Năng lượng sinh học - Sản xuất sinh khối
Vật chất hữu cơ được chuyển đổi thành dạng có thể sử dụng được gọi là năng lượng sinh học. Nguyên liệu được sử dụng trong quá trình sản xuất năng lượng được gọi là nguyên liệu thô.
Để hiểu rõ hơn về sinh khối, trước tiên chúng ta sẽ tìm hiểu các nguồn khác nhau.
Sản xuất sinh khối đề cập đến sự gia tăng lượng chất hữu cơ. Nó là sự bổ sung chất hữu cơ trong một khu vực hoặc một quần thể nhất định. Sinh khối được coi là năng lượng tái tạo vì nó được bổ sung khi thực vật và động vật phát triển.
Có hai hình thức sản xuất -
Primary productionđề cập đến việc tạo ra năng lượng của thực vật thông qua quang hợp. Năng lượng dư thừa được tạo ra được lưu trữ và bổ sung vào tổng sinh khối trong hệ sinh thái. Sản lượng sơ cấp có thể được ước tính từ tổng độ che phủ của rừng trong một năm nhất định.
Secondary productionlà sự hấp thụ chất hữu cơ như các mô cơ thể của sinh vật. Nó bao gồm việc ăn phải của động vật tức là cho ăn, cho dù trên động vật khác hoặc trên thực vật. Nó cũng liên quan đến sự phân hủy chất hữu cơ bởi vi sinh vật. Sản lượng thứ cấp có thể được ước tính là tổng lượng thịt được sản xuất mỗi năm.
Mặc dù sinh khối có thể được đo bằng khối lượng sinh vật sống và chết trong một môi trường nhất định, sản lượng khó ước tính hơn. Nó chỉ có thể được ước tính là sự gia tăng khối lượng mặc dù một phần của sinh khối bổ sung có thể đã được thay thế thông qua các quá trình tự nhiên.
Đốt trực tiếp cho nhiệt
Đốt trực tiếp để lấy nhiệt là phương pháp chuyển đổi sinh khối thành năng lượng lâu đời nhất kể từ những nền văn minh đầu tiên. Chuyển đổi nhiệt hóa (đốt cháy) có thể đạt được theo một số cách bằng cách sử dụng các loại nguyên liệu thô khác nhau.
Đốt độc lập
Máy phát điện dựa trên sinh khối sử dụng dầu diesel chiết xuất từ dầu thực vật để làm nhiên liệu cho máy phát điện diesel. Các máy phát điện đốt cháy diesel hữu cơ để tạo ra năng lượng sản xuất điện.
Các nhà máy nhiệt và điện kết hợp được biết là đồng phát điện và năng lượng nhiệt hữu ích. Các ngành công nghiệp gốm sứ sử dụng nhiệt để làm khô các sản phẩm như ngói đất sét.
Một số nhà máy điện sử dụng sinh khối để làm nóng nước và sản xuất hơi nước để phát điện. Sinh khối được đốt cháy để tạo ra đủ nhiệt để đun sôi nước.
Các nhà máy chất thải rắn thành phố đốt chất thải rắn để tạo ra điện. Loại này dễ bị chỉ trích vì chất thải rắn chủ yếu chứa khí độc từ nhựa và sợi tổng hợp.
Đồng đốt sinh khối
Ngoài quá trình đốt cháy độc lập, sinh khối có thể được trộn với các nhiên liệu hóa thạch khác và đốt cháy để tạo ra năng lượng. Đây được gọi là đồng bắn.
Sinh khối có thể được đốt trực tiếp như than đá. Đây được gọi là đồng đốt trực tiếp.
Trong các trường hợp khác, đầu tiên sinh khối được xử lý thành khí và sau đó chuyển thành khí tổng hợp.
Trường hợp thứ ba là khi nhiên liệu hóa thạch được đốt trong một lò khác và năng lượng tạo ra sau đó được sử dụng để làm nóng nước trong nhà máy điện hơi nước.
Các loại đốt cháy
Các kiểu đốt khác nhau là -
Fixed bed combustion - Đây là phương pháp đầu tiên sinh khối rắn được cắt thành các miếng nhỏ và sau đó được nung trên bề mặt phẳng cố định.
Moving bed combustion- Trong phương pháp này, một tấm lưới được đặt để di chuyển liên tục và đều để lại tro. Nhiên liệu cháy theo cấp độ cháy.
Fluid-bed combustion- Nhiên liệu được đun sôi dưới áp suất cao có lẫn cát. Cát giúp phân phối nhiệt đồng đều.
Burner combustion - Trong phương pháp này, bụi gỗ và bụi mịn được cho vào lò đốt tương tự như đốt nhiên liệu lỏng.
Rotary furnace combustion- Lò nung dùng để đốt các chất hữu cơ có độ ẩm cao. Các chất thải như bã thức ăn hoặc chất thải nông trại ẩm khác được đốt theo cách này.
Nhiệt phân
Pyrolysislà một dạng khác của quá trình chế biến nhiên liệu sinh học bằng cách đốt cháy ở nhiệt độ rất cao mà không có oxy, có thể gây cháy hoàn toàn. Điều này gây ra những thay đổi vật lý và hóa học không thể đảo ngược. Việc không có quá trình oxy hóa hoặc halogen hóa dẫn đến một loại nhiên liệu sinh học rất đậm đặc có thể được sử dụng trong quá trình đốt cháy, đồng đốt hoặc chuyển đổi thành khí.
Slow pyrolysisxảy ra ở khoảng 400oC. Đó là quá trình làm than đặc.
Fast pyrolysisxảy ra trong khoảng từ 450oC đến 600oC và tạo ra khí hữu cơ, hơi nhiệt phân và than củi. Hơi được xử lý bằng cách ngưng tụ thành dạng lỏng như biooil. Điều này phải được thực hiện trong vòng 1 giây để ngăn chặn phản ứng tiếp theo. Chất lỏng thu được là chất lỏng màu nâu sẫm, đặc hơn sinh khối gỗ và có hàm lượng tương đương về mặt năng lượng.
Dầu sinh học có một số ưu điểm. Nó dễ dàng hơn để vận chuyển, đốt cháy và lưu trữ. Nhiều loại nguyên liệu thô có thể được chế biến thông qua quá trình nhiệt phân để sản xuất dầu sinh học.
Sơ đồ dưới đây giải thích quá trình chuyển đổi năng lượng sang dạng có thể sử dụng được từ nhiên liệu sinh học thông qua nhiệt phân.
Lên men có cồn
Lên men rượu là quá trình chuyển hóa đường thành xenlulo. Quá trình này tạo ra ethanol và carbon dioxide là các sản phẩm phụ. Quá trình này được coi là kỵ khí vì nó diễn ra trong điều kiện không có oxy. Ngoài việc nướng bánh mì và sản xuất đồ uống có cồn, quá trình này tạo ra nhiên liệu có cồn. Công thức hóa học cho quá trình lên men rượu được đưa ra bởi -
$ C_ {6} H_ {12} O_ {6} + men \ longrightarrow \: 2C_ {2} H_ {5} OH + 2CO_ {2} $
Mía là nguyên liệu chính cho quá trình này, đặc biệt là trong môi trường khô hạn. Bắp hoặc đường bit được sử dụng ở các vùng ôn đới.
Ứng dụng của sản phẩm
Các sản phẩm có các ứng dụng sau:
Acetone là sản phẩm dùng để sản xuất phụ gia thực phẩm, keo hòa tan, pha loãng sơn, tẩy dầu mỡ và trong các sản phẩm mỹ phẩm.
Hydrogenđược sử dụng như một tác nhân làm mát trong công nghiệp điện. Nó cũng được sử dụng trong các tế bào hydro để sản xuất năng lượng.
Butanolcung cấp nhiên liệu tốt hơn ethanol. Nó cũng được sử dụng như một thành phần trong sơn, sản phẩm mỹ phẩm, nhựa, thuốc nhuộm, chiết xuất polyme và trong sản xuất sợi tổng hợp.
Ethanolđược sử dụng làm nhiên liệu, thành phần sơn, và một chất phụ gia trong chất khử trùng. Nó cũng được sử dụng trong đồ uống có cồn.
Phân hủy kỵ khí khí sinh học
Anaerobic digestionlà một quá trình sinh học mà chất hữu cơ được phân hủy để tạo ra khí sinh học trong điều kiện không có oxy. Các vi sinh vật như vi khuẩn Acidogenetic và acetogens chuyển hóa chất phân hủy sinh học thành khí sinh học. Ngoài việc là một nguồn năng lượng, nó còn là một phương pháp lắng đọng chất thải và kỹ thuật bảo tồn môi trường.
Phương trình chính cho sự chuyển đổi này tạo ra carbon dioxide và metan như sau:
$ C_ {6} H_ {12} O_ {6} \ longrightarrow \: 3CO_ {2} + 3CH_ {4} $
Quy trình từng bước được giải thích bên dưới:
Step 1- Phân hủy chất hữu cơ thành các phân tử lớn để chuyển hóa. Quá trình này được gọi là quá trình thủy phân.
Step 2- Acidogens hoạt động trên chất bị phân hủy chuyển đổi chúng thành các axit béo dễ bay hơi (VFAs) cùng với amoniac, CO2 và hydro sulfua. Quá trình này được gọi là quá trình tạo axit.
Step 3 - Các VFA tiếp tục được phân hủy thành axit axetic, carbon dioxide và hydro.
Step 4 - Giai đoạn cuối cùng là sự kết hợp của các khí thải ở trên để tạo ra metanol, cacbon đioxit và nước.
