Биомасса

Биомасса — это растительный или животный материал, который используется для выработки энергии или тепла. Это могут быть специально выращенные культуры, древесина или порубочные остатки, отходы пищевых культур (солома, жмых, багасса), садоводства, пищевых продуктов, животноводства (навоз) или отходы человеческой деятельности из водоочистных сооружений[1].

Сжигание растительной биомассы высвобождает CO2, но в отличии от ископаемого топлива, содержащего диоксид углерода, захваченный фотосинтезом миллионы лет назад, он по большей части уравновешивается CO2, использованным этими же растениями для их собственного роста. Поэтому в правовой базе Евросоюза сжигание биотоплива классифицируется как возобновляемый источник энергии[2][3]. В некоторых случаях, баланс CO2 при выращивании и сжигании специальных культур может быть даже негативным, поскольку в каждом цикле относительно большое количество CO2 остается в земле[4].

Содержание

Использование

Люди начали использовать биомассу для получения энергии с тех времен, когда начали использовать костры для обогрева и готовки. Даже в наше время биомасса является основным источником энергии и тепла для бытовых нужд во многих развивающихся странах[5]

Энергия вырабатывается из биомассы путем сожжения, сожжения вместе с другими видами топлива, пиролиза. Некоторые виды биомассы (отходы пищевых продуктов, отходы деревообработки) должны быть высушены перед сжиганием. При температуре 200°C—300°C они теряют 20% массы и превращаются в сухой водоотталкивающий материал, который потом спресовывается в пеллеты. Эти пеллеты можно сжигать сами по себе, или вместе с ископаемыми видами топлива. Наиболее часто совместное сжигание происходит на угольных электростанциях с целью уменьшить суммарные выбросы парниковых газов[6][7].

Методом пиролиза из биомассы получают жидкое биотопливо, метан, водород. Возможно использование различного сырья: отходы древесины, солома, кукурузная шелуха и т. д. Из пшеничной соломы получается до 58 % биотоплива, 18 % угля и 24 % газов.

Жидкое биотопливо

Из масличных культур при помощи этерификации выделенного растительного масла производится биодизельное топливо.

Путём ферментации сахаросодержащих и крахмалсодержащих продуктов (злаки, картофель, сахарная свёкла), и с предварительным гидролизом в случае использования целлюлозосодежащего растительного сырья (древесина, солома, растительные отходы) получают биоэтанол. Этанол применяется в качестве моторного топлива в чистом виде и в смеси с бензинами, используется для производства этил-трет-бутилового эфира — качественного топлива для бензиновых двигателей, являющегося частично биотопливом в отличие от метил-трет-бутилового эфира[8].

Газификация биомассы

Из 1 килограмма биомассы можно получить около 2,5 м3 генераторного газа, основными горючими компонентами которого являются монооксид углерода (CO) и водород (H2). В зависимости от способа проведения процесса газификации и исходного сырья можно получить низкокалорийный (сильно забалластированный) или среднекалорийный генераторный газ[9].

Из навоза животных методом метанового брожения получают биогаз. Биогаз на 55—75 % состоит из метана и на 25—45 % из СО2. Из тонны навоза крупного рогатого скота (в сухой массе) получается 250—350 кубических метров биогаза. Мировой лидер по количеству действующих установок по производству биогаза — Китай[10].

Свалочный газ — смесь газов, возникающая на свалке в результате деятельности микроорганизмов. Основными компонентами являются метан и диоксид углерода. На 2012 год в США свалочный газ собирали для выработки энергии на 594 свалках.[11][12].

Влияние на окружающую среду

При сгорании биомассы углерод высвобождается в виде диоксида углерода, являющегося парниковым газом. При выращивании следующего поколения растений для сжигания, аналогичный объем CO2 будет захвачен обратно. Исходя из этого, Евросоюз включил сжигание биомассы, в том числе и деревьев, в список возобновляемых источников энергии. Такая формулировка активно критикуется учеными, так как она позволяет спиливать и сжигать деревья, которые росли десятки и сотни лет (столько же лет уйдет на их восстановление) и наоборот повысит текущий уровень диоксида углерода в атмосфере[13][14][15]. Сжигание дерева на электростанции выбрасывает в 1.5 раза больше CO2 на производство одного кВт.ч. чем сжигание угля и в 3 раза больше, чем сжигание природного газа[15].

4 марта 2019 года группа активистов из Эстонии, Франции, Ирландии, Румынии, Словакии, Швеции и Соединенных Штатов подала иск против Евросоюза, возражая против включения лесной биомассы в Директиву ЕС о возобновляемых источниках энергии[16].

Сторонники сжигания древесины как топлива аргументируют свою позицию тем, что можно использовать погибшие деревья, некачественную древесину, которая непригодна для других целей и деревья, спиленные для прореживания леса. Так же необходимо активно сажать быстрорастущие деревья[17][18].

Примечания

  1. Biomass - Energy Explained, Your Guide To Understanding Energy - Energy Information Administration. www.eia.gov. Дата обращения 5 июля 2019.
  2. Biomass Energy Basics | NREL. www.nrel.gov. Дата обращения 5 июля 2019.
  3. Biomass (англ.). Energy - European Commission (31 July 2014). Дата обращения 5 июля 2019.
  4. Jeanette Whitaker, John L. Field, Carl J. Bernacchi, Carlos E. P. Cerri, Reinhart Ceulemans. Consensus, uncertainties and challenges for perennial bioenergy crops and land use (англ.) // GCB Bioenergy. — 2018. — Vol. 10, iss. 3. — P. 150–164. — ISSN 1757-1707. — DOI:10.1111/gcbb.12488.
  5. Biomass. www.worldenergy.org. Дата обращения 5 июля 2019.
  6. National Geographic Society. biomass energy (англ.). National Geographic Society (19 November 2012). Дата обращения 5 июля 2019.
  7. Mohammad S. Roni, Sudipta Chowdhury, Saleh Mamun, Mohammad Marufuzzaman, William Lein. Biomass co-firing technology with policies, challenges, and opportunities: A global review (англ.) // Renewable and Sustainable Energy Reviews. — 2017-05-15. — Т. 78, вып. C. — ISSN 1364-0321. — DOI:10.1016/j.rser.2017.05.023.
  8. Biofuels: Ethanol and Biodiesel - Energy Explained, Your Guide To Understanding Energy - Energy Information Administration. www.eia.gov. Дата обращения 5 июля 2019.
  9. Энергетическое использование биомассы на основе термохимической газификации. www.gigavat.com. Дата обращения 5 июля 2019.
  10. Yanfei Deng, Jiuping Xu, Ying Liu, Karen Mancl. Biogas as a sustainable energy source in China: Regional development strategy application and decision making // Renewable and Sustainable Energy Reviews. — 2014-07-01. — Т. 35. — С. 294–303. — ISSN 1364-0321. — DOI:10.1016/j.rser.2014.04.031.
  11. 594 Landfills Turn Methane to Energy in United States (англ.). Дата обращения 5 июля 2019.
  12. OAR US EPA. Basic Information about Landfill Gas (англ.). US EPA (15 April 2016). Дата обращения 5 июля 2019.
  13. The EU’s renewable energy ambitions: Bioenergy from forests is not always carbon neutral - and may even increase the EU’s carbon emissions (англ.). EASAC Website (17 June 2019). Дата обращения 5 июля 2019.
  14. Europe’s renewable energy strategy will destroy forests and harm climate, scientists warn (англ.). The Independent (12 September 2018). Дата обращения 5 июля 2019.
  15. 1 2 Jean-Pascal van Ypersele, Peter Raven, Wolfgang Lucht, Eric F. Lambin, Daniel M. Kammen. Europe’s renewable energy directive poised to harm global forests (англ.) // Nature Communications. — 2018-09-12. — Vol. 9, iss. 1. — P. 3741. — ISSN 2041-1723. — DOI:10.1038/s41467-018-06175-4.
  16. Frédéric Simon. EU dragged to court for backing forest biomass as ‘renewable energy’ (англ.). euractiv.com (4 March 2019). Дата обращения 5 июля 2019.
  17. Biomass and the Environment - Energy Explained, Your Guide To Understanding Energy - Energy Information Administration. www.eia.gov. Дата обращения 5 июля 2019.
  18. Various authors. Bioenergy at the centre of EU renewable energy policy (англ.). euractiv.com (15 January 2018). Дата обращения 5 июля 2019.