Термин биомасса описывает широчайший спектр животных и рас­тительных отходов. Дословно он означает «биологический материал». Биомасса — старейший источник энергии, используемый человечест­вом. Его возникновение относят ко времени овладения людьми огнем.

ВИДЫ БИОМАССЫ И ТОПЛИВА ИЗ НЕЕ

Биомасса считается возобновляемым источником энергии, так как содержащаяся в ней энергия производится в процессе фотосинтеза,

когда растения преобразуют лучистую энергию солнца в углеводоро­ды. Выращивание растений специально для превращения в биомас­су, по сути, есть форма сохранения солнечной энергии.

При сгорании углеводороды выделяют тепло, двуокись углерода (С02, так называемый «парниковый» газ) и воду. Двуокись углеро­да возвращается в окружающую среду и участвует в биохимическом углеродном цикле (круговороте углерода), способствуя росту дру­гих растений и восполнению сожженной биомассы. Таким образом, сжигание биомассы при правильной организации процесса не приво­дит к дополнительному загрязнению окружающей среды двуокисью углерода. Вода возвращается в природный гидроцикл (круговорот воды в природе). Тепло можно использовать для выработки электри­чества, а также для удовлетворения других энергетических потреб­ностей человечества.

Некоторые виды биомассы — дерево, например, — можно про­сто сжигать, чтобы получить энергию биомассы. Однако существуют и технологии, позволяющие получать из дерева и других биологиче­ских материалов жидкие и газообразные виды топлива. Их можно использовать вместе (а возможно, в будущем и вместо) с бензином, дизельным топливом, метаном и пропаном. Основные виды сырья для получения электроэнергии из биомассы включают в себя сле­дующее.

• Деревья и травянистые растения. Деревья и кустарники мож­но просто сжигать, получая тепло для котлов паровых турбин. Наиболее распространенный источник древесной биомассы — отходы деревообработки (лесопилок) и целлюлозно-бумажных комбинатов. Для производства энергии в основном используют­ся специальным образом выращенные ивы, прутьевидное просо и слоновая трава.

• Зерновые культуры и стерня зерновых. Для выработки эта­нола применяется кукуруза. С той же целью (но в меньших масштабах) можно использовать и другие злаки — пшеницу, рожь и рис. В Бразилии этанол получают из сахарного трост­ника. Соевые бобы, арахис и подсолнечник также применяются для получения дизельного биотоплива. И этанол, и биодизель можно использовать как для производства электроэнергии, так и в качестве автомобильного горючего.

• Водные и морские растения. Подвергнув микроскопические водоросли, обитающие в некоторых озерах, ферментации, мож­но получить этанол. Их же можно компостировать для получе-

ния биогаза. Для этой же цели можно использовать обычные морские водоросли.

• Навоз и сточные воды. Бытовые отходы животных с ферм и ранчо, а также содержимое канализации населенных пунктов, можно добавлять в компостные кучи для того, чтобы ускорить выделение биогаза.

• Свалки. Различные виды мусора, в частности бумагу, картон, остатки еды, также можно перерабатывать в компост для по­лучения биогаза.

ПРИМЕР БИОГАЗА

В результате перегнивання (компостирования) растительных и животных отходов может образоваться горючий газ метан.

Приходилось ли вам слышать о так называемом болотном газе, накапливающемся в заболоченных местах и время от времени возго­рающемся? Это и есть природный биогаз. По сути, это тот же самый биогаз, который производят в коммерческих или частных целях для обогрева, электрификации или для использования в качестве топ­лива.

На рисунке 13.3 представлена графическая схема процесса про­изводства метана из растительных и животных отходов в результате компостирования. На таких предприятиях производится метан как для электростанций, так и для других целей. На рисунке 13.4 пред­ставлена функциональная схема работы электростанции смешанного цикла (парогазовой) на метане, получаемом на месте путем компо­стирования биомассы.

ПРЕИМУЩЕСТВА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ НА БИОМАССЕ

• Биомасса — возобновляемый источник энергии.

• При ответственной переработке биомассы в энергию двуокись углерода (С02) не загрязняет атмосферу, поскольку новые рас­тения в процессе роста поглощают всю двуокись углерода, вы­деляющуюся во время сжигания топлива.

• При использовании топлива, полученного из биомассы, выде­ляется незначительное количество загрязняющих атмосферу окислов серы (SO) даже в случае прямого сжигания этого то­плива. В целом выделение окислов серы при использовании биотоплива любого вида ниже, чем при использовании тради­ционного природного топлива (угля, нефти, газа).

• Крупные электростанции на биотопливе способны работать не­прерывно, в отличие от солнечных и ветряных электростанций, которые зависят от солнца и ветра соответственно.

• Метан можно производить на небольших компостных установ­ках. Для его получения не обязательно использовать исключи­тельно централизованные источники. Это способствует обеспе­чению энергобезопасности, так как позволяет рассредоточить энергетические ресурсы, что снижает риски от природных ка­тастроф и воздействия «человеческого фактора».

• Некоторые растения — источники древесной биомассы (прутьевид­ное просо — сорго, в частности) способствуют снижению эрозии и формируют пригодную для обитания диких животных среду.

НЕДОСТАТКИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ НА БИОМАССЕ

• Сжигание биомассы все же приводит к выбросу некоторого количества различных (в зависимости от типа используемой биомассы) загрязняющих атмосферу веществ. Наиболее рас­пространены окислы азота (NO). При прямом сжигании древе­сины может выделяться значительное количество окислов угле­рода и пыли (дисперсных частиц).

• Бесконтрольная заготовка топлива из биомассы для электро­станций наносит вред природе.

• Транспортировка биомассы к компостным заводам или топкам сопровождается потреблением энергии — обычно в форме при­родного топлива для грузовиков и поездов.

• Производство биогаза путем компостирования может сопрово­ждаться неприятными запахами. Существуют также опасения, что без должного контроля этот процесс может привести к размноже­нию и распространению болезнетворных микроорганизмов.

• Контейнеры, в которых хранится биогаз, требуют регулярных проверок и сертификации, проводимой квалифицированным и лицензированным персоналом. Это может быть неудобно и за­тратно, но является строжайшим условием эксплуатации таких контейнеров, обеспечивающим безопасность людей, живущих и работающих рядом с хранилищами биогаза.

Задача 13.2

Можно ли получать биогаз из небольших компостных куч и исполь­зовать для электрификации отдельного здания или группы зданий?

Решение 13.2

Биогаз можно получать из компостных куч буквально на заднем дворе и использовать для его хранения самодельные контейнеры.

Этот биогаз можно применять в электрогенераторах, работающих на метане. Однако этот процесс может сопровождаться неприятным за­пахом. Есть и более существенные проблемы, касающиеся хранения метана — огнеопасного и взрывоопасного газа. Прежде чем закла­дывать такую систему, необходимо свериться с действующими пра­вилами использовании территорий и противопожарной безопасности.

После строительства ее безопасность должен регулярно проверять квалифицированный сотрудник коммунальных служб.