Текущая версия на 13:08, 7 июня 2013

Гипермаркет знаний>>Экология>>Экология 7 класс>> Биоэнергия

§ 20. Биоэнергия

Это больше, чем обогрев с помощью древесины

Биоэнергия была самой распространенной формой энергии до тех пор, пока человечество не начало использовать гидроэнергию и энергию невозобновляемых источников. Выбросы углекислого газа от сжигания биотоплива не изменяют содержания углекислого газа в атмосфере до тех пор, пока сжигаемое количество не превышает ежегодный прирост биомассы. Это происходит потому, что деревья и растения потребляют углекислый газ для своего роста. Мы об этом уже рассказывали в прошлой главе.

Что такое биоэнергия

Энергия, которая получается из различных видов биологической массы (биомассы) называется биоэнергией. Откуда же взялась энергия, заключенная в биомассе? От Солнца. Зеленые листья улавливают солнечное излучение в процессе фотосинтеза с помощью особого зеленого вещества — хлорофилла. В результате фотосинтеза из простых химических веществ — углекислого газа и воды — синтезируются органические вещества и выделяется кислород. Несмотря на кажущуюся простоту фотосинтеза, на Земле, пожалуй, нет более удивительного процесса, который смог бы в такой степени преобразовать нашу планету. Фотосинтез — энергетическая основа биологических процессов.

Энергия при фотосинтезе образуется в очень удобной для биологического использования форме — молекулярной, в виде богатых энергией химических связей в сахарах, белках, жирах, которые в любой момент могут быть использованы растениями для роста, а затем и съевшими эти растения животными или людьми. Именно благодаря фотосинтезу солнечная энергия может быть запасена на миллионы лет (при образовании нефти, газа, угля, торфа). Практически вся живая материя на Земле представляет собой прямой или отдаленный результат фотосинтетической деятельности растений.

Масштабы фотосинтетического преобразования солнечной энергии огромны. Общее потребление энергии в мировом масштабе составляет только 10 % всей энергии, запасаемой за год благодаря фотосинтезу! Оберегая от вырубки леса — легкие нашей планеты, мы сохраняем и приумножаем результаты фотосинтетического труда миллиардов растений, а с ними — жизнь на Земле. Запасенная через фотосинтез в биомассе солнечная энергия сама может служить потом источником энергии. Обычно это тепловая энергия. Но из биомассы можно производить и электроэнергию, жидкое топливо и водород.

Приведем примеры самых важных источников биомассы:

• отходы лесной и деревообрабатывающей промышленности;
• отходы целлюлозно-бумажной промышленности;
• биологические отходы в сельском хозяйстве;
• сельскохозяйственные технические культуры (рапс и др. );
• органические бытовые и промышленные отходы;
• сточные воды.

Распространенными источниками биомассы являются отходы бумажной и деревообрабатывающей промышленности, санитарная вырубка лесов.

Общий прирост биомассы на Земле достигает 130 миллиардов тонн сухого вещества в год. Это соответствует 660 000 ТВт•ч в год. Мировое потребление биоэнергии составляет 15 000 ТВт•ч в год, это примерно 15 % мирового энергопотребления. Для половины на селения мира биомасса является основным энергоисточником. Россия обладает более 1/5 мировых запасов древесины.

Возможности для роста потребления биоэнергии велики, частично путем увеличения производства и использования биомассы, частично путем улучшения энергопроизводства. Но увеличение потребления биомассы в производстве энергии может вступить в противоречие с не обходимостью увеличения использования биомассы в производстве продуктов питания для растущего населения Земли.

От биомассы к биоэнергии

Зная природу фотосинтеза, можно уже сделать выводы о преимуществах использования биомассы как источника энергии, при сжигании которого содержание углекислого газа в атмосфере не увеличивается. Растения потребляют углекислый газ и перерабатывают его для своего роста. При горении биомассы не может образоваться этого газа больше, чем было поглощено растением при жизни. Использование биомассы для производства энергии не увеличивает концентрации углекислого газа в атмосфере!

Итак, мы рассмотрели причины энергетической ценности биологических масс. Как же можно преобразовывать и использовать их энергию?

Сжигание

Самый старый способ преобразования биомассы в биоэнергию — сжигание древесины. 70 % населения развивающихся стран используют древесину как источник энергии. Средний расход древесины для производства энергии в этих странах составляет примерно 700 кг в год на одного человека.

Более половины вырубаемой древесины сжигается для получения тепла. Часто для этого используются старые печи, которые выбрасывают загрязняющие вещества в окружающую среду. Если использовать новые конструкции печей с катализаторами, нейтрализующими вредные вещества, загрязнение окружающей среды можно намного уменьшить.

Пиролиз

Пиролиз — это разложение органических веществ без доступа воздуха при высокой температуре. Пиролиз древесины происходит при 450–500 °С. Нагревается биомасса до такой температуры обычно с помощью газа, однако расходы последнего с лихвой окупаются.

Продуктами пиролиза являются древесный уголь и горючие газы (метан, оксид углерода), при сгорании которых уже в присутствии кислорода выделяется огромное (по сравнению с затраченным на нагрев) количество тепла. Именно эти продукты используют как топливо для обогрева и как сырье в некоторых отраслях промышленности.

Ферментация навоза

Даже навоз может служить источником энергии! Как топливо используют не только навоз, но и продукты его переработки. Перерабатывают навоз чаще совместно с отходами коммунального хозяйства. Дело в том, что оба вида биомассы содержат микроорганизмы, которые в определенных условиях (в частности, при температуре 50–60 °С, без доступа воздуха) разлагают органические вещества до биогаза. Этот процесс называется ферментацией, так как происходит с участием особых веществ — ферментов — белковых соединений, синтезирующихся в клетках и ускоряющих протекающие в них реакции. Основной составляющей биогаза является метан, при сгорании которого выделяется тепло. Установки для ферментации навоза очень удобно использовать на фермах, полностью обеспечивая их потребности в энергии (см. рисунок).

Ферментация навоза — очень экономичная технология. Недостатками получения и использования биогаза являются его повышенная взрывоопасность и возможность заражения человека паразитами, обитающими в разлагающейся биомассе.

Другие способы получения биоэнергии

В Бразилии и США выполняются самые крупные в мире программы производства этилового спирта из биомассы. В Бразилии из сахарного тростника, выращенного специально для этих целей, производится столько этилового спирта, что это покрывает около половины потребностей страны в автомобильном топливе.

Большинство автомобилей работает на спиртобензиновой смеси, содержащей 20 %спирта, хотя некоторые используют как топливо чистый этиловый спирт. Использование спиртосодержащего топлива в автомобильных двигателях вместо бензина снижает загрязнение атмосферы выхлопными газами. В Европе использование спиртосодержащего топлива очень перспективно, потому что здесь образуются огромные отходы сельскохозяйственного производства и излишки сельскохозяйственной продукции, которые можноиспользовать для производства такого топлива.

Из других источников биоэнергии можно назвать рисовую шелуху, жмых семечек или орехов, стебли и коробочки хлопка, фруктовые косточки, шелуху кофе, разнообразную солому, специально выращиваемую биомассу травянистых растений.

Преимущества биоэнергии

• Биоэнергия — возобновляемая энергия.
• Биоэнергия не увеличивает концентрацию углекислого газа в атмосфере.
• Биоэнергия решает проблему использования отходов.
• Технология получения биоэнергии конкурентоспособна.

Недостатки биоэнергии

• Для производства биомассы нужны обширные территории.
• Если вырубка лесов будет производится быстрее, чем естественный прирост, будет нанесен

серьезный ущерб окружающей среде. Поэтому необходимо увеличивать высадку лесов и заботиться о них.

• Увеличение населения Земли и необходимость увеличения производства продуктов питания

означает, что земля становится больше необходима для производства пшеницы, чем для производства биотоплива. Замещение пищевых сельскохозяйственных посадок посадками биомассы может еще усугубить недостаток продовольствия в развивающихся странах.

• Использование торфа в качестве биотоплива приводит осушению болот, нарушению гидрологического режима и высыханию рек, уменьшению биоразнообразия, для которого болота

очень важны.

• Безответственное использование биотоплива может привести к значительным выбросам окислов азота и сажи, но использование современных технологий исключает этот недостаток.

4-9 классы. Учебное пособие для средней школы. СПб. 2008. — 88 стр., илл. И. Лорентзен.

_{Экология для 7 класса, учебники и книги по экологии скачать, библиотека онлайн}

Содержание урока
 конспект урока
 опорный каркас  
 презентация урока
 акселеративные методы 
 интерактивные технологии 

Практика
 задачи и упражнения 
 самопроверка
 практикумы, тренинги, кейсы, квесты
 домашние задания
 дискуссионные вопросы
 риторические вопросы от учеников

Иллюстрации
 аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 юмор, анекдоты, приколы, комиксы
 притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
 рефераты
 статьи 
 фишки для любознательных 
 шпаргалки 
 учебники основные и дополнительные
 словарь терминов                          
 прочие 

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 обновление фрагмента в учебнике 
 элементы новаторства на уроке 
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 идеальные уроки 
 календарный план на год  
 методические рекомендации  
 программы
 обсуждения


Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.