Переработка биомассы включает в себя преобразование органических материалов, таких как растения, деревья и сельскохозяйственные отходы, в энергию или ценные продукты с помощью химических процессов.Эти процессы в целом делятся на биохимические и термохимические методы.Биохимические методы включают ферментацию и анаэробное сбраживание, которые превращают биомассу в такие виды биотоплива, как этанол и возобновляемый природный газ.Термохимические методы, такие как сжигание, газификация и пиролиз, предполагают нагревание биомассы для получения таких видов топлива, как сингаз, биомасло и древесный уголь.Каждый метод включает в себя различные химические реакции и этапы, предназначенные для конкретных конечных продуктов и энергетических потребностей.Понимание этих процессов имеет решающее значение для оптимизации использования биомассы в системах возобновляемой энергетики.
Ключевые моменты объяснены:

-
Биохимические методы преобразования:
-
Ферментация:
- Ферментация - это биологический процесс, в ходе которого микроорганизмы, такие как дрожжи или бактерии, расщепляют сахара в биомассе (например, целлюлозу и гемицеллюлозу) до этанола и углекислого газа.
-
Химическая реакция производства этанола выглядит следующим образом:
( C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_2H_5OH + 2CO_2 ). - Этанол широко используется в качестве автомобильного топлива и может смешиваться с бензином.
-
Анаэробное сбраживание:
- Анаэробное сбраживание предполагает расщепление органических веществ в отсутствие кислорода с образованием биогаза (смеси метана и углекислого газа) и дигестата.
-
Первичная химическая реакция протекает следующим образом:
( \text{Органическое вещество} \rightarrow CH_4 + CO_2 + \text{Дигестат} ). - Биогаз может быть переработан в возобновляемый природный газ, который взаимозаменяем с ископаемым природным газом.
-
Ферментация:
-
Термохимические методы преобразования:
-
Горение:
- При сжигании биомассы в присутствии кислорода выделяется тепло, которое может быть использовано напрямую или преобразовано в электричество.
-
Общая реакция выглядит следующим образом:
( \text{Биомасса} + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O + \text{Тепло} ). - Этот метод широко используется на электростанциях для производства пара для турбин.
-
Газификация:
- Газификация превращает биомассу в сингаз (смесь водорода, монооксида углерода и диоксида углерода) путем нагревания при высоких температурах (1 400-1 700°F) с контролируемым количеством кислорода или пара.
-
Основные реакции включают:
( C + H_2O \rightarrow CO + H_2 ) (водогазовая реакция) и
( C + CO_2 \rightarrow 2CO ) (реакция Бодуара). - Сингаз может использоваться для производства электроэнергии или в качестве прекурсора для синтетического топлива.
-
Пиролиз:
- Пиролиз предполагает нагревание биомассы до температуры 800-900°F в отсутствие кислорода с получением биомасла, сингаза и биоугля.
- Процесс является эндотермическим и приводит к расщеплению сложных органических молекул на более простые соединения.
- Биомасло может быть переработано в транспортное топливо, а биосахар используется в качестве почвенной добавки.
-
Горение:
-
Химические реакции в жидком риформинге биомассы:
-
Реформинг пара:
- При паровом риформинге жидкостей, полученных из биомассы, например этанола, образуются водород и окись углерода.
-
Реакция протекает следующим образом:
( C_2H_5OH + H_2O \rightarrow 2CO + 4H_2 ). - Этот процесс необходим для производства водорода, который используется в топливных элементах и в промышленности.
-
Реакция сдвига воды с газом:
- В результате реакции водогазового сдвига монооксид углерода и вода превращаются в водород и углекислый газ.
-
Реакция выглядит следующим образом:
( CO + H_2O \rightarrow CO_2 + H_2 ). - Этот этап увеличивает выход водорода и снижает содержание окиси углерода в сингазе.
-
Реформинг пара:
-
Этапы преобразования биомассы в энергию:
-
Захват энергии в растениях:
- Растения и деревья улавливают солнечную энергию в процессе фотосинтеза и накапливают ее в виде химической энергии в биомассе.
-
Сжигание биомассы:
- Накопленная энергия высвобождается в виде тепла при сжигании биомассы.
-
Генерация пара:
- Тепло от сгорания производит пар, который приводит в движение турбины для выработки электроэнергии.
-
Производство электроэнергии:
- Механическая энергия турбин преобразуется в электрическую энергию для различных применений.
-
Захват энергии в растениях:
Понимая эти процессы, заинтересованные стороны могут выбрать наиболее подходящий метод преобразования биомассы в энергию или ценные продукты в зависимости от исходного сырья и желаемого результата.
Сводная таблица:
Метод | Процесс | Ключевые продукты | Применение |
---|---|---|---|
Ферментация | Расщепление сахаров в биомассе | Этанол, CO₂ | Автомобильное топливо, смешанный бензин |
Анаэробное сбраживание | Разлагает органические вещества | Биогаз (метан, CO₂), дигестат | Возобновляемый природный газ, почвенные удобрения |
Сжигание | Сжигание биомассы с помощью кислорода | Тепло, CO₂, H₂O | Выработка электроэнергии, производство пара |
Газификация | Нагревает биомассу с помощью пара/O₂ | Сингаз (H₂, CO, CO₂) | Электроэнергия, синтетическое топливо |
Пиролиз | Нагрев биомассы без доступа кислорода | Бионефть, сингаз, биосахар | Транспортное топливо, добавка в почву |
Узнайте, как преобразование биомассы может способствовать достижению ваших целей в области возобновляемой энергетики. свяжитесь с нами сегодня чтобы узнать больше!