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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Biomasse: saubere Energie für die Zukunft. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen Was ist Biomasse? Biomasse ist organisches Material wie Holz, Getreide und tierische Abfälle. Sie speichern die Energie der Sonne, die durch Photosynthese deponiert wird. Biomasseenergie ist die Energie, die in landwirtschaftlichen Abfällen (Zuckerrübenschnitzel, Getreidespreu, Reisstroh und -schalen, Nussschalen usw.), Holzverarbeitungsabfällen (Sägemehl, Späne, Schrott), Haushaltsabfällen (Altpapier und Haushaltsabfälle) enthalten ist -wachsende Pflanzen (Pappel, Weide, verschiedene Gräser), methanhaltige Abfälle (Mist, kontaminiertes Wasser usw.). Wie kann Biomasse genutzt werden? Biomasseenergie kann zur Erzeugung von Strom, Wärme oder flüssigen Kraftstoffen für den Transport wie Ethanol und anderen alkoholbasierten Kraftstoffen genutzt werden. Seit Jahrtausenden nutzt der Mensch Biomasse zum Heizen und Kochen. Wie wird Biomasse genutzt? In den USA macht die Nutzung von Biomasse heute bis zu 4 % der Energieproduktion aus (0 % in der Ukraine). Es wird angenommen, dass dieser Wert auf 20 % erhöht werden kann. Da es sich dabei um den Beitrag von Kernkraftwerken zum US-amerikanischen Energiesektor handelt, geht man davon aus, dass die Nutzung von Biomasse die Kernenergie vollständig ersetzen kann. Darüber hinaus gehen amerikanische Experten davon aus, dass die Produktion von Kraftstoffen aus Biomasse die Ölexporte um 50 % reduzieren kann. Überall auf der Welt fallen ständig Abfälle verschiedenster Art an: Millionen Tonnen landwirtschaftlicher Abfälle verschmutzen die Erde, Berge von Sägemehl, Altpapier und Hausmüll warten auf die Verarbeitung. Sie enthalten Gas, Treibstoff für Autos und Strom. Und das alles sind erneuerbare Energiequellen. Was sind die Vorteile von Biomasse? Wirtschaftlich Einer der größten Vorteile von Biomasse in ländlichen Gebieten ist die Entwicklung ihrer Verarbeitung. Biomasse ist sperrig und es macht keinen Sinn, sie über weite Strecken zu transportieren; die Biomasseverarbeitung sollte dort konzentriert werden, wo das Getreide wächst. Die Zahl der Arbeitsplätze in der Gas-, Treibstoff- und Stromproduktion kann enorm sein. Das US-Landwirtschaftsministerium schätzt beispielsweise, dass jede Million Gallonen Ethanol, die jedes Jahr produziert werden, 4 Arbeitsplätze schaffen werden. Die Produktion von Treibstoff und Strom wird den Landwirten ein stabiles Einkommen ermöglichen und die Abhängigkeit von Öllieferungen aus dem Ausland verringern (wie wichtig das für die Ukraine ist!). Im Umweltschutz Die Nutzung von Biomasseenergie wird den Klimawandel abmildern, sauren Regen, Bodenerosion, Wasserverschmutzung und Belastung der Landschaft verringern und bessere Lebensbedingungen für Tiere und Waldwachstum schaffen. Der Klimawandel beunruhigt Menschen auf der ganzen Welt. Durch menschliche Aktivitäten, insbesondere durch die Kraftstoffverbrennung, werden Hunderte Millionen Tonnen Gase wie Kohlendioxid und Methan in die Atmosphäre freigesetzt. Die Konzentration dieser Gase in der Atmosphäre verändert das Klima der Erde und zerstört die gesamte Biosphäre, die das Leben beherbergt. Biomasse-Energietechnologien werden dazu beitragen, diese Auswirkungen zu minimieren. Indem wir Methan (das 20-mal schädlicher als Kohlendioxid ist) aus Abfällen auffangen, verhindern wir, dass es in die Atmosphäre gelangt, und nutzen es zur Stromerzeugung oder in Fahrzeugen. Alle Pflanzen speichern im Laufe ihres Lebens Kohlenstoff in ihren Wurzeln oder Stängeln. Wenn eine Pflanze im Boden verrottet, wird ihr Kohlenstoff von anderen Pflanzen genutzt. Dies ist der sogenannte geschlossene Kohlenstoffkreislauf. Auch bei der Ernte bleiben Pflanzenwurzeln im Boden, stabilisieren den Boden und speichern Kohlenstoff. Saurer Regen Saurer Regen entsteht, wenn Kraftstoffe verbrannt werden und Schwefel und Stickoxide freisetzen. Sie führen zur Zerstörung des Lebens in Gewässern und beeinträchtigen das Leben von Menschen und Tieren. Da Biomasse keine Schwefelverunreinigungen enthält, kann selbst die gemeinsame Verbrennung von Biomasse mit Kohle die Freisetzung von Schwefel in die Atmosphäre verringern. Bodenerosion und Wasserverschmutzung Die Nutzung von Biomasse kann die Gewässerbelastung auf verschiedene Weise reduzieren. Erstens müssen wir mehr Pflanzen in Tiefland- und Küstengebieten anbauen. Pflanzen stabilisieren den Boden, reduzieren dessen Erosion und verhindern die Auswaschung verschiedener Stoffe aus dem Boden. Das Vorhandensein von Pflanzen schützt aquatische Ökosysteme und verbessert die Lebensbedingungen verschiedener Wasserorganismen, wie zum Beispiel Fische. Zweitens verringert die Nutzung von Biomasse die Wasserverschmutzung durch die Bindung von Methan (anaerobe Bakterien). Derzeit werden Bodenverbesserer, die anaerobe Bakterien enthalten, an Landwirte verkauft. Durch die Verwendung solcher Konditionierer können Sie flüssige Abfälle aus der Tierhaltung binden und trocknen und sie so in ein geeigneteres Material für die Weiterverarbeitung verwandeln. Entlastung der Landschaft In den USA fallen jährlich bis zu 350 Millionen Tonnen Agrarabfälle an. Indem wir zumindest einen Teil dieser Abfälle zur Herstellung von Ethanol verwenden, reduzieren wir die Freisetzung von Abfällen in den Boden landwirtschaftlicher Flächen erheblich. Wie erzeugt man Strom aus Biomasse? Die direkte Verbrennung ist die direkteste und einfachste Methode zur Gewinnung der in Biomasse enthaltenen Energie. Typischerweise erzeugen Verbrennungskessel Dampf zur Verwendung in industriellen Prozessen oder erzeugen direkt Strom. Sie produzieren auch Wärme, die zum Heizen von Häusern, Gewächshäusern usw. genutzt werden kann. Die Technologie zur Verbrennung von Biomasse ist die gleiche wie bei Kohle. Darüber hinaus kann Biomasse zusammen mit Kohle in bestehenden Kesseln verbrannt werden. Eine neuere Methode ist die Vergasung. Anstatt zu verbrennen, wird Biomasse von einer festen Phase in eine gasförmige Phase umgewandelt. Dieses Gas wird anstelle von Haushaltsgas im Verkehr, in industriellen Anwendungen verbrannt oder in synthetischen Kraftstoff umgewandelt. Die Technologien des letztgenannten Prozesses sind noch nicht vollständig erforscht. Wie gewinnt man Ethanol aus Biomasse? Ethanol wird durch die Umwandlung von Stärke, die in der Biomasse von Lebensmittelabfällen (Getreide, Kartoffeln, Rüben, Zuckerproduktionsabfälle) enthalten ist, in Alkohol hergestellt. Der Fermentationsprozess ist der gleiche wie bei der Herstellung alkoholischer Getränke – Hefe und Hitze bewirken, dass komplexe Zucker in einfachere Zucker zerfallen. Auf diese Weise werden in den Vereinigten Staaten jährlich bis zu 5 Millionen Tonnen Ethanol produziert. Ein neueres, noch nicht genutztes Verfahren ist die Verarbeitung von Zellulose, die in Holzabfällen, Grasbrei und landwirtschaftlichen Abfällen enthalten ist. Cellulose ist eine Form von Kohlenhydraten und kann in einfachere Zucker zerlegt werden. Das Verfahren kann breitere Anwendungsmöglichkeiten haben als das vorherige, da es eine größere Bandbreite an Abfallmaterialien verwenden kann. Da Ethanol andere chemische Eigenschaften als Benzin hat, muss es anders gehandhabt werden. Beispielsweise verdunstet Ethanol weniger leicht als Benzin. Dies bedeutet, dass Kaltstarts von Motoren in Anwendungen zum Problem werden. Daher müssen Motoren für Ethanol anders ausgelegt werden als für Benzin. Da Ethanol außerdem ein organisches Produkt ist, verschlechtert es sich viel schneller als Benzin. Daher ist es sinnvoll, Ethanol gemischt mit Benzin zu verwenden (10 % Ethanol zu 90 % Benzin). Dieses Gemisch gibt Stoffe wie Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Schwefeldioxid deutlich weniger an die Atmosphäre ab als reines Benzin. Zusammenfassung Die Nutzung von Biomasse ist eine vielversprechende Quelle erneuerbarer Energie. Es kann nicht nur den Umweltschutz verbessern, sondern auch zahlreiche Arbeitsplätze für ländliche Gebiete schaffen. Bisher ist die Nutzung von Biomasse noch nicht flächendeckend auf dem Markt angekommen, da die Nutzung fossiler Brennstoffe immer noch günstiger ist. Doch mit der Erschöpfung der Vorkommen werden fossile Brennstoffe teurer und die Nutzung von Biomasse wird im XNUMX. Jahrhundert wirtschaftlich wettbewerbsfähig.
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