В даний час все гостріше постає питання пошуку альтернативних і поновлюваних джерел теплової енергії. Як їх пропонуються найрізноманітніші матеріали: дрова, лігнін, кізяк, побутове сміття, спирт, біодизель, біогаз. Розглянемо ці матеріали з точки зору технологій їх отримання, зберігання і застосування. Дрова
Паливна деревина - непогане джерело теплової енергії. Величезне її кількість утворюється як відхід деревообробки. Переробка відходів лісопилок в паливо легко проводиться на місці високопродуктивним і компактним обладнанням. Немає особливих проблем при зберіганні, транспортуванні та застосуванні. З недоліків дров можна згадати тільки те, що їх теплотворна здатність сильно залежить від вологості матеріалу.
Однак, хоча обсяги відходів при лісопереробки і великі, проте, їх кількості недостатньо для повного покриття потреб в тепловій енергії. Крім того, дані відходи є сировиною ще для ряду виробництв, таких як виготовлення ДВП, ДСП і ксилоліту, отримання розчинників і каніфолі. Припустимо, що нам поставлена задача збільшити частку дров в паливному балансі. Для цього доведеться вирубувати ліси або зачищати буреломи. Перший підхід технічно легко реалізуємо, але ліс росте повільно, отже при масову вирубку відбудеться швидке виснаження запасів. Світова історія знає масу подібних прикладів повного зведення лісів. Другий підхід технічно реалізуємо важко, так як прохідність техніки по незайманому лісі дуже мала. Отже, необхідна велика частка ручної праці на розбір і доставці повалених дерев до транспортної магістралі. Крім того, частка вивалу в загальному балансі лісу невелика і даний ресурс вичерпається швидко. Один з підходів припускав виведення спеціальних швидкозростаючих порід дерев, які досягали б зрілості вже через 15 - 20 років після посадки. Однак він надзвичайно трудомісткий, так як крім вирубки лісу необхідно прикладати масу зусиль для його правильного вирощування.
Технічно отримання, зберігання і застосування паливної деревини труднощів не становить. Деякі зусилля повинні додаватися лише для правильного зберігання, але це не можна вважати скільки-небудь серйозною проблемою. Поновлювані даного ресурсу під питанням, так як росте дерево досить повільно. Деревина добре придатна для котелень в селищах мають лісопереробні підприємства, але не може бути основою паливного балансу країни.
Виробництво лігніну є добре відпрацьованим процесом. Деякі витрати потрібні тільки на додаткову сушку перед спалюванням. Зберігання лігніну вимагає лише захисту від води і також труднощів не становить. Спалювання лігніну пов'язано з підвищенням викидів сірки, що негативно позначиться на екології регіону. Даний ресурс є відновлювальним, але організація його додаткового виробництва сенсу не має. Застосування паливного лігніну, на мій погляд, має сенс тільки за умови його попереднього піролізу. В цьому випадку продуктами є Високочистий вугілля і порівняно невелика кількість рідких продуктів, основними з яких є метанол і вода. Виділяється при піролізі двоокис сірки легко вловлюється, так як вона мало забруднена вуглекислим газом та іншими кислими домішками.
Величезна кількість соломи виходить при збиранні всіх типів злакових культур. Вона має гарну теплотворною здатністю в перерахунку на суху вагу, але цей показник сильно знижується при перерахунку на обсяг і дуже сильно залежить від вологості. Зберігання соломи вимагає ретельного захисту від води і в цілому представляє проблему, так як обсяги соломи дуже великі. Спалювання соломи представляє деяку складність, так як кількість (обсяг) спалюваного соломи має бути значно більше, ніж вугілля або деревини та швидкість її подачі в топку повинна бути велика. Втім, ця проблема досить легко вирішується виготовленням спеціалізованої продуктивної системи подачі. Другий спосіб її вирішення - пресування соломи в паливні брикети. Після проведення цієї процедури солома не поступається за своїми параметрами деревині. Збільшення виробництва соломи прямо пов'язане з приростом виробництва зерна і в цілому з ефективністю сільського господарства. Приготування палива з швидкозростаючих трав теж перспективно, але в цьому випадку необхідно враховувати потреби тваринництва.
Виробництво соломи є добре відпрацьованим процесом. Деякі витрати потрібні на додаткову сушку або переробку перед спалюванням. Зберігання соломи вимагає захисту від води і представляє деякі труднощі, так як обсяги соломи дуже великі. Солома є повністю поновлюваним ресурсом, додаткове виробництво якого можна організувати на переробці кормових трав.
Кізяк є своєрідним паливом, широко застосовувався раніше, але майже вийшли з ужитку зараз. Калорійність у нього хороша, але збір, підготовка та зберігання кізяка в даний час неприйнятні. Вологий, непідготовлений кізяк горить погано, сильно димить і дає мало тепла. Ресурс даного виду альтернативного палива практично невичерпний, але промислова заготівля недоцільна.
У сучасному світі накопичення сміття стає неабиякою проблемою. Його кількість дуже велика і безперервно зростає. Переробка сміття налагоджена тільки в деяких країнах, але більшість воліє відвозити його на спеціально відведені полігони і закопувати. У той же час, в побутовому смітті значну частину складають різні компоненти упаковки, папір, харчові відходи, вироби з пластмас та інші горючі компоненти. Спалюючи їх, можна отримувати чималу кількість теплової енергії. Проблемою є неконтрольована домішка галогенованих пластмас типу ПВХ, тефлону; галогенованих антипиренов і пластифікаторів. При їх горінні виділяються в кращому випадку галогеноводороди, в гіршому - фосген і діоксини. Всі ці речовини дуже небезпечні, і в разі діоксинів здатні сильно забруднювати навколишні сміттєспалювальний завод території. Для запобігання їх виділення в атмосферу розробляються різні схеми, які включають фільтри глибокого очищення, поглиначі і абсорбери. Є підходи, наприклад, введення спалюваного сміття під шар рідкого метало-мінерального шлаку. Наявність розплавленого металу створює відновні умови, які перешкоджають утворенню діоксинів і фосгену. В даному випадку в викидах галогени присутні тільки в формі хлороводню, поглинути і нейтралізувати який значно легше. Пропонувалися схеми сверхадіабатіческого спалювання, комплексні підходи. В цілому проблема викиду діоксинів існує, але вона вирішувана.
Постійний викид і накопичення побутового сміття дозволяють розглядати його як перспективне джерело теплової енергії. Теплотворна здатність сміття досить велика. Найголовнішою проблемою є повне поглинання і нейтралізація газів, що виділяються. Поновлювані під питанням, так як краща переробка, а не спалювання сміття.
Спирт - компактний і дуже зручний джерело теплової енергії. До сих пір він застосовується в якості рідкого палива для спіртовок (маються на увазі не лабораторні пристрої, а своєрідні мініпрімуси). Теплотворна здатність спирту велика, він дуже легко запалюється і гаситься. Теплотворна здатність може бути сильно знижена, якщо спирт розведений водою, але цього легко уникнути. Недоліками спирту є висока летючість, і як наслідок необхідність ретельного закупорювання при зберіганні, і його "харчове" застосування. Найголовнішим недоліком спирту є його отримання. Спирт в даний час отримують в основному сбраживанием цукристих речовин. При цьому неможливо отримати концентрацію спирту вище 18%, і не має особливого сенсу піднімати її вже вище 15%. Як наслідок, для отримання паливного спирту потрібно перегонка. Теплота випаровування спирту досить велика, теплоємність води теж. Процес перегонки буде дуже енерговитратним. Зазвичай технічний спирт переганяється з використанням підручних джерел теплової енергії, найчастіше лігніну. Другою проблемою отримання спирту є утилізація біомаси дріжджів і залишків спиртової барди. Обидва цих відходу представляють біологічну небезпеку і вимагають наявності спеціальної станції очистки та нейтралізації.
Виробництво спирту є добре налагодженим, хоча енергоємним процесом. Зберігання спирту не є проблемою. Застосування паливного спирту обмежена малопотужними компактними тепловими установками побутового призначення. Застосування спирту як рідкого палива для ДВС можливо, хоча і недоцільно, оскільки теплотворна здатність спирту значно поступається нафтопродуктів. Розширення виробництва паливного спирту не має сенсу, так як технологічно простіше спалювати вихідну цукристу біомасу. Теоретично, спирт - повністю поновлюваний ресурс, однак на практиці його виробництво вимагає цукристих речовин, які можуть представляти харчову цінність. Чималу проблему представляє нецільове використання спирту.
Виробництво біодизеля є технологічно складним, але досить добре налагодженим процесом. Позитивним моментом технології біодизеля є можливість переробки в паливо відходів харчових жирів. Зберігання біодизеля не є проблемою. Застосування біодизеля можливо у всіх установках, що використовують дизельне паливо. Розширення виробництва біодизеля можливо, але є деякі принципові труднощі. Головна проблема - для забезпечення виробництва біодизеля потрібно засаджувати значні площі технічними олійними культурами, що в свою чергу скоротить посадки харчових культур. "Урожай" біодизеля нестабільний, значить використовувати його як основне паливо вкрай ризиковано. Теоретично, біодизель - повністю поновлюваний ресурс. На практиці - його возобновляемость обмежена ресурсами грунту і необхідними посадками харчових культур.
"Сирий" біогаз являє собою суміш метану, вуглекислого газу і невеликої кількості азоту. Можливо також присутність сірководню. Він має гарну теплотворною здатністю, яка може бути додатково сильно підвищена при видаленні з нього вуглекислоти. Біогаз виробляється анаеробними метансінтезірующімі бактеріями з будь-якої біомаси. Технологія отримання сирого біогазу виключно проста: біомаса (найчастіше відходи тваринництва) складається в ємність і ізолюється від доступу повітря. Протягом декількох днів бактерії витрачають залишки кисню і переходять на анаеробний цикл, відходом якого є біогаз. Відділення біогазу від вихідної сировини труднощів не представляє, тому що вихідна сировина є рідким або твердим. Очищення від вуглекислоти здійснюється шляхом розчинення її у воді при високому тиску (розчинність метану значно нижче). Очищати біогаз від азоту можливо, але енергоємна і недоцільно. Очищення від сірководню необхідна і може здійснюватися водним розчином мідного купоросу і сульфату заліза (III). Попутним продуктом очищення є колоїдна сірка, необхідна як засіб захисту рослин. Очищений біогаз придатний до використання будь-якими пристроями, що працюють на природному газі, з поправкою на його дещо меншу теплотворну здатність. Відходів після виробництва біогазу немає, так як продукт переробки біомаси, по суті, є органічним добривом.
Технологія виробництва біогазу проста і добре відпрацьована. Для його виробництва придатна практично будь-яка біомаса. Відділення біогазу від сировини не викликає особливих проблем. Перед використанням біогазу необхідне очищення від вуглекислоти і сірководню, що ускладнює його великомасштабне використання, але ця проблема вирішувана. Відходів, які потребують переробки, після вироблення біогазу не залишається. Біогаз є повністю поновлюваним ресурсом, виробництво якого легко налагодити в будь-якій місцевості. Найбільш переважно використання біогазу на місці, без транспортування.
Отже, повністю поновлюваним ресурсом з найбільш простою технологією отримання є біогаз. Альтернативним повністю поновлюваним ресурсом є солома, але технологія її використання дещо складніше. Дрова, лігнін, спирт і біодизель повністю поновлюваними ресурсами не є, так як в разі дров швидкість їх споживання перевищує швидкість росту деревини, а вироблення лігніну, спирту і біодизеля залежить від широкого ряду параметрів і не є стабільною. Крім того, технології спирту і біодизеля значно складніше і вимагають високої кваліфікації персоналу. Побутове сміття краще розділяти на вихідні компоненти і переробляти, що в подальшому має виключити його зі списку видів альтернативного палива.
www.nanometer.ru