Новости
Библиотека
Таблица эл-тов
Биографии
Карта сайтов
Ссылки
О сайте


Пользовательского поиска




предыдущая главасодержаниеследующая глава

Топливо из биомассы

Масштабы мирового производства биомассы колоссальны. Первичным источником биомассы является фотосинтез. В целом земной фотосинтез конвертирует 3⋅1024 Дж солнечной радиации, падающей на поверхность Земли в течение года, превращая ее в химическую энергию различного рода соединений; при этом ассимилируется 2⋅1011 т углерода [73, 121]. Данные по первичной глобальной продуктивности биомассы и распределению биомассы по различным регионам представлены в табл. 5.

Таблица. 5. Биопродуктивность различных систем [121]
Таблица. 5. Биопродуктивность различных систем [121]

Из таблицы 5 видно, что основным производителем биомассы являются континентальные леса. Морской фотосинтез обеспечивает 31,8% биомассы по производительности и всего лишь 0,21% по содержанию. Культивируемые в настоящее время земли вкладывают 5,3% в производство биомассы и дают по содержанию 0,76% от общего объема биоматериалов на Земле.

Для сравнения следует указать, что наиболее объемное активное производство, осуществляемое человеком на Земле - добыча и использование ископаемых топлив (газ, нефть, уголь) составляет 1,8⋅109 т/год [122], или 1,05% от мирового ежегодного производства биомассы. Таким образом, ресурсы технологических процессов, основанных на переработке биомассы, весьма велики. Кроме того, эффективность преобразования энергии фотосинтезирующими системами может быть увеличена (см. ниже).

В целом глобальный фотосинтез протекает весьма неэффективно с КПД 0,1-0,3% [73]. Это определяется тем, что в большинстве случаев производительность фотосинтеза лимитируется не световыми потоками, а такими физиологическими факторами, как влажность, концентрация углекислоты, минеральных солей и т. п.

В оптимальных условиях проведения процесса эффективность фотосинтеза может быть значительно увеличена. Теоретически предел в эффективности фотосинтеза достигает 35% по фотосинтетически активной радиации [121]. В табл. 6 приведены данные по эффективности фотосинтеза различными системами (в основном данные работы [121]).

Таблица 6. Энергетический КПД различных фотосинтезирующих биосистем [4]
Таблица 6. Энергетический КПД различных фотосинтезирующих биосистем [4]

* (Фотосинтетически активная радиация составляет около половины светового потока у поверхности Земли.)

Основным биоматериалом, составляющим большую часть биомассы, является продукт полимеризации глюкозы - целлюлоза. В исходном состоянии непосредственное использование целлюлозы в качестве топлива в настоящее время весьма ограничено. Например, для США, энергетические затраты которых в 1975 г. составляли 73 квада (1 квад = 1015 британских термических единиц), на долю древесины приходится около 1 квада. Это определяется невысокими характеристиками целлюлозы как топлива. Древесина является малоэнергоемким материалом, достаточно неудобно транспортируемым, при сгорании загрязняет окружающую среду продуктами пиролиза.

Принципиальным шагом вперед в энергетическом и химическом использовании целлюлозы является разработка способов конверсии целлюлозы в энергоемкие, транспортабельные и экологически чистые топлива. Ряд способов конверсии в настоящее время уже имеет экономическое значение и используется в некоторых странах при создании новых энергетических технологий. Примерами могут служить бразильский проект, основанный на конверсии целлюлозы в спирт [124], разработки, проводимые в Индии, ФРГ и Японии по получению газообразного топлива [125]. С другой стороны, ряд проблем в создании систем конверсии энергии в настоящее время находится в стадии лабораторных разработок и фундаментальных исследований [126-130].

Основой почти всех существующих способов конверсии целлюлозы в энергетических целях является использование биокаталитических систем на основе микроорганизмов и ферментов.

Микробиологические и биокаталитические системы в большинстве случаев имеют принципиальные преимущества по сравнению с другими системами с точки зрения эффективности преобразования энергии. Например, КПД преобразования световой энергии клетками хлореллы в оптимальных условиях культивирования существенно выше, чем высшими растениями (см. табл. 6).

В последние десятилетия сформировалось новое научно-техническое направление - разработка систем биоконверсии энергии. Под биоконверсией понимают способы трансформации различных форм энергии одна в другую на основе биологических принципов и биоматериалов. В 1972-1977 гг. был проведен ряд международных симпозиумов и конференций, посвященных этим проблемам.

В настоящее время активно развивается несколько направлений в исследовании разработке систем преобразования энергии на биологических принципах.

1. Преобразование солнечной энергии в энергию транспортабельного и экологически чистого топлива. Наиболее заманчивой в этом плане представляется идея использования механизма фотосинтеза разложения воды на водород и кислород (биофотолиз воды).

2. Получение высококалорийных топлив из целлюлозсодержащего сырья. Речь идет о трансформации целлюлозы в спирт, метан, водород, углеводороды.

3.Трансформация химической энергии топливных материалов непосредственно в электрическую. В биологических клетках в ряде случаев происходит весьма эффективная конверсия стабильных молекул в поток электронов и ионов. Примером может служить электронотранспортная цепь аэробного дыхания.

предыдущая главасодержаниеследующая глава



ИНТЕРЕСНО:

Ученые научились наблюдать за сверхбыстрыми химическими процессами

Почему на Западе периодическую таблицу никак не связывают с именем Менделеева

Люминесцентные наночастицы открыли новый этап в истории дактилоскопии

Нобелевская премия по химии присуждена за развитие криоэлектронной микроскопии

Новый метод анализа белков работает в 50 раз быстрее

Создана первая «химическая память» объемом в 1 бит

193 года назад впервые получено органическое соединение из неорганических

Ученые разработали программу, которая высчитывает свойства молекул сложных химических соединений

Самосборкой получены структуры из 144 молекулярных компонентов

Учёные создали нанореактор для производства водорода

Ученые из Швеции создали «деревянное стекло»

Разработан новый метод создания молекул

Японские ученые создали жидкий квазиметалл, застывающий на свету

Нобелевскую премию по химии присудили за синтез молекулярных машин

Новая компьютерная программа предсказывает химические связи

Получены цветные изображения на электронном микроскопе

В упавшем в России метеорите обнаружен уникальный квазикристалл

10 невероятно опасных химических веществ

Создатель «суперклея» Гарри Кувер – химик и изобретатель, автор 460 патентов, самый известный из которых так и не помог ему разбогатеть




© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2018
При копировании материалов проекта обязательно ставить активную ссылку на страницу источник:
http://chemlib.ru/ 'ChemLib.ru: Библиотека по химии'