Современное состояние и перспективы развития биоэнергетики в мире и России

Министерство сельского хозяйства РФ

ФГБОУ ВПО «Орел ГАУ»

Факультет «Агробизнеса и экологии»

Кафедра: «Растениеводства»

 

 

 

Реферат

по дисциплине

«Биоэнергетические ресурсы»

на тему:

«Современное состояние и перспективы развития биоэнергетики в мире и России»

 

 

 

 

Выполнила:

студентка 2 курса

группы № БЭф-224(7)

Власова К.А.

 

 

Проверил:

к. с.-х. н., доцент

Мельник А.Ф.

 

 

 

Орел, 2013

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

          В настоящее время во многих странах мира наблюдается повышение интереса к возобновляемым источникам энергии. Это связано с непрерывно уменьшающимися запасами ископаемых энергоносителей, ухудшением экологии, связанным с газовыми выбросами, приводящими к парниковому эффекту, а также желанием многих стран освободить энергетические источники от политической ситуации. Эти современные проблемы могут быть решены только при рациональном использовании всех существующих на Земле и околоземном пространстве источников топлива и энергии. Среди них биомасса, как постоянно возобновляемый источник топлива, занимает существенное место.

           Возобновляемый энергетический ресурс - постоянно действующие или периодически возникающие потоки энергии в результате естественных природных процессов. 

        Биоэнергетика - это новая отрасль народного хозяйства, которая связывает решение проблем получения топлива из биомассы и охраны окружающей среды. Это и научная дисциплина с фундаментальным и прикладным направлениями, изучающими и разрабатывающими пути биологической конверсии солнечной энергии в биомассу, а также биологическую и термохимическую трансформации биомассы в топливо и энергию.

Биоэнергетика создает огромный спрос на сельскохозяйственное сырье, позволяет сельхозпроизводителям решить проблему утилизации отходов, получить высококачественные органические удобрения, диверсифицировать источники энергоснабжения и обеспечить его устойчивость.

          Основной целью реферата является  оценить современное состояние  и перспективы развития биоэнергетики  в мире и России.

         Основным методом исследования  является анализ специальной  литературы и интернет-ресурсов по данному вопросу.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ БИОЭНЕРГЕТИКИ

         Биоэнергетика  в последние 10-15 лет стала самостоятельной  отраслью «большой» энергетики. Во многих странах мира (страны  Европейского Союза (ЕС), Индия, Китай, Бразилия и др.) ее вклад в  энергобаланс превышает суммарный  вклад остальных возобновляемых  источников энергии (ВИЭ).

         Скорость  прироста вклада биомассы в  мировой энергетический баланс, как видно из таблицы (см. ниже), существенно меньше, чем у других видов возобновляемых источников.

        Однако уже в 2001 г., при общем производстве энергии в мире соответствующем 10 млрд. тонн н.э. (1 тонна н.э. (нефтяного эквивалента) = 1,43 тонн у.т. (условного топлива)- прим. ред.) вклад биомассы составил 1,1-1,2 млрд. тонн н.э., а суммарный вклад всех ВИЭ - 1,36 млрд. тонн н.э.

          По прогнозам  специалистов, к 2040 г. общее потребление  энергии в мире достигнет 13,5 млрд. тонн н.э. (100%), вклад всех ВИЭ - 6,44 млрд. тонн н.э. (47,7%), вклад биомассы - 3,21 млрд. тонн н.э. (23,8%).

          Европейский Союз (ЕС) к 2020 г. планирует довести вклад биоэнергетики в общий баланс производства энергии до 12%, что, с одной стороны, будет способствовать защите окружающей среды, особенно от транспортных выбросов, а с другой - уменьшению зависимости ЕС от импорта энергоносителей. Это может негативно отразиться на экспорте энергоносителей из России, но наша страна в состоянии восполнить возможные потери в экспорте традиционных энергоносителей производством и экспортом экологически чистых видов топлива.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ БИОЭНЕРГЕТИКИ

       

          Основные перспективы  развития биоэнергетики  – это развитие производства и рынка энергетического оборудования и технологий использования биоэнергетики для надежного автономного экологически чистого энергообеспечения потребителей за счет экологически чистых местных возобновляемых источников энергии в районах, не подключенных к сетям централизованного энергоснабжения, освоение эффективных технологий сетевого электро- и тепло- снабжения на базе ВИЭ, расширение производства и использования новых видов топлив, получаемых из различных видов биомассы.

       Основные направления использования биомассы - это производство пеллет (горючих брикетов) и древесной щепы (для прямого сжигания), газификация и пиролиз (био-сингаз, метанол для транспорта), производство этанола, биодизельного топлива, биоводорода и биогаза.

2.1. Использование древесины и  соломы злаковых культур для  производства пеллет.

         Россия, в которой сосредоточена четвертая часть мировых запасов леса (82 млрд м3 или 41 млрд т древесины), может стать крупным экспортером древесной щепы и пеллет(прессованных гранул из отходов предприятий деревообработки) для Европы и других стран.

        Лес в России занимает 2/3 территории -1,2 млрд. га. Без нанесения ущерба лесным плантациям можно ежегодно перерабатывать для энергетики, как минимум, до 0,16% или 130 млн. м3, т.е. 65 млн. тонн. Энергоемкость этого объема древесины равна 1,1 . 1018 Дж. Стоимость экспорта такого количества топлива может составить 3,9 млрд. евро/год, но для этого требуются очень крупные инвестиции в создание производственных мощностей и инфраструктуры.

        Для производства пеллет также может использоваться солома злаковых и крупяных культур, масса накопления которой ежегодно составляет 80-100 млн. тонн. При использовании для получения пеллет только половины этой массы можно получить за счет экспорта до 1,2 млрд. евро.

       Производство пеллет включает в себя 5 основных стадий:

• складирование и подготовка сырья;
• его сушка до влажности 18-19%;
• прессование;
• охлаждение;
• упаковка и складирование.

        Энергосодержание древесных пеллет составляет 17-18 МДж/кг (3 м3 древесных пеллет по энергосодержанию эквивалентны 1 м3 нефти), плотность - 650-700 кг/м3, диаметр - 6-16 мм, длина - 20-30 мм; содержание золы - 0,4-1,0%, влажность - 7-12%.

        В свою очередь, пеллеты могут применяться для получения биосингаза и биоводорода, производства метанола, газификации.

2.2. Производство газового топлива из твердой биомассы.

        Кроме традиционного прямого сжигания древесного топлива в котельных установках существуют технологии получения газового топлива из твердой биомассы, такие как пиролиз и газификация.

        Пиролиз - термохимическая конверсия сырья без доступа воздуха при температуре 450-550 ОС, которая позволяет из 1 м3 абсолютно сухой древесины получать 140-180 кг древесного угля, не содержащего вредных примесей и используемого для получения лучших сортов стали, 280-400 кг жидких продуктов (метанола, уксусной кислоты, ацетона, фенолов) и 80 кг горючих газов (метана, моноокиси углерода, водорода).

       Газификация - сжигание биомассы при температуре 900-1500 ОС в присутствии воздуха или кислорода и воды с получением синтезгаза (биосингаза), состоящего из смеси моноокиси углерода, водорода, и стеклообразной массы (7-10% от массы исходного материала), применяемой как наполнитель для дорожных покрытий. Газификация является более прогрессивным и экономичным способом использования биомассы в целях получения тепловой энергии, чем пиролиз.

        В этой области биоэнергетики Россия имеет определенные реальные успехи в создании современного оборудования для газификации твердой биомассы (древесины, соломы, ТБО и др.). Из 1 кг пеллет можно получить около 0,6 кг биосингаза (0,28 кг н.э.). При переработке указанных выше потенциальных объемов древесины и соломы методами газификации можно получать в год до 85 млрд. м3 биоcингaзa на сумму 15 млрд. евро.

2.3. Производство этанола.

        Этанол (С2Н5OН) - продукт спиртового брожения разнообразных сахаро- и крахмалосодер-жащих субстратов. Однако наиболее распространенными видами сырья для производства этанола являются отходы сахарного производства: багасса (сахарный тростник) или меласса (сахарная свекла), а также крахмал кукурузы, сорго, картофеля, пшеницы, риса.

       Широкий интерес в мире к жидкому биотопливу (особенно к этанолу) для использования на транспорте значительно увеличился с 1970 по 1990 гг. В настоящее время интерес к жидкому топливу имеет тенденцию к продолжению роста из-за высоких цен на нефть, а также экологических аспектов.

       Современное мировое  производство этанола: 4 млн м3 - пищевой этанол, 8 млн м3 - этанол для химической промышленности, 20 млн м3 -топливный этанол. В двигателях внутреннего сгорания используется 26% этанола в смеси с бензином, в дизельных - 3%.

2.4. Производство биоводорода.

        Биоводород из биомассы можно получать путем бутилового или ацетонобутилового брожения сахарозы или крахмала. При этом из 1 тонны мелассы образуется 80 м3 водорода. Это означает, что с 1 га плантаций сахарной свеклы можно получить до 140 м3водорода. Дополнительно к водороду из 1 тонны мелассы можно получить до 114 кг бутанола и до 36 кг ацетона.

       Биоводород представляет собой превосходное чистое топливо. Его энергоемкость на единицу веса в 3 раза выше, чем у нефти. В процессе сгорания биоводород в отличие от всех углеродсодержащих видов топлива, не выделяет углекислого газа в атмосферу.

        В СССР до конца 70-х годов ХХ столетия в эксплуатации находилось 4 ацетонобутиловых завода: в городах Грозном, Нальчике, Талице (Свердловской области) и Ефремове (Тульской области). К концу 90-х годов остались Грозненский и Ефремовский заводы. Ефремовский завод производил до 15 тыс. т растворителей и до 8,7 млн. м3 водорода в год, а Грозненский завод - до 22 тыс. т растворителей и 12,9 млн. м3 водорода в год. К сожалению, весь образующийся водород в то время выпускался в атмосферу. 

2.5. Производство биодизельного топлива.

         Биодизельное топливо - результат переработки растительных масел. По прогнозу, к 2020 г. мировое производство биодизельного топлива может составить 23 млн. т.

         В Европе дизельное топливо получают из рапсового масла (1-1,5 т/га). Растительное масло эритрифицируется метанолом (1 тонн масла, 100 кг метанола, 100 кг глицерина) и добавляется в количестве 5% к традиционному дизельному топливу. Однако современные дизельные двигатели могут работать на 100% биодизельном топливе.

        Россия имеет все возможности для выработки растительных масел с целью производства и экспорта биодизельного топлива. В 2000 г. в стране было произведено более 4 млн. тонн растительных масел. Для получения растительных масел у нас используется подсолнечник, лен, горчица, в меньших количествах - кукуруза, соя и рапс. Среди них ведущее место занимает подсолнечник.

         Перспективно для России расширение посевов льна в средней полосе, а также подсолнечника, сои и рапса в Южных регионах. Так, например, стоимость рапсового масла, полученного в Башкирии в 2005 г., не превышала 4 руб./л.

2.6. Производство биогаза.

         Биогаз (55-75% метана, 25-45% CO2) получают метановым брожением биомассы (80-90% влажности). Теплотворная способность биогаза составляет от 5 до 7 Мкал/м3 и определяется концентрацией метана в его составе. Количество метана, в свою очередь, зависит от биофизикохимических особенностей сырья и в некоторых случаях от применяемой технологии. Выход биогаза на 1 тонну абсолютно сухого вещества составляет 250-350 м3 для отходов крупного рогатого скота, 400 м3 для отходов птицеводства, 300-600 м3 для различных видов растений, до 600 м3 - для отходов спиртовых и ацетонобути-ловых заводов.

        Например, переработка 1 т отходов крупного рогатого скота (85% влажности) позволяет получить до 40 м3 биогаза, содержащего 55-60% метана (22-24 МДж/нм3) и 40-45% СО2, а также органические удобрения.

Больше всего крестьянских биогазовых установок находится в Китае - более 10 млн. Они производят около 7 млрд. м3 биогаза в год, что обеспечивает топливом примерно 60 млн. крестьян. Среди промышленно развитых стран ведущее место в производстве и использовании биогаза принадлежит Дании - биогаз занимает до 18% в ее общем энергобалансе.

         К производству биогаза относится также получение газа из мусора со свалок. В настоящее время во многих странах создаются специальные обустроенные хранилища для ТБО с целью извлечения из них биогаза для производства электрической и тепловой энергии.