.jpg/1280px-Ogatan(JapaneseBriquetteCharcoal).jpg)
Брикеты из биомассы — это заменитель биотоплива , изготовленный из биоразлагаемых зеленых отходов с более низкими выбросами парниковых газов и углекислого газа , чем традиционные источники топлива. Этот источник топлива используется в качестве альтернативы вредному биотопливу. Брикеты используются для отопления, приготовления пищи и выработки электроэнергии, как правило, в развивающихся странах , которые не имеют доступа к более современным источникам топлива. Брикеты из биомассы стали популярными в развитых странах из-за доступности и экологичности. Брикеты могут использоваться в развитых странах для производства электроэнергии из паровой энергии путем нагрева воды в котлах.
Брикеты сжигаются с углем для создания тепла, подаваемого в котел. Брикеты из биомассы производятся из переработанных зеленых отходов , что приводит к меньшему выбросу парниковых газов, поскольку вещество уже завершило часть углеродного цикла .
Брикеты из биомассы, в основном из зеленых отходов и других органических материалов, обычно используются для производства электроэнергии, тепла и приготовления пищи. Эти спрессованные соединения содержат различные органические материалы, включая рисовую шелуху , жом , скорлупу арахиса, твердые бытовые отходы , сельскохозяйственные отходы. Состав брикетов варьируется в зависимости от области из-за доступности сырья. Сырье собирается и прессуется в брикеты, чтобы они дольше горели и облегчали транспортировку товаров. [1] Эти брикеты сильно отличаются от древесного угля, поскольку в них нет больших концентраций углеродистых веществ и дополнительных материалов. По сравнению с ископаемым топливом брикеты производят низкие чистые общие выбросы парниковых газов , поскольку используемые материалы уже являются частью углеродного цикла . [2]
Одной из наиболее распространенных переменных процесса производства брикетов биомассы является способ сушки биомассы. Производители могут использовать торрефикацию , карбонизацию или различные степени пиролиза . Исследователи пришли к выводу, что торрефикация и карбонизация являются наиболее эффективными формами сушки биомассы, но использование брикета определяет, какой метод следует использовать. [3]
Уплотнение — еще один фактор, влияющий на производство. Некоторые материалы горят эффективнее, если их уплотнять при низком давлении, например, кукурузная солома. Другие материалы, такие как пшеница и ячменная солома, требуют высокого давления для производства тепла. [4] Существуют также различные технологии прессования, которые можно использовать. Поршневой пресс используется для создания твердых брикетов для широкого спектра целей. Шнековая экструзия используется для уплотнения биомассы в рыхлые, однородные брикеты, которые заменяют уголь при совместном сжигании. Эта технология создает тороидальный или пончикообразный брикет. Отверстие в центре брикета обеспечивает большую площадь поверхности, создавая более высокую скорость сгорания. [5]
Люди использовали брикеты биомассы в Непале еще до начала письменной истории. Хотя это было неэффективно, сжигание свободной биомассы создавало достаточно тепла для приготовления пищи и поддержания тепла. Первый коммерческий завод по производству был создан в 1982 году и произвел почти 900 метрических тонн биомассы. В 1984 году были построены фабрики, которые внесли значительные улучшения в эффективность и качество брикетов. Они использовали комбинацию рисовой шелухи и патоки. Фонд охраны природы короля Махендры (KMTNC) совместно с Институтом охраны природы Гималаев (IHC) создали смесь угля и биомассы в 2000 году с помощью уникальной прокатной машины. [6]
В 1925 году Япония самостоятельно начала разрабатывать технологию использования энергии из брикетов из опилок, известных как «Огалит». В период с 1964 по 1969 год Япония увеличила производство в четыре раза, внедрив технологию винтового пресса и поршневого пресса. В 1960-х годах существовало предприятие-участник из 830 или более человек. [ необходимо разъяснение ] Новые методы уплотнения, используемые в этих машинах, производили брикеты более высокого качества, чем в Европе. В результате европейские страны купили лицензионные соглашения и теперь производят машины японской разработки. [7]
Совместное сжигание относится к сжиганию двух различных типов материалов. Процесс в основном используется для снижения выбросов CO2, несмотря на результирующую более низкую энергоэффективность и более высокие переменные затраты. Комбинация материалов обычно содержит вещество с высоким уровнем выбросов углерода, такое как уголь , и материал с меньшим уровнем выбросов CO2 , такой как биомасса . Несмотря на то, что CO2 все равно будет выделяться при сжигании биомассы , чистый выброс углерода практически незначителен. Это связано с тем, что материал, собранный для состава брикетов, все еще содержится в углеродном цикле , тогда как сжигание ископаемого топлива выделяет CO2 , который был изолирован на протяжении тысячелетий. Котлы на электростанциях традиционно нагреваются за счет сжигания угля , но если бы было реализовано совместное сжигание , то выбросы CO2 уменьшились бы, при этом сохранив тепло, подаваемое в котел. Внедрение совместного сжигания потребовало бы небольших изменений текущих характеристик электростанций, поскольку было бы изменено только топливо для котла. Для внедрения брикетов из биомассы в процесс сжигания потребуются умеренные инвестиции. [8]
Совместное сжигание считается наиболее экономически эффективным способом использования биомассы. Более высокая скорость сгорания будет иметь место при совместном сжигании в котле по сравнению со сжиганием только биомассы. Сжатую биомассу также намного легче транспортировать, поскольку она более плотная, что позволяет перевозить больше биомассы за одну партию по сравнению с рассыпной биомассой. Некоторые источники сходятся во мнении, что краткосрочным решением проблемы выбросов парниковых газов может быть совместное сжигание. [8]
Использование брикетов из биомассы неуклонно растет, поскольку промышленность осознает преимущества снижения загрязнения за счет использования брикетов из биомассы. Брикеты обеспечивают более высокую теплотворную способность на доллар, чем уголь , при использовании для сжигания в промышленных котлах . Наряду с более высокой теплотворной способностью , брикеты из биомассы в среднем экономят 30–40% стоимости котельного топлива. Но другие источники предполагают, что совместное сжигание обходится дороже из-за широкой доступности угля и его низкой стоимости. [9] Однако в долгосрочной перспективе брикеты могут лишь в небольшой степени ограничить использование угля, но к ним все чаще прибегают отрасли и заводы по всему миру. Оба вида сырья могут производиться или добываться внутри Соединенных Штатов, создавая источник топлива, который свободен от иностранной зависимости и менее загрязняет окружающую среду, чем сжигание сырого ископаемого топлива. [10]
С точки зрения экологии, использование брикетов из биомассы приводит к значительному снижению выбросов парниковых газов, в частности, от 13,8% до 41,7% CO 2 и NO X. Также наблюдалось снижение выбросов SO с 11,1% до 38,5%.
2выбросы по сравнению с углем от трех различных ведущих производителей, EKCC Coal, Decanter Coal и Alden Coal. Брикеты из биомассы также довольно устойчивы к разложению водой, что является улучшением по сравнению с трудностями, возникающими при сжигании влажного угля. Однако брикеты лучше всего использовать только в качестве дополнения к углю. Использование совместного сжигания создает энергию, которая не так высока, как чистый уголь, но выделяет меньше загрязняющих веществ и сокращает выброс ранее поглощенного углерода. [11] Непрерывный выброс углерода и других парниковых газов в атмосферу приводит к повышению глобальной температуры. Использование совместного сжигания не останавливает этот процесс, но снижает относительные выбросы угольных электростанций. [12]
Фонд Legacy разработал набор методов для производства брикетов из биомассы путем кустарного производства в сельских поселениях, которые могут использоваться для отопления и приготовления пищи. [13] Эти методы были недавно впервые применены в Национальном парке Вирунга на востоке Демократической Республики Конго после массового уничтожения среды обитания горных горилл для получения древесного угля . [14]
Пангани , Танзания , — это территория, покрытая кокосовыми рощами. После сбора мякоти кокоса коренные жители усеивали землю шелухой, считая ее бесполезной. Шелуха позже стала источником прибыли после того, как было обнаружено, что шелуха кокоса хорошо подходит в качестве основного ингредиента в биобрикетах. Эта альтернативная топливная смесь горит невероятно эффективно и оставляет мало остатков, что делает ее надежным источником для приготовления пищи в неразвитой стране. [15] Развивающийся мир всегда полагался на сжигание биомассы из-за ее низкой стоимости и доступности везде, где есть органический материал. Производство брикетов только улучшает древнюю практику, повышая эффективность пиролиза. [16]
Два основных компонента развивающегося мира - Китай и Индия . Экономики быстро растут из-за дешевых способов использования электроэнергии и выбросов большого количества углекислого газа . Киотский протокол пытался регулировать выбросы трех разных миров, но возникли разногласия относительно того, какая страна должна быть наказана за выбросы на основе ее предыдущих и будущих выбросов. Соединенные Штаты являются одним из крупнейших источников выбросов на душу населения, но Китай недавно стал крупнейшим источником выбросов в отдельно взятой стране. Соединенные Штаты выбрасывали огромное количество углекислого газа во время своего развития, и развивающиеся страны утверждают, что их не следует заставлять выполнять требования. На нижнем конце неразвитые страны считают, что они не несут большой ответственности за то, что было сделано с уровнями углекислого газа . [17] Основное применение брикетов из биомассы в Индии - это промышленные применения, как правило, для производства пара. За последнее десятилетие произошло много преобразований котлов с FO на брикеты из биомассы. Подавляющее большинство этих проектов зарегистрировано в рамках МЧР (Киотского протокола), который позволяет пользователям получать углеродные кредиты. [18]
Использование брикетов биомассы настоятельно поощряется путем выпуска углеродных кредитов . Один углеродный кредит равен одной бесплатной тонне углекислого газа, которая будет выброшена в атмосферу. Индия начала заменять древесный уголь брикетами биомассы в отношении котельного топлива, особенно в южных частях страны, поскольку брикеты биомассы могут производиться внутри страны, в зависимости от наличия земли. Поэтому постоянно растущие цены на топливо будут оказывать меньшее влияние на экономику, если источники топлива можно будет легко производить внутри страны. [19] Lehra Fuel Tech Pvt Ltd одобрена Индийским агентством по развитию возобновляемых источников энергии (IREDA), является одним из крупнейших производителей брикетировочных машин из Лудхияны , Индия.
В регионе Великих африканских озер работа по производству брикетов из биомассы была инициирована рядом НПО, а Energy 4 Impact [20] [21] взяла на себя ведущую роль в продвижении брикетной продукции и предпринимателей в этой области в трех странах региона Великих озер, а именно в Кении, Уганде и Танзании. Это было достигнуто в рамках пятилетнего проекта, спонсируемого ЕС и правительством Нидерландов, под названием DEEP EA (Developing Energy Enterprises Project East Africa) [1]. Основным сырьем для брикетов в регионе Восточной Африки в основном была древесноугольная пыль, хотя также использовались альтернативные материалы, такие как опилки, жом, кофейная шелуха и рисовая шелуха. [2]
Уголь является крупнейшим источником выбросов углекислого газа на единицу площади, когда речь идет о производстве электроэнергии. Углерод также является наиболее распространенным ингредиентом в древесном угле. Недавно [ требуется разъяснение ] была предпринята попытка заменить сжигание ископаемого топлива биомассой. Замена этого невозобновляемого ресурса биологическими отходами снизит углеродный след владельцев грилей и снизит общее загрязнение мира. [22] Граждане также начинают производить брикеты дома. Первые машины создавали брикеты для домовладельцев из прессованных опилок , однако современные машины позволяют производить брикеты из любого вида высушенной биомассы. [23]
Аризона также предприняла инициативу по превращению отходов биомассы в источник энергии. Отходы хлопка и ореха пекан использовались для создания гнезд для насекомых, которые уничтожали новые урожаи весной. Чтобы остановить эту проблему, фермеры закапывали биомассу, что быстро приводило к деградации почвы . Было обнаружено, что эти материалы являются очень эффективным источником энергии и решают проблемы, которые преследовали фермы. [24]
Министерство энергетики США профинансировало несколько проектов по проверке жизнеспособности брикетов биомассы в национальном масштабе. Целью проектов является повышение эффективности газификаторов, а также разработка планов для производственных объектов. [25]
Биомасса состоит из органических материалов, поэтому для производства топлива требуются большие площади земли. Критики утверждают, что использование этой земли должно быть направлено на распределение продовольствия, а не на деградацию урожая. Кроме того, изменение климата может вызвать суровый сезон, когда извлеченный материал придется обменивать на продовольствие, а не на энергию. Предполагается, что производство биомассы уменьшает продовольственное снабжение, вызывая рост мирового голода за счет извлечения органических материалов, таких как кукуруза и соевые бобы, для топлива, а не для продовольствия. [26]
Сжигание брикетов биомассы также способствует ухудшению качества воздуха в помещениях и на открытом воздухе . Органическая природа этих видов топлива означает, что сгорание может способствовать выбросу многих сотен или тысяч соединений в органическом аэрозоле. [27] Сжигание брикетов биомассы также выделяет много органических газов, которые могут реагировать с образованием приземного озона и вторичного органического аэрозоля . [28] Было показано , что сжигание брикетов биомассы, таких как высушенные лепешки коровьего навоза , является вероятным фактором ухудшения качества воздуха , при этом выбросы примерно в 120 раз более реакционноспособны с гидроксильным радикалом, чем выбросы от сжиженного нефтяного газа . [28]
Стоимость внедрения новой технологии, такой как биомасса, в существующую инфраструктуру также высока. Постоянные издержки при производстве брикетов из биомассы высоки из-за новых неразвитых технологий, которые вращаются вокруг добычи, производства и хранения биомассы. Технологии добычи нефти и угля развивались десятилетиями, становясь с каждым годом все более эффективными. Новая неразвитая технология использования топлива, вокруг которой не построена инфраструктура, делает практически невозможным конкурировать на текущем рынке. [26] [29] [30]