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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Bioenergieanlagen. Biomasse als ständig erneuerbarer Brennstoff. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen Biomasse ist ein Begriff, der alle organischen Stoffe pflanzlichen und tierischen Ursprungs zusammenfasst. Biomasse wird in primäre (Pflanzen, Tiere, Mikroorganismen usw.) und sekundäre Abfälle aus der Verarbeitung primärer Biomasse und Abfallprodukte von Mensch und Tier unterteilt. Abfälle werden wiederum in Primärabfälle aus der Verarbeitung von Primärbiomasse (Stroh, Kreisel, Sägemehl, Hackschnitzel, Brennereischlempe usw.) und Sekundärprodukte des physiologischen Stoffwechsels von Tieren und Menschen unterteilt. Die jährliche Menge an organischen Abfällen in verschiedenen Sektoren der russischen Volkswirtschaft beträgt mehr als 390 Millionen Tonnen. Die landwirtschaftliche Produktion produziert 250 Millionen Tonnen, davon stammen 150 Millionen Tonnen aus der Vieh- und Geflügelhaltung, 100 Millionen Tonnen aus der Pflanzenproduktion. Holz und Holzverarbeitung produzieren 700 Millionen Tonnen, kommunale feste Abfälle – 60 Millionen Tonnen, kommunales Abwasser – 10 Millionen Tonnen (alle angegebenen Werte beziehen sich auf absolute Trockenmasse). Die in primärer und sekundärer Biomasse gespeicherte Energie kann auf verschiedene Arten in technisch sinnvolle Kraftstoff- oder Energiearten umgewandelt werden.
In der gegenwärtigen Phase der wirtschaftlichen Entwicklung Russlands entwickeln sich erneuerbare Energien gemäß dem staatlichen wissenschaftlichen und technischen Programm „Umweltsaubere Energie“ in die letzten beiden Richtungen. Thermochemische Umwandlung von Biomasse Die aktivste Entwicklung und Herstellung von Geräten zur Vergasung fester Biomasse ist im Gange mit dem Ziel, autonome Wärme- und Kraftwerke zu schaffen, die mit Generatorgas betrieben werden. Auf Basis solcher Gasgeneratoren können autonome, von der zentralen Energieversorgung unabhängige Anlagen oder Stationen geschaffen werden, um Verbraucher in allen rohstoffreichen und energiearmen Regionen des Landes mit Wärme und Strom zu versorgen. Zu diesen Regionen zählen in erster Linie die Regionen Sibiriens, der Hohe Norden sowie die meisten ländlichen Gebiete, in denen Abfälle aus der Forstwirtschaft (Sägemehl, Rinde, Hackschnitzel, Peitschen, Baumstümpfe) und der Pflanzenproduktion (Stroh, Sonnenblumenstiele, Mais usw.) anfallen. ). Biotechnologische Umwandlung von Biomasse Bei der biotechnologischen Umwandlung werden in der Regel Biomasse und vor allem verschiedene organische Abfälle mit einem Feuchtigkeitsgehalt von mindestens 75 % verwendet. Die biologische Umwandlung von Biomasse in Treibstoff und Energie entwickelt sich im Wesentlichen in zwei Richtungen:
Derzeit ist die Produktion von Biogas hauptsächlich mit der Verarbeitung und Entsorgung von Abfällen aus der Vieh-, Geflügel-, Pflanzenproduktion, Lebensmittel- und Alkoholindustrie, kommunalen Abwässern und Sedimenten verbunden. Gemäß der entwickelten Technologie, deren Hauptstufen unter Produktionsbedingungen getestet wurden, wird Gülle mit Gerinnungs- und Flockungsmitteln vorbehandelt, um den Großteil der organischen Substanzen auszuflocken. Letztere werden durch Zentrifugenabscheider mit einer Kapazität von 25 und 50 m3/h entfernt. Der resultierende Brei mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 70 % wird einer thermischen Kompostierung zur Herstellung organischer Düngemittel (33–35 t/Tag) unterzogen. Der flüssige Anteil mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 99 % wird in Fermentern der „zweiten Generation“ mit fester Mikroflora und einer Verweilzeit von 5 Tagen vergoren. Die geschätzte Biogasproduktion beträgt 2500 m23/Tag mit einem Heizwert von 25-3 360 kJ/m370 (unter normalen Bedingungen). Die vergorene Masse (3-20 m5) wird in einem Teichsystem mit einer Fläche von 6 Hektar weiter gereinigt. Mit dieser Technologie wird das Volumen der Kapitalinvestitionen um das 6- bis XNUMX-fache sinken. Die Fläche der Teiche und der dafür erforderliche Landentzug werden um das Sechsfache reduziert. Bei der Entwicklung eines Fermenters der „zweiten Generation“ und der Auswahl von Substratträgern zur Fixierung der Mikroflora sind ernsthafte Untersuchungen erforderlich. Die Schaffung einer multistrukturellen landwirtschaftlichen Produktion in Russland und die Entstehung neuer Eigentümer in der Person von Landwirten und unabhängigen Bauern erforderten die Entwicklung, Schaffung und Beherrschung der Produktion von Biogassystemen mit geringer Kapazität und einfacher Bedienung. Unter natürlichen Bedingungen erfolgt die Zerstörung jeglicher Art von Biomasse, einschließlich Tiermist, im Bodenhumus durch Zersetzung in elementare Verbindungen unter dem Einfluss zersetzender Organismen, Pilze und Bakterien. Für diesen Prozess werden Feuchtigkeit, Wärme und Lichtfreiheit bevorzugt. Im Endstadium des Prozesses erfolgt die vollständige Zersetzung durch die Einwirkung einer Vielzahl von Bakterien, die entweder als aerob oder anaerob klassifiziert werden. Aerobe Bakterien entwickeln sich überwiegend in Gegenwart von Sauerstoff; unter ihrer Beteiligung wird Biomasse-Kohlenstoff zu CO oxidiert2. In geschlossenen Räumen mit unzureichender Sauerstoffversorgung aus der äußeren Umgebung entwickeln sich anaerobe Bakterien, die auch durch den Abbau von Kohlenhydraten entstehen. Letztendlich wird Kohlenstoff aufgrund seiner Aktivität in vollständig oxidiertes CO aufgeteilt2 und komplett restauriert CH4. Nährstoffe wie lösliche Stickstoffverbindungen bleiben als Bodenhumusdünger erhalten. Die von Mikroorganismen durchgeführten Biomasse-Zersetzungsreaktionen beziehen sich auch auf Fermentationsprozesse. Für Prozesse, die unter anaeroben Bedingungen ablaufen, wird jedoch häufig der Begriff „Fermentation“ („Fermentation“) bevorzugt. Biogas - Gemisch CH4 und CO2, gebildet in speziellen Geräten - Biogasgeneratoren (Abb. 5.1), die so konstruiert und gesteuert werden, dass eine maximale Methanfreisetzung gewährleistet ist (in der Literatur findet sich für diese Geräte auch die Bezeichnung „Methantank“). Die durch die Verbrennung von Biogas gewonnene Energie kann 60 bis 90 % der ursprünglichen Energie des trockenen Ausgangsmaterials erreichen. Allerdings wird das Gas aus einer flüssigen Masse gewonnen, die zu 95 % aus Wasser besteht, sodass die Ausbeute in der Praxis nur schwer zu bestimmen ist. Ein weiterer und offenbar sehr wichtiger Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass sein Abfall deutlich weniger krankheitserregende Organismen enthält als das Ausgangsmaterial. Wir stellen jedoch fest, dass nicht alle Parasiten und pathogenen Mikroorganismen während des Prozesses der anaeroben Verdauung sterben. Die Produktion von Biogas wird wirtschaftlich machbar und vorteilhaft, wenn der entsprechende Biogasgenerator mit der Verarbeitung eines vorhandenen Abfallstroms arbeitet. Beispiele für solche Ströme sind Abwässer aus Abwassersystemen, Schweinefarmen, Schlachthöfen usw. Die Kosteneffizienz liegt in diesem Fall darin begründet, dass weder eine vorherige Sammlung der Abfälle noch die Organisation und Verwaltung des Prozesses ihrer Versorgung erforderlich ist. Es ist bekannt, wie viel Abfall wann ankommt und es bleibt nur noch die Verarbeitung zu Biogas und Düngemitteln.
Die Biogasproduktion ist in Anlagen unterschiedlicher Größe möglich. Es ist besonders wirksam in agroindustriellen Komplexen, wo es ratsam ist, die Umsetzung eines vollständigen ökologischen Kreislaufs zu erreichen. In solchen Anlagen wird der Mist einer anaeroben Vergärung unterzogen, gefolgt von einer aeroben Behandlung in offenen Becken. Biogas wird für Beleuchtung, Antrieb von Maschinen, Transport, Stromgeneratoren und Heizung verwendet. In Becken können Sie Algen züchten, um Vieh zu füttern. Nach der aeroben Fermentation kann der vollständig verarbeitete Abfall in Fischkäfige und Wasservogelteiche verfüttert werden, bevor er als Dünger verwendet wird. Der Erfolg der Umsetzung solcher Vorhaben hängt direkt von der Qualität der systemischen Ausarbeitung des gesamten Projekts, dem Grad der Standardisierung der Entwürfe und der Regelmäßigkeit der Wartung ab. Autor: Magomedov A.M.
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