Bioenergia - Produkcja biomasy

Materiał organiczny przekształca się w użyteczną formę zwaną bioenergią. Materiały używane w procesie produkcji energii nazywane są surowcem.

Aby lepiej zrozumieć biomasę, najpierw zbadamy różne źródła.

Produkcja biomasy odnosi się do wzrostu ilości materii organicznej. Jest to dodanie materii organicznej na danym obszarze lub populacji. Biomasa jest uważana za energię odnawialną, ponieważ jest uzupełniana w miarę wzrostu roślin i zwierząt.

Istnieją dwie formy produkcji -

Primary productionodnosi się do wytwarzania energii przez rośliny poprzez fotosyntezę. Wytworzona nadwyżka energii jest magazynowana i dodaje się do całkowitej biomasy w ekosystemie. Produkcja podstawowa mogła być oszacowana na podstawie całkowitej lesistości w danym roku.
Secondary productionto wchłanianie przez organizmy materii organicznej jako tkanek ciała. Obejmuje to spożycie przez zwierzęta, tj. Karmienie, czy to na innych zwierzętach, czy na roślinach. Obejmuje również rozkład materii organicznej przez mikroorganizmy. Produkcja wtórna może być oszacowana jako całkowita produkcja mięsa w ciągu roku.

Chociaż biomasę można zmierzyć jako masę organizmów żyjących i martwych w danym środowisku, trudniej jest oszacować produkcję. Można to oszacować jedynie jako wzrost objętości, chociaż część dodatkowej biomasy mogła zostać zastąpiona naturalnymi procesami.

Spalanie bezpośrednie na ciepło

Bezpośrednie spalanie na ciepło jest najstarszą metodą konwersji biomasy na energię od najwcześniejszych cywilizacji. Konwersję termochemiczną (spalanie) można osiągnąć na wiele sposobów, stosując zróżnicowane surowce.

Samodzielne spalanie

Generatory na bazie biomasy wykorzystują olej napędowy pochodzący z olejów roślinnych do napędzania generatorów diesla. Generatory spalają organiczny olej napędowy, aby wytworzyć energię do produkcji energii elektrycznej.

Wiadomo, że skojarzone elektrociepłownie wytwarzają w skojarzeniu energię elektryczną i użyteczną energię cieplną. Przemysł ceramiczny wykorzystuje ciepło do suszenia produktów, takich jak płytki ceramiczne.
Niektóre elektrownie wykorzystują biomasę do podgrzewania wody i wytwarzania pary do produkcji energii elektrycznej. Biomasa jest spalana, aby wytworzyć ciepło wystarczające do zagotowania wody.
Miejskie zakłady odpadów stałych spalają odpady stałe w celu wytwarzania energii elektrycznej. Ten typ jest podatny na krytykę, ponieważ odpady stałe zawierają głównie toksyczne gazy z tworzyw sztucznych i włókien syntetycznych.

Współspalanie biomasy

Oprócz samodzielnego spalania biomasa może być mieszana z innymi paliwami kopalnymi i spalana w celu wytworzenia energii. Nazywa się to współspalaniem.

Biomasa może być spalana bezpośrednio jako węgiel. Nazywa się to bezpośrednim współspalaniem.
W innych przypadkach biomasa jest najpierw przetwarzana na gaz, a następnie przekształcana w gaz syntezowy.
Trzeci przypadek to spalanie paliw kopalnych w innym piecu, a wytworzona energia jest następnie wykorzystywana do podgrzewania wody w elektrowni parowej.

Rodzaje spalania

Różne rodzaje spalania to -

Fixed bed combustion - Jest to metoda, w której biomasa stała jest najpierw cięta na małe kawałki, a następnie spalana na płaskiej, stałej powierzchni.
Moving bed combustion- W tej metodzie ruszt jest ustawiony na ciągły i równomierny ruch, pozostawiając popiół. Paliwo spala się na poziomach spalania.
Fluid-bed combustion- Paliwo gotuje się pod wysokim ciśnieniem zmieszane z piaskiem. Piasek służy do równomiernego rozprowadzania ciepła.
Burner combustion - W tej metodzie pył drzewny i drobny pył umieszcza się w palniku podobnym do paliwa płynnego.
Rotary furnace combustion- Piec piecowy służy do spalania materii organicznej o dużej wilgotności. W ten sposób spalane są takie odpady jak resztki jedzenia lub inne wilgotne odpady rolnicze.

Piroliza

Pyrolysisto kolejna forma przetwarzania biopaliw poprzez spalanie w bardzo wysokich temperaturach bez tlenu, co może spowodować całkowite spalenie. Powoduje to nieodwracalne zmiany fizyczne i chemiczne. Brak procesów utleniania lub halogenowania skutkuje powstaniem bardzo gęstego biopaliwa, które można wykorzystać do spalania, współspalania lub przekształcić w gaz.

Slow pyrolysiswystępuje przy około 400oC. Jest to proces wytwarzania węgla drzewnego.
Fast pyrolysiswystępuje w temperaturze od 450 ° C do 600 ° C i powoduje powstanie gazu organicznego, oparów pirolizy i węgla drzewnego. Para jest przetwarzana przez kondensację do postaci płynnej jako bioolej. Należy to zrobić w ciągu 1 sekundy, aby zapobiec dalszej reakcji. Powstała ciecz jest ciemnobrązową cieczą, gęstszą od biomasy drzewnej i ma taką samą zawartość energetyczną.

Bio-olej ma wiele zalet. Łatwiej jest transportować, spalać i przechowywać. Przez pirolizę można przetwarzać wiele rodzajów surowców do produkcji biooleju.

Poniższy diagram wyjaśnia proces konwersji energii z biopaliw do postaci użytkowej poprzez pirolizę.

Fermentacja alkoholowa

Fermentacja alkoholowa to proces, który przekształca cukry w celulozę. Proces prowadzi do etanolu i dwutlenku węgla jako produktów ubocznych. Ten proces jest uważany za beztlenowy, ponieważ odbywa się przy braku tlenu. Oprócz wypieku chleba i produkcji napojów alkoholowych w procesie tym powstaje paliwo alkoholowe. Wzór chemiczny fermentacji alkoholowej jest określony przez -

$ C_ {6} H_ {12} O_ {6} + drożdże \ longrightarrow \: 2C_ {2} H_ {5} OH + 2CO_ {2} $

Trzcina cukrowa jest głównym surowcem do tego procesu, szczególnie w suchym środowisku. Kawałki kukurydzy lub cukru są używane w obszarach o klimacie umiarkowanym.

Zastosowanie produktów

Produkty mają następujące zastosowania -

Acetone to produkt służący do produkcji dodatków do żywności, rozpuszczania klejów, rozcieńczania farb, odtłuszczaczy oraz w produktach kosmetycznych.
Hydrogenstosowany jest jako środek chłodzący w energetyce. Jest również stosowany w ogniwach wodorowych do produkcji energii.
Butanolzapewnia lepsze paliwo niż etanol. Jest również stosowany jako składnik farb, produktów kosmetycznych, żywic, barwników, ekstrakcji polimerów oraz do produkcji włókien syntetycznych.
Ethanoljest stosowany jako paliwo, składnik farb i dodatek w środkach antyseptycznych. Jest również stosowany w napojach alkoholowych.

Fermentacja beztlenowa biogazu

Anaerobic digestionto proces biologiczny, w którym materia organiczna jest rozkładana w celu wytworzenia biogazu przy braku tlenu. Mikroorganizmy, takie jak bakterie kwasogenne i acetogeny, przekształcają biodegradowalną materię w biogaz. Jest to nie tylko źródło energii, ale także metoda składowania odpadów i technika ochrony środowiska.

Główne równanie tej konwersji, która daje dwutlenek węgla i metan, jest następujące -

$ C_ {6} H_ {12} O_ {6} \ longrightarrow \: 3CO_ {2} + 3CH_ {4} $

Proces krok po kroku jest wyjaśniony poniżej -

Step 1- Rozkład materii organicznej na duże cząsteczki w celu konwersji. Ten proces jest znany jako hydroliza.
Step 2- Kwasogeny działają na rozłożoną materię, przekształcając je w lotne kwasy tłuszczowe (VFA) obok amoniaku, CO2 i siarkowodoru. Proces ten nazywa się kwasogenezą.
Step 3 - VFA są dalej rozkładane na kwas octowy, dwutlenek węgla i wodór.
Step 4 - Ostatnim etapem jest połączenie powyższych emisji w celu wytworzenia metanolu, dwutlenku węgla i wody.