ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ: Газификация фитомассы, как экологически чистого и возобновляемого источника энергии

English version

The Timber Industry Worker

Журнал "Лесопромышленник"

Интернет-журнал "Лесопромышленник"

Новости лесной промышленности ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ
СЕГОДНЯ: БИОЭНЕРГЕТИКА

  

ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЁРДЫХ ТОПЛИВ.

Газификация фитомассы, как экологически чистого и возобновляемого источника энергии

В.В. Копытов, к.т.н.

Главный конструктор оборудования ГТТ ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют»

(Глава из книги: Копытов, В.В. ГАЗИФИКАЦИЯ КОНДЕНСИРОВАННЫХ ТОПЛИВ: РЕТРОСПЕКТИВНЫЙ ОБЗОР, СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ДЕЛ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ)

Газификация конденсированных топлив

Копытов В.В. Газификация конденсированных топлив: ретроспективный обзор, современное состояние дел и перспективы развития.

В настоящей книге представлен иллюстрированный исторический путь зарождения, становления, расцвета, временного забвения, современного уровня развития и перспектив технологий и оборудования газификации конденсированных топлив. Рассмотрены основные направления их применения.

Приобрести книгу можно в издательствах:

"Инфра-Инженерия" (электронная версия - http://infra-e.ru/)

"Агрорус XXI" (бумажная версия - www.agroxxi-shop.ru).

В качестве исходного топлива для процесса Газификации конденсированных топлив (ГКТ) могут выступать, как горючие ископаемые (каустобиолиты), запасы которых в недрах планеты конечны, так и возобновляемые источники энергии, к которым применительно к газификации обычно относят углеродсодержащие отходы различного происхождения и биомассу (при условии, что её потребляется меньше, чем генерируется вновь естественным или искусственным образом).

Наиболее распространённым видом биомассы является фитомасса, т.е. первичная биомасса растительного происхождения, непосредственно произведённая путём фотосинтеза. А наиболее полезным, известным человеку с древних времён видом фитомассы является древесина. При этом древесина является источником и твёрдого, и жидкого, и газообразного топлива (см. Рис. 1).

Древесина – универсальное топливо

Рис. 1. Древесина – универсальное топливо на все времена

Нужно отметить, что конденсированное топливо (КТ) растительного происхождения, произведённое из специально выращиваемой быстрорастущей фитомассы (тепличные и фотобиореакторные водоросли, древесные, кустарниковые и травянистые энергетические посадки («энергетические леса» и т.п.), а также топливо, произведённое из отходов, являются возобновляемыми источниками энергии.

«Энергетические леса» представляют собой плантации высаженных плотнее, чем обычно быстрорастущих деревьев и кустарников (ивы корзиночной и козьей, тополя осинообразного, волосистоплодного и канадского, сосны ладанной, эвкалипта, ореха, ясеня, ольхи, акации и др.), а также трав (злаков, слоновой травы, камыша и др.), специально выращиваемых в энергетических целях для последующего производства биотоплива.

Период ротации «энергетических лесов» составляет обычно от 4-х до 7-ми лет (как правило, с применением полива и внесением удобрений). При этом прирост фитомассы в 4 … 6 раз превышает обычное значение для естественно растущих лесов. Кроме основного предназначения, энергетические плантации предупреждают эрозию почвы и способствуют улучшению состояния окружающей среды.

Крупнейшая в Европе электростанция, работающая на специально выращенной древесной биомассе, находится в г.Зиммеринг, Австрия. Мощность электростанции 66 МВт, она ежегодно потребляет 190 тысяч тонн биомассы, собираемой в радиусе 100 км от станции. Работа станции позволяет сократить ежегодные выбросы СО2 на 144 тысячи тонн.

В Швеции, например, энергетические посадки ивовых деревьев организованы на 16 000 га болотных земель. Уборка ежегодного прироста древесины осуществляется в зимнее время комбайнами, когда болота замерзают.

Посадка ивы на площади 324 га осуществлена в Великобритании в графстве Северный Йоркшир с целью получения фитомассы, служащей топливом на ТЭС мощностью 10 МВт (количественные данные - по состоянию на 2006 г.).

Германия ежегодно производит в «энергетических лесах» 20 миллионов м³ древесины.

В США первые энергетические плантации генетически модифицированных тополей появились в 1998 г. В мае 2008 г. Конгресс США принял закон «H.R.2419, the Food, Conservation, and energy Act of 2008», по которому предусмотрено ежегодное финансирование энергетического лесоводства в США в размере $15 млн.

В Польше в качестве возобновляемого источника энергии используют вербу. При этом уборочные работы на энергетических плантациях ведут в любое время года, в т.ч. зимой (см. Рис. 2).

Зимняя уборка вербы на энергетической плантации в Польше

Рис. 2.Зимняя уборка вербы на энергетической плантации в Польше

Схема технологического процесса генерирования электрической и / или тепловой энергии путём газификации возобновляемых источников энергии (специально выращиваемой быстрорастущей фитомассы и отходов различного происхождения) представлена на Рис. 3.

 Схема технологического процесса генерирования электрической и / или тепловой энергии

Рис. 3 Схема технологического процесса генерирования электрической и / или тепловой энергии путём газификации возобновляемых источников энергии

Кроме операций, показанных на этом рисунке, необходимо решить задачу утилизации / обезвреживания вторичных отходов (эффлюента), появившихся в процессе подготовки и газификации конденсированного топлива, генерирования электрической и / или тепловой энергии.

Часть вторичных отходов (например, жидкие отходы, образующиеся в процессе очистки генераторного газа (ГГ) может быть утилизирована с помощью источника их появления (оборудования ГКТ). При этом вторичные отходы можно рассматривать и в качестве сырья для получения дополнительных товарных продуктов.

Твёрдые продукты газоочистки и зольный остаток (шлам) можно использовать при производстве строительных материалов (зольный гравий, асфальтобетон, цементные смеси, бетоны, утеплители и т.п.) и изделий (кирпичи, блоки, тротуарная и облицовочная плитка и т.п.), вносить в почву в качестве удобрений, раскислителей и стабилизаторов, использовать при ландшафтном строительстве и в других целях.

Жидкие отходы в виде газового конденсата (фугата) могут служить сырьём для синтеза различных химических соединений, в т.ч. искусственных жидких топлив.

В настоящее время мировое сообщество предпринимает меры по снижению эмиссии (выбросов) парниковых газов. К парниковым газам обычно относят диоксид углерода (углекислый газ) СО2, метан СН4, водяной пар Н2О, гемиоксид азота N2О, диоксид азота NО2, тропосферный озон О3 и фторсодержащие газы, в частности фреон.

При этом к антропогенным факторам парникового эффекта относят, прежде всего, эмиссию диоксида углерода, имеющую место при сжигании ископаемых топлив (каустобиолитов).

В связи с этим примечательно, что эксплуатация энергетических установок на базе оборудования ГКТ, использующих КТ из специально выращиваемой фитомассы, не приводит к повышению концентрации диоксида углерода в атмосфере. Это обусловлено тем, что объём СО2, получаемый при сгорании ГГ, не превышает объёма диоксида углерода, поглощаемого растениями при их росте в процессе фотосинтеза.

Таким образом, КТ из фитомассы является СО2 нейтральным топливом, позволяющим организовать замкнутый круговорот углекислого газа.

Кроме того, если фитомассе дать возможность естественным образом разложиться на воздухе, то ввиду преобладания в этом процессе окислительных реакций произойдёт выделение того же объёма углекислого газа, что и при её газификации или сжигании.

На основании ст. 6 Киотского протокола (в ноябре 2009 г. Россия приняла новый механизм реализации этой статьи) организации, эксплуатирующие СО2 нейтральное оборудование, имеют право продажи соответствующих квот на выбросы углекислого газа.

Ещё одним важным преимуществом конденсированного топлива из фитомассы перед другими, особенно ископаемыми, видами топлив является почти полное отсутствие в нём серы (S) и других вредных для оборудования ГКТ и окружающей среды химических элементов и соединений.

Принимая во внимание определение термина «биотопливо», данное в ГОСТ Р 52808, генераторный газ, получаемый из биомассы термохимическим способом, относится к газообразным биотопливам.

Вообще, использование, в т.ч. с помощью оборудования ГКТ, возобновляемых источников энергии, в т.ч. специально выращиваемой фитомассы, наиболее полно отвечает требованиям коэволюции – сбалансированного совместного развития природы (биосферы) и современного технократического общества (техносферы), т.е. биотехносоциальной системы (ноосферы), существующей в настоящее время на планете Земля.

 

О Интернет-Журнале "Лесопромышленник"      Редакция     Партнеры     Реклама     Архив номеров    Ссылки о ЛПК     Каталог ссылок

 Иконка сайта сделана при помощи favicon.ru

©H&G - Studio 

© Интернет-журнал "Лесопромышленник" («The Internet-magazine «Lesopromyshlennik»)

Свидетельство о регистрации Эл № ФС77-32798  от   11.08.2008 г.

E-mail: priorov@lesopromyshlennik.ru, karpachev@mgul.ac.ru.

При цитировании информации гиперссылка на Интернет-журнал "Лесопромышленник"  обязательна.
Использование материалов журнала в коммерческих целях допускается только с письменного разрешения редакции.

 

С целью ограничения спам-рассылок в электронных адресах символ "@" замещён на "[at]". Приносим свои извинения за причиненное неудобство.