Методы производства энергии от биомассы

Почти все типы сырой биомассы разлагаются скорее быстро, так мало - очень хорошие долгосрочные энергетические магазины; и из-за их относительно низкой плотности энергии, они, вероятно, будут довольно дороги, чтобы транспортировать по заметным расстояниям. Последние годы поэтому видели значительное усилие, посвященное поиску лучших способов использовать эти потенциально ценные источники энергии.

В рассмотрении методов для того, чтобы извлечь энергию, возможно заказать им сложностью вовлеченных процессов:

· Прямое сгорание биомассы.

· Термохимическая обработка, чтобы модернизировать биотопливо. Процессы в этой категории включают pyrolysis, газификацию и сжижение.

· Биологическая обработка. Естественные процессы, такие как анаэробное вываривание и брожение, которые приводят к полезному газообразному или жидкому топливу.

 

Непосредственным продуктом, некоторых из этих процессов является высокая температура - обычно используемый в месте производства или в не слишком большое расстояние, для химической обработки или теплоцентрали, или произвести пар для выработки энергии. Для других процессов продукт - тело, жидкое или газообразное топливо: древесный уголь, жидкое топливо как бензиновая замена или добавка, газ для продажи или для производства электроэнергии, используя или пар или газовые турбины.

СГОРАНИЕ

Технология прямого сгорания как самый очевидный способ извлечь энергию из биомассы хорошо понята, прямая и коммерчески доступная. Системы сгорания прибывают в широкий диапазон форм и размеров, жгущих фактически любой вид топлива, от куриного удобрения и соломенных товаров к стволам дерева, муниципальному мусору, и пересматривают шины. Некоторые из путей, которыми в настоящее время используется высокая температура от горения трат, включают пространство и нагревание воды, индустриальную обработку и производство электричества. Одна проблема с этим методом - своя очень низкая эффективность. С открыть огнем большая часть высокой температуры потрачена впустую и не используется, чтобы приготовить или что бы то ни было.

Сгорание леса может быть разделено на четыре фазы:

· Вода в лесу выпаривает. Даже у леса, который сушился в течение нескольких лет, есть целых 15 - 20 % воды в его структуре клетки.

· Газовое содержание освобождено от леса. Жизненно важно, чтобы эти газы горели и не только исчезнуть дымоход.

· Газы испускали соединение с атмосферным воздухом и ожогом при высокой температуре.

· Остальная часть леса (главным образом углерод) ожоги. В прекрасном сгорании вся энергия используется и все, что оставляют, небольшая груда пепла.

 

Три вещи необходимы для эффективного горения:

· достаточно высоко температуры;

· достаточно воздуха, и

· достаточно времени для полного сгорания.

 

Если недостаточно воздуха входит, сгорание является неполным, и дым является черным от несожженного углерода. Это пахнет ужасным, и Вы внесли сажу в дымоходе, с риском огня. Если слишком много воздуха входит в температурные снижения и несожженное спасение газов, беря высокую температуру с ними. Правильное количество воздуха дает лучшее использование топлива. Никакой запах, никакой дым, и очень немного риска огней дымохода. Регулирование подачи воздуха зависит в значительной степени от дымохода и наброска, который это может поднять.

Прямое сгорание - самый простой и наиболее распространенный метод завоевания энергии, содержавшей в пределах биомассы. Кипение кастрюли воды по деревянному огню является простым процессом. К сожалению, это также очень неэффективно, поскольку небольшое элементарное вычисление показывает.

Энергетическое содержание кубического метра, сухой лес - 10 GJ, который составляет десять миллионов килоджоулей. Поднять температуру литра воды на 1 степень Цельсия требует 4,2 килоджоулей тепловой энергии. Доведение до кипения литра должно поэтому потребовать скорее меньше чем 400 килоджоулей, эквивалентных 40 кубическим сантиметрам леса - одна маленькая палка, возможно. Практически, с простым открывают огонь, нам, возможно, понадобилось бы по крайней мере пятьдесят раз это количество: конверсионная эффективность не лучше чем 2 %.

Проектирование печи или котла, который будет скорее лучше использовать ценное топливо, требует понимания процессов, вовлеченных в сгорание твердого топлива. Первым является то, которое потребляет, а не производит энергию: испарение любой воды в топливе. С разумно сухим топливом, однако, это использует только несколько процентов полной энергии. В процессе сгорания непосредственно всегда есть две стадии, потому что любое твердое топливо содержит два горючих элемента. Летучее вещество выпущено как смесь паров или выпаренных смол и масел топливом, поскольку его температура повышается. Сгорание этих продуктов небольшие всплески pyrolysis.

Современные средства сгорания (котлы) обычно производят высокую температуру, пар (используемый в производственном процессе) или электричество. Прямые системы сгорания изменяются значительно по их дизайну. Топливный выбор имеет значение в дизайне и эффективности системы сгорания. Прямая технология сгорания, используя биомассу в качестве топлива очень подобна используемому для угля. Биомасса и уголь могут быть обработаны и сожжены по существу тем же самым способом. Фактически, биомасса может быть "cо-запущена" с углем в небольшом проценте в существующих котлах. Биомасса, которая cо-запущена, является обычно дешевым сырьем для промышленности, как лес или сельскохозяйственная трата, которые также помогают уменьшить эмиссию, как правило связанную с углем. Уголь - просто фоссилизируемая биомасса нагретые и сжатые более чем миллионы лет. Процесс, которому подвергается уголь, поскольку это нагрето и сжато глубоко в земле, добавляет элементы как сера и ртуть к углю. Горящий уголь для высокой температуры или электричества выпускает эти элементы, которые не содержит биомасса.

PYROLYSIS

Pyrolysis является самым простым и почти наверняка самый старый метод обработки одного топлива, чтобы произвести лучший. Широкий диапазон богатого энергией топлива может быть произведен, жаря сухой лес или даже солому. Процесс использовался в течение многих столетий, чтобы произвести древесный уголь. Обычный pyrolysis вовлекает нагревание оригинального материала (который часто распыляется или измельчается тогда питаемый в корпус ядерного реактора) в почти отсутствие воздуха, как правило в 300 - 500 °C, пока летучее вещество не было прогнано. Остаток - тогда случайная работа - более обычно известный как древесный уголь - топливо, которое имеет о дважды плотности энергии оригинала и горит при намного более высокой температуре. В течение многих столетий, и в большой части мира все еще сегодня, древесный уголь произведен pyrolysis леса. В зависимости от влагосодержания и эффективности процесса, 4-10 тонн леса обязаны производить одну тонну древесного угля, и если никакая попытка не предпринята, чтобы собрать летучее вещество, древесный уголь получен за счет, возможно, двух третей оригинального энергетического содержания.

Pyrolysis может также быть выполнен в присутствии небольшого количества кислорода ('газификация'), вода (‘паровая газификация’) или водород ('гидрирование'). Один из самых полезных продуктов - метан, который является подходящим топливом для поколения электричества, использующего газовые турбины высокой производительности.

С более сложными pyrolysis методами volatiles может быть собран, и осторожный выбор температуры, при которой имеет место процесс, позволяет контроль их состава. Жидкий продукт имеет потенциал как горючее, но загрязнен кислотами и должен рассматриваться перед использованием. Быстро pyrolysis материала завода, такого как лес или ореховые скорлупы, при температурах листьев на 800-900 градусов Цельсия всего 10 % материала как твердая случайная работа и новообращённые приблизительно 60 % в газовых богатых в водороде и угарном газе. Это делает быстро pyrolysis конкурента с обычными методами газификации (см. рев), но как последний, он должен все же быть развит как лечение биомассы в коммерческом масштабе.

В настоящее время, обычный pyrolysis считают более привлекательной технологией. Относительно низкие температуры означают, что меньше потенциальных загрязнителей испускается чем в полном сгорании, давая pyrolysis экологическое преимущество имея дело с определенными тратами. Были некоторые испытания с небольшими pyrolysis заводами, рассматривающими траты от промышленности пластмасс, и также использовали шины - проблема распоряжения все более и более срочного беспокойства.

ГАЗИФИКАЦИЯ

Основные принципы газификации являлись объектом исследования и развития начиная с начала девятнадцатого века, и во время Второй мировой войны почти миллион биомасс, приведенные в действие газогенератором транспортные средства использовались в Европе. Интерес к газификации биомассы был возрожден во время "энергетического кризиса" 1970-ых и резко упал снова с последующим снижением цен на нефть в 1980-ых. Всемирный банк (1989) оценил, что только 1000 - 3000 газогенераторов были установлены глобально, главным образом маленькие темно-серые газогенераторы в Южной Америке.

Газификация, основанная на лесе как топливо, производит огнеопасную газовую смесь водорода, угарного газа, метана и другого не огнеопасного продуктами. Это сделано, частично горя и частично нагревая биомассу (использующий высокую температуру от ограниченного горения) в присутствии древесного угля (естественный побочный продукт горящей биомассы). Газ может использоваться вместо бензина и уменьшает выходную мощность автомобиля на 40 %. Также возможно, что в будущем это топливо могло быть основным источником энергии для электростанций.

СИНТЕТИЧЕСКОЕ ТОПЛИВО

Газогенератор, который использует кислород, а не воздух, может произвести газ, состоящий, главным образом, из H2, CO и CO₂, и интересный потенциал этого заключается в том, что удаление CO₂ оставляет смесь названной газом синтеза, от которого почти может быть синтезирован любой состав углеводорода. Реагируя H₂ and CO - один способ произвести чистый метан. Другой возможный продукт - метанол (CH₃OH), жидкий углеводород с плотностью энергии 23 GJ за тонну. Производство метанола таким образом вовлекает ряд сложных химических процессов с высокими температурами и давлениями и дорогим заводом, и можно было бы задаться вопросом, почему это представляет интерес. Ответ заключается в продукте: метанол - то, что ценный товар, жидкое топливо, которое является прямой заменой для бензина. В настоящее время производство метанола, используя газ синтеза от биомассы не является коммерческим суждением, но технология уже существует, будучи развитым для использования с углем как сырье для промышленности - предусмотрительно богатыми углем странами время от времени, когда их нефтяным ресурсам угрожали.

БРОЖЕНИЕ

Брожение сахарного решения - путь, как этанол (алкоголь этила) может быть произведен. Этанол - очень высокое жидкое энергетическое топливо, которое может использоваться в качестве замены для бензина в автомобилях. Это топливо используется успешно в Бразилии. Подходящее сырье для промышленности включает сокрушенную сахарную свеклу или фрукты. Сахар может также быть произведен от овощных крахмалов и целлюлозы, превращаясь в мягкую массу и готовя, или от целлюлозы, меля и обращения с горячей кислотой. Приблизительно после 30 часов брожения варево содержит алкоголь на 6-10 процентов, который может быть удален дистилляцией как топливо.

Брожение - анаэробный биологический процесс, в котором сахар преобразован в алкоголь действием микроорганизмов, обычно дрожжи. Получающийся алкоголь - этанол (C₂H₃OH), а не метанол (CH₃OH), но это также может использоваться в двигателях внутреннего сгорания, или непосредственно в соответственно измененных двигателях или как экс-тендер бензина в gasohol: бензин (бензин), содержащий 20%-ый этанол.

Ценность любого особого типа биомассы как сырье для промышленности для брожения зависит от непринужденности, с которой это может быть преобразовано в сахар. Самый известный источник этанола - сахарный тростник - или патока, остающаяся после того, как сок тростника был извлечен. Другие заводы, главный углевод которых - крахмал (картофель, зерно и другие зерна) требуют, чтобы обработка преобразовала крахмал в сахар. Это обычно выполняется, как в производстве некоторых алкогольных напитков, ферментами в солодах. Даже лес может действовать как сырье для промышленности, но его углевод, целлюлоза, является стойким к расстройству в сахар кислотой или ферментами (даже в точно разделенных формах, таких как опилки), добавляя дальнейшее осложнение к процессу.

Жидкость, следующая из брожения, содержит только приблизительно 10%-ый этанол, который должен быть дистиллирован прочь прежде, чем это сможет использоваться в качестве топлива. Энергетическое содержание конечного продукта - приблизительно 30 GJ/t, или 24 GJ/m³. Полный процесс требует значительного количества тепла, которое обычно поставляется остатками урожая (например, выжимки сахарного тростника или стебли кукурузы и глыбы). Энергетическая потеря в брожении является существенной, но за это могут дать компенсацию удобство и трансмобильность жидкого топлива, и сравнительно низкая цена и дружественные отношения технологии.