Раушан Ашкеева - Прикладная химия

1. Прямое сжигание – это топка печей дровами. Этот вид использования биомассы самый простой, но экологически грязный, т.к. идет загрязнение атмосферы и уничтожение лесных экосистем.

2. Получение бензоспирта. Первой страной, начавшей крупномасштабное производство из сахарного тростника как автомобильного горючего, является Бразилия:

С 6Н 12О 6(глюкоза) → 2С 2Н 5ОН + 2СО 2. Но это топливо не лишено недостатков. Во-первых, в качестве исходных продуктов используются пищевые продукты (сахарный тростник, зерновые). Во-вторых – загрязнение окружающей среды. Хотя сгорание спирта – довольно чистый с экологической точки зрения процесс, его производство очень «грязное» из-за использования для перегонки др. топлива (например, угля), причем оно требуется в больших количествах. Поэтому спирт очень дорогой продукт.

3. Получение биогаза (биометаногенез). Питание бактерий органикой в анаэробных условиях сопровождается выделением биогаза, на 2/3 состоящего из метана СН 4. Процесс биометаногенеза осуществляется бактериями в три стадии.

На первой стадии происходит растворение и гидролиз сложных органических соединений до пропионовой, масляной и молочной кислот:

Вторая стадия – ацидогенез – идет под действием уксуснокислых бактерий:

Третья стадия – метаногенез – идет под действием метанобактерий:

Биогаз состоит в основном из метана СН 4(65 %) и углекислого СО 2(30 %). Его теплотворная способность составляет 23000 кДж/м 3.

В строго анаэробных условиях метан можно получить из ароматических соединений. Этот процесс используется также при утилизации отходов и детоксикации сточных вод. В природе этим путем может идти биотрансформация некоторых биоцидов:

суммарное уравнение: 4С 6Н 5СООН + 12Н 2О → 15СН 4+ 13СО 2.

Используя сельскохозяйственные отходы и экскременты животных, а также, что очень важно с экологической точки зрения, канализационные и промышленные стоки, можно получать значительные количества топлива в виде метана СН 4в специальных реакторах – дайджестерах. В некоторых странах (Индия, Китай, Филиппины) разработаны национальные энергетические программы, нацеленные на производство биогаза. А в Китае многие фермеры специально сбраживают навоз и получаемого биогаза хватает на удовлетворение всех энергетических нужд хозяйства. Таким образом, использование биогаза в качестве источника энергии таит в себе большие возможности.

ГИДРОЭНЕРГЕТИКА. Выработка электроэнергии на гидроэнергетических установках не сопровождается загрязнением окружающей среды. Полные расчетные гидроресурсы рек планеты оцениваются в 1000 трлн. кВт/час. Гидроресурсы, которые можно реализовать с помощью гидроэлектростанций (ГЭС), примерно в 30 раз меньше. По оценкам специалистов, даже при полном использовании потенциала всех рек планеты, гидроэнергетика может обеспечить человечество электроэнергией не более чем на 25 %. На территории бывшего СССР находится 12 % мировых гидроресурсов, эффективность использования которых составляла 20 %. В развитых странах эффективность использования гидроресурсов выше: в Канаде – 50 %, в Японии 62, в Швеции и Италии – 74, во Франции и Швейцарии – 90, в США – 44 %.

Существует 3 вида гидроэнергетических установок (ГЭУ):

1. гидроэлектрические станции (ГЭС) используют энергию рек. ГЭС представляют собой наиболее простые устройства для получения электроэнергии. ГЭС имеют очень высокий коэффициент полезного действия (кпд) (93 %), в то время как кпд ТЭС – 40 %. ГЭС являются мобильными установками и свободно меняют свою мощность. На них гораздо легче, чем на АЭС или ТЭС пускать или останавливать агрегаты, нет ограничений по скорости изменения их мощности. Поэтому ГЭС имеют важное значение как дешевый источник энергии.

Отрицательное воздействие ГЭС на окружающую среду проявляется в следующем:

• затопляются земли, часть которых относится к высокопродуктивным сельскохозяйственным и лесным угодьям. Затопленные плодородные почвы обогащают воду большим количеством биогенных элементов, что приводит к развитию процессов эвтрофикации и вызывает резкое ухудшение качества воды;

• наличие плотины является практически непреодолимым препятствием для нерестового хода рыб, что отрицательно сказывается на состоянии рыбных запасов;

• к отрицательным последствиям относят также увеличение потерь воды на испарение, локальное изменение климата, нарушения в режиме грунтовых вод и так далее;

• создание крупных водохранилищ можно способствовать возникновению или повышению сейсмической активности в прилегающих к ним районах.

2. гидроаккумулирующие станции (ГАЭС) способны накапливать и использовать энергию озер и искусственных водоемов. ГАЭС используют ту гидравлическую энергию, которая специально ими же накоплена. Они объединяют две установки: турбинную и насосную. Насосная установка позволяет накачать воду из реки в специальный бассейн. На это затрачивается энергия. В требуемое время вода из бассейна может быть пропущена через турбины, которые стоят на станции под напором, и тем самым будет получена определенная энергетическая мощность. Коэффициент полезного действия ГАЭС – 70-80 %. Создание ГАЭС связано с проблемой пиковой энергии. Электроэнергия потребляется неравномерно – больше всего утром и вечером. Для покрытия кратковременных пиков и существуют ГАЭС. Ночью они, потребляя энергию ТЭС или АЭС, накачивают воду в бассейн и создают запас энергии. В часы пика нагрузки эта энергия используется. Недостатки ГАЭС те же, что и у ГЭС.

3. приливные электростанции (ПЭС) используют энергию приливов и отливов морей и океанов. Морские приливы и отливы – следствие воздействия на Землю (на ее водную поверхность) лунного (главным образом) и солнечного притяжений, а также воздействия центробежных сил, образовавшихся в результате вращения систем Земля-Луна и Земля-Солнце. Приливы и отливы происходят два раза в сутки. Максимальное поднятие воды (полная вода) над минимальным опусканием уровня воды (малая вода) составляет в открытом океане около 1 м. Но в зависимости от очертания береговой линии, а также географической широты, глубины моря вблизи суши и других факторов, величина прилива может быть гораздо больше. В некоторых местах разность уровня моря во время приливов и отливов достигает 18 м (например, побережье Атлантического океана). Но таких мест на Земле мало. Так как приливная волна периодически изменяется (волна то наступает на берег, то отступает), то в соответствии с ней меняются напор и мощность станции. Первая ПЭС мощностью 240 тыс. кВт была построена во Франции в 1967 г. в месте впадения реки Роны в Ла-Манш. Устье реки было перегорожено дамбой длиной 700 м. В теле дамбы установлены «обратимые» гидроагрегаты, вращающиеся в одну стороны при приливе и в обратную при отливе. Стоимость сооружения ПЭС на Роне в 2,5 раза превысила стоимость обычной речной ГЭС такой же мощности.