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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Impianti di bioenergia. La biomassa come fonte di combustibile costantemente rinnovabile. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Fonti di energia alternative Biomassa è un termine che riunisce tutte le sostanze organiche di origine vegetale e animale. La biomassa è divisa in primaria (piante, animali, microrganismi, ecc.) e secondaria: rifiuti derivanti dalla lavorazione della biomassa primaria e prodotti di scarto di esseri umani e animali. A loro volta, i rifiuti si dividono anche in primari - scarti della lavorazione della biomassa primaria (paglia, cime, segatura, trucioli di legno, borlande di distilleria, ecc.) e secondari - prodotti del metabolismo fisiologico degli animali e dell'uomo. La quantità annua di rifiuti organici nei vari settori dell'economia nazionale russa ammonta a oltre 390 milioni di tonnellate, di cui 250 milioni di tonnellate dalla produzione agricola, di cui 150 milioni di tonnellate provengono dall'allevamento di bestiame e pollame, 100 milioni di tonnellate dalla produzione agricola. Il legname e la lavorazione del legno producono 700 milioni di tonnellate, rifiuti solidi urbani - 60 milioni di tonnellate, acque reflue urbane - 10 milioni di tonnellate (tutti i valori indicati sono forniti per la sostanza secca assoluta). L’energia immagazzinata nella biomassa primaria e secondaria può essere convertita in tipi di combustibile o energia tecnicamente convenienti in diversi modi.
Nell'attuale fase dello sviluppo economico della Russia, in conformità con il Programma scientifico e tecnico statale "Energia pulita per l'ambiente", l'energia rinnovabile si sta sviluppando nelle ultime due direzioni. Conversione termochimica della biomassa È in corso lo sviluppo e la creazione più attivi di apparecchiature per la gassificazione della biomassa solida con l'obiettivo di creare centrali termiche ed elettriche autonome funzionanti con il gas del generatore. Sulla base di tali generatori di gas si possono creare impianti o stazioni autonome, indipendenti dall'approvvigionamento energetico centralizzato, per fornire calore ed elettricità ai consumatori in tutte le regioni del paese che dispongono di materie prime e sono prive di approvvigionamento energetico. Queste regioni includono principalmente le regioni della Siberia, dell'estremo nord, così come la maggior parte delle aree rurali che contengono rifiuti della silvicoltura (segatura, corteccia, trucioli di legno, fruste, ceppi) e della produzione agricola (paglia, gambi di girasole, mais, ecc. ). Conversione biotecnologica della biomassa La conversione biotecnologica utilizza solitamente biomasse e, soprattutto, vari rifiuti organici con un contenuto di umidità pari ad almeno il 75%. La conversione biologica della biomassa in combustibile ed energia si sta sviluppando in due direzioni principali:
Attualmente, la produzione di biogas è principalmente associata al trattamento e allo smaltimento dei rifiuti provenienti da bestiame, pollame, produzione agricola, alimenti, industrie di alcol, acque reflue urbane e sedimenti. Secondo la tecnologia in fase di sviluppo, le cui fasi principali sono state testate in condizioni di produzione, il liquame viene pretrattato con coagulanti-flocculanti per flocculare la maggior parte delle sostanze organiche. Questi ultimi vengono rimossi tramite separatori centrifughi con capacità di 25 e 50 m3/h. La pasta risultante con un contenuto di umidità del 70% viene sottoposta a compostaggio termico per produrre fertilizzanti organici (33-35 t/giorno). La frazione liquida con umidità pari al 99% viene fatta fermentare in digestori di “seconda generazione” a microflora fissa con tempo di ritenzione di 5 giorni. La produzione stimata di biogas è di 2500 m23/giorno con un potere calorifico di 25-3 mila kJ/m360 (in condizioni normali). La massa fermentata (370-3 m20) viene ulteriormente depurata in un sistema di vasche della superficie di 5 ettari. Con questa tecnologia, il volume degli investimenti di capitale diminuirà di 6-6 volte. La superficie degli stagni e il relativo prelievo di terreno saranno ridotti di XNUMX volte. Saranno necessari studi seri durante la creazione di un digestore di “seconda generazione” e la selezione dei portatori di substrato per il fissaggio della microflora. La creazione di una produzione agricola multistruttura in Russia e l'emergere di nuovi proprietari rappresentati da agricoltori e contadini indipendenti hanno richiesto lo sviluppo, la creazione e il controllo della produzione di sistemi di biogas di piccola capacità e facili da usare. In condizioni naturali, la distruzione di qualsiasi tipo di biomassa, incluso il letame animale, avviene nell'humus del suolo attraverso la decomposizione in composti elementari sotto l'influenza di organismi in decomposizione, funghi e batteri. Per questo processo sono preferibili l'umidità, il calore e l'assenza di luce. Nella fase finale del processo, la decomposizione completa avviene sotto l'azione di una varietà di batteri classificati come aerobici o anaerobici. I batteri aerobici si sviluppano prevalentemente in presenza di ossigeno; con la loro partecipazione, il carbonio della biomassa viene ossidato a CO2. In spazi ristretti con insufficiente apporto di ossigeno dall'ambiente esterno si sviluppano batteri anaerobici, che esistono anche a causa della decomposizione dei carboidrati. In definitiva, a causa della loro attività, il carbonio viene suddiviso tra CO completamente ossidata2 e completamente restaurato CH4. I nutrienti come i composti solubili dell'azoto vengono trattenuti come fertilizzanti dell'humus del suolo. Anche le reazioni di decomposizione della biomassa effettuate dai microrganismi si riferiscono a processi di fermentazione, tuttavia, per i processi che avvengono in condizioni anaerobiche, spesso si preferisce il termine “fermentazione” (“fermentazione”). Biogas - miscela CH4 e CO2, formato in appositi dispositivi - generatori di biogas (Fig. 5.1), progettati e controllati in modo tale da garantire il massimo rilascio di metano (in letteratura si trova anche il nome di “serbatoio di metano” per questi dispositivi). L'energia ottenuta dalla combustione del biogas può raggiungere dal 60 al 90% dell'energia originaria posseduta dal materiale secco di origine. Tuttavia il gas è ottenuto da una massa liquida contenente il 95% di acqua, per cui in pratica la resa è piuttosto difficile da determinare. Un altro vantaggio apparentemente molto importante del processo è che i suoi rifiuti contengono un numero significativamente inferiore di organismi patogeni rispetto al materiale originale. Notiamo però che non tutti i parassiti e i microrganismi patogeni muoiono durante il processo di digestione anaerobica. La produzione di biogas diventa economicamente fattibile e preferibile quando il generatore di biogas appropriato funziona sul trattamento di un flusso di rifiuti esistente. Esempi di tali flussi includono le acque reflue provenienti da sistemi fognari, allevamenti di suini, macelli, ecc. Il rapporto costo-efficacia in questo caso è dovuto al fatto che non è necessaria la raccolta preliminare dei rifiuti o l'organizzazione e la gestione del processo di fornitura. Si sa quanti rifiuti arriveranno e quando, non resta che trasformarli in biogas e fertilizzanti.
La produzione di biogas è possibile in impianti di varie dimensioni. È particolarmente efficace nei complessi agroindustriali, dove è consigliabile realizzare l'attuazione di un ciclo ecologico completo. In tali complessi il letame viene sottoposto a digestione anaerobica seguita da trattamento aerobico in vasche aperte. Il biogas viene utilizzato per l'illuminazione, l'alimentazione di macchinari, i trasporti, i generatori elettrici e il riscaldamento. Nelle piscine è possibile coltivare alghe per nutrire il bestiame. Dopo la fermentazione aerobica, i rifiuti completamente lavorati possono essere immessi nelle gabbie dei pesci e negli stagni degli uccelli acquatici prima di essere utilizzati come fertilizzante. Il successo dell'attuazione di tali schemi dipende direttamente dalla qualità dell'elaborazione sistemica dell'intero progetto, dal grado di standardizzazione dei progetti e dalla regolarità della manutenzione. Autore: Magomedov A.M.
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