În prezent, problema căutării surselor alternative și regenerabile de energie termică este din ce în ce mai acută. Li se oferă o varietate de materiale: lemn, lignină, gunoi, gunoi de uz casnic, alcool, biodiesel, biogaz. Luați în considerare aceste materiale în termeni de tehnologii pentru producerea, depozitarea și utilizarea lor. lemne de foc
Lemnul de combustibil este o bună sursă de energie termică. O cantitate imensă se formează ca o risipă de prelucrare a lemnului. Prelucrarea deșeurilor de cherestea în combustibil se realizează cu ușurință la fața locului prin echipamente performante și compacte. Nu există probleme speciale în ceea ce privește depozitarea, transportul și utilizarea. Dintre dezavantajele lemnului de foc, se poate menționa doar că valoarea calorică a acestuia depinde puternic de conținutul de umiditate al materialului.
Totuși, deși cantitățile de deșeuri din prelucrarea lemnului sunt mari, cantitățile lor nu sunt suficiente pentru a satisface pe deplin cerințele pentru energia termică. În plus, aceste deșeuri reprezintă materii prime pentru o serie de industrii, cum ar fi fabricarea plăcilor din fibre, plăci aglomerate și xilolit, producția de solvenți și colofoniu. Să presupunem că suntem însărcinați să creștem ponderea lemnului de foc în balanța de combustibil. Pentru a face acest lucru, trebuie să tăiați pădurile sau să curățați windbreaks. Prima abordare este ușor de implementat din punct de vedere tehnic, dar pădurea crește lent, prin urmare, prin exploatare forestieră masivă, va exista o epuizare rapidă a stocurilor. Istoria lumii cunoaște multe exemple de tăiere completă a pădurilor. A doua abordare este dificil de realizat din punct de vedere tehnic, deoarece tehnica este foarte mică în pădurea neatinsă. În consecință, este necesară o parte importantă din munca manuală pentru a tăia și livra arborii căzuți pe principiul transportului. În plus, ponderea scăderii în soldul total al pădurii este scăzută și această resursă va fi epuizată rapid. Una dintre abordări a sugerat înființarea unor specii speciale de copaci cu creștere rapidă care să ajungă la maturitate în intervalul 15-20 de ani de la plantare. Cu toate acestea, este extrem de laborios, deoarece, în plus față de despăduriri, este necesar să se depună eforturi pentru cultivarea corespunzătoare.
Din punct de vedere tehnic, primirea, depozitarea și utilizarea lemnului de combustibil nu este dificilă. Unele eforturi ar trebui să fie aplicate doar pentru depozitarea adecvată, dar acest lucru nu poate fi considerat o problemă serioasă. Reînnoirea acestei resurse este discutabilă, deoarece pomul crește suficient de lent. Lemnul este potrivit pentru cazanele din satele cu întreprinderi de prelucrare a lemnului, dar nu poate fi baza balanței de combustibil a țării.
Producția de lignină este un proces bine stabilit. Unele costuri sunt necesare numai pentru uscarea suplimentară înainte de ardere. Depozitarea ligninei necesită doar protecție împotriva apei și, de asemenea, nu prezintă dificultăți. Arderea ligninei este asociată cu o creștere a emisiilor de sulf, ceea ce va afecta negativ ecologia regiunii. Această resursă este regenerabilă, însă organizarea producției sale suplimentare nu are sens. Utilizarea ligninei de combustibil, în opinia mea, are sens doar dacă este pre-pirolizată. În acest caz, produsele sunt cărbune de înaltă puritate și o cantitate relativ mică de produse lichide, principalele fiind metanolul și apa. Dioxidul de sulf eliberat în timpul pirolizei este capturat cu ușurință, deoarece este puțin contaminat cu dioxid de carbon și alte impurități acide.
O cantitate imensă de paie se obține atunci când se recoltează toate tipurile de culturi de cereale. Are o valoare calorică bună în ceea ce privește greutatea uscată, dar această cifră este mult redusă atunci când se recalculează în funcție de volum și depinde foarte mult de umiditate. Depozitarea paielor necesită o protecție atentă împotriva apei și, în general, este o problemă, deoarece volumul de paie este foarte mare. Arderea paielor prezintă dificultăți, deoarece cantitatea (volumul) paie arsă ar trebui să fie mult mai mare decât cea a cărbunelui sau a lemnului, iar viteza de aprovizionare a cuptorului cu cuptorul trebuie să fie ridicată. Cu toate acestea, această problemă este ușor de rezolvat prin fabricarea unui sistem specializat de furaje de producție. Cea de-a doua modalitate de a rezolva aceasta este presarea paietei în brichete de combustibil. După această procedură, paie nu este inferior din punct de vedere al parametrilor săi la lemn. Creșterea producției de paie este direct legată de creșterea producției de cereale și, în general, de eficiența agriculturii. Pregătirea combustibilului din ierburile cu creștere rapidă este, de asemenea, promițătoare, dar în acest caz este necesar să se țină seama de nevoile animalelor.
Producția de paie este un proces bine stabilit. Unele costuri sunt necesare pentru uscarea sau prelucrarea suplimentară înainte de ardere. Depozitarea paielor necesită protecție împotriva apei și prezintă unele dificultăți, deoarece volumul de paie este foarte mare. Straw este o resursă complet regenerabilă, a cărei producție suplimentară poate fi organizată pe prelucrarea ierburilor furajere.
Kizyak este un fel de combustibil, folosit pe scară largă mai devreme, dar aproape nefolositor acum. Conținutul caloric este bun, dar colectarea, pregătirea și depozitarea bălegarului este în prezent inacceptabilă. Sobele de gunoi umede și nepregătite arde rău, fumează puternic și dă puțină căldură. Resursa acestui tip de combustibil alternativ este practic inepuizabilă, dar recolta industrială nu este eficientă.
În lumea modernă, acumularea de gunoi devine o problemă serioasă. Cantitatea sa este foarte mare și crește continuu. Reciclarea gunoiului se face numai în unele țări, dar majoritatea preferă să o transporte la depozite de deșeuri special desemnate și să se sapă. În același timp, în gunoiul menajer o parte semnificativă este alcătuită din diferite componente ale ambalajului, hârtiei, deșeurilor alimentare, produselor din plastic și a altor componente combustibile. Arzând-le, puteți obține o mulțime de energie termică. Problema este o adiție necontrolată de materiale plastice halogenate, cum ar fi PVC, Teflon; inhibitori de flacără halogenați și plastifianți. Când sunt arse, halogenurile de hidrogen sunt eliberate în cel mai bun caz, la cel mai rău fosgen și dioxine. Toate aceste substanțe sunt foarte periculoase și, în cazul dioxinelor, pot polua puternic teritoriul înconjurător al instalației de incinerare. Pentru a preveni eliberarea lor în atmosferă, se dezvoltă diverse scheme care includ filtre de purificare profundă, absorbanți și absorbanți. Există abordări, de exemplu, introducerea resturilor incinerate sub un strat de zgură minerală metalo-minerală. Prezența metalelor topite creează condiții de reducere care împiedică formarea dioxinelor și a fosgenului. În acest caz, în emisii, halogeni sunt prezenți numai sub formă de acid clorhidric, care este mult mai ușor de absorbit și neutralizat. Am propus scheme de combustie superadiabatică, abordări integrate. În general, problema eliberării dioxinelor există, dar este soluționabilă.
Eliberarea constantă și acumularea de gunoi menajeră pot fi considerate o sursă promițătoare de energie termică. Valoarea calorică a gunoiului este destul de mare. Cea mai importantă problemă este absorbția și neutralizarea completă a gazelor evoluate. Renegabilitatea este discutabilă, deoarece este preferată reciclarea, mai degrabă decât incinerarea gunoiului.
Alcoolul este o sursă compactă și foarte convenabilă de energie termică. Până în prezent, se utilizează drept combustibil lichid pentru alcool (nu se referă la dispozitivele de laborator, ci la mini-primii). Valoarea calorică a alcoolului este mare, este foarte ușor să se aprindă și să se toacă. Valoarea calorică poate fi redusă foarte mult dacă alcoolul este diluat cu apă, dar acest lucru este ușor de evitat. Dezavantajele alcoolului sunt volatilitatea ridicată și, ca o consecință, nevoia de a fi adăpată cu atenție în timpul depozitării și de aplicația sa "alimentară". Cel mai important dezavantaj al alcoolului este primirea acestuia. Alcoolul este produs în prezent în principal prin fermentarea de substanțe zaharoase. Este imposibil să se obțină o concentrație de alcool mai mare de 18% și nu are sens să se ridice peste 15%. Ca o consecință, este necesară o distilare pentru a produce alcool combustibil. Căldura de evaporare a alcoolului este destul de mare, capacitatea de căldură a apei. Procesul de distilare va fi foarte consumator de energie. De obicei, alcoolul tehnic este distilat folosind surse improvizate de energie termică, cel mai adesea lignină. A doua problemă de obținere a alcoolului este utilizarea biomasei de drojdie și a reziduurilor de alcool bard. Ambele aceste deșeuri reprezintă un pericol biologic și necesită o stație specială de curățare și neutralizare.
Producția de alcool este un proces bine stabilit, deși consumul redus de energie. Păstrarea alcoolului nu este o problemă. Utilizarea alcoolului de combustibil este limitată la încălzitoarele de încălțăminte compacte cu putere redusă. Utilizarea alcoolului drept combustibil lichid pentru ICE este posibilă, deși nu este recomandabilă, deoarece valoarea calorică a alcoolului este mult inferioară produselor petroliere. Extinderea producției de alcool combustibil nu are sens, deoarece tehnologia este mai ușoară de a arde biomasa inițială cu zahăr. Teoretic, alcoolul este o resursă complet regenerabilă, dar în practică, producția sa necesită substanțe zaharoase care pot reprezenta o valoare nutrițională. O problemă importantă este utilizarea greșită a alcoolului.
Producția de biodiesel este un proces tehnologic complex, dar destul de bine stabilit. Un aspect pozitiv al tehnologiei biodiesel este posibilitatea de prelucrare a grăsimilor pentru grăsimile alimentare. Depozitarea de biodiesel nu este o problemă. Utilizarea biodieselului este posibilă în toate instalațiile care utilizează combustibil diesel. Extinderea producției de biodiesel este posibilă, dar există unele dificultăți fundamentale. Problema principală - asigurarea producției de biodiesel necesită plantarea unor suprafețe mari de semințe tehnice oleaginoase, care la rândul lor vor reduce plantarea culturilor alimentare. "Recolta" biodieselului este instabilă, prin urmare, utilizarea acestuia ca principal combustibil este extrem de riscant. Teoretic, biodieselul este o resursă complet regenerabilă. În practică, rentabilitatea sa este limitată de resursele solului și de plantarea necesară a culturilor alimentare.
Biogazul "brut" este un amestec de metan, dioxid de carbon și o cantitate mică de azot. Este posibilă și prezența hidrogenului sulfurat. Are o valoare calorică bună, care poate fi sporită suplimentar prin eliminarea dioxidului de carbon din acesta. Biogazul este produs de bacterii anaerobe de sinteză a metanului din orice biomasă. Tehnologia de obținere a biogazului brut este extrem de simplă: biomasa (cel mai adesea deșeuri animale) este adăugată la capacitate și este izolată de accesul la aer. În câteva zile, bacteriile consumă rămășițele de oxigen și trec la un ciclu anaerobic, al cărui deșeu este biogaz. Separarea biogazului de la materia primă nu prezintă dificultăți, deoarece materia primă este lichidă sau solidă. Purificarea din dioxidul de carbon se realizează prin dizolvarea acestuia în apă la presiune înaltă (solubilitatea metanului este mult mai scăzută). Este posibilă purificarea biogazului din azot, dar este consumatoare de energie și necorespunzătoare. Este necesară purificarea din hidrogen sulfurat și poate fi efectuată cu o soluție apoasă de sulfat de cupru și sulfat de fier (III). Un produs secundar al purificării este sulful coloidal, care este necesar ca mijloc de protecție a plantelor. Biogazul curat este potrivit pentru utilizarea de către orice dispozitiv care funcționează pe gaze naturale, corectat pentru o valoare calorică ceva mai scăzută. Nu există deșeuri după producerea biogazului, deoarece produsul prelucrării biomasei, de fapt, este un îngrășământ organic.
Tehnologia producției de biogaz este simplă și bine dezvoltată. Aproape orice biomasă este potrivită pentru producția sa. Separarea biogazului de materii prime nu este o problemă. Înainte de utilizarea biogazului, este necesară curățarea dioxidului de carbon și a hidrogenului sulfurat, ceea ce complică utilizarea sa pe scară largă, însă această problemă este rezolvată. Deșeurile care necesită prelucrare, după ce producerea biogazului nu rămâne. Biogazul este o resursă complet regenerabilă, a cărei producție este ușor de stabilit în orice localitate. Cel mai preferabil, utilizarea biogazului este în vigoare, fără transport.
Astfel, biogazul este o resursă complet regenerabilă, cu cea mai simplă tehnologie de producție. O alternativă alternativă complet regenerabilă este paie, dar tehnologia utilizării sale este oarecum mai complicată. Lemnul de foc, lignina, alcoolul și biodieselul nu sunt resurse complet regenerabile, deoarece în cazul lemnului de foc viteza lor de consum depășește rata de creștere a lemnului, iar producția de lignină, alcool și biodiesel depinde de o gamă largă de parametri și nu este stabilă. În plus, tehnologiile de alcool și biodiesel sunt mult mai complicate și necesită o calificare ridicată a personalului. Gunoiul menajer este mai preferabil să fie împărțit în componente originale și procesat, ceea ce ar trebui să îl excludă în viitor din lista tipurilor de combustibil alternativ.
www.nanometer.ru