Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка):
фактора накладывают жесткие, но все же преодолимые экономические
ограничения на использование систем на основе солнечной энергии.
Производство биомассы путем фотосинтеза решает обе проблемы: во-первых,
коллекторы могут быть выращены из семян и, во-вторых, получаемый продукт
стабилен и может храниться. Впрочем, и при получении и использовании
биомассы для выработки энергии возникают свои проблемы, которые, однако,
уравновешиваются премуществами: ее можно получать во всем мире, она
возобновляется и производится в согласии - в экологическом смысле - с
окружающей средой.
Преимущество использования солнечной энергии, заключенной в биомассе, в
том, что она запасается в форме органических веществ и поэтому ее можно
хранить и перемещать во времени и пространстве (табл. 2.1). К недостаткам
относятся малая эффективность (обычно менее 1% и редко более 2%)
использования солнечной энергии при фотосинтезе, при образовании
продукции растениеводства, диффузный, а часто и сезонный характер
продукции и высокое весовое содержание влаги. По этим причинам для
получения высококачественного, богатого энергией сырья необходимо
осуществить его сбор, перевозку, удаление воды, концентрирование или же
химическую или биологическую переработку и упаковку. Если же задачей
является превращение биомассы в ценные виды топлива, то думать приходится
не только об удалении воды и увеличении удельного содержания энергии, но
и о том, как получить продукт, совместимый с технологией, для которой он
предназначен.
Ранее основным путем использования растительного сырья в
38
Глава 2
Таблица 2.1. Некоторые выгоды и проблемы внедрения технологий,
предназначенных для получения энергии из биомассы
Выгоды Проблемы
Экономия энергии Возобновляемость Гибкость технологий и разнообразие
продуктов; высокое удельное содержание энергии в некоторых из них Для
внедрения уже разработанных технологий требуются небольшие
капиталовложения; доступны при любом уровне доходов Могут быть внедрены
на основе имеющихся рабочей силы и ресурсов Хорошие перспективы развития
биологических и инженерных основ Увеличивается занятость и повышается
квалификация Во многих случаях - умеренная стоимость Экологическая
безопасность Не увеличивается содержание С02 в атмосфере Конкуренция за
земельные и водные ресурсы Необходимость отвода земель На начальных
этапах - трудности с оценкой запасов Часто - сложности в оценке
себестоимости Нужны удобрения, земельные площади и вода Зависимость от
существующих методов ведения сельского и лесного хозяйства, социальные
факторы Объемистое сырье: сложности с перевозкой и хранением Зависимость
от изменений климата Малая эффективность конверсии Сезонность
качестве топлива во всем мире (а сегодня - во многих развивающихся
странах) было прямое сжигание главным образом древесины и - в меньших
масштабах - остатков урожая и навоза. В настоящее время на разных стадиях
разработки находится ряд систем термической модификации такого сырья.
Среди них - установки на основе пиролиза, газификации и гидрогенизации.
Отметим, что для всех этих процессов нужно сырье с относительно низким
содержанием воды, а протекают они при высокой температуре. Биологические
процессы обладают тем преимуществом, что для них пригодно сырье с высоким
содержанием воды, а осуществляются они в интервале температур от 25 до 65
°С. Разнообразие планируемых для использования видов сырья (биомассы)
иллюстрирует табл. 2.2.
Сегодня для этой цели применяются главным образом сахарный тростник,
кукуруза, древесина и стоки, навоз и бытовой мусор, а также отходы
сельского хозяйства и промышленности: багасса, меласса, побочные продукты
производства бумаги и целлюлозы.
Энергия и биотехнология
39
Таблица 2.2. Источники биомассы для выработки топлива
Отходы Наземные растения Водные растения
Навоз J1 игноцел люлоза Водоросли
Активный ил Деревья: Одноклеточные:
Бытовой мусор эвкалипты Chlorella
Пищевые отходы тополя Scenedesmus
Стоки ели, сосны Navicula
Отходы древесины, Leucaena, Casuarina Многоклеточные:
сахарного тростника Культуры, содержащие бурые водоросли
Солома крахмал Растения
Шелуха Кукуруза Водяной гиацинт
Корки цитрусовых Кассава Тростник, камыш
Багасса Культуры, содержащие
Меласса сахар Сахарный тростник Сахарная свекла
2.2.1. Ресурсы
Основными поставщиками биомассы, идущей на топливо, служит сельское и
лесное хозяйство. Пытаясь оценить их нынешние возможности, следует,
видимо, исходить из наличных земельных площадей, урожайности современных
культур, продуцирующих сахар и крахмал, и числа работников, занятых в
сельском хозяйстве. Ежегодный прирост биомассы во всем мире составляет
около 2-10й т (табл. 2.3), из них приблизительно 1,2-1011 т со-
Таблица 2.3. Годовой прирост биомассы в тоннах
Общая первичная продукция (органические ве- 2-1011
щества)
Леса (сухое вещество) 9- 10й
Зерновые (урожай) 1,5-10"
в пересчете на крахмал МО9
Корнеплоды (урожай) 5,7-108
в пересчете на крахмал 2,2-108
