|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Bioenergia. Status e perspectivas. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de energia alternativa Choques como a crise energética de 1973 e a catástrofe de Chernobyl em 1986 forçaram a maioria dos países a reconsiderar as suas políticas energéticas no que diz respeito ao ritmo e às perspectivas das fontes de energia renováveis (FER). Tornou-se claro que não é suficiente desenvolver energia amiga do ambiente apenas no próprio país, quando os países vizinhos continuam a construir e a operar instalações nucleares semelhantes em termos de fiabilidade à quarta unidade da central nuclear de Chernobyl. É necessário unir esforços de cientistas de diferentes países na área de desenvolvimento de energia não tradicional. As tendências negativas no desenvolvimento da energia tradicional devem-se principalmente à presença de dois fatores - o rápido esgotamento dos recursos naturais e a poluição ambiental. Segundo a ONU, o esgotamento dos depósitos de carvão é esperado em 2082-2500. As promissoras tecnologias energéticas tradicionais aumentam a eficiência do uso da energia, mas não melhoram a situação ambiental: a poluição térmica, química e radioativa do meio ambiente pode levar a consequências catastróficas Neste sentido, é necessário identificar oportunidades para a utilização racional dos recursos energéticos tradicionais, por um lado, e o desenvolvimento de trabalhos científicos e técnicos sobre a utilização de fontes de energia não tradicionais e renováveis, por outro. Todos os recursos energéticos da Terra são, em última análise, produtos da atividade do Sol. Quase toda a energia não tradicional é a transformação e utilização da energia solar por métodos diretos e indiretos. Os métodos diretos de utilização da energia solar baseiam-se na conversão da radiação solar em energia elétrica ou térmica. Os métodos indiretos baseiam-se na utilização de energia cinética e potencial, que surgem como resultado da interação da radiação solar com a geosfera. O maior potencial energético é caracterizado pela energia eólica, energia fluvial, marés e ondas do mar, energia de biomassa Vários países estrangeiros adoptaram programas nacionais para o desenvolvimento de energia a partir de fontes não tradicionais, o trabalho é realizado por iniciativa de agências governamentais e empresas privadas e os empréstimos são emitidos a taxas de juro baixas. A produção de energia utilizando fontes renováveis em 1992 nos países da União Europeia é apresentada na Tabela 1. Os factores negativos no desenvolvimento da energia tradicional na Ucrânia são particularmente agudos e são agravados pelo desequilíbrio no desenvolvimento do complexo energético, pelo que a utilização de fontes de energia renováveis é de particular importância. A necessidade e possibilidade de desenvolvimento desta área da energia devem-se aos seguintes motivos:
Tabela 1. Produção de energia usando FER em 1992 nos países da CEE
Os recursos de fontes de energia renováveis na Ucrânia são significativos e a sua utilização eficiente pode representar uma parte muito significativa no setor energético. Assim, ao utilizar quantidades adequadas de energia proveniente de fontes renováveis e a possibilidade de substituição de derivados de petróleo por eles, o percentual dessa energia em relação à quantidade total de derivados de petróleo consumidos por ano no país (300 milhões de toneladas de combustível equivalente por ano) é 0,2% para biogás. A localização e as características operacionais das usinas existentes são mostradas na Tabela 2. Tabela 2. Instalações básicas na Ucrânia
A biomassa é uma fonte de energia renovável eficiente. Os recursos de biomassa sob diversas formas estão disponíveis em quase todas as regiões, e em quase todas elas pode ser estabelecido o seu processamento em energia e combustível. Ao nível actual, a biomassa pode cobrir 6-10% das necessidades energéticas totais dos países industrializados. Todos os anos, na Terra, com a ajuda da fotossíntese, são formadas cerca de 120 bilhões de toneladas de matéria orgânica seca, o que equivale em energia a mais de 400 bilhões de toneladas de petróleo. A biomassa é utilizada nas seguintes áreas: combustão direta, gaseificação, produção de álcool etílico para combustível, produção de biogás a partir de resíduos agrícolas e domésticos. A biomassa, principalmente sob a forma de combustível lenhoso, é a principal fonte de energia para aproximadamente 2 mil milhões de pessoas. Para a maioria dos residentes das zonas rurais do Terceiro Mundo, representa a única fonte de energia disponível. A biomassa, como fonte de energia, desempenha um papel vital nos países desenvolvidos. Em geral, a biomassa fornece um sétimo do volume mundial de combustível e, em termos de quantidade de energia obtida, ocupa o terceiro lugar, junto com o gás natural. A biomassa produz 4 vezes mais energia do que a energia nuclear fornece. Nos países da União Europeia, a participação da energia de biomassa em 1992 foi de cerca de 55% da produção total de energia renovável. A utilização mais eficiente da energia de biomassa ocorre em Portugal, França, Alemanha, Dinamarca, Itália e Espanha. Em T986, a Comissão Europeia decidiu financiar 153 projetos utilizando biomassa e resíduos. O montante do financiamento ascendeu a 70,6 milhões de ecus. A Direcção da UE lançou um novo programa de investigação de 4 anos no domínio das fontes de energia não nucleares. 2 milhões de dólares foram alocados para pesquisas sobre o uso de biomassa durante 12 anos. EUA. Os recursos de biomassa na Europa em 2000 eram: lenha - 75, resíduos de madeira - 70, resíduos agrícolas - 250, resíduos urbanos - 75 milhões de toneladas. Além disso, a biomassa cultivada em plantações energéticas produzirá 250 milhões de toneladas/ano. Devido à necessidade de reduzir drasticamente o impacto nocivo do transporte motorizado no ambiente, foi dada atenção à utilização de biomassa nesta área. Várias orientações foram delineadas aqui para substituir a gasolina ambientalmente perigosa por combustível ecologicamente correto. O Brasil desenvolveu um programa para o uso do etanol como combustível alternativo, substituindo até 22% (em volume) da gasolina. O etanol é obtido pelo processamento da cana especialmente cultivada. Mais de 7% da gasolina fornecida contém 10% de aditivo de etanol e 80% das frotas de veículos do país utilizam esse aditivo. Os Estados Unidos também estão a implementar um grande programa para substituir a gasolina pelo etanol, que é produzido através do processamento de excedentes de milho e de outros cereais. A utilização do álcool como combustível também ganhou apoio em alguns países europeus, em particular na França e na Suécia. Na Ucrânia, o problema da substituição da gasolina pelo álcool ainda não foi considerado. Está sendo estudada a possibilidade de cultivo de colza em áreas contaminadas com elementos radioativos para obtenção de óleo de colza e utilização como combustível em motores diesel. Esta ideia está actualmente a ser desenvolvida por especialistas da Ucrânia e da Alemanha. Na energia não tradicional, um lugar especial é ocupado pelo processamento de biomassa (resíduos agrícolas orgânicos e domésticos) por fermentação de metano para produzir biogás contendo cerca de 70% de metano e fertilizantes orgânicos desinfetados. A utilização da biomassa na agricultura é extremamente importante, onde são consumidas grandes quantidades de combustível para diversas necessidades tecnológicas e a necessidade de fertilizantes de alta qualidade está em constante crescimento. No total, cerca de 60 tipos de tecnologias de biogás são atualmente utilizadas ou desenvolvidas no mundo. O biogás é uma mistura de metano e dióxido de carbono formada em reatores especiais - tanques de metano, projetados e controlados de forma a garantir a máxima liberação de metano. A energia obtida pela queima do biogás pode atingir de 60 a 90% daquela possuída pelo material de origem. Contudo, o biogás é produzido a partir de uma massa líquida contendo 95% de água, portanto, na prática, o rendimento é bastante difícil de determinar. Outra vantagem, e muito importante, do processo de processamento de biomassa é que seus resíduos contêm significativamente menos patógenos do que o material original. A produção de biogás é economicamente justificada e é preferível no processamento de um fluxo constante de resíduos (efluentes de explorações pecuárias, matadouros, resíduos vegetais, etc.). A relação custo-eficácia reside no facto de não haver necessidade de recolha prévia de resíduos, organização e gestão do seu abastecimento; sabe-se quantos resíduos serão gerados e quando. A produção de biogás, possível em instalações de diversos tamanhos, é especialmente eficaz em complexos agroindustriais, onde é possível um ciclo ecológico completo. O biogás é usado para iluminação, aquecimento, cozinha, alimentação de máquinas, transporte e geradores elétricos. Na digestão anaeróbica, a matéria orgânica se decompõe na ausência de oxigênio. Este processo inclui duas etapas (Fig. 1). Na primeira fase, polímeros orgânicos complexos (fibras, proteínas, gorduras, etc.), sob a influência da comunidade natural de vários tipos de bactérias anaeróbicas, decompõem-se em compostos mais simples: ácidos graxos voláteis, álcoois inferiores, hidrogênio e monóxido de carbono, ácidos acético e fórmico, álcool metílico . Na segunda fase, as bactérias produtoras de metano convertem ácidos orgânicos em metano, dióxido de carbono e água.
Figura 1 Esquema de digestão de matéria orgânica Os anaeróbios primários são representados por vários grupos fisiológicos de bactérias: bactérias destrutivas de células, fermentadoras de carbono (como bactérias do ácido butírico), bactérias amonificantes (decompositoras de proteínas, peptídeos, aminoácidos), bactérias em decomposição de gorduras, etc. pode utilizar uma variedade de compostos orgânicos de origem vegetal e animal, o que é uma das características mais importantes da comunidade do metano. A estreita ligação entre esses grupos de bactérias garante estabilidade suficiente do processo. A fermentação do metano ocorre em temperaturas médias (mesofílicas) e altas (termofílicas). A maior produtividade é alcançada com a fermentação termofílica do metano. A peculiaridade do consórcio de metano permite tornar o processo de fermentação contínuo. Para o curso normal do processo de digestão anaeróbica, são necessárias condições ideais no reator: temperatura, condições anaeróbicas, concentração suficiente de nutrientes, faixa aceitável de valores de pH, ausência ou baixa concentração de substâncias tóxicas. A temperatura influencia muito a digestão anaeróbica de materiais orgânicos. A melhor fermentação ocorre a uma temperatura de 30-40°C (desenvolvimento da flora bacteriana mesófila), bem como a uma temperatura de 50-60°C (desenvolvimento da flora bacteriana termofílica). A escolha do modo de operação mesófilo ou termofílico é baseada na análise das condições climáticas. Se forem necessários gastos significativos de energia para garantir temperaturas termofílicas, então a operação de reatores em temperaturas mesófilas será mais eficiente. Juntamente com as condições de temperatura, o processo de fermentação do metano e a quantidade de biogás produzido são influenciados pelo tempo de processamento dos resíduos. Ao operar reatores, é necessário monitorar o valor do pH, cujo valor ideal está na faixa de 6,7-7,6. Este indicador é regulado pela adição de cal. Durante a operação normal do reator, o biogás resultante contém 60-70% de metano, 30-40% de dióxido de carbono, uma pequena quantidade de sulfeto de hidrogênio, bem como impurezas de hidrogênio, amônia e óxidos de nitrogênio. Os reatores mais eficientes são aqueles que operam em modo termofílico a 43-52°C. Com uma duração de tratamento de estrume de 3 dias, o rendimento de biogás nessas instalações é de 4,5 litros por litro de volume útil do reator. Para intensificar o processo de digestão anaeróbica de dejetos e liberação de biogás, são adicionados à massa inicial catalisadores orgânicos, que alteram a proporção de carbono e nitrogênio na massa fermentada (relação ótima C/N = 20/1 - 30/1) . Glicose e celulose são usadas como catalisadores. O teor aproximado de nitrogênio e a proporção entre o teor de carbono e nitrogênio em vários resíduos por peso seco são apresentados na Tabela 3. Tabela 3. Teor de nitrogênio e relação C/N em diversos resíduos
O biogás obtido durante a fermentação tem um poder calorífico de 5340-6230 kcal/m3 (6,21+7,24 kWh/m3). Nas câmaras de fermentação é necessário mexer vigorosamente para evitar a formação de uma camada de substância flutuante na parte superior. Isso acelera significativamente o processo de fermentação e a produção de biogás. Sem mistura, para obter a mesma produtividade, o volume dos reatores deve ser aumentado significativamente. Daí a consequência são custos elevados e aumento dos custos de instalação. A mistura é realizada:
O resíduo gerado durante o processo de produção de biogás contém quantidades significativas de nutrientes e pode ser utilizado como fertilizante. A composição do resíduo obtido do processamento anaeróbio de dejetos animais depende da composição química da matéria-prima carregada no reator. Sob condições favoráveis à digestão anaeróbica, cerca de 70% da matéria orgânica é normalmente decomposta, restando 30% no resíduo. A principal vantagem da digestão anaeróbica é que praticamente todo o nitrogênio contido na matéria-prima é retido na forma orgânica ou amoniacal. O método de digestão anaeróbia é o mais adequado para o processamento de dejetos pecuários do ponto de vista de higiene e proteção ambiental, pois proporciona a maior desinfecção do resíduo e a eliminação de microrganismos patogênicos. A fase líquida do esterco após a digestão anaeróbica geralmente atende aos requisitos de qualidade de águas residuais das autoridades ambientais. A massa orgânica líquida gasta entra pela câmara de descarga no reservatório de massa fermentada e de lá é bombeada para tanques, com o auxílio dos quais o esterco comum é aplicado nos campos. A quantidade de biogás que pode ser isolada de vários resíduos agrícolas, resíduos e misturas sob condições ideais de processamento anaeróbico depende da quantidade de substrato, condições do processo, composição bacteriana no reator, etc. Alguns dados são mostrados na Tabela 4. Tabela 4. Rendimento de metano (biogás) a partir da fermentação de metano de resíduos agrícolas
Para aumentar a produtividade, diferentes resíduos são misturados (tabela 5). Tabela 5. Aumento da produção de biogás na mistura de diferentes resíduos
Estima-se que a necessidade anual de biogás para aquecimento de um edifício residencial seja de cerca de 45 m2 por 1 m2 de área habitacional, o consumo diário para aquecimento de água para 100 cabeças de gado é de 5 a 6 m2. O consumo de biogás na secagem do feno (1 tonelada) com teor de umidade de 40% é igual a 100 m2, 1 tonelada de grão equivale a 15 m2, para obter 1 kW. h de eletricidade - 0,7+0,8 m2. Na Ucrânia, apenas as grandes empresas suinícolas e avícolas geram anualmente mais de 3 milhões de toneladas de resíduos orgânicos em matéria seca, cujo processamento permitirá a obtenção de cerca de 1 milhão de toneladas de cu. toneladas na forma de biogás, o que equivale a 8 bilhões de kW. h de eletricidade. Além disso, na Ucrânia existem cerca de 2 milhões de agregados familiares não gaseificados. A experiência de países não abastecidos de gás natural (por exemplo, a China) mostra que é aconselhável gaseificar zonas rurais remotas através de pequenas bioinstalações que funcionam com resíduos orgânicos provenientes de explorações agrícolas familiares. Assim, a introdução de 2 milhões de instalações na Ucrânia permitiria obter cerca de 2 mil milhões de m2 de biogás por ano. o que equivale a 13 bilhões de kW. h de energia e forneceria fertilizantes orgânicos às propriedades familiares no valor de 10 milhões de toneladas por ano. De acordo com dados de 1990, o número médio anual de suínos em fazendas coletivas, fazendas estatais e outras fazendas na Ucrânia era de quase 20 milhões de cabeças; para bovinos este número ultrapassou 25 milhões, para ovinos e caprinos, respectivamente, cerca de 9 milhões, para aves - cerca de 85 milhões. A quantidade de estrume e excrementos desse gado por ano: de suínos - 45 milhões de toneladas, de bovinos - mais de 290 milhões de toneladas, de ovinos e caprinos - 6 milhões de toneladas, de aves - quase 4 milhões de toneladas. A experiência de criação de centrais de biogás mostra que o seu desenho e características tecnológicas são determinados por diversos factores e, em primeiro lugar, pela matéria-prima, pelas suas propriedades e processamento prévio. Em muitos países em todo o mundo, foram criadas, testadas e operadas com sucesso tanto pequenas explorações agrícolas como grandes instalações industriais para a transformação de estrume em biogás. Existem 60 novas fábricas de biogás na Alemanha que produzem biogás a partir de resíduos de gado. Devido à fermentação de resíduos com teor de resíduo seco de 5 a 15%, obtém-se biogás com poder calorífico de 5,6 a 6,7 kWh/m2. A densidade do biogás é de 1,22 g/m2. Sua concentração explosiva no ar é de 19 a 25%. O consumo de energia para necessidades próprias varia de 20 a 30% do biogás produzido. O período de retorno é de 4,2 anos. A Caterpillar produz ES (sistemas de energia) autônomos equipados com motores de ignição por centelha capazes de utilizar o biogás gerado a partir da decomposição de resíduos em aterros sanitários. A primeira de duas centrais eléctricas de 360 kW foi instalada na Noruega. O ES é totalmente automatizado; o equipamento de comutação é capaz de sincronizar a operação do ES com a rede elétrica local. O gás é fornecido por 36 poços de 14 m de profundidade, penetrando na camada de resíduos de vinte anos. Isto garante um consumo de biogás de 300 m3/hora. O teor de metano no biogás é de 48-57%. No sudeste de Inglaterra, duas centrais eléctricas a biogás fornecem uma capacidade combinada de 1000 kW para uma unidade de processamento de gás, dos quais apenas 360 kW são utilizados para as necessidades da central, sendo os restantes 650 kW alimentados na rede nacional. A Blue Cirkle (Reino Unido) planeja produzir 7,5 MW de energia elétrica utilizando biogás de 3 aterros no sul da Inglaterra. Nos países da Europa Ocidental, foi estabelecida a produção em série de usinas de biogás do tipo fluxo. Uma dessas instalações processa esterco de aves de 10 mil galinhas poedeiras, proporcionando uma produção média diária de 100 m3 de biogás (60% metano) e se paga em 1,9 ano ao utilizar escória fermentada como fertilizante orgânico. Na Suíça, uma usina de biogás com produtividade média de 100 m3 por dia processa o esterco de 30 vacas em um tanque de decantação subterrâneo com capacidade de 80 m3. Um tanque cilíndrico com capacidade de 540 m3, coberto por uma película polimérica, é utilizado para fermentar estercos e armazenar biogás. O biogás é usado para gerar eletricidade em uma usina de aquecimento de água. Ali também funciona uma usina de biogás, todas as unidades localizadas diretamente sob a granja de suínos. O biogás é armazenado em um tanque e utilizado no sistema de aquecimento. A produtividade de uma usina de biogás para pastoreio de gado no verão é metade da produtividade no inverno. Ao mesmo tempo, cerca de um terço do biogás é utilizado para necessidades tecnológicas próprias e o restante é utilizado para aquecer água e aquecer a fazenda. 1 m3 de biogás equivale a 0,7 litros de óleo combustível. O biogás possui altas propriedades antidetonantes e pode servir como excelente combustível para motores de combustão interna com ignição forçada e motores diesel, sem exigir sua conversão adicional (é necessário apenas ajuste do sistema de potência). Testes comparativos mostraram que o consumo específico do óleo diesel é de 220 g/kWh de potência nominal e o do biogás é de 0,4 m3/kWh. Neste caso, são necessários cerca de 300 g/kW, h (m.b. - 300 g) de combustível de partida (diesel usado como “ignição” para biogás). Como resultado, a economia de combustível diesel foi de 86%. Com 40% de carga do motor e velocidade do virabrequim de 1400 rpm (nível médio de carga para tratores na Suíça), o consumo de óleo diesel é de 250 g/kW, h, ao usar biogás - 80 g/kW, h mais consumo de biogás 9,6, 3 m70 /kWh, o que corresponde a quase XNUMX% de poupança de gasóleo. Em Wippachdelhausen (Alemanha), foi colocada em operação uma planta de biogás de tipo universal, projetada para digestão de chorume e processamento de esterco bovino, suíno e de galinha. O reator de biogás opera a uma temperatura de 35°C e a uma pressão de 2,0-5,0 kPa nos modos contínuo e descontínuo. Na Ucrânia, a Zaporozhye KTISM desenvolveu um conjunto de equipamentos do tipo “Cobos” para digestão anaeróbica de esterco. Tal instalação com um volume de 250 m3 funciona na aldeia. Hrebinki, região de Kyiv. Na fazenda estadual Rassvet, região de Zaporozhye, foi testada uma instalação com capacidade de esterco de 10 m3/dia.UkrNIIAgroproekt possui plantas piloto: na granja avícola de Kiev - operação em lote com volume de 20 m3, na fazenda estadual Rossiya, região de Cherkassy - com volume de 200 m3. Na fazenda subsidiária da Sumy International Research and Production Association. Em Frunze, para 3000 cabeças de suínos, existe uma estação de tratamento de águas residuais com volume de 300 m3. As características técnicas, econômicas e operacionais de algumas usinas de biogás são apresentadas na Tabela 7. Para desenvolver a bioenergia na Ucrânia e obter biogás e fertilizantes de alta qualidade, é necessário criar um mecanismo económico que estimule o trabalho científico e técnico nesta área, a produção e implementação de equipamentos adequados. Tabela 7. Indicadores técnicos, econômicos e operacionais das usinas de biogás
Agora já sabemos que os resíduos orgânicos mais comuns de uma quinta rural - estrume animal, copas de jardins, ervas daninhas e outras “matérias orgânicas” - sob certas condições podem tornar-se uma fonte de gás combustível muito necessário no agregado familiar, que é adequado para cozinhar, aquecer as instalações e obter água quente. Vamos chamá-lo de biogás. O biogás, se não completamente, pelo menos parcialmente, pode atender às necessidades de combustível dos residentes rurais, proprietários de casas de veraneio e hortas. Além disso, durante a produção do biogás, os resíduos são integralmente aproveitados, com isso, não só melhora o estado sanitário do território, destrói-se os patógenos das doenças infecciosas, desaparecem os desagradáveis corredores das plantas em decomposição, morrem as sementes das ervas daninhas, mas também são formados os fertilizantes orgânicos de alta qualidade mais valiosos, que têm um potencial aumentado de húmus. Mas para que todos possam construir com as próprias mãos uma simples usina de biogás em seu quintal, é útil compreender as principais características da tecnologia de produção de biogás a partir de resíduos orgânicos, bem como os fatores que influenciam a produtividade do biogás. plantas e os desenhos dessas plantas. Autor: Shomin A.A.
Couro artificial para emulação de toque
15.04.2024 Areia para gatos Petgugu Global
15.04.2024 A atratividade de homens atenciosos
14.04.2024
▪ CI de driver de LED aprimorado ▪ Nova tecnologia em vez de injeções dolorosas ▪ Imagens de satélite de ultra alta resolução para venda ▪ O cérebro pode bloquear o armazenamento de certas memórias
▪ seção do site Consumer Electronics. Seleção de artigos ▪ artigo Qual é o seu nome agora? expressão popular ▪ Como ocorreu o ponto de viragem durante a Segunda Guerra Mundial? Resposta detalhada ▪ artigo Laranja doce. Lendas, cultivo, métodos de aplicação ▪ artigo Discador de cabos planos. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Página principal | Biblioteca | Artigos | Mapa do Site | Revisões do site
www.diagrama.com.ua |
Veja outros artigos seção 
Últimas notícias de ciência e tecnologia, nova eletrônica:
Todos os idiomas desta página