Drewno opałowe XXI wieku: granulki paliwa

Nie odkryjemy Ameryki, jeśli powiemy, że istnienie nowoczesnego społeczeństwa jest niemożliwe bez źródeł energii, a produkcja i dystrybucja tych źródeł energii jest obarczona wieloma problemami. Istnieją problemy, które są łatwe do zrozumienia: węgiel, ropa i gaz są nierównomiernie rozmieszczone w grubości ziemi, a jeśli państwo ma szczęście, że ma dobre złoża, a jednocześnie ma poważną potęgę wojskową, może „usiąść na rurze” i dyktować swoje warunki mniej szczęśliwym sąsiadom. Jeśli jest depozyt, ale armia nie, to prędzej czy później źle się skończy. Znaczna część wojen i rewolucji na Bliskim Wschodzie w ostatnich dziesięcioleciach ma wyraźną rezerwę ropy naftowej. Wszystko to jest zrozumiałe, ale trudne do rozwiązania.

Istnieją problemy, które są mniej oczywiste dla nieekonomistów, ale także pozostają problemami. Od lat 70. kryzysy energetyczne regularnie wstrząsały światową gospodarką. Światowy kryzys gospodarczy z 2008 r. Ma również jeden ze swoich przyczyn energetycznych.

Ponadto rezerwy paliw węglowodorowych są ograniczone. Różni badacze podają różne prognozy dotyczące tego, jak szybko ostatnia baryłka ropy naftowej i ostatni metr sześcienny gazu ziemnego zostaną wypompowane z ziemi, ale wszyscy zgadzają się, że prędzej czy później to nastąpi i że gdy tylko stosunkowo względnie dostępne złoża zostaną wyczerpane, konieczne będzie opracowanie bardziej złożonych złóż (na przykład złóż przybrzeżnych, piasków roponośnych, ciężkiego oleju), a to wpłynie na koszt otrzymanego paliwa i wszystkiego, co z tym związane. To jest ogólnie wszystko.

Poważne problemy środowiskowe nie mogą być ignorowane.

33 lata od śmierci „pokojowego atomu”: rocznica wypadku w Czarnobylu

Wszystko to sprawia, że ​​myślimy o energii alternatywnej opartej na tanich, publicznie dostępnych, odnawialnych i bezpiecznych źródłach. Zainteresowanie nim nastąpiło po kryzysie w 2008 r. I wypadku w elektrowni jądrowej Fukushima. Znanych jest całkiem sporo nietradycyjnych obszarów energii, od czysto hipotetycznych (takich jak elektrownie kwantowe) po te, które były aktywnie wykorzystywane przez dziesięciolecia. Jednym z nich jest bioenergia oparta na wykorzystaniu paliw pochodzenia biologicznego (roślinnego).

„Tak”, wymagający czytelnik powie: „to jest drewno opałowe!”

Nie do końca drewno opałowe

Trudno wyobrazić sobie samochody, elektrownie i fabryki opalane drewnem, prawda? W rzeczywistości z materiałów roślinnych (nie tylko z drewna, ale także na przykład z olejów) można uzyskać całkiem sporo różnych rodzajów paliw odpowiednich do różnych potrzeb.

Nawet jeśli mówimy o bezpośrednim spalaniu drewna na ciepło, dziś istnieje bardziej doskonała forma niż drewno: brykiety i pelety - pelety. Drewno (na przykład odpady produkcyjne) jest mielone na mąkę, suszone i prasowane w postaci matrycy w podwyższonych temperaturach, dlatego lignina zawarta w komórkach roślinnych jest „cementowana”. Powstałe granulki są znacznie gęstsze niż oryginalne drzewo (do tego stopnia, że ​​topią się w wodzie), mają kształt i konsystencję, które są wygodne do przechowywania i przenoszenia, a co najważniejsze, emitują półtora raza więcej ciepła podczas spalania niż zwykłe drewno opałowe. A jeśli pelety drzewne są spalane bez tlenu (proces ten nazywa się toryfikacją), uzyskują szereg dodatkowych przydatnych właściwości: nie boją się wilgoci i pleśni, są przechowywane przez długi czas i są zbliżone do węgla pod względem wartości opałowej. Takie paliwo jest nie tylko skuteczne, ale także przyjazne dla środowiska.


Energia z natury

W przeciwieństwie do nieporozumień, drewno i glony nie są najgorszymi źródłami energii odnawialnej niż na przykład słońce. Mimo to człowiek żył „na drzewie” przez kilka tysięcy lat swojej historii.

Istnieje obiecujące źródło biomasy, znacznie lepsze od lasów energetycznych i innych plantacji roślin energetycznych. Są to glony, tak zwane biopaliwa trzeciej generacji (pierwsza generacja jest uważana za paliwo wytwarzane z roślin spożywczych, druga - z niejadalnych części roślin spożywczych, z odpadów drzewnych i roślin specjalnie uprawianych do celów energetycznych). Istnieją gatunki glonów zawierające do 75–85% tłuszczu pod względem suchej masy. Glony rosną szybko, 20-30 razy szybciej niż jakakolwiek roślina lądowa, - z jednej plantacji można zbierać plony nie raz na kilka lat, jak w przypadku lasu energetycznego, ale do 35 razy w roku. Jest jedno „ale”: w tym celu glony potrzebują wysokiej temperatury wody i względnie stałej, bez kropli. Istnieje również możliwe rozwiązanie tego problemu: umieszczanie pojemników do uprawy glonów w elektrociepłowniach.

Granulki paliwowe emitują półtora raza więcej ciepła podczas spalania niż zwykłe drewno opałowe i nie boją się wilgoci. Do spalania pelletu wykorzystywany jest specjalny kocioł na pelety - takie kotły są obecnie szeroko stosowane w Europie do ogrzewania domków, ponieważ mają bardzo wysoką wydajność (do 95%), nie wymagają specjalnej konserwacji, z wyjątkiem odsysania rzadkich popiołów, są zwarte i prawie całkowicie ognioodporne.

Zasadniczo sprasowane trociny jako źródło paliwa zaczęto od czasu do czasu stosować w latach 30. XX wieku, ale nie było to spowodowane względami środowiskowymi, ale Wielkim Kryzysem, podczas którego po prostu nie było wystarczającej ilości zwykłego drewna i węgla do ogrzewania. Kompaktowe kotły na pelety nowoczesnego typu pojawiły się w latach 80.

Innym rodzajem paliwa pochodzącego z materiałów roślinnych jest biodiesel, który jest stosowany w silnikach samochodowych z silnikami wysokoprężnymi zarówno w mieszaninie z tradycyjnym paliwem, jak iw czystej postaci. Biodiesel produkowany jest na rynku od początku lat 90. XX wieku, a jego produkcja rośnie z każdym rokiem. Przed planetą do produkcji tego rodzaju paliwa, w Niemczech, Francji, Brazylii, Argentynie i Stanach Zjednoczonych. Ponadto biodiesel może być stosowany w piecach grzewczych.

Alkohol, etyl i metyl, które są również wytwarzane z materiałów roślinnych, w tym drewna, są również odpowiednie jako paliwo do samochodów. To prawda, że ​​konwencjonalny silnik jest w stanie „strawić” nie więcej niż 10% alkoholu dla 90% benzyny bez konsekwencji, a dla mocniejszych koktajli potrzebne są specjalne samochody z zasilaniem flex-fuel, które mogą pracować zarówno na czystym etanolu (lub metanolu), jak i na mieszance z benzyna w dowolnych proporcjach. W Rosji takie samochody są ciekawostką, a na przykład w Brazylii do 2011 r. Było ich już około 15 milionów, a do 2017 r. Ich udział w samochodach tego kraju wyniósł 70%. Na drugim miejscu znajdują się Stany Zjednoczone, największy na świecie konsument paliw samochodowych wszystkich kategorii.

A także biometan identyczny z gazem ziemnym i bio-wodorem, i ... Lista jest naprawdę duża. W rzeczywistości z „żywej” biomasy można wydobywać wszystko, co powstaje z „martwej” biomasy (ropa naftowa, węgiel, torf, gaz ziemny), kwestia rentowności. Kiedyś w poszukiwaniu energii tańsze było zagospodarowanie podłoża, teraz staje się coraz mniej opłacalne. Ponadto, w przeciwieństwie do minerałów, masa rośliny jest niewyczerpana - jeśli nie wycinasz naturalnych lasów, ale hodujesz nowe.

Wyhoduj drzewo

Pomimo faktu, że w przysłowiach i powiedzeniach „wyhodować drzewo” jest metaforą czegoś długiego, porównywalnego z czasem trwania ludzkiego życia, w rzeczywistości las energetyczny rośnie dość szybko, już w trzecim roku po zniesieniu można podjąć pierwszą uprawę. I tak naprawdę wygląda trochę jak typowy las: raczej przerasta go wyjątkowo gęsty krzew.

Na potrzeby leśnictwa energetycznego wykorzystywane są szybko rosnące, bezpretensjonalne, wytrwałe gatunki drzew - wierzba, topola, na południu - akacja, eukaliptus i bambus. Czy widziałeś, jak topola przycięta do gołego pnia następnej wiosny zarasta „świecą” młodych pędów? Jak szybko wierzby i ruiny domów ciągną się za wierzbą? Następnie powinieneś zrozumieć ten pomysł.

Poniższe liczby mogą się różnić w zależności od gatunku rośliny, klimatu, zastosowanej technologii, ale ogólne zasady są następujące. Drzewa sadzi się bardzo gęsto, od 3 do 18 tysięcy pni na hektar. Zarośnięte pędy są odcinane w trzecim lub siódmym roku, po kolejnych trzech do siedmiu latach operację tę powtarza się itp. Z jednej plantacji można korzystać przez 25–35 lat. Nawiasem mówiąc, nie należy myśleć, że właściciel takiej plantacji ma z niej dochód tylko co kilka lat: zwykle działa jednocześnie kilka miejsc o różnym stopniu „dojrzałości” drzew. Z hektara usunięto od 9 do 60 ton biomasy. Cały proces, od sadzenia do siekania, jest zmechanizowany; pocięte gałęzie są natychmiast mielone na trociny, co ułatwia transport.

Benzyna zawierająca określoną proporcję alkoholu etylowego lub metylowego jest oznaczona literami „E” i „M”, a cyfra po literze wskazuje procent dodanej substancji. Tak więc E5 zawiera 5% etanolu, E50 - 50%, a E100 to czysty alkohol. Podobnie mieszanina konwencjonalnego oleju napędowego z biodieslem jest oznaczona literą „B”, a liczba wskazuje na ułamek objętościowy tego ostatniego.

Oprócz drzew trawiaste rośliny, które wytwarzają dużą ilość biomasy, są również wykorzystywane do energii: kukurydza, trzcina cukrowa (szczególnie do produkcji etanolu), jatropha, soja, rzepak (do biodiesla), trawa słonia.

Najbardziej orientacyjne pod względem wykorzystania zarówno bioenergii, jak i alternatywnych źródeł są ogólnie doświadczenia Szwecji. Już w latach siedemdziesiątych szwedzki rząd rozpoczął kurs zmierzający do wycofania wykorzystania kopalnych węglowodorów. Obecnie udział zielonych źródeł energii w całkowitym bilansie energetycznym kraju jest porównywalny z udziałem ropy i gazu, a do 2020 r. Szwedzi zamierzają całkowicie je porzucić. I to pomimo faktu, że Szwecja zajmuje jedno z wiodących miejsc na świecie pod względem zużycia energii na mieszkańca. W Niemczech powstaje coraz więcej lasów energetycznych. Ogólnie rzecz biorąc, w Europie, która zużywa więcej energii niż produkuje, zerwanie igły do ​​ropy i gazu jest pilnym problemem i poczyniono znaczne inwestycje w badania i wdrażanie tam alternatywnych technologii energetycznych. Strategiczny plan w dziedzinie technologii energetycznych przyjęty w 2008 r. Przez Komisję Europejską sugeruje, że do 2020 r. Co najmniej 20% całej energii elektrycznej wytwarzanej w Europie będzie pochodzić ze źródeł zwanych obecnie alternatywnymi, aw niektórych państwach, jak twierdzą eksperci z Rady Europejskiej ds. Energii odnawialnej, udział wyniesie 40%, a jedna trzecia z nich to biopaliwa.

W tym samym 2008 r. Kongres USA uchwalił ustawę o żywności, ochronie przyrody i energii (znaną jako „Farm Bill”). Ustawa ta zapewnia między innymi dotacje pokrywające do 30% kosztów badań i rozwoju nowych rodzajów biopaliw, gwarantuje znaczne pożyczki rządowe na otwarcie przedsiębiorstw przemysłu biopaliwowego, wprowadza nowe zachęty podatkowe dla producentów masy celulozowej dla tych przedsiębiorstw, a także zapewnia roczne finansowanie szeregu programów mające na celu wprowadzenie i popularyzację odnawialnych źródeł energii, w szczególności lasów energetycznych.

W Chinach, co jest typowe, również w 2008 r. Uruchomiono program Million Mu Bioenergy Forests (Mu to tradycyjna chińska jednostka powierzchni równa 1/15 ha). Planują zasadzić to terytorium krzewem jatrofy, niejadalną rośliną oleistą, która najlepiej nadaje się do produkcji biodiesla. Ogólnie rzecz biorąc, Chiny mają dość obszerny program wspierania bioenergii na szczeblu państwowym. Lasy energetyczne są uprawiane w Indiach, a nawet w wielu krajach trzeciego świata.

W Rosji, bogatej zarówno w naturalne lasy, jak i węglowodory kopalne, nie ma warunków wstępnych dla rozwoju tego sektora energetycznego. Szkoda.

„Ale” i nie jeden

Mówiąc o lasach energetycznych, nie można jednak udawać, że wszystko jest w porządku i różowe i że ta magiczna metoda cudu z pewnością uratuje światową gospodarkę przed wszystkimi możliwymi kryzysami. Niestety, obecnie uprawa biomasy w opisany sposób nie jest wystarczająco skuteczna, aby zaspokoić potrzeby energetyczne całego kraju. A doświadczenie Szwecji (której populacja wynosi zaledwie 9, 5 miliona ludzi - mniej niż w samej Moskwie) powinno zostać uwzględnione z pewnymi poprawkami. W celu pełnego dostarczenia energii, na przykład, Niemcom w ten sposób, zgodnie z niektórymi szacunkami, konieczne będzie zajęcie całego terytorium pod lasem energetycznym (który jest o 20% mniejszy niż las szwedzki, podczas gdy populacja wynosi 82 ​​miliony).

Wydajność biomasy na jednostkę powierzchni lasów energetycznych można z czasem zwiększyć, hodując nowe gatunki drzew i krzewów, które lepiej spełniają te specyficzne potrzeby. Ostatecznie większość odmian nowoczesnych roślin uprawnych jest znacznie wydajniejsza niż ich dzicy przodkowie. Prace takie są w toku, ale jakie wyniki przyniosą i kiedy - nie można jeszcze przewidzieć.

Ponadto należy pamiętać, że biomasa uzyskana z rozdrobnionego drewna nie jest równie odpowiednia do produkcji różnych rodzajów biopaliw. Na przykład biodiesel jest ekstrahowany z nasion oleistych, a alkohol jest teraz o wiele bardziej opłacalny w pozyskiwaniu z trzciny cukrowej i kukurydzy niż z trocin. Wreszcie, nie wszyscy ekolodzy są przekonani, że spalanie biopaliwa jest bardziej korzystne dla ekologii planety niż spalanie paliwa z kopalnych węglowodorów.

Lasy energetyczne i biopaliwa ogólnie nie powinny być rozpatrywane same, ale w połączeniu z innymi odnawialnymi źródłami energii. I to jest energia promieniowania słonecznego, wiatru i poruszającej się wody, energii geotermalnej i wielu innych kierunków, nawet tych najbardziej egzotycznych. I chcę mieć nadzieję, że przyszłość kryje się za taką energią.

Artykuł „XXI wiek: czas na drewno opałowe” został opublikowany w czasopiśmie Popular Mechanics (nr 12, grudzień 2012 r.). Zastanawiam się, jak działa reaktor jądrowy i czy roboty mogą zbudować dom?

Wszystko o nowych technologiach i wynalazkach! Okej Zgadzam się z regulaminem witryny Dziękujemy. Wysłaliśmy wiadomość e-mail z potwierdzeniem na Twój adres e-mail.

Zalecane

8 niesamowitych rekordów świata
2019
Pod hipnozą: prawda i mity o hipnozie
2019
Dope Abundance: Eat - Don't Want To!
2019