Come realizzare l'utilizzo di valore elevato dell'energia da biomassa?

- Jun 23, 2018-

Quando si parla di energia rinnovabile, la gente pensa sempre prima all'energia solare e all'energia eolica. Oggi, la Cina ha promosso energicamente la costruzione della civiltà ecologica e l'utilizzo della biomassa ha inaugurato nuove opportunità di sviluppo. L'energia della biomassa è a basso tenore di carbonio e l'ambiente -friendly, che può cambiare radicalmente la situazione attuale del consumo di energia e creare grandi ricchezze.


1. Stima totale delle risorse di biomassa

Le risorse di biomassa sono principalmente suddivise in 5 categorie, come mostrato nella tabella 1.



Tabella 1: stima totale delle risorse di biomassa in Cina


Il primo tipo di gambi (gambo di mais, paglia, paglia, paglia di sorgo, pula, ecc.), Fagioli, gambo di cotone, questo tipo di risorse di biomassa, anche se più (7-900 milioni di t), ma anche in considerazione la paglia delle colture sul retro, i mangimi e l'applicazione di materie prime industriali, ecc., il resto può essere utilizzato nell'energia da biomassa e nelle sostanze chimiche a base biologica, 310 milioni di tonnellate, equivalenti a 150 milioni di tonnellate.


La seconda categoria è costituita dai rifiuti forestali, che rappresentano circa 40 milioni di t / a;


Il terzo tipo di escrementi di pollame e bestiame è ricco di risorse di biomassa, raggiunge 500 milioni di tonnellate in terreno asciutto e può produrre 220 miliardi di m3 di metano.


Il quarto tipo è costituito da acque reflue domestiche e acque reflue industriali che contengono 25 milioni di tonnellate di rifiuti solidi.


La quinta categoria è costituita da rifiuti solidi urbani, che possono essere utilizzati per circa 100 milioni di tonnellate.


Insieme, questi cinque tipi costituiscono la distribuzione delle principali risorse di biomassa in Cina, con una quantità totale che raggiunge gli 800 milioni a 1 miliardo di tonnellate di carbone standard.




I componenti importanti della biomassa sono i carboidrati, tra i quali l'eccessivo contenuto di ossigeno è una delle maggiori caratteristiche della biomassa (tabella 2).



Tabella 2 Biomassa registrata (base secca)


Vedi dalla tabella 2, il prodotto della fotosintesi, i composti di carbonio in proporzione di ossigeno nell'acqua sono pari al 40%, quindi lo stato naturale della densità di energia dei carboidrati è basso, l'efficienza termica netta (LHV) solo circa il 16%. Pertanto, quando si progetta un utilizzo efficiente delle risorse di biomassa, è necessario dare la priorità alle seguenti due questioni:


1. Le risorse di biomassa devono essere convertite in materiali con una maggiore densità di energia (chiamata processo di arricchimento o deossigenazione degli idrocarburi), che sono facili da trasportare e trasportare;

2. Quando la biomassa passa dal suo stato naturale a una forma materiale con un'alta densità di energia, i passaggi di conversione e la perdita sono ridotti al minimo.




La via percorribile per l'utilizzo di valore elevato dell'energia da biomassa

Allo stato attuale, lo sviluppo umano e l'utilizzo della tecnica delle risorse di biomassa ha sei categorie principali, rispettivamente: combustione diretta, digestione anaerobica (metano), fermentazione zuccherina (produzione di etanolo), estrazione di petrolio e biodiesel, olio di pirolisi (prodotti), gassificazione (syngas) Al momento, ci sono tre modi fattibili per sviluppare e utilizzare l'energia da biomassa ad alto valore.


1. La produzione di metano biologico (biogas) viene realizzata attraverso il processo di fermentazione del biogas, che è essenzialmente il metabolismo dei materiali e il processo di conversione dell'energia dei microrganismi. Nel processo di decomposizione e metabolismo, i microbi di biogas ottengono energia e materiali per soddisfare la propria crescita e la riproduzione, e la maggior parte di essi sono convertiti in metano e anidride carbonica.


L'analisi scientifica mostra che circa il 90% della materia organica viene convertito in biogas. Il 10% viene utilizzato dai microbi biogas per il proprio consumo. La produzione di biogas da materiali di fermentazione viene effettivamente raggiunta attraverso una serie di complesse reazioni biochimiche.


Per capire dal punto di vista della generazione di energia, pensateci in questo modo: l'essenza del processo di fermentazione del biogas, è la funzione metabolica della comunità microbica, attraverso il riarrangiamento di molecole e atomi, il contenuto di ossigeno fino al 40% circa del la biomassa (attraverso la formula è la seguente: CH1.4 O0.6) a ossigeno, carbonio, idrogeno, due elementi nel processo di arricchimento, il prodotto è la densità di energia è molto superiore a quella delle materie prime di partenza (biomassa) idrocarburi - metano.


Poiché quasi il 90 percento della materia organica può essere convertito in metano, questo è uno dei pochi processi altamente efficienti. Il valore teorico dell'efficienza di conversione energetica della fermentazione del biogas supera il 65%. Questo è uno dei motivi più importanti per cui la tecnologia è stato recentemente promosso a livello internazionale.




La biomassa genera elettricità


La produzione di energia da biomassa si riferisce all'uso di materie prime da biomassa per sostituire carbone di carbone, dopo la combustione per azionare le unità a turbina a vapore delle centrali termoelettriche per la produzione di energia. L'energia a biomassa è più praticabile principalmente perché può utilizzare l'infrastruttura esistente di centrali termiche e ridurre sostanzialmente l'investimento totale. La produzione di energia elettrica da biomassa in Cina si riferisce principalmente alla produzione di energia da combustione (paglia, risorse forestali). In paesi stranieri, le materie prime per la produzione di energia da biomassa sono divise in tre parti:

1) la biomassa brucia direttamente come legna da ardere;

2) il bioolio ottenuto dalla biomassa "pirolisi" può essere trasportato in altri luoghi o può essere bruciato sul posto per guidare la turbina a vapore per generare elettricità;

3) il syngas (idrogeno e monossido di carbonio) prodotto dalla "gassificazione" della biomassa può essere bruciato per guidare le turbine a generare elettricità.


3. Produzione a basso costo di etanolo cellulosico


Prima di trovare un'alternativa efficace alla chimica nei prossimi decenni, uno degli etanolo liquido combustibile biologico è ancora la prima scelta, qualsiasi etanolo scartato come combustibile liquido nella situazione attuale di idea è infantile, o almeno non è realistico. L'etanolo di carburante è diviso in prima e seconda generazione.


La prima generazione utilizza principalmente l'amido (cereali, patate e altri alimenti umani) come materie prime. A causa della sicurezza alimentare, i paesi stanno ora passando all'etanolo del carburante di seconda generazione, che è costituito da cellulosa. Al momento, il più grande problema dell'etanolo cellulosico è che il costo è troppo alto. Il costo per t in Cina è compreso tra 9.000 yuan e 12.000 yuan. Vi sono tre ragioni per l'alto costo (escluse le fluttuazioni dei prezzi delle materie prime e il costo di trasporto delle materie prime):

1) elevato costo di pretrattamento dei materiali cellulosici;

2) alto costo della cellulasi, fino a 2000-3500 yuan;

3) basso contenuto di zuccheri di idrolizzato di cellulosa e basso contenuto di liquore di piombo liquido di fermentazione a maggior costo di distillazione.


Iii. Problemi da risolvere nell'impiego di valore elevato dell'energia da biomassa


1. Il controllo dell'efficienza di conversione energetica ogni forma e uso di energia deve essere trasformato da una forma all'altra e parte dell'energia deve essere persa in ogni fase di trasformazione. Questo è particolarmente vero per l'energia da biomassa. La fonte fondamentale di energia da biomassa è la cattura di energia luminosa da parte di organismi. Pertanto, uno dei problemi fondamentali dell'energia della biomassa è l'efficienza di conversione.


Le biomasse possono essere trasformate in energia o sostanze chimiche. I metodi di trasformazione di base sono due: chimici e biologici. Sia che si tratti di prodotti chimici o biologici, il nucleo è il catalizzatore. Il catalizzatore è la chiave per risparmiare energia e migliorare l'efficienza.


Ad esempio, nella produzione di metano biologico, più la popolazione di batteri metano è attiva in termini di enzimi, meno enzimi vengono utilizzati. Nella produzione di etanolo cellulosico, la gassificazione della cellulosa produce syngas (una miscela di idrogeno e monossido di carbonio) che fa anche affidamento su un catalizzatore altamente efficiente e dedicato da convertire in combustibile liquido.




2. Modifica della struttura lignocellulosica delle piante e composizione dei componenti


Il problema principale della struttura e della composizione del lignocellulosico è come migliorare il contenuto di cellulosa e ridurre il contenuto di lignina. Ciò è particolarmente vantaggioso per la produzione di etanolo cellulosico. I cambiamenti del contenuto relativo hanno un effetto positivo sia sul pretrattamento che sulla produzione di alcol.


conclusione

Lo sfruttamento e l'utilizzo dell'energia da biomassa è un nuovo campo di ricerca di interdisciplinarietà e fusione. L'industria dell'energia da biomassa, come industria emergente strategica in Cina, è stata fortemente promossa dallo stato, caratterizzato da tecnologia intensiva, capitale intensivo, manodopera intensiva, industriale catene produttive e forte forza motrice.