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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Instalaciones de bioenergía. La biomasa como fuente de combustible constantemente renovable. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía Biomasa es un término que combina todas las sustancias orgánicas de origen vegetal y animal. La biomasa se divide en primaria (plantas, animales, microorganismos, etc.) y secundaria: residuos del procesamiento de biomasa primaria y productos de desecho de humanos y animales. A su vez, los residuos también se dividen en primarios: residuos del procesamiento de biomasa primaria (paja, copas, aserrín, astillas de madera, vinaza, etc.) y secundarios: productos del metabolismo fisiológico de animales y humanos. La cantidad anual de desechos orgánicos en diversos sectores de la economía nacional rusa supera los 390 millones de toneladas. La producción agrícola produce 250 millones de toneladas, de las cuales 150 millones de toneladas provienen de la ganadería y la avicultura y 100 millones de toneladas de la producción agrícola. La madera y el procesamiento de madera producen 700 millones de toneladas, residuos sólidos urbanos - 60 millones de toneladas, aguas residuales municipales - 10 millones de toneladas (todos los valores indicados se dan para materia absolutamente seca). La energía almacenada en la biomasa primaria y secundaria se puede convertir en tipos de combustible o energía técnicamente convenientes de varias maneras.
En la etapa actual del desarrollo económico de Rusia, de acuerdo con el Programa Estatal Científico y Técnico "Energía Ambientalmente Limpia", las energías renovables se están desarrollando en las dos últimas direcciones. Conversión termoquímica de la biomasa Se está llevando a cabo el desarrollo y la creación más activos de equipos para gasificación de biomasa sólida con el objetivo de crear plantas autónomas de calor y energía que funcionen con gas generador. Sobre la base de estos generadores de gas, se pueden crear instalaciones o estaciones autónomas, independientes del suministro de energía centralizado, para suministrar calor y electricidad a los consumidores en cualquier región del país que tenga materias primas y esté privada de suministro de energía. Estas regiones incluyen principalmente las regiones de Siberia, el Extremo Norte, así como la mayoría de las áreas rurales que tienen desechos de la silvicultura (aserrín, corteza, astillas de madera, látigos, tocones) y de la producción agrícola (paja, tallos de girasol, maíz, etc.). ). Conversión biotecnológica de biomasa La conversión biotecnológica suele utilizar biomasa y, sobre todo, diversos residuos orgánicos con un contenido de humedad de al menos el 75%. La conversión biológica de biomasa en combustible y energía se desarrolla en dos direcciones principales:
Actualmente, la producción de biogás se asocia principalmente con el procesamiento y eliminación de desechos de la ganadería, las aves de corral, la producción agrícola, la industria alimentaria, la industria del alcohol, las aguas residuales municipales y los sedimentos. Según la tecnología desarrollada, cuyas etapas principales han sido probadas en condiciones de producción, el estiércol líquido se trata previamente con coagulantes-floculantes para flocular la mayor parte de las sustancias orgánicas. Estos últimos se eliminan mediante separadores centrífugos de capacidad de 25 y 50 m3/h. La pasta resultante con un contenido de humedad del 70% se somete a compostaje térmico para producir fertilizantes orgánicos (33-35 t/día). La fracción líquida con una humedad del 99% se fermenta en digestores de “segunda generación” con microflora fija con un tiempo de retención de 5 días. La producción estimada de biogás es de 2500 m23/día con un poder calorífico de 25-3 mil kJ/m360 (en condiciones normales). La masa fermentada (370-3 m20) se depura posteriormente en un sistema de estanques con una superficie de 5 hectáreas. Con esta tecnología, el volumen de inversiones de capital se reducirá entre 6 y 6 veces. Se reducirá en XNUMX veces la superficie de los estanques y la retirada de terrenos para los mismos. Se requerirán estudios serios al crear un digestor de "segunda generación" y seleccionar sustratos portadores para fijar la microflora. La creación de una producción agrícola multiestructurada en Rusia y la aparición de nuevos propietarios representados por agricultores y campesinos independientes requirieron el desarrollo, la creación y el dominio de sistemas de producción de biogás de pequeña capacidad y fáciles de operar. En condiciones naturales, la destrucción de cualquier tipo de biomasa, incluido el estiércol animal, se produce en el humus del suelo mediante la descomposición en compuestos elementales bajo la influencia de organismos en descomposición, hongos y bacterias. Para este proceso se prefiere la humedad, el calor y la ausencia de luz. En la etapa final del proceso, se produce una descomposición completa bajo la acción de una variedad de bacterias clasificadas como aeróbicas o anaeróbicas. Las bacterias aeróbicas se desarrollan predominantemente en presencia de oxígeno; con su participación, el carbono de la biomasa se oxida a CO2. En espacios reducidos con un suministro insuficiente de oxígeno del ambiente externo, se desarrollan bacterias anaeróbicas, que también existen debido a la descomposición de los carbohidratos. En última instancia, debido a su actividad, el carbono se divide entre CO completamente oxidado2 y totalmente restaurado CH4. Los nutrientes como los compuestos nitrogenados solubles se retienen como fertilizantes de humus del suelo. Las reacciones de descomposición de biomasa llevadas a cabo por microorganismos también se refieren a procesos de fermentación; sin embargo, para los procesos que ocurren en condiciones anaeróbicas, a menudo se prefiere el término "fermentación". Biogás - mezcla CH4 y compañía2, formado en dispositivos especiales: generadores de biogás (Fig. 5.1), diseñados y controlados de tal manera que garanticen la máxima liberación de metano (en la literatura también puede encontrar el nombre "tanque de metano" para estos dispositivos). La energía obtenida al quemar biogás puede alcanzar del 60 al 90% de la energía original que posee el material fuente seco. Sin embargo, el gas se obtiene a partir de una masa líquida que contiene un 95% de agua, por lo que en la práctica es bastante difícil determinar el rendimiento. Otra ventaja aparentemente muy importante del proceso es que sus residuos contienen muchos menos organismos patógenos que el material original. Sin embargo, observamos que no todos los parásitos y microorganismos patógenos mueren durante el proceso de digestión anaeróbica. La producción de biogás se vuelve económicamente viable y preferible cuando el generador de biogás adecuado opera en el procesamiento de un flujo de residuos existente. Ejemplos de tales flujos incluyen aguas residuales de sistemas de alcantarillado, granjas de cerdos, mataderos, etc. La rentabilidad en este caso se debe al hecho de que no hay necesidad de una recolección preliminar de residuos ni de la organización y gestión del proceso de su suministro. Se sabe cuántos residuos llegarán y cuándo, y sólo queda transformarlos en biogás y fertilizantes.
La producción de biogás es posible en instalaciones de distintos tamaños. Es especialmente eficaz en complejos agroindustriales, donde es recomendable lograr la implementación de un ciclo ecológico completo. En tales complejos, el estiércol se somete a digestión anaeróbica seguida de tratamiento aeróbico en cuencas abiertas. El biogás se utiliza para iluminación, maquinaria, transporte, generadores eléctricos y calefacción. En las piscinas se pueden cultivar algas para alimentar al ganado. Después de la fermentación aeróbica, los desechos completamente procesados pueden introducirse en jaulas de peces y estanques de aves acuáticas antes de usarse como fertilizante. El éxito de la implementación de tales esquemas depende directamente de la calidad de la elaboración sistémica de todo el proyecto, el grado de estandarización de los diseños y la regularidad del mantenimiento. Autor: Magomedov A.M.
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