Что такое биомассы: Биомасса | это… Что такое Биомасса?

Биомасса | это… Что такое Биомасса?

Биома́сса (биоматерия) — совокупная масса растительных и животных организмов, присутствующих в биогеоценозе в момент наблюдения.

Среди наземных животных организмов наибольшую по массе часть составляют насекомые, членистоногие и подобные им, обеспечивающие существование растительных организмов. (Более 80-ти процентов сухопутной биомассы).

Человечество, как часть млекопитающих, представляет собой менее 1-го кубического километра, что составляет одну пренебрежимо малую, несоизмеримую со всей биомассой, часть всей биомассы Земли.

Состав

Биомасса по существу состоит из макромолекулярных органических полимеров — лигнин, целлюлоза и гемицеллюлоза.

Применение биомассы в энергетике

Биомасса — шестой по запасам из доступных на настоящий момент источников энергии после горючих сланцев, урана, угля, нефти и природного газа. Приближённо полная биологическая масса земли оценивается в 2,4·10¹² тонн[1].

Биомасса — пятый по производительности возобновимый источник энергии после прямой солнечной, ветровой, гидро и геотермальной энергии. Ежегодно на земле образуется около 170 млрд т. первичной биологической массы и приблизительно тот же объём разрушается.

Биомасса — крупнейший по использованию в мировом хозяйстве возобновляемый ресурс (более 500 млн т.у.т./год)

Биомасса применяется для производства тепла, электроэнергии, биотоплива, биогаза (метана, водорода).

Основная часть топливной биомассы (до 80%), это прежде всего древесина, употребляется для обогрева жилищ и приготовления пищи в развивающихся странах.

Примеры

В 2002 году в электроэнергетике США было установлено 9733 МВт генерирующих мощностей, работающих на биомассе. Из них 5886 МВт работали на отходах лесного и сельского хозяйства, 3308 МВт работали на твёрдых муниципальных отходах, 539 МВт на других источниках.

В 2003 году 4 % всей энергии в США производилось из биомассы.

В 2004 году во всём мире производили электричество из биомассы электростанции общей мощностью 35 000 МВт.

В настоящее время европейские страны проводят эксперименты по выращиванию энергетических лесов для производства биомассы. На больших плантациях выращиваются быстрорастущие деревья: тополь, акация, эвкалипт и другие. Испытано около 20 видов растений. Плантации могут быть комбинированными, когда между рядами деревьев выращиваются другие сельскохозяйственные культуры, например, тополь сочетается с ячменём. Период ротации энергетического леса — 6—7 лет.

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.

Распространено применение топливных пеллет — твёрдого топлива из отходов деревообрабатывающих и сельскохозяйственных производств.

Жидкое биотопливо

Из масличных культур при помощи этерификации выделенного растительного масла производится различное дизельное топливо (Биодизель). Проводятся исследования по выращиванию высокопродуктивных плантаций масляных водорослей.

Путём ферментации сахаро и крахмалсодержащих продуктов (злаки, картофель, сахарная свёкла), и с предварительным гидролизом в случае использования целлюлозосодежащего растительного сырья (древесина, солома, растительные отходы) получают этанол (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.

Газификация биомассы

Из 1 килограмма биомассы можно получить около 2,5 нм³ 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.

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.

Лэндфилл-газ — одна из разновидностей биогаза. Получается на свалках из муниципальных бытовых отходов. В США в 2002 году находилось в эксплуатации 350 заводов по производству лэндфилл-газа, в Европе — 750, всего в мире — 1152, общее количество производимой энергии — 3929 МВт, объём обрабатываемых отходов — 4548 млн. тонн!

Ресурсы

Россия ежегодно накапливает до 300 млн. т. в сухом эквиваленте органических отходов: 250 млн т в сельскохозяйственном производстве, 50 млн. т. в виде бытового мусора.

США на свободных землях могут ежегодно выращивать 1,3 миллиарда тонн биомассы (Switchgrass — разновидности проса). Из этой биомассы можно получать биотоплива в объёме, эквивалентом 4,5 млн. баррелей нефти в день.

Ссылки

• Департамент Энергетики США
• Новости
• Биотехнологии в сельском хозяйстве

Биомасса | это… Что такое Биомасса?

Биома́сса (биоматерия) — совокупная масса растительных и животных организмов, присутствующих в биогеоценозе в момент наблюдения.

Среди наземных животных организмов наибольшую по массе часть составляют насекомые, членистоногие и подобные им, обеспечивающие существование растительных организмов. (Более 80-ти процентов сухопутной биомассы).

Человечество, как часть млекопитающих, представляет собой менее 1-го кубического километра, что составляет одну пренебрежимо малую, несоизмеримую со всей биомассой, часть всей биомассы Земли.

Состав

Биомасса по существу состоит из макромолекулярных органических полимеров — лигнин, целлюлоза и гемицеллюлоза.

Применение биомассы в энергетике

Биомасса — шестой по запасам из доступных на настоящий момент источников энергии после горючих сланцев, урана, угля, нефти и природного газа. Приближённо полная биологическая масса земли оценивается в 2,4·10¹² тонн[1].

Биомасса — пятый по производительности возобновимый источник энергии после прямой солнечной, ветровой, гидро и геотермальной энергии. Ежегодно на земле образуется около 170 млрд т. первичной биологической массы и приблизительно тот же объём разрушается.

Биомасса — крупнейший по использованию в мировом хозяйстве возобновляемый ресурс (более 500 млн т.у.т./год)

Биомасса применяется для производства тепла, электроэнергии, биотоплива, биогаза (метана, водорода).

Основная часть топливной биомассы (до 80%), это прежде всего древесина, употребляется для обогрева жилищ и приготовления пищи в развивающихся странах.

Примеры

В 2002 году в электроэнергетике США было установлено 9733 МВт генерирующих мощностей, работающих на биомассе. Из них 5886 МВт работали на отходах лесного и сельского хозяйства, 3308 МВт работали на твёрдых муниципальных отходах, 539 МВт на других источниках.

В 2003 году 4 % всей энергии в США производилось из биомассы.

В 2004 году во всём мире производили электричество из биомассы электростанции общей мощностью 35 000 МВт.

В настоящее время европейские страны проводят эксперименты по выращиванию энергетических лесов для производства биомассы. На больших плантациях выращиваются быстрорастущие деревья: тополь, акация, эвкалипт и другие. Испытано около 20 видов растений. Плантации могут быть комбинированными, когда между рядами деревьев выращиваются другие сельскохозяйственные культуры, например, тополь сочетается с ячменём. Период ротации энергетического леса — 6—7 лет.

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.

Распространено применение топливных пеллет — твёрдого топлива из отходов деревообрабатывающих и сельскохозяйственных производств.

Жидкое биотопливо

Из масличных культур при помощи этерификации выделенного растительного масла производится различное дизельное топливо (Биодизель). Проводятся исследования по выращиванию высокопродуктивных плантаций масляных водорослей.

Путём ферментации сахаро и крахмалсодержащих продуктов (злаки, картофель, сахарная свёкла), и с предварительным гидролизом в случае использования целлюлозосодежащего растительного сырья (древесина, солома, растительные отходы) получают этанол (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.

Газификация биомассы

Из 1 килограмма биомассы можно получить около 2,5 нм³ 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.

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.

Лэндфилл-газ — одна из разновидностей биогаза. Получается на свалках из муниципальных бытовых отходов. В США в 2002 году находилось в эксплуатации 350 заводов по производству лэндфилл-газа, в Европе — 750, всего в мире — 1152, общее количество производимой энергии — 3929 МВт, объём обрабатываемых отходов — 4548 млн. тонн!

Ресурсы

Россия ежегодно накапливает до 300 млн. т. в сухом эквиваленте органических отходов: 250 млн т в сельскохозяйственном производстве, 50 млн. т. в виде бытового мусора.

США на свободных землях могут ежегодно выращивать 1,3 миллиарда тонн биомассы (Switchgrass — разновидности проса). Из этой биомассы можно получать биотоплива в объёме, эквивалентом 4,5 млн. баррелей нефти в день.

Ссылки

• Департамент Энергетики США
• Новости
• Биотехнологии в сельском хозяйстве

Объяснение биотоплива — Управление энергетической информации США (EIA)

• Основы
• Данные и статистика
• +Меню

Термин биотопливо обычно применяется к жидкому топливу и смесям компонентов, произведенных из материалов биомассы, называемых исходным сырьем . Большинство видов биотоплива используются в качестве топлива для транспорта, но их также можно использовать для отопления и производства электроэнергии. Газообразное топливо, произведенное из биомассы, которое используется непосредственно в виде газа или преобразуется в жидкое топливо, может претендовать на использование в государственных программах, которые продвигают или требуют использования биотоплива.

Терминология для различных видов биотоплива, используемая в государственном законодательстве и программах стимулирования, а также в отраслевом брендинге и маркетинге, различается. Например, перед названием биотоплива перед типом или использованием топлива может стоять bio (например, biodiesel или biojet ) или слова advanced , альтернатива , clean , green , низкоуглеродный , возобновляемый или устойчивого (например, устойчивого авиационного топлива ). Определения этих видов биотоплива также могут различаться в зависимости от языка государственного законодательства и программ, которые требуют или поощряют их использование, а также в отраслевых и других организациях.

Производство и потребление биотоплива в Соединенных Штатах с начала 1980-х годов ежегодно увеличивается. Увеличение в основном связано с различными государственными политиками и программами, направленными на сокращение использования транспортного топлива, изготовленного из ископаемого топлива, путем продвижения и / или требования использования биотоплива. Объемный акцизный налоговый кредит на этанол для смешивания этанола с автомобильным бензином с 2005 по 2011 год способствовал значительному увеличению потребления этанола в период действия льготы. Налоговый кредит в размере 1,00 доллара США за галлон, который в настоящее время действует для биодизеля и смесителей возобновляемого дизельного топлива, помогает увеличить использование этих видов топлива. Основными крупными государственными программами, способствующими увеличению производства и потребления биотоплива в США за последние 15 лет, являются федеральная программа стандарта возобновляемого топлива (RFS) и калифорнийский стандарт низкоуглеродного топлива (LCFS). Орегон и Вашингтон также разработали программы экологически чистого топлива.

В 2021 году в США было произведено около 17,5 миллиардов галлонов биотоплива и около 16,8 миллиардов галлонов было потреблено. Соединенные Штаты были нетто-экспортером около 0,8 млрд галлонов биотоплива в 2021 году, при этом на топливный этанол приходилось наибольшая доля валового и чистого экспорта биотоплива.

Большая часть биотоплива потребляется в виде смеси с продуктами нефтепереработки, такими как бензин, дизельное топливо, печное топливо и керосиновое топливо для реактивных двигателей. Однако некоторые виды биотоплива не требуют смешивания с нефтяными аналогами и называются 9.0011 биотопливо .

Управление энергетической информации США (EIA) публикует данные о четырех основных категориях биотоплива, подходящих для использования в федеральной программе RFS: приходится наибольшая доля производства биотоплива в США (85%) и потребления (82%) в 2021 году.

Биодизель — биотопливо, которое обычно смешивают с нефтяным дизельным топливом для потребления и на которое приходится вторая по величине доля производства биотоплива в США (11%) и потребления (12%) в 2021 году9. 0004

Газообразное топливо, которое может быть сжато для использования в качестве газообразного биотоплива или сжижено для использования в качестве жидкого биотоплива, включает биогаз (возобновляемый природный газ) и водород, получаемые с использованием возобновляемых ресурсов.

В приведенных ниже таблице и графиках представлены годовые данные по четырем видам биотоплива, по которым EIA публикует данные.

Поставки и реализация биотоплива в США в 2021 г. (млрд галлонов)

	Производство	Импорт	Экспорт	Расход
Топливный этанол	15.01	0,06	1,25	13,94
Биодизель	1,64	0,20	0,18	1,65
Возобновляемое дизельное топливо	0,81	0,39	Н/Д	1,16
Другое биотопливо	0,08	нет данных	нет данных	меньше 1
Итого	17,55	0,66	1,43	16,83
Источник: Управление энергетической информации США, Monthly Energy Review , июнь 2022 г. , предварительные данные. Примечание. За исключением запасов; НС недоступен.

Нажмите, чтобы увеличить

Нажмите, чтобы увеличить

Нажмите, чтобы увеличить

¹ Управление энергетической информации США, Monthly Energy Review , Возобновляемая энергия.

Последнее обновление: 19 июля 2022 г.

• Узнать больше

• Ежемесячные и годовые данные о топливном этаноле, биодизеле, возобновляемом дизельном топливе и другом биотопливе
• Изделия по биотопливу
• Биотопливо видео

• Часто задаваемые вопросы

• Сколько этанола производится, импортируется, экспортируется и потребляется в США?
• Сколько биодизеля производится, импортируется, экспортируется и потребляется в Соединенных Штатах?
• Сколько альтернативных видов топлива и гибридных автомобилей в Соединенных Штатах?

энергия биомассы | Национальное географическое общество

Люди использовали энергию биомассы — энергию живых существ — с тех пор, как самые ранние «пещерные люди» впервые развели дрова для приготовления пищи или согревания.

Биомасса является органической, т. е. состоит из материала, полученного из живых организмов, таких как растения и животные. Наиболее распространенными материалами биомассы, используемыми для производства энергии, являются растения, древесина и отходы. Они называются исходным сырьем биомассы. Энергия биомассы также может быть невозобновляемым источником энергии.

Биомасса содержит энергию, впервые полученную от солнца: растения поглощают солнечную энергию посредством фотосинтеза и превращают углекислый газ и воду в питательные вещества (углеводы).

Энергия этих организмов может быть преобразована в полезную энергию прямыми и косвенными средствами. Биомасса может сжигаться для получения тепла (прямое), преобразовываться в электричество (прямое) или перерабатываться в биотопливо (косвенное).

Термическое преобразование

Биомасса может быть сожжена путем термического преобразования и использована для получения энергии. Термическая конверсия включает в себя нагрев сырья биомассы для его сжигания, обезвоживания или стабилизации. Наиболее известным сырьем биомассы для термической конверсии является сырье, такое как твердые бытовые отходы (ТБО) и отходы бумажных или лесопильных заводов.

Различные виды энергии создаются посредством прямого сжигания, совместного сжигания, пиролиза, газификации и анаэробного разложения.

Однако перед сжиганием биомассы ее необходимо высушить. Этот химический процесс называется торрефикацией. Во время торрефикации биомасса нагревается примерно до 200–320 ° по Цельсию (от 390 до 610 ° по Фаренгейту). Биомасса настолько полностью высыхает, что теряет способность впитывать влагу, либо загнивает. Он теряет около 20% своей первоначальной массы, но сохраняет 90% своей энергии. Потерянная энергия и масса могут быть использованы для подпитки процесса торрефикации.

Во время торрефикации биомасса становится сухим почерневшим материалом. Затем его прессуют в брикеты. Брикеты из биомассы очень гидрофобны, то есть отталкивают воду. Это дает возможность хранить их во влажных помещениях. Брикеты имеют высокую плотность энергии и легко воспламеняются при прямом или совместном сжигании.

Прямое и совместное сжигание
Большинство брикетов сжигаются напрямую. Пар, образующийся в процессе сжигания, приводит в действие турбину, которая вращает генератор и вырабатывает электричество. Это электричество может быть использовано для производства или для обогрева зданий.

Биомасса также может сжигаться вместе с ископаемым топливом. Биомасса чаще всего сжигается на угольных электростанциях. Совместное сжигание устраняет необходимость в новых заводах по переработке биомассы. Совместное сжигание также снижает спрос на уголь. Это уменьшает количество углекислого газа и других парниковых газов, выделяемых при сжигании ископаемого топлива.

Пиролиз
Пиролиз — родственный метод нагревания биомассы. Во время пиролиза биомасса нагревается до 200-300°С (390-570°F) без присутствия кислорода. Это предохраняет его от возгорания и вызывает химическое изменение биомассы.

В результате пиролиза образуется темная жидкость, называемая пиролизным маслом, синтетический газ, называемый синтетическим газом, и твердый остаток, называемый биоуглем. Все эти компоненты могут быть использованы для получения энергии.

Пиролизное масло, иногда называемое биомаслом или бионефтью, является разновидностью смолы. Его можно сжигать для выработки электроэнергии, а также использовать в качестве компонента других видов топлива и пластмасс. Ученые и инженеры изучают пиролизное масло как возможную альтернативу нефти.

Синтез-газ может быть преобразован в топливо (например, синтетический природный газ). Его также можно преобразовать в метан и использовать вместо природного газа.

Биоуголь — это разновидность древесного угля. Биоуголь — это богатое углеродом твердое вещество, которое особенно полезно в сельском хозяйстве. Биоуголь обогащает почву и предотвращает попадание пестицидов и других питательных веществ в стоки. Biochar также является отличным поглотителем углерода. Поглотители углерода — это резервуары для углеродосодержащих химических веществ, включая парниковые газы.

Газификация
Биомасса также может быть напрямую преобразована в энергию путем газификации. В процессе газификации исходная биомасса (обычно ТБО) нагревается до температуры более 700°C (1300°F) с контролируемым количеством кислорода. Молекулы разрушаются и производят синтетический газ и шлак.

Синтез-газ представляет собой смесь водорода и монооксида углерода. В процессе газификации синтетический газ очищается от серы, твердых частиц, ртути и других загрязняющих веществ. Чистый синтетический газ можно сжигать для получения тепла или электричества или перерабатывать в транспортное биотопливо, химикаты и удобрения.

Шлак представляет собой стекловидную расплавленную жидкость. Его можно использовать для изготовления черепицы, цемента или асфальта.

Промышленные газификационные установки строятся во всем мире. Азия и Австралия строят и эксплуатируют больше всего заводов, хотя в настоящее время в Стоктон-он-Тис, Англия, строится один из крупнейших заводов по газификации в мире. Этот завод в конечном итоге сможет преобразовывать более 350 000 тонн ТБО в энергию, достаточную для питания 50 000 домов.

Анаэробное разложение
Анаэробное разложение – это процесс, при котором микроорганизмы, обычно бактерии, разлагают материал в отсутствие кислорода. Анаэробное разложение является важным процессом на свалках, где биомасса измельчается и сжимается, создавая анаэробную (или бедную кислородом) среду.

В анаэробной среде биомасса разлагается с образованием метана, который является ценным источником энергии. Этот метан может заменить ископаемое топливо.

Помимо полигонов, анаэробное разложение может применяться также на ранчо и животноводческих фермах. Навоз и другие отходы животноводства могут быть переработаны для устойчивого удовлетворения энергетических потребностей фермы.

Биотопливо

Биомасса — единственный возобновляемый источник энергии, который можно преобразовать в жидкое биотопливо, такое как этанол и биодизель. Биотопливо используется для питания транспортных средств и производится путем газификации в таких странах, как Швеция, Австрия и США.

Этанол производится путем ферментации биомассы с высоким содержанием углеводов, такой как сахарный тростник, пшеница или кукуруза. Биодизель производится путем объединения этанола с животным жиром, переработанным кулинарным жиром или растительным маслом.

Биотопливо работает не так эффективно, как бензин. Тем не менее, их можно смешивать с бензином для обеспечения эффективного питания транспортных средств и механизмов и при этом не выделяются выбросы, связанные с ископаемым топливом.

Для производства этанола требуются акры сельскохозяйственных угодий для выращивания биокультур (обычно кукурузы). Около 1515 литров (400 галлонов) этанола производится с акра кукурузы. Но эта площадь затем недоступна для выращивания сельскохозяйственных культур для еды или других целей. Выращивание достаточного количества кукурузы для получения этанола также создает нагрузку на окружающую среду из-за отсутствия разнообразия в посевах и большого использования пестицидов.

Этанол стал популярным заменителем дров в жилых каминах. При горении выделяет тепло в виде пламени, а водяной пар вместо дыма.

Биоуголь

Биоуголь, получаемый в процессе пиролиза, ценен в сельском хозяйстве и природопользовании.

При гниении или горении биомассы (естественным путем или в результате деятельности человека) в атмосферу выделяется большое количество метана и двуокиси углерода. Однако, когда биомасса обугливается, она изолирует или сохраняет свой углерод. Когда биоуголь добавляется обратно в почву, он может продолжать поглощать углерод и образовывать большие подземные хранилища секвестрированного углерода — поглотители углерода, — что может привести к отрицательным выбросам углерода и оздоровлению почвы.

Биоуголь также помогает обогатить почву. Он пористый. При добавлении обратно в почву биоуголь поглощает и удерживает воду и питательные вещества.

Biochar используется в бразильских тропических лесах Амазонки в процессе, называемом slash-and-char. Подсечно-огневое земледелие заменяет подсечно-огневое земледелие, что временно повышает содержание питательных веществ в почве, но приводит к потере 97% содержащегося в ней углерода. При подсечно-огневой обработке обгоревшие растения (биоуголь) возвращаются в почву, и почва сохраняет 50% углерода. Это улучшает почву и приводит к значительно более высокому росту растений.

Черный щелок

При переработке древесины в бумагу образуется высокоэнергетическое токсичное вещество, называемое черным щелоком. До 1930-х годов черный щелок с бумажных фабрик считался отходом и сбрасывался в близлежащие источники воды.

Тем не менее, черный щелок сохраняет более 50% энергии биомассы древесины. С изобретением котла-утилизатора в 1930-х годах черный щелок можно было перерабатывать и использовать для питания мельницы. В США бумажные фабрики используют почти весь свой черный щелок для работы своих фабрик, и в результате лесная промышленность является одной из самых энергоэффективных в стране.

Совсем недавно Швеция провела эксперимент по газификации черного щелока для производства синтез-газа, который затем можно использовать для производства электроэнергии.

Водородные топливные элементы

Биомасса богата водородом, который можно извлекать химическим путем и использовать для выработки электроэнергии и заправки транспортных средств. Стационарные топливные элементы используются для выработки электроэнергии в удаленных местах, таких как космические корабли и дикая природа. Национальный парк Йосемити в американском штате Калифорния, например, использует водородные топливные элементы для обеспечения электричеством и горячей водой своего административного здания.

Водородные топливные элементы могут иметь еще больший потенциал в качестве альтернативного источника энергии для транспортных средств. По оценкам Министерства энергетики США, биомасса может производить 40 миллионов тонн водорода в год. Этого хватит, чтобы заправить 150 миллионов автомобилей.

В настоящее время водородные топливные элементы используются для питания автобусов, вилочных погрузчиков, лодок и подводных лодок, а также проходят испытания на самолетах и ​​других транспортных средствах.

Однако ведутся споры о том, станет ли эта технология устойчивой или экономически возможной. Энергия, необходимая для выделения, сжатия, упаковки и транспортировки водорода, не оставляет большого количества энергии для практического использования.

Биомасса и окружающая среда

Биомасса является неотъемлемой частью углеродного цикла Земли. Круговорот углерода — это процесс обмена углеродом между всеми слоями Земли: атмосферой, гидросферой, биосферой и литосферой.

Круговорот углерода принимает различные формы. Углерод помогает регулировать количество солнечного света, попадающего в атмосферу Земли. Обмен осуществляется посредством фотосинтеза, разложения, дыхания и деятельности человека. Например, углерод, который поглощается почвой при разложении организма, может быть переработан, поскольку растение выделяет питательные вещества на основе углерода в биосферу посредством фотосинтеза. При правильных условиях разлагающийся организм может превратиться в торф, уголь или нефть, прежде чем он будет извлечен в результате естественной или человеческой деятельности.

Между периодами обмена углерод секвестрируется или накапливается. Углерод в ископаемом топливе был изолирован в течение миллионов лет. Когда ископаемое топливо добывается и сжигается для получения энергии, поглощенный им углерод выбрасывается в атмосферу. Ископаемое топливо не повторно поглощает углерод.

В отличие от ископаемого топлива, биомасса поступает из недавно живых организмов. Углерод в биомассе может продолжать обмениваться в углеродном цикле.

Однако для того, чтобы Земля могла эффективно продолжать процесс углеродного цикла, материалы биомассы, такие как растения и леса, должны обрабатываться устойчивым образом. Деревьям и растениям, таким как просо просо, требуются десятилетия, чтобы повторно поглотить и улавливать углерод. Выкорчевывание или нарушение почвы может быть чрезвычайно разрушительным для процесса. Постоянное и разнообразное снабжение деревьями, сельскохозяйственными культурами и другими растениями жизненно важно для поддержания здоровой окружающей среды.

Топливо из водорослей

Водоросли — это уникальный организм, обладающий огромным потенциалом в качестве источника энергии из биомассы. Водоросли, наиболее известная форма которых — морские водоросли, производят энергию посредством фотосинтеза гораздо быстрее, чем любое другое сырье для биотоплива — до 30 раз быстрее, чем продовольственные культуры!

Водоросли можно выращивать в океанской воде, поэтому ресурсы пресной воды не истощаются. Он также не требует почвы и, следовательно, не сокращает пахотные земли, на которых потенциально можно выращивать продовольственные культуры. Хотя водоросли выделяют углекислый газ при сжигании, их можно выращивать и восполнять как живой организм. По мере пополнения он выделяет кислород и поглощает загрязняющие вещества и выбросы углерода.

Водоросли занимают гораздо меньше места, чем другие биотопливные культуры. По оценкам Министерства энергетики США, потребуется всего около 38 850 квадратных километров (15 000 квадратных миль, площадь меньше половины площади американского штата Мэн), чтобы вырастить достаточное количество водорослей, чтобы заменить все потребности США в энергии, работающей на нефтяном топливе. .

Водоросли содержат масла, которые можно превратить в биотопливо. Например, в корпорации Aquaflow Bionomic Corporation в Новой Зеландии водоросли обрабатываются с помощью тепла и давления. Это создает «зеленую нефть», которая имеет свойства, аналогичные сырой нефти, и может использоваться в качестве биотоплива.

Рост водорослей, фотосинтез и производство энергии увеличиваются, когда через них пропускают углекислый газ. Водоросли — отличный фильтр, поглощающий выбросы углекислого газа. Шотландская фирма Bioenergy Ventures разработала систему, в которой выбросы углерода от завода по производству виски направляются в бассейн с водорослями. Водоросли процветают с дополнительным углекислым газом. Когда водоросли погибают (примерно через неделю), их собирают, а их липиды (масла) превращают в биотопливо или корм для рыб.

Водоросли обладают огромным потенциалом в качестве альтернативного источника энергии. Однако переработка его в пригодные для использования формы стоит дорого. Хотя, по оценкам, он дает в 10–100 раз больше топлива, чем другие биотопливные культуры, в 2010 году он стоил 5000 долларов за тонну. Стоимость, вероятно, снизится, но в настоящее время она недоступна для большинства развивающихся стран.

Люди и биомасса

Преимущества
Биомасса является чистым возобновляемым источником энергии. Его первоначальная энергия исходит от солнца, и биомасса растений или водорослей может восстановиться за относительно короткий промежуток времени. Деревья, сельскохозяйственные культуры и твердые бытовые отходы постоянно доступны, и с ними можно обращаться устойчивым образом.

Если деревья и сельскохозяйственные культуры выращиваются устойчивым образом, они могут компенсировать выбросы углерода, когда поглощают углекислый газ через дыхание. В некоторых биоэнергетических процессах количество повторно поглощаемого углерода даже превышает выбросы углерода, которые выделяются при переработке или использовании топлива.

Многие виды биомассы, такие как просо просо, можно собирать на малоплодородных землях или пастбищах, где они не конкурируют с продовольственными культурами.

В отличие от других возобновляемых источников энергии, таких как ветер или солнце, энергия биомассы накапливается в организме и может быть собрана, когда это необходимо.

Недостатки
Если запасы биомассы не пополняются так же быстро, как они используются, они могут стать невозобновляемыми. Лесу, например, могут потребоваться сотни лет, чтобы восстановиться. Это все еще намного, намного более короткий период времени, чем ископаемое топливо, такое как торф. Всего метр (3 фута) торфа может занять 900 лет, чтобы восполниться.

Для производства большей части биомассы требуются пахотные земли. Это означает, что земли, используемые для выращивания биотоплива, таких как кукуруза и соевые бобы, недоступны для выращивания продуктов питания или обеспечения естественной среды обитания.

Лесные массивы, которые созревали в течение десятилетий (так называемые «старовозрастные леса»), способны поглощать больше углерода, чем новые лесонасаждения. Следовательно, если лесные массивы не вырубаются, не пересаживаются и не дают времени для роста и связывания углерода, преимущества использования древесины в качестве топлива не компенсируются отрастанием деревьев.

Большинству заводов по производству биомассы для экономической эффективности требуется ископаемое топливо. Например, огромный завод, строящийся недалеко от Порт-Талбота в Уэльсе, потребует импорта ископаемого топлива из Северной Америки, что частично компенсирует устойчивость предприятия.

Биомасса имеет более низкую «энергетическую плотность», чем ископаемое топливо. До 50% биомассы составляет вода, которая теряется в процессе преобразования энергии. По оценкам ученых и инженеров, экономически неэффективно транспортировать биомассу на расстояние более 160 километров (100 миль) от места ее переработки. Однако преобразование биомассы в пеллеты (в отличие от древесной щепы или более крупных брикетов) может увеличить плотность энергии топлива и сделать его более выгодным для транспортировки.

При сжигании биомассы выделяется монооксид углерода, диоксид углерода, оксиды азота и другие загрязняющие вещества и твердые частицы. Если эти загрязняющие вещества не улавливаются и не перерабатываются, сжигание биомассы может привести к образованию смога и даже превысить количество загрязняющих веществ, выделяемых при сжигании ископаемого топлива.

Краткие факты

Баланс биомассы
Союз заинтересованных ученых помог разработать сбалансированное определение возобновляемой биомассы, которое представляет собой практичные и эффективные положения об устойчивом развитии, которые могут дать некоторую уверенность в том, что заготовка древесной биомассы будет устойчивой.

Краткий факт

Игра в птицу
3 миллиона цыплят на огромной птицефабрике Beijing Deqingyuan, недалеко от Пекина, Китай, ежедневно производят 220 тонн навоза и 170 тонн сточных вод.