재생 가능 에너지에 관해서 사람들은 항상 태양 에너지와 풍력 에너지를 먼저 생각합니다. 중국은 생태 문명의 건설을 적극적으로 추진했으며 바이오 매스의 이용은 새로운 개발 기회를 가져 왔습니다. 바이오 매스 에너지는 저탄소 및 환경입니다 친환경, 근본적으로 에너지 사용의 현재 상황을 바꿀 수 있고 커다란 부를 창출 할 수 있습니다.
1. 총 바이오 매스 자원 추정
바이오 매스 자원은 주로 표 1과 같이 5 가지 범주로 나뉜다.
표 1 중국의 총 바이오 매스 자원 추정
콩 작물 (옥수수 줄기, 짚, 짚, 사탕 수수 짚, 왕겨 등), 콩, 면화 줄기, 이런 종류의 바이오 매스 자원은 더 많지만 (7-9 억 - t) 바이오 매스 에너지 및 바이오 기반 화학 물질, 1 억 3 천만 t, 1 억 5 천만 tce에 해당하는 바이오 매스 에너지 및 바이오 매스 원료 등에서 사용할 수 있습니다.
두 번째 범주는 임업 폐기물로 약 4 천만 t / a를 차지합니다.
세 번째 종류의 가축 및 가금류 배설물은 바이오 매스 자원이 풍부하여 건조한 매질로 5 억 톤에 이르며 메탄은 220 억 ㎥를 생산할 수 있습니다.
네 번째 유형은 가정 하수 및 산업용 유기 폐수로, 2 천 5 백만 톤의 고형 폐기물 잔여 물을 포함합니다.
다섯 번째 카테고리는 시립 고체 폐기물로 약 1 억 톤에 사용할 수 있습니다.
함께,이 다섯 가지 유형은 표준 석탄의 총량이 8 억에서 10 억 톤에 이르는 중국의 주요 바이오 매스 자원의 분포를 구성합니다.
바이오 매스의 중요한 구성 요소는 탄수화물이며, 과도한 산소 함량은 바이오 매스의 가장 큰 특징 중 하나이다 (표 2).
표 2는 바이오 매스 (건식 기준)
표 2에서 볼 수 있듯이 광합성 산물의 탄소 화합물은 물속의 산소 비율이 40 % 정도로 높기 때문에 탄수화물 에너지 밀도의 자연 상태는 낮고 순 열효율 (LHV)은 약 16 %에 불과합니다. 그러므로, 바이오 매스 자원의 효율적인 이용을 설계 할 때 다음 두 가지 문제가 우선되어야한다 :
1. 바이오 매스 자원은보다 높은 에너지 밀도를 갖는 물질로 전환되어야한다 (탄화수소 농축 또는 탈산 소화 공정이라 칭함).
2. 바이오 매스가 자연 상태에서 에너지 밀도가 높은 물질 형태로 바뀌면 변환 단계와 손실이 최소화됩니다.
바이오 매스 에너지의 고 가치 활용의 실현 가능한 방법
현재 바이오 매스 자원 기술의 인간 개발 및 활용은 직접 연소, 혐기성 소화 (메탄), 설탕 발효 (에탄올 생산), 오일 추출 및 바이오 디젤, 열분해 오일 (생산), 가스화 (합성 가스) 현재, 높은 가치를 지닌 바이오 매스 에너지를 개발하고 활용하는 세 가지 가능한 방법이있다.
1. 생물학적 메탄 (바이오 가스)의 생산은 본질적으로 미생물의 물질 대사 및 에너지 전환 과정 인 바이오 가스 발효 과정을 통해 실현된다. 분해 및 신진 대사 과정에서 바이오 가스 미생물은 자신의 성장에 맞는 에너지와 물질을 얻는다. 재생산이 이루어지며, 대부분이 메탄과 이산화탄소로 전환된다.
과학적 분석에 따르면 유기물의 약 90 %가 바이오 가스로 전환됩니다. 10 %는 바이오 가스 미생물에 의해 자체 소비됩니다. 발효 물질로 인한 바이오 가스 생산은 실제로 일련의 복잡한 생화학 반응을 통해 이루어집니다.
에너지 생성의 관점에서 이해하려면 다음과 같이 생각하십시오. 바이오 가스 발효 과정의 본질은 미생물 군집의 대사 기능이며, 분자와 원자의 재 배열을 통해 40 % 정도의 높은 산소 함량을 나타냅니다. 탄소, 수소, 농축의 과정에서 두 가지 요소에 바이오 매스 (수식을 통해 다음과 같습니다 : CH1.4 O0.6), 제품은 에너지 밀도가 출발 원료 (바이오 매스) 탄화수소보다 훨씬 높습니다 - 메탄.
유기 물질의 거의 90 %가 메탄으로 전환 될 수 있기 때문에, 이것은 매우 효율적인 몇 가지 프로세스 중 하나입니다. 바이오 가스 발효의 에너지 전환 효율의 이론적 가치는 65 % 이상입니다.이 기술이 가장 중요한 이유 중 하나입니다 최근 국제적으로 홍보되었습니다.
바이오 매스가 전기를 생성합니다.
바이오 매스 전력 생산이란 화력 발전소의 증기 터빈을 발전을 위해 연소시킨 후 석탄 탄소를 대체하기 위해 바이오 매스 원료를 사용하는 것을 말한다. 바이오 매스 전력은 화력 발전소의 기존 인프라를 활용할 수 있고, 중국의 바이오 매스 발전은 주로 짚, 삼림 폐기물 자원과 같은 바이오 매스를 태우는 발전을 말한다. 외국에서 바이오 매스 발전의 원료는 세 부분으로 나누어진다.
1) 바이오 매스는 장작과 같이 직접 연소합니다.
2) 바이오 매스 "열분해"에서 얻은 바이오 오일은 다른 장소로 옮겨 지거나 그 자리에서 연소되어 증기 터빈을 구동시켜 전기를 생산할 수 있습니다.
3) 바이오 매스 "가스화"에 의해 생성 된 합성 가스 (수소 및 일산화탄소)는 전기를 생성하기 위해 터빈을 구동하기 위해 태울 수 있습니다.
3. 셀룰로오스 에탄올의 저비용 생산
앞으로 수십 년 동안 화학 물질에 대한 효과적인 대안을 찾기 전에, 생물학적 액체 연료 에탄올 중 하나가 여전히 첫 번째 선택입니다. 아이디어의 현재 상황에서 액체 연료로 폐기 된 에탄올은 유치하거나 적어도 실용적이지 않습니다. 연료 에탄올은 제 1 세대와 제 2 세대로 나누어진다.
1 세대는 주로 전분 (곡물, 감자 및 기타 인간의 음식)을 원료로 사용했습니다. 식량 안보 때문에 국가들은 이제 셀룰로오스로 만든 2 세대 연료 에탄올로 전환하고 있습니다. 현재, 셀룰로오스 에탄올의 가장 큰 문제점 비용이 너무 높다는 것입니다. 중국의 t 당 비용은 9,000 위안과 12,000 위안 사이입니다. 높은 비용 (원자재의 가격 변동 및 원자재의 운송 비용 제외)은 세 가지 이유가 있습니다.
1) 셀룰로오스 재료의 높은 전처리 비용;
2) cellulase의 높은 비용, 2000-3500 위안;
3) 셀룰로오스 가수 분해물의 낮은 당 함량 및 발효 된 매쉬 액체의 낮은 액체 함량은 증류 비용을 증가시킨다.
Iii. 바이오 매스 에너지의 고 부가가치 활용에서 해결해야 할 문제
1. 에너지 변환 효율의 제어는 모든 형태와 사용이 한 형태에서 다른 형태로 변형되어야하며 각 변환 단계에서 에너지의 일부가 손실된다. 이것은 바이오 매스 에너지에 특히 중요하다. 바이오 매스 에너지의 근원 생물에 의한 빛 에너지의 포획이다. 따라서 바이오 매스 에너지의 기본 문제 중 하나는 전환 효율이다.
바이오 매스는 에너지 또는 화학 물질로 전환 될 수 있습니다. 변환의 기본 방법은 화학 및 생물학적입니다. 화학적 또는 생물학적으로 다른 것, 핵심은 촉매입니다. 촉매는 에너지를 절약하고 효율성을 향상시키는 열쇠입니다.
예를 들어, 생물학적 메탄의 생산에서 메탄 박테리아 개체군은 효소의 측면에서 더 활동적 일수록 더 적은 효소를 사용합니다. 셀룰로오스 에탄올 생산에서 셀룰로오스 가스화는 합성 가스 (수소와 일산화탄소의 혼합물) 또한 액체 연료로 전환하기위한 고효율의 전용 촉매를 사용합니다.
2. 식물 lignocellulosic 구조 및 구성 성분의 변경
lignocellulosic의 구조 및 구성의 핵심 문제는 셀룰로오스 함량을 개선하고 리그닌 함량을 줄이는 방법입니다. 이는 셀룰로오스 에탄올 생산에 특히 유용합니다. 상대 함량의 변화는 전처리 및 알코올 생산 속도에 긍정적 인 영향을 미칩니다.
결론
바이오 매스 에너지의 개발과 활용은 학제 간 융합의 새로운 연구 분야이다. 중국의 전략적 신흥 산업 인 바이오 매스 에너지 산업은 집중 기술, 집약적 인 자본, 집약적 인 노동, 산업으로 특징 지어지는 주정부에 의해 활발하게 추진되고있다 체인 공장과 강력한 추진력.
