Физика және техникалық пәндер кафедрасы
Биомасса энергиясының және биогаз қондырғыларының түрлері
жүктеу/скачать 1,39 Mb.
|
Биомасса энергиясын қолдану 2
| Биомасса энергиясының және биогаз қондырғыларының түрлері
Биомасса энергиясының түрлері: Әртүрлі формаларға және олардың бірегей артықшылықтарына шолу Биомассадан энергия өндіру органикалық материалдарда сақталған энергияны алу арқылы жүзеге асады. Бұл энергияны бірнеше жолмен электр энергиясына айналдыруға болады: Тікелей жану: Бұл биомасса жылу алу үшін жағылатын ең кең таралған әдіс, ол кейін суды жылыту үшін пайдаланылады, электр генераторына қосылған бу турбинасын басқаратын бу жасайды. Биохимиялық конверсия: Бұл биомассаны газдарға, сұйықтықтарға немесе басқа өнімдерге ыдырату үшін бактерияларды, ферменттерді және ашытқыларды пайдалануды қамтиды. Оған үлгі ретінде анаэробты ыдырату арқылы биогаз алу немесе ферменттеу арқылы биоэтанол алу мысал бола алады. Термохимиялық түрлендіру: Бұл биомассаны газ, сұйық немесе қатты отын өнімдеріне айналдыратын химиялық реакцияларды бастау үшін жылуды пайдалануды қамтиды. Пиролиз және газдандыру осы процестің мысалы болып табылады. Биомасса энергиясының пайдасының негізгі артықшылықтарына мыналар жатады: Жаңартылатын: биомасса жаңартылатын ресурс болып табылады, өйткені оны өсімдіктер немесе ағаштар өсіру арқылы тез толтыруға болады. Көміртекті бейтарап: биомасса көбінесе көміртекті бейтарап болып саналады, себебі ол өртенген кезде бөлінетін көмірқышқыл газын өсімдіктер сіңіреді. Осылайша, ол қазба отындарынан айырмашылығы, атмосферадағы СО2 көбеюіне ықпал етпейді. Қалдықтарды азайту: биомассадан энергия алу үшін ағаш кесінділері, орман қалдықтары, кейбір дақылдар, көң және күнділікті өмірде қолданатын кейбір қалдықтарды пайдалануға болады. Энергия қауіпсіздігі: жергілікті биомасса ресурстарын пайдалану шетелдік қазба отындарына тәуелділікті азайтуға көмектеседі, осылайша энергия қауіпсіздігін арттырады. Биомасса энергиясының көптеген түрлері бар, олардың әрқайсысы әртүрлі органикалық материалдардан алынған және әртүрлі процестер арқылы жасалған. Міне, ең көп таралған формалардың кейбіріне терең бойлау. Биомассаны термиялық түрлендіру арқылы жағуға және энергия өндіруге пайдалануға болады. Термиялық түрлендіру биомасса шикізатын жағу, сусыздандыру немесе тұрақтандыру үшін қыздыруды қамтиды. Биомассаны термиялық өңдеуге арналған ең көп таралған шикізатқа тұрмыстық қатты қалдықтар (ҚҚ) және қағаз фабрикаларының немесе ағаш кесу зауыттарының қалдықтары жатады. Тікелей жану, бірге жану, пиролиз, газдандыру және анаэробты ыдырау арқылы энергияның әртүрлі түрлері жасалады. Дегенмен, биомассаны күйдірмес бұрын оны кептіру керек. Бұл химиялық процесс торрефакция деп аталады. Торрефакция кезінде биомасса шамамен 200-ден 320°С-қа дейін (Фаренгейт бойынша 390-610°) қызады. Биомассаның толық кебетіні соншалық, ол ылғалды сіңіру қабілетін жоғалтады немесе шіріп кетеді. Ол өзінің бастапқы массасының шамамен 20 пайызын жоғалтады, бірақ энергиясының 90 пайызын сақтайды. Жоғалған энергия мен массаны торрефакция процесін отын үшін пайдалануға болады. Торрефицияланған кезде биомасса құрғақ, қара түсті материалға айналады. Содан кейін ол брикеттерге сығымдалады. Биомасса брикеттері өте гидрофобты, яғни олар суды сіңірмиді. Бұл оларды ылғалды жерлерде сақтауға мүмкіндік береді. Брикеттер жоғары энергия тығыздығына ие және тікелей немесе бірге күйдірген кезде оңай жанады. Брикеттердің көпшілігі тікелей жағылады. Өртеу процесінде пайда болатын бу генераторды айналдырып, электр энергиясын өндіретін турбинаны басқарады. Бұл электр қуатын өндіріске немесе ғимараттарды жылытуға пайдалануға болады. Биомассаны қазбалы отынмен бірге жағуға да болады. Биомасса көбінесе көмірмен жұмыс істейтін электр станцияларында жағылады. Бірлескен күйдіру биомасса өңдейтін жаңа зауыттардың қажеттілігін жояды. Бірлескен күйдіру көмірге деген сұранысты да азайтады. Бұл қазбалы отынды жағу кезінде бөлінетін көмірқышқыл газының және басқа парниктік газдардың мөлшерін азайтады. (2.1-сурет, ) Пиролиз - биомассаны қыздырудың тиісті әдісі. Пиролиз кезінде биомасса оттегінің қатысуынсыз 200–300°C (390–570°F) дейін қызады. Бұл жануды болдырмайды және биомассаның химиялық өзгеруіне әкеледі. Пиролиз: пиролиз майы деп аталатын қара түсті сұйықтықты, сингаз деп аталатын синтетикалық газды және биокөмір деп аталатын қатты қалдықты шығарады. Бұл компоненттердің барлығын энергия өндіру үшін пайдалануға болады. Пиролиз майы, кейде био-май немесе био-мұнай деп аталады, шайырдың бір түрі. Оны электр энергиясын өндіру үшін жағуға болады, сонымен қатар басқа отындар мен пластмассалардың құрамдас бөлігі ретінде пайдалануға болады. Ғалымдар мен инженерлер пиролиз майын мұнайға ықтимал балама ретінде зерттеп жатыр. Сингазды отынға айналдыруға болады (мысалы, синтетикалық табиғи газ). Сондай-ақ оны метанға айналдырып, табиғи газдың орнына пайдалануға болады. Биокөмір – көміртегіге бай қатты зат, әсіресе ауыл шаруашылығында пайдалы. Ол топырақты байытады және пестицидтер мен басқа қоректік заттардың ағынды суларға шайылып кетуіне жол бермейді. Сонымен қатар тамаша көміртекті раковина болып табылады. Көміртекті сіңіргіштер көміртегі негізіндегі химиялық заттар, соның ішінде парниктік газдар үшін резервуарлар болып табылады. Биомассаны газдандыру арқылы да тікелей энергияға айналдыруға болады. Газдандыру процесінде биомасса шикізаты (әдетте ҚҚ) оттегінің бақыланатын мөлшерімен 700 ° C (1300 ° F) жоғары температураға дейін қызады. Молекулалар ыдырап, синтез газы мен шлак түзеді. Сингаз - сутегі мен көміртегі тотығының қоспасы. Газдандыру процесінде синтез газы күкірттен, қатты бөлшектерден, сынаптан және басқа ластаушы заттардан тазартылады. Таза синтез газын жылу немесе электр энергиясын өндіру үшін жағуға немесе көліктік биоотынға, химиялық заттарға және тыңайтқыштарға өңдеуге болады. Қож (шлак) – шыны тәрізді балқытылған сұйықтық. Оны плитка, цемент немесе асфальт жасау үшін пайдалануға болады. Бүкіл әлемде өнеркәсіптік газдандыру зауыттары салынуда. Зауыттардың ең көп саны Азия мен Австралияда, дегенмен әлемдегі ең ірі газдандыру қондырғыларының бірі қазіргі уақытта Англияның Стоктон-он-Тис қаласында салынып жатыр. Осы зауытта 350 000 тоннадан астам қатты қалдықтарды 50 000 үйді қуаттандыруға жеткілікті энергияға айналдыра алады. Анаэробты ыдырау - бұл микроорганизмдердің, әдетте, бактериялардың оттегі болмаған кезде материалды ыдырататын процесі. Анаэробты қорыту полигондардағы маңызды процесс болып табылады, онда биомасса ұсақталып, сығылып, анаэробты (оттегі аз) орта жасайды. Анаэробты ортада биомасса ыдырап, бағалы энергия көзі болып табылатын метан түзеді. Бұл метан қазбалы отынды алмастыра алады. Полигондардан басқа, анаэробты қорытуды фермалар мен мал фермаларында да жүргізуге болады. Көңді және басқа да жануарлар қалдықтарын шаруашылықтың энергия қажеттіліктерін тұрақты қанағаттандыру үшін қайта өңдеуге болады. 2.2-сурет, Биогаз қондырғысы Биомасса - этанол және биодизель сияқты сұйық биоотынға айналдыруға болатын жалғыз жаңартылатын энергия көзі. Биоотын көліктерді қуаттандыру үшін пайдаланылады және Швеция, Австрия және АҚШ сияқты елдерде газдандыру арқылы өндіріледі. Этанол қант қамысы, бидай немесе жүгері сияқты жоғары көмірсутекті биомассаны ашыту арқылы өндіріледі. Биодизель этанолды жануар майымен, өңделген тағамдық маймен немесе өсімдік майымен біріктіру арқылы өндіріледі(2.3-сурет). 2.3-сурет, Биодизель қондырғысы 1-катализатор ерітіндісін алуға арналған реактор; 2-биодизель синтезіне арналған реактор; 3,6,11-насос; 4-кавитациялық реактор; 5-Глицерол фракциясын бөлуге арналған тұндырғыш; 7-глицеринге арналған жинақ; 8-адсорбентті биодизельмен араластыруға арналған істікшелі сыйымдылық; 9-адсорбентпен бункер; 10-адсорбент дозаторы; 12-фильтр; 13-биодизельге арналған сыйымдылық. Биоотын бензин сияқты тиімді жұмыс істемейді. Дегенмен, қазба отындарымен байланысты көліктер мен машиналарды тиімді жылжыту үшін оларды бензинмен араластыруға болады. Биомәдениет (әдетте жүгері) өсіру үшін этанол гектар егістік жерді қажет етеді. Бір акр жүгеріден шамамен 1515 литр (400 галлон) этанол өндіріледі. Бірақ кейін бұл аумақ азық-түлік немесе басқа да мақсаттар үшін егін өсіруге қол жетімді болмайды. Этанол алу үшін жеткілікті жүгері өсіру, сонымен қатар отырғызудағы әртүрліліктің болмауы және пестицидтерді көп қолдану салдарынан қоршаған ортаға ауыртпалық түсіреді. Этанол тұрғын үй каминдерінде отынның танымал алмастырғышына айналды. Жанған кезде ол түтіннің орнына жалын және су буы түрінде жылу шығарады. Пиролизден алынған биокөмір ауыл шаруашылығы мен қоршаған ортаны қорғауда құнды. Биомасса шіріген немесе жанған кезде (табиғи түрде немесе адамның әрекеті нәтижесінде) атмосфераға метан мен көмірқышқыл газының көп мөлшері бөлінеді. Алайда, биомасса күйдірілгенде, ол құрамындағы көміртекті оқшаулайды немесе сақтайды. Биокөмірді топыраққа қайта қосқанда, ол көміртекті сіңіруді жалғастыра алады және секвестрленген көміртектің үлкен жер асты қоймаларын — көміртекті сіңіргіштерді құра алады, бұл теріс көміртегі шығарындыларына және топырақты жақсартуға әкелуі мүмкін. Биокөмір сонымен қатар топырақты байытуға көмектеседі. Ол кеуекті. Топыраққа қайта қосылған кезде биокөмір су мен қоректік заттарды сіңіреді және сақтайды. Биокөмір Бразилиядағы Амазонка тропикалық ормандарында қолданылады қиғаш сызық және көмір. Көмірмен жұмыс істейтін егіншілік топырақтағы қоректік заттардың мөлшерін уақытша арттыратын, бірақ көміртегі мөлшерінің 97 пайызын жоғалтуға әкелетін отпен жұмыс істейтін егіншілікті алмастырады. Кесу және күйдіру кезінде күйдірілген өсімдіктер (биокөмір) топыраққа қайта оралады және топырақ көміртегінің 50 пайызын сақтайды. Бұл топырақты жақсартады және өсімдіктердің тез өсуіне әкеледі. Ағаш қағазға өңделгенде, қара сілті деп аталатын жоғары энергиялы улы зат түзіледі. 1930 жылдарға дейін қағаз фабрикаларының қара сілті қалдықтар болып саналды және жақын маңдағы су көздеріне төгілді. Дегенмен, қара сілті ағаш биомассасының энергиясының 50 пайыздан астамын сақтайды. 1930 жылдары қайта өңдеу қазандығының өнертабысымен қара сілті қайта өңделіп, диірменді қуаттандыру үшін пайдаланылуы мүмкін. Америка Құрама Штаттарында қағаз фабрикалары өз зауыттарында жұмыс істеу үшін барлық дерлік қара сілтілерді пайдаланады, нәтижесінде ағаш өнеркәсібі елдегі ең энергияны үнемдейтіндердің бірі болып табылады. Жақында Швеция синтез газын өндіру үшін қара сілтіні газдандыру тәжірибесін жүргізді, содан кейін оны электр энергиясын өндіру үшін пайдалануға болады. жүктеу/скачать 1,39 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|