Экологически чистые источники энергии

Козадёров О.А.К.х.н., доц. кафедры физической химии Воронежского госуниверситета

Тема 2. Возобновляемые источники энергии. Экология их

использования

Лекция 4. Энергия биомассы и солнечная энергетика

Биомасса как источник энергии

Древесина (дрова)– относительно чистое топливо– вид биомассы, наиболее используемый для выработки энергии

Экологический эффект нерационального использования древесины

Нежелательное воздействие на окружающую среду при вырубке лесных массивов

Сахарный тростник

Растение, эффективно аккумулирующее солнечную энергию

Сбраживанием сахара из тростника получают этиловый спирт – альтернативное топливо; оно намного дешевле обычного топлива, гораздо экологичнее и эффективнее

Бразилия – крупнейший производитель биоэтанола

Бразильский самолет Ipanema Embraer - первый частный самолет, запущенный в массовое производство, который работает на этиловом спирте, получаемом из сахарного тростника.

Кукуруза

Производство этанола из кукурузы набирает обороты во всем мире

В США действует 115 заводов и строится еще 79. На таком предприятии производится в год около 100 млн. л.

Двигатель этого автомобиля работает на биоэтаноле из кукурузы.

Ситуация в России

Проекты по производству моторного биотоплива есть и в России, но строительство пока тормозится высокими акцизами на этиловый спирт.

Губернатором Липецкой области О.Королевым и президентом группы компаний «Виноградов» В.Виноградовым подписано соглашение о начале производства альтернативного моторного топлива – биоэтанола. Новый для России вид горючего будет производиться из рапса и имеет лучшие экологические характеристики по сравнению с бензином.

Рост мирового производства топливного биоэтанола

Перспективы биологической энергетики: необходим тщательный анализ!

Последствия ее развития трудно предсказуемы Можно ли увеличивать площади под

энергетическими культурами за счет продовольственных?

– Спрос на биотопливный этанол в США привел к росту площади сева кукурузы

– Из-за этанола для автомобилей дорожает кукуруза Выращивание монокультуры приводит к

истощению почвы по какому-либо питательному веществу

Биогенные водосодержащие материалы – источник биогаза

Биогаз представляет собой энергоноситель с энергией химического соединения, главным компонентом которого является метан. Он образуется в результате анаэробного микробного разложения органического компонента

Биогазовая установка

1.Хлев 2.Приемник 3.Подвоз и подготовка 4.Насосная станция 5.Основной ферментер 6.Конечный ферментер 7.Преобразователь

энергии 8.Хранилище биогаза 9.Блочная тепловая

установка 10.Вывоз

Применение биогаза

СЖИГАНИЕ ГАЗА (Производство тепловой энергии)

КОМБИНИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

ОПАСНОСТИ БИОГАЗОУСТАНОВОК

- Взрыв, пожар - Угроза шума - Угроза удушья или отравления - Инфекционная опасность, угроза здоровью в

результате воздествия продуктов коферментации - Угроза проникновения вредных веществ в

воздух, почву и поверхностные воды - Высвобождение вредных веществ при

утилизации отходов

Недостатки биогаза

Более высокий уровень pH отходов ферментации

Более высокая летучесть аммиака Складирование биогаза в закрытых

ёмкостях

Солнечная энергетика

Солнечная энергетика: история

Древняя легенда: Архимед спас родной город Сиракузы с помощью солнечной энергии

Солнечная энергетика: история

1878 г . – Франция, Мушо – солнечная паровая машина

1900 г. – США, фермеры – солнечные насосы для орошения

– Фокусировка лучей Солнца на бойлере позволяла получать пар, используемый для вращения насоса

Солнечная энергетика: история

1891 г. – США, Кларенс Кемп – солнечный водонагреватель «Клаймакс»

Солнечная энергетика: история

1909 г. – США, Уильям Бейли – базовые элементы современной системы для подогрева воды– Коллектор с медными трубами монтировался

на крыше– Изолированный нагреватель на чердаке

сохранял нагретую воду 1913 г. – заморозки в Калифорнии (!);

разрыв медных труб

Активное использование солнечной энергии

Пассивное использование солнечной энергии

Окна с южной стороны дома, с большими стеклами.

– Проблема: Ночью теряется тепло с большой поверхности окна

Решение: Изолирующие занавески; Прозрачная полиэфирная пленка с тонким слоем металла на поверхности.

Стены дома, представляющие собой солнечный коллектор

Солнечная теплица, пристроенная к дому

Преобразование солнечного света в электричество: принципы

Процесс происходит в фотоэлектрических солнечных преобразователях, основой которых служат полупроводники

Простейший солнечный элемент – пара соединенных между собой кремниевых пластинок

Кроме кремния, могут быть использованы селен, CdS, GaAs и иные полупроводники

Преобразование солнечного света в электричество: эффективность

Не более 12-14% падающего на кремниевый элемент солнечного света преобразуется в электричество

Преобразование солнечного света в электричество: использование

Обеспечение электроэнергией космических кораблей, станций, спутников

Снабжение электроэнергией отдаленных районов (в развитых странах)

Изготовление фотоэлектрического кровельного материала

Использование фотоэлектричества

Развитие и потенциал рынка фотоэлектричества в Европе

Мировое производство фотоэлектрических модулей

Преимущества солнечной энергетики

Ничего не сжигается, не нагревается и не расщепляется

Не нужно добывать и транспортировать никакое топливо

Изнашиваться нечему Запасы «топлива» неисчерпаемы