Евгений Панцхава - Биоэнергетика. Мир и Россия. Биогаз. Теория и практика. Монография

• Название: Биоэнергетика. Мир и Россия. Биогаз. Теория и практика. Монография
• Автор: Евгений Панцхава
• Жанр: Детская образовательная литература
• Год: 2014
• ISBN: 978-5-4365-0155-0

Предлагаемая читателю монография, прежде всего, посвящается выдающимся отечественным ученым и специалистам, стоявшим у истоков создания отечественной биоэнергетики задолго до ее активного развития за рубежом. В книге представлены зарубежные и отечественные достижения по всем современным направлениям бурно развивающейся биоэнергетики как самостоятельного сектора общей мировой энергетики, ее теоретическим основам, технологиям, оборудованию и практическому применению.

Большое внимание уделяется теории и практики природного метаногенеза как сложнейшего биологического процесса, активно участвующего в кругообороте углерода в биосфере, роли этого процесса в эволюции живого на земле, его глобальному участию в образовании ископаемых углеводородов.

Книга рекомендуется для специалистов России, работающих в указанной области, для студентов, аспирантов и преподавателей кафедр, факультетов, вузов, изучающих и развивающих отечественную биоэнергетику.

---

Правительство Китая также приступило к внедрению в жизнь широкомасштабного проекта.

Семена бразильской ятрофы ядовитой содержат 40 % масла… Этот кустарник можно с успехом выращивать на заброшенных и неиспользуемых землях. Поэтому наиболее эффективными становятся небольшие проекты, предусматривающие высаживание ятрофы вместе с другими растениями. Такой метод применяется в Кении и на Мадагаскаре, где ятрофа растет вместе с ванилью. Перспективность культивирования ятрофы. Во-первых, имеет высокий выход масла из семян в сравнении с основными биодизельными культурами соей и рапсом. Из сои получают масла для биодизеля с гектара почти 400 кг, из рапса – 1 т, из ятрофы – 3 т (по другим данным – см. табл.). И это еще не предел возможного выхода масла и урожайности ятрофы. Во-вторых, растение непривередливое, легко приспособляемое. Трудности при выращивании ятрофы могут возникать только из-за недостаточной механизации, ведь большинство операций пока проводят вручную, в частности уборку семян.

Чего ожидать?

Первые три года ятрофа не дает большого количества плодов. На четвертый год урожай составляет около 2 т/га, пятый – 3 т/га, шестой – 3,5 т/га, седьмой – 4 т/га, восьмой – 4,5 т/га, на девятый год – до 5 т/га. При хорошем уходе кустарники дают урожайность до 6,5 т/га. Плодоносит ятрофа до 23–30 лет. Жизнеспособность семена сохраняют до 50 лет. В течение 20 лет растение можно использовать в коммерческих целях. Как показывает опыт бразильских фермеров, с одного куста ятрофы они получают до 2 л биотоплива (1,7 л) или от 0,5 до 1,5 т биодизеля с 1 га. Если посадки ятрофы орошать, эти цифры можно удвоить. Созревают плоды медленно (за 4-5 лет). Научно-исследовательским центром в Тамил Наду (Индия) выведен скороспелый гибрид ятрофы ядовитой, который формирует плоды уже через 6 месяцев и 16 дней после посадки. В первые 2–3 года поля не приносят прибыли. Для посадки ятрофы зачастую используют рассаду. Оптимальная схема посадки 3х3 м, 1100 растений на 1 га. В условиях достаточной увлажненности количество растений можно увеличивать до 1666. В зависимости от уровня увлажнённости почв и плодородия с гектара получают от 2,5 до 5 т семян. На десятилетних посадках урожайность повышается до 12 т/га. В одном зрелом семени гибрида ятрофы 6 % влаги, 18 % белка и 40 % масла, 17 % углеводов, 16 % клетчатки и 5 % зольных элементов.

Масло ятрофы состоит из 21 % ненасыщенных жирных кислот и 79 % – насыщенных. В семенах содержится небольшое количество ядовитого для человека вещества – курзина, поэтому масло из семян ятрофы не используют в пищу. Латекс ятрофы содержит алкалоид – ятро-фин, который входит в состав противораковых лекарств, мазей для лечения кожных заболеваний, ревматизма. Из коры получают натуральные синие красители для тканей. Листья используют как корм для тутовых шелкопрядов в условиях искусственного разведения. Европейские селекционеры работают над выведением новых высокомасличных, скороспелых и морозоустойчивых гибридов ятрофы ядовитой.

Уже выведен гибрид, который не содержит в семенах ядовитый алкалоид курзин.

Рис. 5-48. Разведение посадочного материала ятрофы. [5-36].

Рис. 5-49 Плоды Ятрофы рассеченной Jatropha multifeda [5-35].

Рис. 5-50. Зоны выращивания ятрофы. [5-37].

Рис. 5-51. Микрокристаллическая клетчатка.

5.4. Клетчатка [5-38]

5.4.1. Микрокристаллическая клетчатка [5-34]

Растительная клетчатка – естественный углеводородный ресурс, запасы которого не уступают нефти, но твердую клетчатку нельзя залить в топливный бак и дорого перерабатывать в жидкое биотопливо. Клетчатку нельзя залить в баки, но можно засыпать плотный легкосыпучий порошок, получаемый при ее несложной химической модификации. Порошковое биотопливо может стать одним из потенциальных "Зеленых" топлив для автомобилей.

Кристаллическая клетчатка.

Самый распространенный в природе углеводный продукт растительного происхождения – биоклетчатка, химическую основу которой составляет "целлюлоза".. Топливо из биоклетчатки дешево и повсеместно доступно, но целлюлоза твердое вещество. Целлюлоза служит первоначальным сырьем для производства жидкого моторного биотоплива. "Биоэтанол" или "Гидролизный спирт", получается при брожении сахаристых продуктов гидролиза целлюлозы. "Метанол" или "Метиловый спирт" получается при сухой перегонке – пиролизе, древесины или другого целлюлозного сырья. [5-38].

Биотопливо широко используется только в странах Латинской Америки из-за дефицита нефти и высокопродуктивного сельского хозяйства. Если использовать целлюлозное биотопливо без переработки в спирт, это повысит его КПД и снизит стоимость, но целлюлоза твердое вещество, а автомобильные двигатели не приспособлены для работы на твердом топливе. [5-38].

При измельчении целлюлозы в мелкий порошок, ее можно сделать пригодной для топливных систем. Целлюлозе можно придать форму мелкодисперсного порошка удобного во всех отношениях, если изменить ее молекулярную структуру.

При неполном гидролизе длинные полимерные молекулы целлюлозы разрываются, но сохраняют форму цепей, не превращаясь при этом в продукты полного гидролиза, сахара. Продукты неполного гидролиза клетчатки называются микрокристаллической целлюлозой – "МКЦ". По физическим свойствам МКЦ сходна с крахмалом, она образует коллоидные растворы с водой, структура твердой МКЦ не волокнистая и она может измельчаться в порошок. Если раствор МКЦ измельчать и высушивать методом распыления в сухом теплом воздухе, то МКЦ приобретает форму сферических микрогранул. [5-38].

Микрогранулированная МКЦ – это плотный легкосыпучий порошок, по плотности сравнимый с нефтяным горючим. Из-за высокой сыпучести порошки из сферических частиц ведут себя подобно жидкостям. " [5-38].

Твердое топливо в форме легкосыпучего порошка может использоваться жидкостной топливной системой, с измененными насосами и дозаторами, и топливопроводами большого диаметра, выстланными внутренним антифрикционным покрытием. Благодаря псевдотекучести топливо из микрогранул МКЦ можно использовать для стандартных автомобильных двигателей внутреннего сгорания – "ДВС". Под целлюлозную пыль можно адаптировать даже серийные двигатели, заменив только топливную систему и дополнительно оснастив цилиндры дозаторами и системами распыления для пылевого топлива. Топливную пыль можно подавать в цилиндры и распылять при помощи струй сжатого воздуха, поступающего от насоса высокого давления, или аккумулируемого в небольших камерах, в начале рабочего хода.

Таблица. 5-1

Сравнительные данные по выходу масла из различных сельскохозяйственных культур

Целлюлозное биотопливо в форме порошка МКЦ, это более дешевый и рациональный способ использовать растительную клетчатку в качестве возобновляемого топливного ресурса. Порошок МКЦ более удобен в качестве возобновляемого химического сырья, чем твердая целлюлоза, древесина или солома. МКЦ может служить основой для синтеза недорогих и биологически разлагаемых – "зеленых" полимеров. МКЦ может быть инертным наполнителем при производстве пластмасс или резины, делая эти материалы более дешевыми и биоразлагаемыми. МКЦ может служить компонентом строительных и отделочных материалов. Примеси МКЦ в бетон, смеси для штукатурки и внутренней отделки, гипсокартона, делают эти материалы более легкими и улучшают их тепло- и шумоизолирующие свойства.

Перевод растительной клетчатки в форму порошка МКЦ позволяет использовать ее как возобновляемый естественный источник углеводородного сырья, конкурентный по цене с ископаемыми углеводородами. Для России, богатой источниками растительной клетчатки, технологии использования МКЦ в качестве топливно-химического сырья может составить альтернативу ископаемому топливу. В МКЦ можно с одинаковой эффективностью перерабатывать целлюлозу из любых источников, не тратя на ее получение ценную древесину твердых пород. МКЦ можно получать из быстрорастущих деревьев и кустов, ивы, вербы, и подобных, из сухой травы и соломы, из сухой хвои и листвы опавшей с деревьев, и подобных источников биоклетчатки не имеющих полезного применения, но повсеместно доступных. Особенно богата источником целлюлозы Сибирь, эта огромная территория может быть практически неиссякаемым источником биоклетчатки. [538, 5-39].

Термин энергетическая ферма используется в очень широком смысле, обозначая производство энергии в качестве основного или дополнительного продукта сельскохозяйственного производства, лесоводства, аквакультуры, а также те виды промышленной и бытовой деятельности, в результате которых образуются органические отходы.

Наиболее характерный пример энергетических ферм представляют собой предприятия по выращиванию и комплексной переработке сахарного тростника. Следует отметить, что этиловый спирт и электроэнергию можно использовать для выращивания культур и выполнения транспортных операций.