В результате чего образуется биомасса кратко

Обновлено: 05.07.2024

Биомасса - это название биологической массы, которая используется для производства энергии в результате разложения органических отходов . Одним из "видов топлива", которые могут быть извлечены из этого процесса, является газообразный метан.

Концепция биомассы стала популярной в конце двадцатого и начале двадцатого века, когда возникла озабоченность по поводу совершенствования методов производства и разведки возобновляемых источников энергии из-за очевидного дефицита традиционных ресурсов, таких как нефть и уголь,

Узнайте больше о значении невозобновляемой энергии.

Биомасса может быть сформирована из веществ животного или растительного происхождения, таких как кожура фруктов, навоз, древесина, пищевые отходы, сельскохозяйственные и лесные отходы, среди других органических материалов.

Биомасса - термин, используемый для описания всего органического вещества, полученного путем фотосинтеза, существующего на поверхности Земли. Он включают в себя всю водную и наземную растительность и деревья, и все отходы живых организмов, такие как твердые бытовые отходы, вещества биологического происхождения (сточные воды), отходы лесного хозяйства, животноводства (навоз), сельскохозяйственные отходы и отдельные виды промышленных отходов. Мировые энергетические рынки полагаются в большой степени на ископаемые виды топлива. Биомасса - единственный энергетический ресурс естественного происхождения, содержащий углерод в количестве, достаточном, чтобы применяться в качестве их замены.

В отличие от ископаемого топлива, биомасса - возобновляемый источник энергии. Требуется относительно короткий период времени, чтобы восстановить энергетический ресурс. Биомасса также - единственный возобновляемый источник энергии, выделяющий углекислый газ при переработке. Однако это компенсируется тем, что биомасса была выращена с помощью поглощения углекислого газа из атмосферы в процессе фотосинтеза. Если ресурс биомассы используется устойчиво, то со временем в цикле переработки биомассы не происходит увеличение выброса углерода.

Способы переработки биомассы

Биомасса может быть конвертирована в тепловую энергию, жидкое, твердое или газообразное топливо и другие химические продукты с помощью различных процессов переработки. Сегодня значительная часть электроэнергии из биомассы вырабатывается путем прямого сжигания. При развитии технологий повышение эффективности будет достигаться за счет сжигания смеси биомассы и угля в котлах и внедрения высокоэффективной газификации, систем комбинированного цикла, систем топливных элементов, а также модульных систем.

Известные биоэнергетические технологии: непосредственное сжигание, совместное сжигание, газификация, пиролиз, анаэробное брожение и ферментация.

1. Прямое сжигание

Это, пожалуй, самый простой способ получения энергии из биомассы. Промышленные объекты способны сжечь много видов топлива на основе биомассы, в том числе дрова, сельскохозяйственные отходы, древесную целлюлозу, твердые бытовые отходы. При сжигании в котлах производится пар, который вращает турбину. Последняя приводит во вращение ротор генератора, вырабатывающего электроэнергию. Из-за потенциального накопления золы, которая засоряет котел, снижая его эффективность и увеличивая затраты, только определенные типы материалов биомассы используются для прямого сжигания.

2. Газификация

Газификация - процесс, воздействия на твердое топливо высокой температуры при ограниченном доступе кислорода для получения газообразного топлива. Таким способом получается смесь газов, таких как окись углерода, углекислый газ, азот, водород и метан. После газ используется для привода газовой турбины. Газификация имеет ряд преимуществ над сжиганием твердого топлива. Важный плюс технологии - один из получаемых газов - метан. Он может быть обработан так же, как природный газ, и использоваться для тех же целей.

Преимущество заключается в том, что при газификации производится топливо без примесей. Следовательно, его сжигание вызывает меньше проблем загрязнения. При определенных условиях можно производить синтез-газ - смесь угарного газа и водорода, который может являться сырьем для производства углеводород (например, метана и метанола) для замены ископаемых видов топлива. Сам водород также потенциальное экологически чистое топливо, которое предположительно может заменить нефть и нефтепродукты в обозримом будущем.

3. Пиролиз

В своей простейшей форме пиролиз представляет собой нагревание биомассы с отводом летучих веществ, в результате чего образуется древесный уголь. Этот процесс преобразует исходный материал в более энергоемкий, так как древесный уголь весит в два раза меньше исходной биомассы, но содержит такое же количество энергии, что делает топливо более транспортабельным. Уголь также горит при значительно более высокой температуре, чем исходная биомасса. Это делает его более полезным для производственных процессов. Более сложные методы пиролиза разработаны недавно для сбора летучих веществ, которые в противном случае теряются в системе. Собранные летучие вещества производят газ, который богат водородом и окисью углерода. Эти соединения синтезируются в метан, метанол и другие углеводороды.

Быстрый пиролиз используется для производства бионефти - горючего топлива. Тепло используется для химического преобразования биомассы в синтетическую нефть, которую легче хранить и транспортировать, чем твердые материалы биомассы. Затем ее сжигают для производства электричества. Пиролиз может также преобразовывать биомассу в феноловое масло - химическое вещество, используемое для изготовления древесных клеев, литьевых пластмасс и изоляционной пены.

4. Анаэробное брожение

Анаэробное брожение биомассы осуществляется за счет анаэробных бактерий. Эти микроорганизмы обычно живут на дне болот или в других местах, где нет воздуха, потребляя мертвое органическое вещество с образованием метана и водорода. Мы можем использовать эти бактерии для работы на нас. Подавая органические вещества, такие как навоз животных или сточные воды, в резервуары, называемые варочными, и добавляя туда бактерий, мы можем собирать выделившейся газ, чтобы использовать его в качестве источника энергии. Этот процесс - очень эффективное средство извлечения полезной электроэнергии из биомассы. Как правило, до двух третей энергии топлива из навоза животных можно восстановить.

Другой способ связан со сбором метана из мусорных свалок. Большая часть бытовых отходов биомассы, таких как пищевые отходы или обрезки травы, собираются на местных свалках. В течение нескольких десятилетий анаэробные бактерии в нижних слоях таких свалок разлагают органическое вещество, выделяя метан. Газ может быть извлечен и использован путем установки верхнего упора из непроницаемого слоя глины и установки перфорированных труб, которые будут собирать газ и выводить его на поверхность.

5. Ферментация

На протяжении многих веков люди использовали дрожжи и другие микроорганизмы для ферментации сахара различных растений в этиловый спирт. Производство топлива из биомассы путем ферментации - это лишь продолжение этого процесса. При этом есть возможность использования более широкого спектра растительного материала от сахарного тростника до древесного волокна. Например, отходы от помола пшеницы на мельницах в Новом Южном Уэльсе применяются для производства этанола путем ферментации. Этанол затем смешивается с дизельным топливом для производства топлива, используемого для заправки грузовых автомобилей и автобусов в Австралии.

Технический прогресс неизбежно улучшит этот метод. Например, ученые в Австралии и США заменили дрожжи генетически сконструированными бактериями в процессе ферментации. Эффективность процесса значительно повысилась. Теперь можно перерабатывать отходы бумаги и другие формы древесного волокна в этанол.

Производство биотоплива

Биомасса превращается в топливо, такое как этанол, метанол, биодизель и добавки для риформинга бензинов. Биотопливо используются в чистом виде или в смеси с бензином.

Этанол - наиболее широко используемое биотопливо. Производится путем ферментации биомассы в процессе, подобном пивоварению.

Сегодня большая часть этанола производится из кукурузы. Он смешивается с бензином для увеличения эффективности транспортного средства и уменьшения загрязнения воздуха.

Метанол из биомассы производится путем газификации. Биомасса превращается в синтез-газ, который перерабатывается в метанол. Большая часть метанола производится из природного газа и используется в качестве растворителя, антифриза или для синтеза других химических веществ. Около 38 процентов используется для транспортировки в виде смеси или в риформинге бензинов.

Биодизельное топливо состоит из масел и жиров, которые содержатся в микроводорослях и других растениях. Им заменяют дизельное топливо или разбавляют его.

БИОМАССА (от био. и масса), общая масса особей одного вида, группы видов или сообщества в целом, приходящаяся на единицу поверхности или объёма местообитания; один из важнейших экологич. терминов. Б. чаще всего выражают в массе сырого или сухого вещества (г/л 2 , кг/га, г/м 3 и т. д.) или в пропорциональных ей единицах (масса углерода или азота органич. веществ тела и др.).

Б. растений наз. фитомассой, Б. животных - зоо массой. По Б. отд. компонентов биоценоза, её распределению в пространстве (напр., по вертикальным ярусам лесных биоценозов, по глубинам или по разным грунтам в водоёмах) и по её сезонным изменениям судят о количеств, соотношениях масс организмов с разным типом питания, о доминировании отд. видов и т. д. В наземных сообществах (лес, степь, тундра и др.) Б. растений значительно превышает Б. растительноядных животных, к-рая, в свою очередь, больше Б. хищников (т. н. пирамида Б.). См. также Фитомасса.

В водной среде растит, организмы представлены гл. обр. одноклеточными водорослями фитопланктона. Б. фитопланктона мала, нередко меньше Б. питающихся за его счёт животных. Это возможно благодаря интенсивному обмену веществ и фотосинтезу одноклеточных водорослей, обеспечивающему высокую скорость прироста фитопланктона. Годовая продукция фитопланктона в наиболее продуктивных водах не уступает годовой продукции лесов, Б. к-рых, отнесённая к той же единице поверхности, в тысячи раз больше. Луговые степи дают больший годовой прирост Б., чем хвойные леса: при ср. фитомассе 23 т/га годовая продукция их 10 т/га, а у хвойных лесов при фитомассе 200 т/га годовая продукция 6 т/га. Популяции мелких млекопитающих, обладающих большой скоростью роста и размножения, при равной Б. дают более высокую продукцию, чем крупные млекопитающие. Т. о., чтобы оценить значение вида или группы видов для круговорота веществ и биологической продуктивности сообщества или экосистемы, нужно знать не только Б. данного компонента, но и относит, скорость её прироста или время полного возобновления, к-рое колеблется у разных организмов от мн. лет (у древесных растений) до неск. часов или даже долей часа (у бактерий и нек-рых простейших при благоприятных условиях роста).

Наиболее высока Б. лесов (500 т/га и выше в тропических лесах, ок. 300 т/га в широколиственных лесах зон умеренного климата). Среди питающихся за счёт растений гетеротрофных организмов наибольшей Б. обладают микроорганизмы - бактерии, грибы, актиномицеты и др.; их Б. в продуктивных лесах достигает неск. т/га. Большая часть общей Б. животных в поясе умеренного климата приходится на почвенную фауну (дождевые черви, личинки насекомых, нематоды, многоножки, клещи и др.). В лесной зоне она составляет сотни кг/га, гл. обр. за счёт дождевых червей (300-900 кг/га). Ср. Б. позвоночных животных достигает 20 кг/га и выше, но чаще остаётся в пределах 3-10 кг/га.

В водной среде наиболее высока Б. крупных прикреплённых водорослей и донных животных (бентоса) на литорали и в сублиторали морей. Напр., Б. зарослей мор. водорослей достигает нескольких кг/м 2 ; на отд. участках (на устричных и мидиевых банках) Б. донных животных также велика. С увеличением глубины Б. бентоса, как и планктона, быстро снижается. На большей части площади дна океана ср. Б. бентоса исчисляется десятыми и даже сотыми долями г/м 2 . Б. фито- и зоопланктона в малопродуктивных мор. водах не превышает немногих десятков мг/м 3 или десятых г/м 2 . В высокопродуктивных районах, занимающих, впрочем, малую долю общей площади океана, Б. зоопланктона достигает 10 г/м 2 , а Б. фитопланктона в периоды макс, его развития - 100 г/м 2 и выше. Озёра сильно различаются по Б. планктона и бентоса. В озёрах ср. продуктивности Б. как фито-, так и зоопланктона обычно 1-2 г/м 3 , или неск. десятков г/м 2 . Б. зообентоса часто меньше Б. зоопланктона. В более продуктивных озёрах она достигает 10-30 г/м 2 , т. е. 100-300 кг/га. Б. рыб в озёрах средней и высокой продуктивности-порядка 75-150 кг/га.

Закономерности географич. распределения и продуцирования Б. интенсивно изучаются в связи с решением вопросов рационального использования биологич. продуктивности и охраны биосферы Земли.

В. И. Вернадский в своём учении о биосфере и геологич. роли живой природы привлёк внимание к определению общей Б. всех форм жизни на Земле. Об этой величине можно судить только по грубым оценкам, подлежащим дальнейшему уточнению. Наиболее велика Б. лесов; так, общий запас древесины исчисляют примерно в 300 млрд. т сухого вещества. Среди наземных животных Б. почвенных животных близка к 0,5 млрд. m сухого вещества, общая Б. всех прочих животных суши на 1-2 порядка величин меньше. Согласно расчётам сов. гидробиолога В. Г. Богорова, общая Б. всех растит, организмов океана - 1,7 млрд. т, животных -32,5 млрд. т сырого вещества, т. е. в круглых цифрах 0,3 и 6 млрд. т сухого вещества. Общая Б. бактерий и других микроорганизмов ещё не поддаётся определению, но, несомненно, она выражается значит, величинами и в биоценозах суши превосходит Б. животных.

Лит.: Зенкевич Л. А., Биология морей СССР, М., 1963; Родин Л. Е. и Базилевич Н. И., Динамика органического вещества и биологический круговорот зольных элементов и азота в основных типах растительности земного шара, М.- Л., 1965; Дювиньо П. и Ганг М., Биосфера и место в ней человека, пер. с франц., М , 1968. Г. Г. Винберг, Ю. И. Чернов.

Биомасса - это термин, который используется для характеристики любого органического вещества, созданного при фотосинтезе. Данное определение подразумевает наземную и водную растительность и кустарники, а также водные растения и микроорганизмы.

Особенности

Биомасса - это остатки жизнедеятельности животных (навоз), промышленные и сельскохозяйственные отходы. Данный продукт имеет промышленное значение, он востребован в энергетике. Биомасса - это естественный продукт, в котором содержание углерода настолько высоко, что его можно использовать в качестве альтернативного вида топлива.

Состав

Биомасса - это смесь зеленых растений, микроорганизмов, животных. Для того чтобы восстановить ее, необходим незначительный временной промежуток. Биомасса живых организмов является единственным источником энергии, способным выделять в процессе переработки углекислый газ. Основаная ее часть сосредоточена в лесах. На суше в нее входят зеленые кустарники, деревья, а объем их оценивается примерно в 2 400 миллиардов тонн. В океанах биомасса организмов образуется гораздо быстрее, здесь она представлена микроорганизмами и животными.

В настоящее время рассматривают такое понятие, как прирост количества зеленых растений. На долю древесной растительности приходится примерно два процента. Большую часть (около семидесяти процентов) от общего состава вносят пашни, зеленые луга, мелкая растительность.

Около пятнадцати процентов всей биомассы приходится на морской фитопланктон. Благодаря тому, что процесс его деления происходит за короткий временной промежуток, можно вести речь о существенном обороте растительности мирового океана. Ученые приводят интересные факты, согласно которым достаточно трех суток для того, чтобы полностью обновить зеленую часть океана.

На суше данный процесс протекает примерно за пятьдесят лет. Ежегодно происходит процесс фотосинтеза, благодаря которому получают около 150 миллиардов тонн сухого органического продукта. Суммарная биомасса, образуемая в мировом океане, несмотря на незначительные показатели, сравнима с продукцией, образующейся на суше.

Незначительность веса растений в мировом океане можно объснить тем, что они за короткий промежуток времени поедаются животными и микроорганизмами, но достаточно быстро здесь растительность полностью восстанавливается.

Самыми продуктивными в континентальной части земной биосферы считают субтропические и тропические леса. Океаническая биомасса представлена в основном рифами и эстуариями.

Из биоэнергетических технологий, применяемых в настоящее время, выделим: пиролиз, газификацию, ферментацию, анаэробное брожение, различные виды сжигания топлива.

Возобновление количества биомассы

В последнее время во многих европейских странах осуществляются разнообразные эксперименты, связанные с выращиванием энергетических лесов, из которых получается биомасса. Значение слова особенно актуально в наши дни, когда уделяется пристальное внимание вопросам экологии. Процесс получения биомассы, а также переработки в промышленности бытовых твердых отходов, древесной целлюлозы, сельскохозяйственных котлов, сопровождается выделением пара, приводящего в движение турбину. С экологической точки зрения он абсолютно безопасен для окружающей среды.

Благодаря этому наблюдается вращение ротора генератора, способного вырабатывать электрическую энергию. Постепенно происходит накапливание золы, снижающей эффективность выработки электроэнергии, поэтому периодически происходит ее выведение из реакционной смеси.

На огромных экспериментальных плантациях выращивают быстрорастущие деревья: акации, тополя, эвкалипты. Проведены испытания около двадцати видов растений.

Интересным вариантом были признаны комбинированные плантации, на которых помимо деревьев, выращивают иные сельскохозяйственные культуры. Например, между рядами тополей высаживают ячмень. Продолжительность ротации создаваемого энергетического леса составляет шесть-семь лет.

Переработка биомассы

Продолжим разговор о том, что такое биомасса. Определение данному термину дано разными учеными, но все они убеждены в том, что именно зеленые растения являются перспективным вариантом получения альтернативного топлива.

В первую очередь необходимо отметить, что основным продуктом газификации является углеводород - метан. Его можно использовать в качестве исходного сырья в химической промышленности, а также в виде эффективного вида топлива.

Пиролиз

При быстром пиролизе (термическом разложении веществ) получают бионефть, что является горючим топливом. Тепловая энергия, выделяемая в данном случае, применяется для химического превращения в синтетическую нефть зеленой биомассы. Ее гораздо легче транспортировать и хранить, нежели твердые материалы. Далее, бионефть сжигают, получая при этом электрическую энергию. Путем пиролиза можно осуществить преобразование биомассы в феноловое масло, применяемое для производства древесного клея, изоляционной пены, литьевых пластических масс.

Анаэробное брожение

Данный процесс осуществляется благодаря анаэробным бактериям. Микроорганизмы проживают в тех местах, где нет доступа кислорода. Они употребляют органическое вещество, образуя в ходе реакции водород и метан. При подаче навоза, сточных вод в специальные варочные чаны, внося в них анаэробные микроорганизмы, можно использовать образующийся газ в качестве источника топлива.

Бактерии способны разлагать органические вещества, содержащиеся в мусорных свалках, пищевых отходах, образуя метан. Для извлечения газа, его использования в виде топлива, можно применять специальные установки.

Заключение

Биотопливо не только является отличным источником получения энергии, но и способом извлечения ценных химических веществ. Так, при химической переработке метана можно получить разнообразные органические соединения: метанол, этанол, ацетальдегид, уксусную кислоту, полимерные материалы. К примеру, этанол является ценным веществом, применяемым в разных отраслях промышленности.

Читайте также: