Наиболее ценным является газообразное и жидкое биотопливо. Преобразование энергии биотоплива практически не отличается от преобразования энергии любого углеводородного топлива, поэтому практический интерес представляют только вопросы его получения.
Биотопливо может использоваться для прямого получения тепла (в этом случае сжигают высушенную биомассу или получаемый из нее древесный уголь) или для производства электроэнергии (в этом случае из биотоплива получают метан, который используют в автономных топливных электростанциях в качестве газообразного топлива приводных двигателей).
Процесс получения метана (СН
4) из биомассы называется анаэробной переработкой. Как следует из названия процесса (
анаэробная) он протекает в отсутствии кислорода воздуха. На рисунке 10.2 показана функциональная схема анаэробной установки, а на рисунке 10.3 – ее схематическое устройство.
Рисунок 10.2. Функциональная схема анаэробной установки производства биогаза
Рисунок 10.3. Установка для получения биогаза: 1 – вентиль, 2 – корпус, 3 – поршень, 4 – биомасса
Получение биогаза происходит следующим образом.
Поршнем 3 выдавливается воздух из биомассы. Затем вентиль закрывается и производится подогрев биомассы без доступа воздуха. Подогретая биомасса интенсивно перемешивается поршнем, имеющим лопатки. В перемешиваемой нагретой биомассе протекают процессы анаэробного брожения и начинает выделяться биогаз, в котором большинство составляет метан СН
4. Под давлением биогаза поршень приподнимается, и газ выпускается в промежуточную емкость. Метан из промежуточной емкости после очистки компрессором закачивается в резервуар для хранения и последующего использования.
Применение установок для получения биогаза в настоящее время становится все более перспективным.
Кроме получения газообразного топлива из биомассы можно получать твердое (брикетированное или гранулированное) топливо и жидкое топливо (метанол).
Функциональная схема установки для получения жидкого топлива приведена на рисунке 10.4. Полученное топливо представляет собой метиловый спирт и может использоваться совместно с бензином в определенных пропорциях.
Обобщающим способом получения твердого (древесный уголь), газообразного (биогаз) и жидкого (смолы и масла) биотоплива является пиролиз. Схема пиролиза приведена на рисунке 10.5.
К.п.д. пиролиза определяется отношением теплоты сгорания произведенного биотоплива к теплоте сгорания исходной биомассы, и достигает довольно высоких значений. Например, газогенератор на древесине, производящий водород и СО, имеет к.п.д. 90%. Некоторая потеря энергии компенсируется получением биотоплива, пригодного для использования в обычных тепловых двигателях. Это позволяет уменьшить потери энергии по сравнению с простым сжиганием биомассы. Так, используя продукты пиролиза при производстве электроэнергии можно достигать более высоких значений к.п.д., чем при использовании паровых котлов.
Рисунок 10.4. Функциональная схема установки для производства метанола
Рисунок 10.5. Функциональная схема пиролизной установки
Пиролиз протекает в четыре стадии, отличающиеся температурой процесса:
- 100 – 120оС – подаваемый в газогенератор материал, опускаясь вниз, освобождается от влаги;
- 275оС – отходящие газы состоят из N2, CO, CO2; в виде конденсата выделяются смолы и масла, которые могут быть переработаны в метанол или метан;
- 280 – 350оС – протекают экзотермические реакции, в процессе которых выделяются летучие вещества.;
- 350 – 600оС – образуется водород, метан и СО, часть углерода переходит в форму древесного угля.
Во Всероссийском институте электрификации сельского хозяйства создана промышленная пиролизная установка, производительностью 1 литр метанола за час или 1,5 м
3 метана за час, перерабатывающая растительные сельскохозяйственные отходы, например, подсолнечную лузгу. Такие установки могут с успехом применяться в небольших фермерских хозяйствах. Естественно, установка по производству биотоплива не сможет решить всех энергетических проблем фермера, но способна значительно уменьшить его зависимость от рынка традиционного углеводородного топлива. В будущем применение установок по производству жидкого или газообразного топлива станет еще более эффективным.
