¿Cuáles son el desarrollo y utilización de la energía de biomasa en mi país?
1. los recursos energéticos de biomasa de mi país
mi país tiene abundantes recursos energéticos de biomasa. Según los cálculos, los recursos energéticos de biomasa teóricos de mi país son aproximadamente 50 × 108t, que es cuatro veces el consumo total de energía actual en nuestro país. Los recursos energéticos de la biomasa se clasifican según las propiedades químicas de las materias primas, principalmente azúcares, almidón y lignocelulosa. Según el origen de las materias primas, incluye principalmente las siguientes categorías: (1) Residuos de producción agrícola, principalmente paja de cultivos. (2) Leña, ramitas y leña. (3) Residuos de transformación agrícola y forestal, astillas de madera, paja y cáscaras de frutas. (4) Heces humanas y animales y desechos orgánicos domésticos, etc. (5) Residuos orgánicos industriales, aguas residuales orgánicas y residuos residuales, etc. (6) Plantas energéticas, incluidos todos los cultivos, árboles forestales y recursos vegetales acuáticos que puedan utilizarse como fuentes de energía. Entre ellas, la biomasa agrícola y la biomasa forestal tienen las dos fuentes más amplias, las mayores reservas y las perspectivas de utilización más prometedoras.
1) Biomasa agrícola
Los recursos de biomasa agrícola incluyen residuos de procesamiento de productos agrícolas y paja de cultivos, como se muestra en la Figura 7.13. Los residuos del procesamiento de productos agrícolas incluyen cáscaras de maní, mazorcas de maíz, cáscaras de arroz y bagazo de caña de azúcar, como paja de arroz, paja de trigo y paja de maíz, etc. Según las estadísticas, la cantidad total disponible de biomasa agrícola importante en varias regiones de mi país es de aproximadamente 5,6 × 108 toneladas. Las tres principales regiones son Shandong, Henan y Hebei. La principal dirección de utilización de los recursos de biomasa agrícola de paja es 24 para piensos. De ellos, el 15% se utiliza para regresar a las tierras de cultivo, el 2,3% se utiliza para la industria y el 60% restante se utiliza para la quema al aire libre o para leña. Por tanto, el potencial de aplicación de los recursos de biomasa agrícola de mi país es muy grande.
Figura 7.13 Biomasa agrícola
2) Biomasa forestal
La superficie forestal existente en mi país es de aproximadamente 1,95 × 108 hm2, y la biomasa forestal total supera las 180 × 108 t. entre los cuales los recursos de biomasa forestal disponibles incluyen las tres categorías siguientes: la primera categoría son los recursos leñosos de almidón, como robles, frutas, bellotas, etc.; la segunda categoría son los recursos leñosos oleosos, como el aceite de tung, camelia oleifera, Pistacia oleifera; , sorbifolia, Jatropha curcas, etc.; la tercera categoría son los recursos de madera como combustible, como los bosques de arbustos, los bosques de leña y los "tres restos" forestales. Además, nuestro país todavía tiene cerca de 4000×104hm2 de colinas áridas y terrenos baldíos aptos para la forestación que pueden utilizarse para plantar bosques energéticos, así como casi 600×104hm2 de tierras forestales escasas y 5000×104hm2 de densidad de dosel (refiriéndose al grado hasta el cual las copas de los árboles en el bosque cubren el suelo) por debajo del 0,4 de tierra forestal de bajo rendimiento se puede utilizar para la transformación.
Actualmente, más de 20 países en el mundo están plantando "árboles del diésel". En las verdes colinas del municipio de Majiazhuang, ciudad de Wu'an, provincia de Hebei, mi país, hay exuberantes árboles de Pistacia chinensis que crecen silvestres por todas las montañas. Los frutos de este árbol pueden refinar el diesel, y la gente local lo llama ". árbol diesel." Actualmente, hay 100.000 acres de este tipo de "árboles de diésel" en la ciudad de Wu'an, y la producción anual de diésel refinado puede alcanzar los 1.000×104 kg. Según los informes, para 2012, la ciudad de Wu'an planea desarrollar "árboles de diésel" en 200.000 acres, con una producción anual de diésel de 2.000×104 kg.
2. Utilización de recursos energéticos de biomasa
Utilizado principalmente en las industrias de bioetanol, biodiesel, combustible de pellets sólidos de biomasa y generación de energía de biomasa.
1) Aplicación del bioetanol
El bioetanol se refiere a la conversión de diversas biomasas en alcohol combustible mediante fermentación microbiana. Puede usarse solo o mezclado con gasolina para producir etanol como combustible para vehículos. Las materias primas para la producción de bioetanol en mi país incluyen la caña de azúcar, el sorgo dulce, la mandioca y otras variedades de alto contenido energético, y se ha establecido un dispositivo de demostración industrial para la producción de etanol a partir de tallos de sorgo dulce con una capacidad de producción anual de 5.000 toneladas. Debido a que el etanol producido a partir de cereales tradicionales es caro, para reducir los costos de producción, mi país ha recurrido a la investigación y el desarrollo de métodos de fermentación mixta microbiana. La Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma afirmó que para 2020, el 15% de los combustibles de biomasa de mi país se utilizarán en automóviles, barcos y otras industrias.
2) Aplicación del biodiesel
El biodiesel se puede extraer de aceites animales y vegetales, como soja, colza, grasas animales y residuos de restauración, debido a su protección medioambiental, lubricidad y seguridad. propiedades Bueno y se puede mezclar con diesel petroquímico como combustible.
En junio de 2005, mi país utilizó un método de bioenzimas de desarrollo propio para producir biodiesel, y los indicadores técnicos alcanzaron los estándares de biodiesel europeos y estadounidenses, lo que marcó un gran avance en la investigación del biodiesel en mi país. En 2010, la capacidad de producción de biodiesel alcanzó las 300×104t/año, utilizado principalmente en la industria del transporte. Mi país se ha fijado el objetivo de que la capacidad de producción de biodiésel alcance las 200×104t para 2020 y ha establecido un dispositivo de 6×104t/año en Hainan, con una producción que ocupa el primer lugar en mi país.
3) Aplicación del combustible briquetas sólidas de biomasa
El combustible briquetas sólidas de biomasa es un material combustible que comprime mediante fuerza externa la basura urbana o los residuos agrícolas y forestales para aumentar su densidad, con el. ventajas de alta eficiencia, limpieza y ausencia de contaminación. La Figura 7.14 es un diagrama esquemático de agrupación y compresión de biomasa. Los equipos de producción de combustible para moldeo de biomasa de mi país incluyen el tipo de extrusión de tornillo, el tipo de estampado de pistón y el tipo de laminado de rodillos. Las formas de combustible incluyen principalmente bloques, varillas y granulados. La producción anual de combustible de pellets sólidos de biomasa de Beijing Okorifeng Company es de 60×104t, ocupando el primer lugar en el país. Se utiliza principalmente en calefacción de combustión directa y calderas industriales.
Figura 7.14 Agrupación y compresión de biomasa
4) Aplicación de la generación de energía con biomasa
La generación de energía con biomasa es el uso de la energía de biomasa contenida en la biomasa La generación de energía transportada out es un tipo de generación de energía renovable, que incluye la combustión directa de desechos agrícolas y forestales para la generación de energía, la generación de energía por gasificación de desechos agrícolas y forestales, la generación de energía por incineración de desechos, la generación de energía con gas de vertedero y la generación de energía con biogás. Para promover el desarrollo de la tecnología de generación de energía a partir de biomasa, desde 2003, el Estado ha aprobado tres proyectos de demostración de generación de energía de paja en Jinzhou, Hebei, Shanxian, Shandong y Rudong, Jiangsu, y ha promulgado el "Plan de Energía Renovable de la República Popular". "Ley" de China y aplicó políticas de apoyo pertinentes, como precios preferenciales de electricidad en la red para la generación de energía con biomasa, permitiendo así el rápido desarrollo de la generación de energía con biomasa, especialmente la generación de energía de paja.
En 2008, Mengniu construyó la planta de energía de biogás de biomasa más grande del mundo y recibió un fuerte apoyo del Fondo de Protección Ambiental del Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo. La Figura 7.15 muestra la central eléctrica de biogás de biomasa de Mengniu.
Figura 7.15 La central eléctrica de biogás de biomasa más grande del mundo en Mengniu
3. Las principales tecnologías para el desarrollo y utilización de energía de biomasa
Las principales tecnologías para el desarrollo y utilización de energía de biomasa en la etapa actual incluyen tres categorías: transformación física, transformación química y transformación biológica. Implica tecnologías específicas como moldeo por compresión, gasificación, licuefacción, pirólisis, fermentación e hidrólisis. La situación específica se muestra en la Figura 7.16.
1) Transformación física
La transformación física de la biomasa consiste en secar residuos agrícolas y forestales, como paja, aserrín, cascarilla de arroz, bagazo, etc., bajo la acción de un cierta presión. Combustible moldeado o alimento prensado en forma de varilla, granular o bloque. Los residuos agrícolas y forestales se componen principalmente de celulosa, hemicelulosa y lignina. El moldeo por compresión de biomasa se basa principalmente en la cementación de lignina. La lignina es un polímero natural formado por la fotosíntesis. Tiene una estructura tridimensional compleja y es una sustancia polimérica. Su contenido en las plantas es de aproximadamente el 15 al 30%. Cuando la temperatura alcanza los 70-100°C, la lignina comienza a ablandarse y tiene una cierta viscosidad. Cuando la temperatura alcanza los 200-300°C, la lignina está en estado fundido y la viscosidad aumenta. En este momento, se aplica una cierta. La presión puede hacer que la lignina se separe de la fibra. La planta se une con otras sustancias, lo que reduce en gran medida el volumen de la planta y aumenta significativamente la densidad. Una vez eliminada la fuerza externa, aún puede mantener una forma determinada debido a la. enredo entre las moléculas de fibra inelástica Después del enfriamiento, la resistencia aumenta aún más, reduciendo en gran medida el volumen de residuos agrícolas y forestales. Fácil de transportar y almacenar.
Figura 7.16 Principales tecnologías para el desarrollo y utilización de la energía de la biomasa
2) Conversión química
La conversión química de la biomasa implica aspectos de gasificación, licuefacción y pirólisis. .
(1) Gasificación:
La gasificación de biomasa se refiere a la pirólisis de biomasa altamente polimerizada en ciertas condiciones de temperatura con la ayuda de oxígeno o vapor de agua, oxidación, reducción y otras reacciones. y finalmente convertidos en gases combustibles como CO, H2 e hidrocarburos de bajo peso molecular. En mi país, el campo más utilizado de la tecnología de gasificación de biomasa es la generación de energía por gasificación de biomasa (BGPG).
El costo de la generación de energía con gasificación de biomasa es de aproximadamente 0,2 a 0,3 yuanes/(kW·h), lo que es cercano o mejor que la generación de energía convencional. Su inversión unitaria es de aproximadamente 3500 a 4000 yuanes/kW, que es sólo de 60 a 70 yuanes. de la energía del carbón. Las condiciones para entrar en el mercado son competitivas y las perspectivas de desarrollo son muy amplias.
(2) Licuefacción:
La tecnología de licuefacción de biomasa se refiere al proceso de conversión termoquímica de biomasa en condiciones de alta temperatura y alta presión. Mediante la licuefacción, la biomasa se puede convertir en productos líquidos con alto poder calorífico, es decir, los polímeros orgánicos macromoleculares sólidos se pueden convertir en materia orgánica líquida de moléculas pequeñas. El biodiesel es un combustible renovable producido mediante tecnología de licuefacción de biomasa. Los cultivos oleaginosos como la soja, la colza, la palma, etc. sufren reacciones de transesterificación bajo la acción de catalizadores ácidos o alcalinos y altas temperaturas para producir los correspondientes ésteres metílicos o etílicos de ácidos grasos, que luego se lavan y secan para obtener biodiesel. En comparación con la energía petroquímica tradicional, tiene un bajo contenido de azufre e hidrocarburos aromáticos, un alto índice de cetano, un alto punto de inflamación, buena lubricidad y se puede agregar al diésel fósil.
(3) Pirólisis:
La pirólisis de biomasa se refiere al uso de energía térmica para romper grandes moléculas de biomasa en compuestos de bajo peso molecular que contienen una pequeña cantidad de átomos de carbono. Proceso en el que la biomasa se calienta o se quema de forma incompleta en condiciones de anoxia completa y finalmente se convierte en productos gaseosos, líquidos y sólidos con alta densidad energética. El carbón vegetal es un producto importante producido mediante tecnología de pirólisis de biomasa. Los productos de carbón incluyen cuatro categorías: carbón blanco, carbón negro, carbón activado y carbón fabricado a máquina. Entre ellos, el carbón activado tiene la gama de aplicaciones más amplia. El carbón activado es carbón vegetal con una serie de ventajas, como una estructura de poros desarrollada, una fuerte fuerza de adsorción y una enorme superficie específica. En mi país, el carbón activado se utiliza ampliamente en la producción de glucosa, glutamato monosódico y en la industria farmacéutica.
3) Bioconversión
La tecnología de bioconversión se refiere a la transformación biológica de la biomasa basándose en la fermentación microbiana o la hidrólisis enzimática para producir líquidos o gases como etanol, hidrógeno y tecnología de combustible. . Las materias primas de biomasa para la bioconversión incluyen almidón y lignocelulosa. Los cultivos alimentarios ricos en almidón, como el maíz, la mandioca y el trigo, son los principales sujetos de la transformación biológica. Sin embargo, el costo de los productos convertidos a partir de cultivos como materias primas es alto, se ven fácilmente restringidos por factores de tierra y población, y la producción no puede ampliarse. aumentó significativamente. Por lo tanto, la tecnología de bioconversión que utiliza residuos de cultivos baratos y otras lignocelulosas como materias primas es una forma eficaz de resolver la crisis energética. Sin embargo, la estructura y composición de la lignocelulosa son muy diferentes de las materias primas del almidón. Resolver el problema de la degradación eficiente y de bajo costo de las materias primas de lignocelulosa es la forma fundamental para que los productos de conversión de lignocelulosa reemplacen los combustibles fósiles.