عندما يتعلق الأمر بالطاقة المتجددة ، يفكر الناس دائمًا في الطاقة الشمسية وطاقة الرياح أولاً. في أيامنا هذه ، عززت الصين بقوة بناء الحضارة البيئية ، واستفاد استخدام الكتلة الحيوية في فرص تطوير جديدة. إن طاقة الكتلة الحيوية منخفضة الكربون والبيئة الصداقة ، والتي يمكن أن تغير بشكل جذري الوضع الحالي لاستخدام الطاقة وخلق ثروة كبيرة.
1. مجموع تقدير موارد الكتلة الحيوية
وتنقسم موارد الكتلة الحيوية أساسا إلى 5 فئات ، كما هو مبين في الجدول 1.
الجدول 1 تقدير إجمالي موارد الكتلة الحيوية في الصين
النوع الأول من سيقان المحاصيل (ساق الذرة ، القش ، القش ، قش الذرة ، القشر ، إلخ) ، الفاصوليا ، الجذعية القطنية ، هذا النوع من موارد الكتلة الحيوية ، على الرغم من ذلك (7-900 مليون طن) ، ولكن أيضًا المحاصيل القش في الحقل الخلفي ، والأعلاف ، وتطبيق المواد الخام الصناعية ، الخ ، والباقي يمكن استخدامها في الطاقة الحيوية والكيميائية الحيوية ، 310 مليون طن ، أي ما يعادل 150 مليون طن متري.
الفئة الثانية هي النفايات الحرجية ، حيث تمثل حوالي 40 مليون طن / ساعة.
النوع الثالث من فضلات الماشية والدواجن غني بموارد الكتلة الحيوية ، حيث يصل إلى 500 مليون طن في الوسط الجاف ، ويمكن أن ينتج 220 مليار متر مكعب من الميثان.
أما النوع الرابع فهو الصرف الصحي المنزلي والصرف الصناعي العضوي ، الذي يحتوي على 25 مليون طن من مخلفات النفايات الصلبة.
الفئة الخامسة هي النفايات الصلبة البلدية ، والتي يمكن استخدامها لحوالي 100 مليون طن.
وتشكل هذه الأنواع الخمسة مجتمعةً توزيع موارد الكتلة الحيوية الرئيسية في الصين ، حيث يصل مجموعها إلى 800 مليون إلى 1 مليار طن من الفحم القياسي.
والمكونات المهمة للكتلة الحيوية هي الكربوهيدرات ، ومن بينها المحتوى المفرط للأكسجين هو أحد أكبر خصائص الكتلة الحيوية (الجدول 2).
الجدول 2 سجل الكتلة الحيوية (أساس جاف)
انظر من الجدول 2 ، وهو نتاج التركيب الضوئي ، ومركبات الكربون بنسبة الأكسجين في الماء تصل إلى 40 ٪ ، وبالتالي فإن الحالة الطبيعية لكثافة طاقة الكربوهيدرات منخفضة ، والكفاءة الحرارية الصافية (LHV) فقط حوالي 16 ٪. لذلك ، عند تصميم الاستخدام الكفء لموارد الكتلة الحيوية ، يجب إعطاء الأولوية للمسألتين التاليتين:
1- ينبغي تحويل موارد الكتلة الحيوية إلى مواد ذات كثافة طاقة أعلى (تسمى عملية تخصيب الهيدروكربونات أو عملية إزالة الأكسدة) ، يسهل نقلها ونقلها ؛
2. عندما تتحول الكتلة الحيوية من حالتها الطبيعية إلى شكل مادي ذو كثافة طاقة عالية ، يتم تقليل خطوات التحويل وفقدانه.
الطريقة المجدية لاستخدام قيمة عالية من طاقة الكتلة الحيوية
في الوقت الحاضر ، التنمية البشرية والاستفادة من تقنية موارد الكتلة الحيوية لديها ست فئات رئيسية ، على التوالي: الاحتراق المباشر ، الهضم اللاهوائي (الميثان) ، تخمر السكر (إنتاج الإيثانول) ، استخراج النفط والديزل الحيوي ، النفط التحلل (إنتاج) ، تغويز (الغاز التخليقي) في الوقت الحاضر ، هناك ثلاث طرق مجدية لتطوير واستخدام طاقة الكتلة الحيوية ذات القيمة العالية.
1. يتم إنتاج الميثان الحيوي (الغاز الحيوي) من خلال عملية التخمر الحيوي ، والتي هي في الأساس عملية التمثيل الغذائي للمواد وتحويل الطاقة من الكائنات الدقيقة. في عملية التحلل والتمثيل الغذائي ، والميكروبات الغاز الحيوي الحصول على الطاقة والمواد اللازمة لتحقيق نموها الخاص والتكاثر ، ويتم تحويل معظمها إلى غاز الميثان وثاني أكسيد الكربون.
يظهر التحليل العلمي أن حوالي 90٪ من المادة العضوية يتم تحويلها إلى غاز حيوي. يستخدم 10٪ من الميكروبات الغازية للاستهلاك الخاص بها. يتم تحقيق إنتاج الغاز الحيوي من مواد التخمير بالفعل من خلال سلسلة من التفاعلات الكيميائية الحيوية المعقدة.
لكي نفهم من منظور توليد الطاقة ، فكروا في الأمر على هذا النحو: جوهر عملية التخمر الحيوي ، هي الوظيفة الأيضية للمجتمع الميكروبي ، من خلال إعادة ترتيب الجزيئات والذرات ، ومحتوى الأكسجين يصل إلى 40٪ أو نحو ذلك من الكتلة الحيوية (عبر الصيغة هي كما يلي: CH1.4 O0.6) إلى الأكسجين ، الكربون ، الهيدروجين ، عنصران في عملية التخصيب ، المنتج هو كثافة الطاقة أعلى بكثير من المواد الخام الأولية (الكتلة الحيوية) الهيدروكربونية - الميثان.
بما أن 90 بالمائة من المواد العضوية يمكن تحويلها إلى غاز الميثان ، فإن هذه واحدة من العمليات القليلة ذات الكفاءة العالية. القيمة النظرية لكفاءة تحويل الطاقة لتخمير الغاز الحيوي تزيد عن 65 بالمائة ، وهذا أحد أهم الأسباب وراء هذه التقنية. تمت ترقيته مؤخرًا دوليًا.
الكتلة الحيوية تولد الكهرباء
يشير توليد الطاقة من الكتلة الحيوية إلى استخدام مواد خام الكتلة الحيوية لتحل محل الكربون الفحم ، بعد الاحتراق لدفع وحدات التوربينات البخارية لمحطات الطاقة الحرارية لتوليد الطاقة. تعتبر طاقة الكتلة الحيوية أكثر جدوى في المقام الأول لأنها يمكن أن تستخدم البنية التحتية الحالية لمحطات الطاقة الحرارية و الحد من إجمالي الاستثمار بشكل كبير.ويشير توليد الطاقة الحيوية في الصين أساسا إلى الكتلة الحيوية (مثل القش ، وموارد النفايات الحرجية) توليد الطاقة حرق. في البلدان الأجنبية ، وتنقسم المواد الخام لتوليد الطاقة الكتلة الحيوية إلى ثلاثة أجزاء:
1) حرق الكتلة الحيوية مباشرة مثل الحطب.
2) يمكن نقل الزيت الحيوي الذي يتم الحصول عليه من "التحلل الحراري" من الكتلة الحيوية إلى أماكن أخرى أو يمكن حرقه على الفور لدفع التوربين البخاري لتوليد الكهرباء ؛
3) يمكن حرق الغاز التخليقي (الهيدروجين وأول أكسيد الكربون) الناتج عن "تغويز" الكتلة الحيوية لدفع التوربينات لتوليد الكهرباء.
3. انخفاض تكلفة إنتاج الإيثانول السليلوزية
قبل العثور على بديل فعال للمادة الكيميائية في العقود القادمة ، فإن أحد الإيثانول البيولوجي السائل للوقود لا يزال هو الخيار الأول ، أي إيثانول مهملاً كوقود سائل في الوضع الحالي للفكرة هو صبياني ، أو على الأقل أنه غير واقعي. مقسمة إلى الجيل الأول والثاني.
الجيل الأول يستخدم أساسا النشا (الحبوب والبطاطا وغيرها من المواد الغذائية البشرية) كمواد خام. بسبب الأمن الغذائي ، والبلدان تتحول الآن إلى الجيل الثاني من وقود الإيثانول ، وهو مصنوع من السليلوز.في الوقت الحاضر ، أكبر مشكلة من الإيثانول السليلوزية هو أن التكلفة مرتفعة للغاية. التكلفة لكل طن في الصين بين 9000 يوان و 12000 يوان. هناك ثلاثة أسباب للتكلفة العالية (باستثناء تقلبات أسعار المواد الخام وتكلفة النقل للمواد الخام):
1) تكلفة المعالجة عالية من المواد السليلوز.
2) ارتفاع تكلفة cellulase ، تصل إلى 2000-3500 يوان ؛
3) انخفاض محتوى السكر من هيدروليتزات السليلوز وانخفاض محتوى الخمور من السائل الهريس المخمر يؤدي إلى زيادة تكلفة التقطير.
ثالثا. المشاكل التي يتعين حلها في الاستخدام عالي القيمة لطاقة الكتلة الحيوية
1. يجب أن يتحكم في التحكم في كفاءة تحويل الطاقة أي شكل واستخدام الطاقة من شكل إلى آخر ، ويفقد جزء من الطاقة في كل خطوة التحول. وهذا ينطبق بشكل خاص على طاقة الكتلة الحيوية. المصدر الأساسي لطاقة الكتلة الحيوية هو التقاط الطاقة الضوئية من قبل الكائنات الحية. لذلك ، واحدة من المشاكل الأساسية للطاقة الكتلة الحيوية هي كفاءة التحويل.
يمكن أن تتحول الكتلة الحيوية إلى طاقة أو كيميائية.الطرق الأساسية للتحول هما: الكيميائية والبيولوجية.إذا كانت كيميائية أو بيولوجية ، فإن القلب هو المحفز.النقل هو المفتاح لتوفير الطاقة وتحسين الكفاءة.
على سبيل المثال ، في إنتاج الميثان الحيوي ، كلما كان عدد بكتريا الميثان أكثر نشاطًا من حيث الإنزيمات ، كلما قل عدد الإنزيمات التي تستخدمها. في إنتاج الإيثانول السليلوزي ، ينتج تغويز السليلوز غازًا سمينًا (خليط من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون) يعتمد أيضا على محفز كفاءة عالية ومخصصة للتحويل إلى وقود سائل.
2. تعديل هيكل lignocellulosic النبات وتكوين المكون
تتمثل المشكلة الأساسية لهيكل وتكوين الخلايا الليجنوسليلوزية في كيفية تحسين محتوى السليلوز وتقليل محتوى اللجنين. وهذا مفيد بشكل خاص لإنتاج الإيثانول السليلوزي. إن التغيرات في المحتوى النسبي لها تأثير إيجابي على كل من المعالجة المسبقة ومعدلات إنتاج الكحول.
استنتاج
إن استغلال واستغلال طاقة الكتلة الحيوية هو مجال بحث جديد متعدد التخصصات والانصهار. وقد تم تعزيز صناعة الطاقة الحيوية ، باعتبارها صناعة ناشئة استراتيجية في الصين ، بقوة من قبل الدولة ، التي تتميز بالتكنولوجيا المكثفة ، ورأس المال المكثف ، والعمالة المكثفة ، والصناعية. مصانع سلسلة وقوة دافعة قوية.
