Дефиниция Видове биомаса Методи за приложение


БИОМАСА


... субстанция от биологичен произход  Top

Биомасата е дефинирана като субстанция от биологичен произход.
Терминът биомаса обединява всички органични вещества с растителен и животински произход.
Химическата основа на биомасата са въглеводородни съединения, каквото е съдържанието и на конвенционалните природни горива, но за разлика от тях, биомасата постоянно се възобновява, вследствие на фотосинтезата и жизнената дейност на живите организми.
Фотосинтезата е най-често срещаната био-химическа реакция на планетата, която дава възможност на растенията с помощта на зеленото багрило - хлорофил, да улавят чрез органичните съединения (целулоза, захари, лигнин, скорбяла, мазнини и белтъчини) от 0,5 до 6,6 % от падащата върху тях слънчева енергия. При земеделските култури, използването на слънчевата енергия достига до 2,5 %, при някои плевели и субтропически и тропически растения способността е още по-висока. Растенията черпят въглероден двуокис от въздуха, вода от почвата, енергия от слънчевото лъчение и вещества, необходими за протичане на фотосинтезата - по различни начини, като тук не става въпрос само за цели растения или дървета.
Ежегодно на Земята, в резултат на фотосинтезата, се образуват 120 млрд. тона сухо , органично вещество , което по своя енергиен потенциал е еквивалентно на 40 млрд. тона нефт.
Биомасата е или целенасочено получавана, като резултат от производствената дейност на човека, или се отнася до използването на отпадъците от земеделската, горската, дърводобивната, дървопреработвателната и хранително-вкусовата промишлености, от комуналните стопанства, от поддържането и грижата за околната среда.
Висок процент използване на биомасата за задоволяване и осигуряване на енергийните потребности ще се постига чрез целево отглеждане на бързорастящи дървесни видове на достъпни площи.
Биомасата е възобновяем източник на енергия с най-висока акумулираща способност и най-голям потенциал както в България, така и в световен мащаб.
Биомасата, под формата на дървесни горива , е основният източник на енергия за около 2 млрд. души.Тя осигурява една седма част от общия обем на горива в света.От растителна биомаса се получава четири пъти повече енергия, отколкото осигурява ядрената енергетика.
Биомасата се дели на първична - микроорганизми, растения и др. и вторична - отпадъци в резултат на жизнената дейност на човека и животните, както и при преработката на първичната биомаса.Биологичните отпадъци от животновъдството и растениевъдството , отпадъчната дървесина и др., притежават немалък енергиен потенциал и техният дял в производството на електрическа и топлинна енергия значително нараства.
За този голям енергиен потенциал може да се съди от количествата отпадъци, необходими за производството на единица енергия.Така например, едновременното производство на 1 kW/ h електрическа и 1,3 kW / h топлинна енергия по когенерационен метод са необходими около 5 - 7 кг. растителни и/или дървесни отпадни биомаси.


Видове биомаса  Top

Както общо бе казано по-горе - биомасата се дели на първична - микроорганизми, растения и др. и вторична - отпадъци в резултат на жизнената дейност на човека и животните, както и при преработката на първичната биомаса:

1. Целево отглеждана биомаса
• енергийни дървесни видове;
• енергийни култури;
• зърнени култури;
• маслодайни култури;
• други.
2. Растителни отпадъци от селскостопанската, първична преработка и поддръжка на околната среда
• слама;
• царевични стъбла;
• слънчогледови стъбла;
• лозови пръчки;
• клони от овощки;
• тютюневи стъбла;
• рапична слама;
• коноп;
• остатъци от пасища и ливади;
• остатъци от ликвидация на храсти;
• отпадъчни органични остатъци от поддръжката на зелените и затревени площи;
• листа;
• други.
3. Отпадъци от животновъдството
• екскременти от отглеждането на селскостопански животни;
• фуражни отпадъци;
• отпадъци от съпътстващото производство;
• други.
4. Комунални, органични отпадъци от селищата
• утайки от отпадните води;
• органични остатъци от твърдите, комунални отпадъци;
• други.
5. Органични отпадъци от хранителното и промишленото производство
• отпадъци от преработка и складиране на растителна продукция;
• отпадъци от консервни и спиртоварни фабрики;
• отпадъци от винопроизводство;
• други.
6. Горски отпадъци (дендромаса)
• дървесна маса от разреждането на горите - т.нар. санитарни сечи;
• клони;
• вършини;
• кора;
• пънове;
• корени след дърводобива;
• дървесина за огрев;
• манипулационни отрязъци;
• съчки;
• отпадъци от дървопреработката (изрезки, талаш, стърготини, технологични трески и т.н.);
• листа;
• борови иглички;
• други.


Методи за енергийно приложение на биомаса  Top

Начинът за използване на биомасата за енергийни цели в значителна степен е предопределен от химическите и физическите й свойства. Много важен параметър е съдържанието на сухото вещество в биомасата.

1. Термохимична конверсия на биомасата
• Изгаряне

При изгарянето, термичният процес протича в окислителна среда с подаване на вторичен въздух. Остатъкът от горенето и пепел.
Непосредственото изгаряне на растителна биомаса с цел получаване на топлинна енергия (а чрез нея и други видове енергия) е класически способ, познат на човечеството от най-дълбока древност. В наши дни обаче, този способ не осигурява ефективно използване на акумулираната енергия и има стеснена област на приложение, тъй като растителните отпадъци не могат в директен вид да се използват като гориво за енергетичните двигатели.
Изгарянето на органичните отпадъци е още по-малко препоръчителен метод, независимо, че все още се използва често. Най-сериозният му недостатък е неконтролируемото отделяне в атмосферата на вредни вещества, а така също и унищожаването на някои ценни компоненти, съдържащи се в отпадъците. Изгарянето се извършва при температура от 800 - 900°C и в димните газове се отделят различни органични съединения (алдехиди, феноли, диоксини, и др.), а така също и съединения на тежки метали. Калоричността при изгарянето на отпадъците е в границите от 1200 до 3000 kkal/kg (1,2 - 3,5 kWh/kg), което е само два пъти по-малко от калоричността на каменните въглища.
За намаляване емисиите на вредни вещества и предотвратяване замърсяването на атмосферата се прилагат различни способи и средства, но независимо от това на директното изгаряне на отпадъците все повече се гледа като на не особено ефективен метод за оползотворяването им.

• Отделяне на летливи вещества

Термичното преобразуване протича през първата фаза в редукционна атмосфера, а през втората - в окислителна, където настъпва доизгаряне. Остатъкът след изгарянето е пепел.

• Пиролиза

Пиролизата е процес на термично преобразуване, инициирано чрез подоване на външна енергия в отсъствието на кислород в затворена камера. В сравнение с изгарянето и газификацията - пиролизата се извършва при относително ниски температури - от 500 до 800°C. В резултат на пиролизното изгаряне на отпадъците се получават твърди, течни и газообразни продукти. Характерът, количествата и качествата на тези продукти зависят от скоростта и температурния режим на процеса.
Основният твърд продукт, получаван при бавна пиролиза, е активен въглен (дървени въглища) с енергиен потенциал от около 30 MJ/kg (8,4 kWh/kg). Най-честото му използване е като гориво за получаване на топлинна енергия, а така също и за технологични нужди в промишлеността.
Течните продукти са гъсти, смолисти материали, състоящи се от сложна смес на високоокисни въглеводороди с ниско водно съдържание и характеризиращи се с висока енергийна плътност и калоричност от порядъка на 20 - 25 MJ/kg. Тези продукти основно се използват за котелно гориво, но имат приложимост и като гориво за двигатели и турбини.
Газообразните продукти са смес от различни газове, като въглеводородните съединения (преди всичко метан) преобладават. При процеса на пиролизата се отделят също така въглероден оксид и диоксид, водород и водни пари. Съставът на газовата смес зависи от изходната суровина и параметрите на процеса. Калоричността на газообразните продукти е между 15 - 22 MJ/m3. Получените при пиролизата газообразни продукти се изгарят или пряко, или след охлаждане и очистване и се складират за по-нататъшна употреба. Твърдите остатъци след процеса на пиролиза са кокс и пепел.

• Газификация

Газификацията е процес на изгаряне на отпадъците при температура 800 - 1500°C в присъствие на кислород и вода, при което се получава генераторен газ - смем от азот (N2), въглероден окис (CO) и водород (H2), като са взможни примеси от метан (CH4) и други въглеводороди. Полученият газ е с калоричност 10 - 16 MJ/m3 (2,8 - 4,5 kWh/m3).
Газификацията се осъществява в газ-генераторни съоръжения, които, обединени в единен енергиен комплекс с дизелови електрогенератори или парни котли, се използват за комбинирано производство на електрическа и топлинна енергия.


2. Биотехнологична конверсия на биомасата


Биотехнологичната конверсия на органичните отпадъци се заключава в протичането на биохимични процеси, в резултат на които съдържащите се органични съединения се разлагат и се получават други подходящи за използване съединения, като етилов спирт, мастни киселини, минерални торове и др., а също така се добива и биогаз. За разлика от термохимичната конверсия, при която стремежът е да се използват сухи отпадъци - за биотехнологичната конверсия се изисква влажност над 70 %. В зависимост от наличието или отсъствието на кислород се различава аеробна и анаеробна конверсия.

• Аеробна конверсия

Аеробната конверсия се осъществява в условия на свободен достъп на кислород, при което под действието на аеробни микроорганизми протичат ферментационни процеси (микробно окисляване), в чиито резултат органичните вещества постепенно се минерализират и се превръщат в компост, съдържащ нитрати, сулфати, вода, въглероден диоксид и други съединения.

• Анаеробна конверсия

Анаеробната конверсия се заключава в протичането на интензивни биологични процеси, при много ниско съдържание на кислород (под 2%). В резултат на действието на анаеробните микроорганизми се отделят различни газообразни продукти, но централен працес е образуването на метан (CH4). Другата крупна съставка на получения биогаз е въглеродният двуокис (CO2), в много малки количества се срещат също азот (N2), кислород (О2) и водород (H2). Поддържането на температура в диапазона 30 - 40°C създава оптимални условия за развитието на метаногенериращите бактерии.