Das Beste aus der Solarenergiesparte. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen

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Der Artikel unternimmt den Versuch, das tatsächliche Potenzial erneuerbarer Energien und die Perspektiven ihrer Nutzung einzuschätzen. Gleichzeitig werden die Gründe für die derzeit geringe Nutzungsintensität erneuerbarer Energien untersucht. Besonderes Augenmerk wird auf praktische Empfehlungen und Ideen für die Nutzung grüner Biomasse heute und in der Zukunft gelegt.

„Völlig unmöglich, offensichtlich nutzlos und auf jeden Fall unrentabel“, schrieben sie genau das in der Zeitschrift „Sohn des Vaterlandes“ über die Eisenbahn (wie sich später herausstellte, das profitabelste Landtransportmittel) [ 1]. Ähnliches sagt man heute über Solarenergie. Von allen Arten erneuerbarer Energien ist jedoch die Solarenergie von größtem Interesse. Andere Sorten haben zu wenig Potenzial.

Jedes Jahr absorbiert die Erdoberfläche 5,2x10²⁴ J der Sonnenenergie. Alle vom Menschen geschaffenen Energiesysteme auf der Welt produzieren einen winzigen Bruchteil dieser Energie. Der Vorrang bei der Aufnahme und Akkumulation von Sonnenenergie liegt zu Recht bei den Pflanzen. Pflanzen machen 2400 Milliarden Tonnen Landbiomasse aus, während die Gesamtmasse aller Tiere und Mikroorganismen 23 Milliarden Tonnen beträgt [2].

Während sich grüne Biomasse noch im Prozess der Akkumulation (an der „Wurzel“) befindet, bringt sie enorme Vorteile. Pflanzen normalisieren die chemische Zusammensetzung der Luft, regulieren die Bewegung der Luft- und Bodenfeuchtigkeit, tragen zur Anreicherung des Bodens bei und verhindern dessen Erosion. Ein direkter Zusammenhang zwischen der Niederschlagsmenge in Regionen und der Anzahl der Pflanzen, insbesondere der Bäume, ist seit langem bekannt.

Auf unbegrünten Flächen fällt fast kein Regen. Umgekehrt werden die größten Niederschlagsmengen über großen Wäldern beobachtet, insbesondere wenn diese Wälder in den Bergen liegen. Wir können mit Sicherheit sagen: Wer bei der Aufforstung von Wäldern spart, gibt Geld für die Bewässerung von Feldern aus und verliert den größten Teil der Ernte. Bewohner des Südens und Ostens der Ukraine machen seit langem Alarm wegen der Zunahme der Fläche verödeter Steppen und der Entstehung von Wüsten durch Winderosion.

Damals, 1946-1970. In allen Ländern Osteuropas (mit Ausnahme der UdSSR) wurden 1 Million Hektar neue Wälder geschaffen und 3 Millionen Hektar gerodete Wälder wiederhergestellt. Die ersten Plätze bei der Bewirtschaftung und Nutzung von Waldplantagen belegen jedoch die USA (weltweit erster Platz bei der Produktion von Sperrholz, Faserplatten, Kolophonium und Terpentin), Kanada, Finnland, Schweden, Japan und Deutschland. In der Ukraine sind nur 13 % der Landesfläche bewaldet (vorletzter Platz in Osteuropa), während der Durchschnitt für die GUS bei 33,4 % und für die ganze Welt bei 30 % liegt. Zum Vergleich: In Deutschland sind es mehr als 30 %, in Schweden mehr als 50 %, in Japan 66 %. Wir sind es gewohnt, uns Spanien als ein Wüsten- und Trockenland vorzustellen, aber dank der Aufforstungspolitik sind mehr als 50 % des spanischen Territoriums bewaldet.

In der kolonialen Ukraine kam es jahrhundertelang zu völliger Abholzung der Wälder. Im Zeitraum vom Ende des 1914. Jahrhunderts bis 18,4 sank die Waldbedeckung in den Provinzen Charkow und Poltawa von 6,8 auf 37,3 %, in den Provinzen Tschernigow und Kiew von 15,3 auf 3 % [60]. Heute nimmt die Acker- und Weidefläche durch Abholzung und Entwurzelung immer weiter zu. Unsere Landwirtschaft verfügt nicht über genügend Ackerland, das bereits mehr als 30 % der Landesfläche einnimmt, während in Westeuropa XNUMX % der Fläche als Ackerland genutzt werden.

Aus der Geschichte wissen wir gut, wozu der Vorrang kommerzieller Interessen gegenüber wirtschaftlichen Interessen führt: „... Die Menschen, die in Mesopotamien, Griechenland und Kleinasien Wälder abholzten, um Ackerland zu gewinnen, hätten sich nicht träumen lassen, dass sie damit den Grundstein für die Zukunft legten Die derzeitige Verwüstung dieser Länder führt dazu, dass ihnen, zusammen mit den Wäldern, Zentren für die Ansammlung und Erhaltung von Feuchtigkeit entzogen werden“ [4].

Wir sind der Meinung, dass Waldplantagen stärker genutzt werden müssen, auch zur Energiegewinnung, um die Fläche und Qualität zu erhöhen. Schließlich stiegen Quantität und Züchtungsqualität des Weizens, nachdem die Menschen gelernt hatten, ihn zu nutzen. Dasselbe wird mit Wäldern passieren. Es ist nur notwendig, dass dieses ernste Geschäft von den echten Eigentümern ihres Landes übernommen wird und nicht von Geschäftsleuten, die schnell reich werden wollen.

Bevor sie in Brennstoff umgewandelt werden, sind Pflanzen hervorragende Materialien. Im Baugewerbe sowie in der Produktion von Gütern und Dienstleistungen ist es immer noch schwierig, auf sie zu verzichten. Materialien aus Pflanzen lassen sich leicht recyceln. Der einzige Abfall, der bei der Verbrennung solcher Materialien anfällt, ist Asche – ein wertvoller Mineraldünger, den die Pflanzen selbst aus dem Boden gewinnen. Wir können sagen, dass grüne Biomasse vier Leben hat: bevor sie von der Erde getrennt wird, als Material, als Brennstoff und als Dünger. Als nächstes werden wir uns mehr für die Nutzung von Pflanzen als Brennstoff zur Erzeugung thermischer und elektrischer Energie interessieren.

Technologien zur Verarbeitung von Holz zu brennbarem Gas, flüssigem Kraftstoff mit hoher Oktanzahl (Syntobenzin) und Kohle sind bekannt und werden häufig eingesetzt. Holz wurde lange vor Kohlekoks als Kohle für metallurgische Prozesse verwendet. Das gesamte chemisch reine Silizium für Halbleiterbauelemente wird mithilfe von Holzkohle gewonnen. Mit Holzkohle wird ein sehr haltbares Metall geschmolzen, das zudem nicht rostet [5].

Benzin aus Holz wird durch die Verarbeitung von Gasen hergestellt, die bei der Pyrolyse (Erhitzen ohne Luftzugang) von kohlenstoffhaltigen Abfällen freigesetzt werden. Solches Benzin funktioniert bereits in Verbrennungsmotoren, aber ein echter Boom bei der Verwendung von synthetischem Benzin wird mit der Wiederaufnahme des Einsatzes von Verbrennungsmotoren im Transportwesen (Traktoren, Mähdrescher) beginnen. Obwohl Dampfmaschinen nicht kommerziell rentabel sind, nutzen sie den Kraftstoff effizienter, stoßen kein CO aus und haben eine Betriebslebensdauer von einem halben Jahrhundert! Während kommerzielle Hersteller die Produktion von für sie unrentablen Dampfmaschinen boykottieren, können Handwerker modifizierte Pneumatik- und Hydraulikmotoren, Rotationsverstärker, Spulenkompressoren, Pumpen usw. verwenden. Basierend auf solchen improvisierten Motoren und Hochdruckkesseln ist es möglich, ein Mini-BHKW, ein Dampfauto oder ein Dampfschiff zu bauen. Heutzutage wird Dampf in allen thermischen und nuklearen Kraftwerken, auf großen Schiffen und als Antrieb für Weltraumraketen eingesetzt.

Pyrolysekessel werden heute zum Heizen von Häusern, zum Erhitzen von Wasser und zur Stromerzeugung eingesetzt. In solchen Kesseln erfolgt die Verbrennung von Biomasse in drei Stufen und in drei separaten Zonen des Kessels. In der 3. Stufe wird der Brennstoff getrocknet und in Gas umgewandelt, in der 3. Stufe erfolgt die Verbrennung von Gas in Düsen unter Zufuhr erwärmter Sekundärluft, in der 1. Stufe erfolgt die Nachverbrennung von Verbrennungsprodukten in einer wärmeisolierten Kammer.

In der Ukraine werden bereits Biomassegeneratoren zur direkten Raumheizung verkauft [6]. Sie können eine vereinfachte Version eines solchen Geräts selbst erstellen [7]. Leider kann sich unser Durchschnittskäufer keine produktivere Ausrüstung leisten [8].

Wir glauben, dass die Produktion von Free-Flow-Wärmegeneratoren, die von kanadischen Erfindern erfunden wurden, in inländischen Unternehmen eine große Zukunft hat. Ein Wärmeerzeuger mit einer Leistung von 6 kW verbraucht in 8...12 Stunden Dauerbetrieb 0,01 m3 Brennholz, ein Wärmeerzeuger mit einer Leistung von 55 kW verbraucht 0,07 m3! Nehmen wir zum Vergleich an, dass ein gepriesener Kamin in dieser Zeit einen ganzen Kubikmeter Holz verbrennen kann und, anstatt Wärme abzugeben, kalte Luft von der Straße ins Haus zieht.

Interessanterweise hat absolut trockenes Holz aller Holzarten nahezu die gleiche chemische Zusammensetzung: 49,5 % Kohlenstoff, 6,3 % Wasserstoff, 44,1 % Sauerstoff, 0,1 % Stickstoff. Die Dichte der Holzsubstanz ist bei allen Arten gleich, das Vorhandensein von Hohlräumen führt jedoch zu Unterschieden zwischen Baumarten und Holzproben (Rinde, Äste, Blätter, Stamm). Normalerweise wird empfohlen, schnell wachsende Pflanzenarten (Bambus, Weide, Pappel) zu verwenden, aber das Trocknen und Transportieren dieser Biomasse ist eine Verschwendung. Allerdings gibt es bereits positive Erfahrungen mit der Verwendung von Weidenzweigen als Brennstoff [9]. In der mündlichen Folklore wird die Weide als der schlimmste Brennstoff besungen. Aber schauen Sie sich die Tabellendaten zu den Kosten einer kWh Strom an, die aus verschiedenen Brennstoffarten gewonnen wird.

Dennoch würden wir nicht empfehlen, einen Weinstock zu pflanzen. Es ist besser, schweres Holz anzubauen – Hainbuche und noch besser – Buche. Schließlich kann Buche vor dem Brennen als Material verwendet werden. Das machen sie übrigens auch in Europa. Jährlicher Anstieg der Phytomasse in westlichen Buchenwäldern. Europa liegt bei 130...200 c/ha. Hasel (Haselnuss), Birke und Gartenbaukulturen sorgen für eine gute Biomasse. Aber Nadelbäume sind als Brennstoff wirkungslos: Es gibt zu viel Feuchtigkeit und einen geringen volumetrischen Heizwert. Nadelwälder zeichnen sich durch ein geringes Biomassewachstum und eine erhöhte Brandgefahr aus.

Holzgas wird schon lange zur Herstellung von Kunststoffen eingesetzt. Es kann auch in Minikraftwerken oder Kraftwerken, in Konvektoren (zur Beheizung von Gewächshäusern) verbrannt werden. Überschüssiges Gas kann in Gasleitungen gepumpt werden. Interessant ist die Idee, Holzgas direkt zur Beleuchtung zu nutzen. Eines Tages brachte der deutsche Erfinder Auer von Welsbach Elektrizitätsunternehmen an den Rand des Bankrotts, indem er einen herkömmlichen Gasbrenner verbesserte. Er versorgte sie mit einer Netzhaube aus Gaze, die mit Metallsalzen imprägniert war. Im Moment der Entzündung brennt die Gaze und die Salze bilden ein festes Skelett. Dieses Skelett brennt nicht mehr, sondern wird durch Gas weißglühend und leuchtet hell. Dadurch erhöhte sich die Lichtintensität von Gasbrennern um ein Vielfaches und sie verbrauchten sechsmal weniger Gas als zuvor. Eine solche Gasbeleuchtung wurde per Knopfdruck gezündet, war regulierbar und deutlich günstiger als elektrische Beleuchtung. Dann wurden Elektrizitätsunternehmen vor dem „Auer-Brenner“ gerettet ... durch Auer selbst, der vorschlug, den Kohlenstofffaden in der elektrischen Lampe durch einen Metallfaden aus Osmium zu ersetzen (Wolframfaden wurde von A. Lodygin vorgeschlagen).

Wie Sie sehen, hängt im Energiesektor viel von erfinderischen Menschen ab, und wenn Sie es versuchen, wird „grüne Energie“ die „fossile Energie“ vollständig ersetzen. Gleichzeitig wird die Zahl der Arbeitsplätze steigen und die Profite der Oligarchen werden sich wieder normalisieren.

Der Wald ist ein einzigartiges Naturphänomen, das klimaregulierende, bodenschützende, wasserschützende und wasserregulierende, gesundheitliche, energetische und ästhetische Funktionen erfüllt. Keine noch so große Menge an Solarpaneelen oder Solarkollektoren kann Wälder ersetzen.

Deshalb halten wir die Bewirtschaftung und Nutzung von Wäldern für die beste Form der Solarenergie. Der größte Einsatz pflanzlicher Biomasse ist dort zu erwarten, wo es die billigsten Arbeitskräfte und keine fossilen Brennstoffe gibt. Leider (oder zum Glück) ist die Ukraine eines dieser Länder, und wir haben die Möglichkeit, ein Land der „grünen“ Energie zu werden – der umfassenden und vollständigen Nutzung von Biomasse.

Литература:

1. Ivych A. Abenteuer von Erfindungen. - M., 1990. - 79 S.
2. Kondratov A. Verzeichnis des notwendigen Wissens. -M., 2001.
3. Große sowjetische Enzyklopädie. T.14. - S.360.
4. Marx K., Engels F. Werke, hrsg. 2., v.20. - S.496.
5. Rodzinsky L. Dünnere Maschinen//Erfinder und Innovator. - 1980. Nr. 6.- S. 10.
6. Bereiten Sie buller'yan vltka vor - Sie werden herzlich belastet / / Express. - 2002. - 25. Juli.
7. Bärtiger Yu. Volkswärmegenerator: Abfall statt Gas und Strom // Radioamator-Konstrukteur. - 2001. Nr. 9. - S.5.
8. Ökologische Kessel//Grüne Energie. 2002. - Nr. 3. - C.2.
9. P'ehotski J. Vikoristaniya Biomasse von Buschweiden in Polen // Grüne Energie. - 2002. - Nr. 3. - S.19.

Autoren: V. Ivaniv, Yu.Borodaty

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