом, синтетический газ, называемый синтетическим газом, и твердый остаток, называемый биоуглем. Все эти компоненты могут быть использованы для получения энергии.

Пиролизное масло, иногда называемое бионефтью или бионефтью, представляет собой разновидность смолы. Его можно сжигать для выработки электроэнергии, а также использовать в качестве компонента других видов топлива и пластмасс. Ученые и инженеры изучают пиролизное масло как возможную альтернативу нефти.

Синтез-газ может быть преобразован в топливо (например, синтетический природный газ). Его также можно преобразовать в метан и использовать вместо природного газа.

Биоуголь — это разновидность древесного угля. Биоуголь — это богатое углеродом твердое вещество, которое особенно полезно в сельском хозяйстве. Биоуголь обогащает почву и предотвращает попадание пестицидов и других питательных веществ в стоки. Biochar также является отличным поглотителем углерода. Поглотители углерода — это резервуары для углеродосодержащих химических веществ, включая парниковые газы.

Газификация
Биомасса также может быть напрямую преобразована в энергию путем газификации. В процессе газификации исходная биомасса (обычно ТБО) нагревается до температуры более 700°C (1300°F) с контролируемым количеством кислорода. Молекулы разрушаются и производят синтетический газ и шлак.

Синтез-газ представляет собой комбинацию водорода и монооксида углерода. В процессе газификации синтетический газ очищается от серы, твердых частиц, ртути и других загрязняющих веществ. Чистый синтетический газ можно сжигать для получения тепла или электричества или перерабатывать в транспортное биотопливо, химикаты и удобрения.

Шлак представляет собой стекловидную расплавленную жидкость. Его можно использовать для изготовления черепицы, цемента или асфальта.

Промышленные газификационные установки строятся во всем мире. Азия и Австралия строят и эксплуатируют больше всего заводов, хотя в настоящее время в Стоктон-он-Тис, Англия, строится один из крупнейших заводов по газификации в мире. Этот завод в конечном итоге сможет преобразовывать более 350 000 тонн ТБО в энергию, достаточную для питания 50 000 домов.

Анаэробное разложение
Анаэробное разложение – это процесс, при котором микроорганизмы, обычно бактерии, разлагают материал в отсутствие кислорода. Анаэробное разложение является важным процессом на свалках, где биомасса измельчается и сжимается, создавая анаэробную (или бедную кислородом) среду.

В анаэробной среде биомасса разлагается с образованием метана, который является ценным источником энергии. Этот метан может заменить ископаемое топливо.

Помимо полигонов, анаэробное разложение может применяться на ранчо и животноводческих фермах. Навоз и другие отходы животноводства могут быть переработаны для устойчивого удовлетворения энергетических потребностей фермы.

Биотопливо

Биомасса — единственный возобновляемый источник энергии, который можно преобразовать в жидкое биотопливо, такое как этанол и биодизель. Биотопливо используется для питания транспортных средств и производится путем газификации в таких странах, как Швеция, Австрия и США.

Этанол производится путем ферментации биомассы с высоким содержанием углеводов, такой как сахарный тростник, пшеница или кукуруза. Биодизель производится путем объединения этанола с животным жиром, переработанным кулинарным жиром или растительным маслом.

Биотопливо работает не так эффективно, как бензин. Тем не менее, их можно смешивать с бензином для обеспечения эффективного питания транспортных средств и механизмов и при этом не выделяются выбросы, связанные с ископаемым топливом.

Для производства этанола требуются акры сельскохозяйственных угодий для выращивания биокультур (обычно кукурузы). Около 1515 литров (400 галлонов) этанола производится с акра кукурузы. Но эта площадь затем недоступна для выращивания сельскохозяйственных культур для еды или других целей. Выращивание достаточного количества кукурузы для получения этанола также создает нагрузку на окружающую среду из-за отсутствия разнообразия в посевах и большого использования пестицидов.

Этанол стал популярным заменителем дров в жилых каминах. При горении выделяет тепло в виде пламени, а водяной пар вместо дыма.

Биоуголь

Биоуголь, полученный в процессе пиролиза, ценен в сельском хозяйстве и природопользовании.

При гниении или горении биомассы (естественным путем или в результате деятельности человека) в атмосферу выделяется большое количество метана и двуокиси углерода. Однако, когда биомасса обугливается, она изолирует или сохраняет свой углерод. Когда биоуголь добавляется обратно в почву, он может продолжать поглощать углерод и образовывать большие подземные хранилища секвестрированного углерода — поглотители углерода, — что может привести к отрицательным выбросам углерода и оздоровлению почвы.

Биоуголь также помогает обогатить почву. Он пористый. При добавлении обратно в почву биоуголь поглощает и удерживает воду и питательные вещества.

Biochar используется в бразильских тропических лесах Амазонки в процессе, называемом slash-and-char. Подсечно-огневое земледелие заменяет подсечно-огневое земледелие, что временно повышает содержание питательных веществ в почве, но приводит к потере 97% содержащегося в ней углерода. При подсечно-огневой обработке обгоревшие растения (биоуголь) возвращаются в почву, и почва сохраняет 50% углерода. Это улучшает почву и приводит к значительно более высокому росту растений.

Черный щелок

При переработке древесины в бумагу образуется высокоэнергетическое токсичное вещество, называемое черным щелоком. До 1930-х годов черный щелок с бумажных фабрик считался отходом и сбрасывался в близлежащие источники воды.

Тем не менее, черный щелок сохраняет более 50% энергии биомассы древесины. С изобретением котла-утилизатора в 1930-х годах черный щелок можно было перерабатывать и использовать для питания мельницы. В США бумажные фабрики используют почти весь свой черный щелок для работы своих фабрик, и в результате лесная промышленность является одной из самых энергоэффективных в стране.

Совсем недавно Швеция провела эксперимент по газификации черного щелока для производства синтез-газа, который затем можно использовать для производства электроэнергии.

Водородные топливные элементы

Биомасса богата водородом, который можно извлекать химическим путем и использовать для выработки электроэнергии и заправки транспортных средств. Стационарные топливные элементы используются для выработки электроэнергии в удаленных местах, таких как космические корабли и дикая природа. Национальный парк Йосемити в американском штате Калифорния, например, использует водородные топливные элементы для обеспечения электричеством и горячей водой своего административного здания.

Водородные топливные элементы могут иметь еще больший потенциал в качестве альтернативного источника энергии для транспортных средств. По оценкам Министерства энергетики США, биомасса может производить 40 миллионов тонн водорода в год. Этого хватит, чтобы заправить 150 миллионов автомобилей.

В настоящее время водородные топливные элементы используются для питания автобусов, вилочных погрузчиков, лодок и подводных лодок, а также проходят испытания на самолетах и ​​других транспортных средствах.

Тем не менее, ведутся споры о том, станет ли эта технология устойчивой или экономически возможной. Энергия, необходимая для выделения, сжатия, упаковки и транспортировки водорода, не оставляет большого количества энергии для практического использования.

Биомасса и окружающая среда

Биомасса является неотъемлемой частью углеродного цикла Земли. Круговорот углерода — это процесс обмена углеродом между всеми слоями Земли: атмосферой, гидросферой, биосферой и литосферой.

Круговорот углерода принимает множество форм. Углерод помогает регулировать количество солнечного света, попадающего в атмосферу Земли. Обмен осуществляется посредством фотосинтеза, разложения, дыхания и деятельности человека. Например, углерод, который поглощается почвой при разложении организма, может быть переработан, поскольку растение выделяет питательные вещества на основе углерода в биосферу посредством фотосинтеза. При правильных условиях разлагающийся организм может превратиться в торф, уголь или нефть, прежде чем он будет извлечен в результате естественной или человеческой деятельности.

Между периодами обмена углерод секвестрируется или накапливается. Углерод в ископаемом топливе был изолирован в течение миллионов лет. Когда ископаемое топливо добывается и сжигается для получения энергии, поглощенный им углерод выбрасывается в атмосферу. Ископаемое топливо не повторно поглощает углерод.

В отличие от ископаемого топлива биомасса поступает из недавно живых организмов. Углерод в биомассе может продолжать обмениваться в углеродном цикле.

Однако для того, чтобы Земля могла эффективно продолжать процесс углеродного цикла, материалы биомассы, такие как растения и леса, должны обрабатываться устойчивым образом. Деревьям и растениям, таким как просо просо, требуются десятилетия, чтобы повторно поглотить и улавливать углерод. Выкорчевывание или нарушение почвы может быть чрезвычайно разрушительным для процесса. Постоянное и разнообразное снабжение деревьями, сельскохозяйственными культурами и другими растениями жизненно важно для поддержания здоровой окружающей среды.

Топливо из водорослей

Водоросли — это уникальный организм, обладающий огромным потенциалом в качестве источника энергии из биомассы. Водоросли, наиболее известная форма которых — морские водоросли, производят энергию посредством фотосинтеза гораздо быстрее, чем любое другое сырье для биотоплива — до 30 раз быстрее, чем продовольственные культуры!

Водоросли можно выращивать в океанской воде, поэтому ресурсы пресной воды не истощаются. Он также не требует почвы и, следовательно, не сокращает пахотные земли, на которых потенциально можно выращивать продовольственные культуры. Хотя водоросли выделяют углекислый газ при сжигании, их можно выращивать и восполнять как живой организм. По мере пополнения он выделяет кислород и поглощает загрязняющие вещества и выбросы углерода.

Водоросли занимают гораздо меньше места, чем другие биотопливные культуры. По оценкам Министерства энергетики США, потребуется всего около 38 850 квадратных километров (15 000 квадратных миль, площадь меньше половины площади американского штата Мэн), чтобы вырастить достаточное количество водорослей, чтобы заменить все потребности США в энергии, работающей на нефтяном топливе. .

Водоросли содержат масла, которые можно превратить в биотопливо. Например, в корпорации Aquaflow Bionomic Corporation в Новой Зеландии водоросли обрабатываются с помощью тепла и давления. Это создает «зеленую нефть», которая имеет свойства, аналогичные сырой нефти, и может использоваться в качестве биотоплива.

Рост водорослей, фотосинтез и производство энергии увеличиваются, когда через них пропускают углекислый газ. Водоросли — отличный фильтр, поглощающий выбросы углекислого газа. Шотландская фирма Bioenergy Ventures разработала систему, в которой выбросы углерода от завода по производству виски направляются в бассейн с водорослями. Водоросли процветают с дополнительным углекислым газом. Когда водоросли погибают (примерно через неделю), их собирают, а их липиды (масла) превращают в биотопливо или корм для рыб.

Водоросли обладают огромным потенциалом в качестве альтернативного источника энергии. Однако переработка его в пригодные для использования формы стоит дорого. Хотя, по оценкам, он дает в 10–100 раз больше топлива, чем другие биотопливные культуры, в 2010 году он стоил 5000 долларов за тонну. Стоимость, вероятно, снизится, но в настоящее время она недоступна для большинства развивающихся стран.

Люди и биомасса

Преимущества
Биомасса является чистым возобновляемым источником энергии. Его первоначальная энергия исходит от солнца, и биомасса растений или водорослей может восстановиться за относительно короткий промежуток времени. Деревья, сельскохозяйственные культуры и твердые бытовые отходы постоянно доступны, и с ними можно обращаться устойчивым образом.

Если деревья и сельскохозяйственные культуры выращиваются устойчивым образом, они могут компенсировать выбросы углерода, когда поглощают углекислый газ через дыхание. В некоторых биоэнергетических процессах количество повторно поглощаемого углерода даже превышает выбросы углерода, которые выделяются при переработке или использовании топлива.

Многие виды биомассы, такие как просо просо, можно собирать на малоплодородных землях или пастбищах, где они не конкурируют с продовольственными культурами.

В отличие от других возобновляемых источников энергии, таких как ветер или солнце, энергия биомассы хранится внутри организма и может быть собрана, когда это необходимо.

Недостатки
Если запасы биомассы не пополняются так же быстро, как они используются, они могут стать невозобновляемыми. Лесу, например, могут потребоваться сотни лет, чтобы восстановиться. Это все еще намного, намного более короткий период времени, чем ископаемое топливо, такое как торф. Всего метр (3 фута) торфа может занять 900 лет, чтобы восполниться.

Для производства большей части биомассы требуются пахотные земли. Это означает, что земли, используемые для выращивания биотоплива, таких как кукуруза и соевые бобы, недоступны для выращивания продуктов питания или обеспечения естественной среды обитания.

Лесные массивы, которые созревали в течение десятилетий (так называемые «старовозрастные леса»), способны поглощать больше углерода, чем новые лесонасаждения. Следовательно, если лесные массивы не вырубаются, не пересаживаются и не дают времени для роста и связывания углерода, преимущества использования древесины в качестве топлива не компенсируются отрастанием деревьев.

Большинству заводов по производству биомассы для экономической эффективности требуется ископаемое топливо. Например, огромный завод, строящийся недалеко от Порт-Талбота в Уэльсе, потребует импорта ископаемого топлива из Северной Америки, что частично компенсирует устойчивость предприятия.

Биомасса имеет более низкую «энергетическую плотность», чем ископаемое топливо. До 50% биомассы составляет вода, которая теряется в процессе преобразования энергии. По оценкам ученых и инженеров, экономически неэффективно транспортировать биомассу на расстояние более 160 километров (100 миль) от места ее переработки. Однако преобразование биомассы в пеллеты (в отличие от древесной щепы или более крупных брикетов) может увеличить плотность энергии топлива и сделать его более выгодным для транспортировки.

При сжигании биомассы выделяются окись углерода, двуокись углерода, оксиды азота и другие загрязняющие вещества и твердые частицы. Если эти загрязняющие вещества не улавливаются и не перерабатываются, сжигание биомассы может привести к образованию смога и даже превысить количество загрязняющих веществ, выделяемых при сжигании ископаемого топлива.

Краткие факты

Баланс биомассы
Союз заинтересованных ученых помог разработать сбалансированное определение возобновляемой биомассы, которое представляет собой практичные и эффективные положения об устойчивом развитии, которые могут дать некоторую уверенность в том, что заготовка древесной биомассы будет устойчивой.

Краткий факт

Игра в птицу
3 миллиона цыплят на огромной птицефабрике Beijing Deqingyuan, недалеко от Пекина, Китай, ежедневно производят 220 тонн навоза и 170 тонн сточных вод. Используя технологию газификации от GE Energy, ферма способна преобразовывать куриный помет в 14 600 мегаватт-часов электроэнергии в год.

Краткая информация

Зеленая энергия в штате Грин-Маунтин
Первый американский завод по газификации биомассы открылся недалеко от Берлингтона, штат Вермонт, в 1998 году. Генерирующая станция Джозефа К. Макнила использует древесину низкокачественных деревьев и отходы лесозаготовок, а также производит около 50 мегаватт электроэнергии, что почти достаточно для поддержания жизни в Берлингтоне, крупнейшем городе Вермонта.