1. Tổng dự toán tài nguyên sinh khối

Tài nguyên sinh khối chủ yếu được chia thành 5 loại, như trong bảng 1.

Bảng 1 ước tính tổng tài nguyên sinh khối ở Trung Quốc

Loại thân cây đầu tiên (thân cây ngô, rơm, rơm, rơm lúa miến, chaff, vv), đậu, thân cây bông, loại tài nguyên sinh khối này, mặc dù nhiều hơn (7-900 triệu – t), nhưng cũng tính đến rơm rạ ở ruộng sau, thức ăn, và ứng dụng làm nguyên liệu công nghiệp, vv, phần còn lại có thể được sử dụng trong năng lượng sinh khối và hóa chất dựa trên sinh học, 310 triệu t, tương đương 150 triệu tce.

Nhóm thứ hai là chất thải lâm nghiệp, chiếm khoảng 40 triệu tấn / năm;

Loại phân gia súc và gia cầm thứ ba rất giàu tài nguyên sinh khối, đạt 500 triệu tấn trong môi trường khô và có thể tạo ra 220 tỷ m3 khí metan.

Loại thứ tư là nước thải sinh hoạt và nước thải hữu cơ công nghiệp, chứa 25 triệu tấn chất thải rắn.

Loại thứ năm là chất thải rắn đô thị, có thể được sử dụng cho khoảng 100 triệu tấn.

Cùng với nhau, năm loại này tạo thành sự phân bố các nguồn sinh khối chính ở Trung Quốc, với tổng số lượng đạt tới 800 triệu đến 1 tỷ tấn than tiêu chuẩn.

Các thành phần quan trọng của sinh khối là carbohydrate, trong đó hàm lượng oxy dư thừa là một trong những đặc tính lớn nhất của sinh khối (bảng 2).

Bảng 2 ghi nhận Sinh khối (cơ sở khô)

Xem từ bảng 2, sản phẩm quang hợp, các hợp chất cacbon theo tỷ lệ oxy trong nước cao tới 40%, vì vậy trạng thái tự nhiên của mật độ năng lượng carbohydrate thấp, hiệu suất nhiệt ròng (LHV) chỉ khoảng 16%. Do đó, khi thiết kế sử dụng hiệu quả tài nguyên sinh khối, hai vấn đề sau đây phải được ưu tiên:

1. Tài nguyên sinh khối nên được chuyển đổi thành vật liệu có mật độ năng lượng cao hơn (gọi là quá trình làm giàu hydrocacbon hoặc quá trình khử oxy hóa), dễ mang theo và vận chuyển;

2. Khi sinh khối thay đổi từ trạng thái tự nhiên thành dạng vật liệu có mật độ năng lượng cao, các bước chuyển đổi và tổn thất được giảm thiểu.

Cách khả thi của việc sử dụng năng lượng sinh khối có giá trị cao

Hiện nay, phát triển con người và sử dụng kỹ thuật tài nguyên sinh khối có sáu loại chính, tương ứng là: đốt trực tiếp, tiêu hóa kỵ khí (mêtan), lên men đường (sản xuất ethanol), khai thác dầu và diesel sinh học, dầu nhiệt phân (sản xuất), khí hóa (syngas) Hiện tại, có ba cách khả thi để phát triển và sử dụng năng lượng sinh khối với giá trị cao.

1. Việc sản xuất khí mê-tan sinh học (biogas) được thực hiện thông qua quá trình lên men khí sinh học, chủ yếu là quá trình chuyển hóa vật chất và quá trình chuyển hóa năng lượng của vi sinh vật.Trong quá trình phân hủy và trao đổi chất, vi sinh vật sinh học thu năng lượng và vật liệu để đáp ứng sự phát triển của chúng và sinh sản, và hầu hết trong số chúng được chuyển thành mêtan và carbon dioxide.

Phân tích khoa học cho thấy khoảng 90% chất hữu cơ được chuyển đổi thành biogas.10% được sử dụng bởi vi sinh khí sinh học để tiêu thụ riêng của chúng. Việc sản xuất khí sinh học từ vật liệu lên men thực sự đạt được thông qua một loạt các phản ứng sinh hóa phức tạp.

Để hiểu theo quan điểm của thế hệ năng lượng, hãy nghĩ theo cách này: bản chất của quá trình lên men biogas, là chức năng trao đổi chất của cộng đồng vi khuẩn, thông qua việc sắp xếp lại các phân tử và nguyên tử, hàm lượng oxy cao tới 40% hoặc hơn sinh khối (thông qua công thức như sau: CH1.4 O0.6) đến oxy, cacbon, hydro, hai yếu tố trong quá trình làm giàu, sản phẩm là mật độ năng lượng cao hơn nhiều so với nguyên liệu ban đầu (sinh khối) hydrocacbon – khí mê-tan.

Do gần 90% chất hữu cơ có thể chuyển thành mêtan, đây là một trong số ít các quy trình hiệu quả cao. Giá trị lý thuyết của hiệu suất chuyển đổi năng lượng của quá trình lên men biogas là trên 65%. Đây là một trong những lý do quan trọng nhất của công nghệ gần đây đã được quảng cáo quốc tế.

Sinh khối tạo ra điện

Sinh khối điện sinh học đề cập đến việc sử dụng nguyên liệu sinh khối để thay thế than đá, sau khi đốt cháy các đơn vị tuabin hơi của các nhà máy nhiệt điện để phát điện. Giảm tổng đầu tư đáng kể. Sản xuất điện năng ở Trung Quốc chủ yếu đề cập đến sinh khối (như rơm rạ, tài nguyên chất thải từ rừng) phát điện đốt. Ở nước ngoài, nguyên liệu để sản xuất điện sinh khối được chia thành ba phần:

1) sinh khối đốt trực tiếp như củi;

2) dầu sinh học thu được từ sinh khối “nhiệt phân” có thể được vận chuyển đến những nơi khác hoặc có thể được đốt cháy tại chỗ để lái tua bin hơi nước để tạo ra điện;

3) các khí tổng hợp (hydro và carbon monoxide) được sản xuất bởi sinh khối “khí hóa” có thể được đốt cháy để lái tuabin để tạo ra điện.

3. Sản xuất ethanol xenlulô chi phí thấp

Trước khi tìm ra giải pháp thay thế hiệu quả cho hóa chất trong những thập kỷ tới, một trong những ethanol nhiên liệu lỏng sinh học vẫn là lựa chọn đầu tiên, bất kỳ loại ethanol bỏ đi nào làm nhiên liệu lỏng trong tình hình hiện tại của ý tưởng đều trẻ con, hoặc ít nhất là không thực tế. được chia thành thế hệ thứ nhất và thứ hai.

Thế hệ đầu tiên chủ yếu sử dụng tinh bột (ngũ cốc, khoai tây và các thực phẩm khác của con người) làm nguyên liệu. Bởi vì an ninh lương thực, các nước hiện đang chuyển sang ethanol nhiên liệu thế hệ thứ hai, được làm từ cellulose. là chi phí quá cao. Chi phí cho mỗi t ở Trung Quốc là từ 9.000 nhân dân tệ và 12.000 nhân dân tệ. Có ba lý do cho chi phí cao (không bao gồm biến động giá nguyên vật liệu và chi phí vận chuyển nguyên liệu thô):

1) chi phí tiền xử lý cao của vật liệu cellulose;

2) chi phí cao của cellulase, lên đến 2000-3500 nhân dân tệ;

3) hàm lượng đường thấp của thủy phân cellulose và hàm lượng rượu thấp của chất lỏng nghiền lên men dẫn đến tăng chi phí chưng cất.

Iii. Các vấn đề cần được giải quyết trong việc sử dụng năng lượng sinh khối có giá trị cao

1. Việc kiểm soát hiệu quả chuyển đổi năng lượng dưới bất kỳ hình thức nào và việc sử dụng năng lượng sẽ được chuyển đổi từ dạng này sang dạng khác, và một phần năng lượng sẽ bị mất trong mỗi bước chuyển đổi.Điều này đặc biệt đúng đối với năng lượng sinh khối. là sự bắt giữ năng lượng ánh sáng của các sinh vật. Do đó, một trong những vấn đề cơ bản của năng lượng sinh khối là hiệu quả chuyển đổi.

Sinh khối có thể được biến thành năng lượng hoặc hóa chất. Các phương pháp cơ bản của biến đổi là hai: hóa học và sinh học. Hóa học hoặc sinh học, lõi là chất xúc tác. Chất xúc tác là chìa khóa để tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu quả.

Ví dụ, trong quá trình sản xuất mêtan sinh học, số lượng vi khuẩn mêtan hoạt động nhiều hơn là enzyme, chúng càng ít sử dụng enzym hơn. Trong quá trình sản xuất ethanol xenlulô, khí hóa cellulose tạo ra khí tổng hợp (hỗn hợp hydrogen và carbon monoxide) cũng dựa vào một chất xúc tác có hiệu quả cao và chuyên dụng để chuyển thành nhiên liệu lỏng.

2. Sửa đổi cấu trúc cây lignocellulosic và thành phần cấu tạo

Vấn đề cốt lõi của cấu trúc và thành phần của lignocellulosic là làm thế nào để cải thiện hàm lượng cellulose và giảm hàm lượng lignin. Điều này đặc biệt có lợi cho sản xuất ethanol xenlulo. Các thay đổi trong nội dung tương đối có tác động tích cực lên cả tiền xử lý và tỷ lệ sản xuất rượu.

phần kết luận

Việc khai thác và sử dụng năng lượng sinh khối là một lĩnh vực nghiên cứu mới của ngành công nghiệp năng lượng sinh khối và liên ngành, là một ngành công nghiệp chiến lược mới nổi ở Trung Quốc, được nhà nước thúc đẩy mạnh mẽ, đặc trưng bởi công nghệ chuyên sâu, vốn thâm dụng, lao động chuyên sâu, công nghiệp chuỗi nhà máy và động lực mạnh mẽ.