バイオマス：未来のためのクリーンエネルギー。スキーム、説明

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バイオマス: 未来のためのクリーンエネルギー。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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バイオマスとは？

バイオマスとは木材、穀物、動物の排泄物などの有機物です。それらは光合成によって蓄積される太陽のエネルギーを蓄えます。バイオマスエネルギー - 農業廃棄物（テンサイパルプ、穀物もみがら、稲わらやもみ殻、ナッツの殻など）、木工廃棄物（おがくず、チップ、スクラップ）、家庭廃棄物（古紙や家庭廃棄物）に含まれるエネルギー。生育中の植物（ポプラ、ヤナギ、さまざまなハーブ）、メタン含有廃棄物（肥料、汚染水など）。

バイオマスはどのように利用できますか？

バイオマスエネルギーは、電気、熱、またはエタノールやその他のアルコールベースの燃料などの液体輸送燃料の生成に使用できます。人類は何千年もの間、暖房や調理にバイオマスを利用してきました。

バイオマスはどのように使われていますか？

米国では現在、バイオマスの使用によりエネルギー生産の最大 4% が賄われています (ウクライナでは 0%)。この数字は20%まで増加する可能性があると考えられています。これは米国のエネルギー産業に対する原子力発電所の貢献であるため、バイオマスの利用は原子力エネルギーを完全に代替できると考えられています。さらに、アメリカの専門家は、バイオマスから燃料を生産すれば石油輸出を50％削減できると考えている。

世界中でさまざまな種類の廃棄物が絶えず蓄積されています。何百万トンもの農業廃棄物が地球を汚染し、山ほどのおがくず、古紙、家庭廃棄物が処理を待っています。それらには、ガス、車の燃料、電気が含まれています。そしてこれらはすべて再生可能エネルギー源です。

バイオマスの利点は何ですか？

経済的

農村地域におけるバイオマスの最大の利点の 4 つは、その処理の開発です。バイオマスはかさばるため、長距離輸送には意味がありません。バイオマス処理は穀物が育つ場所に集中する必要があります。ガス、燃料、電気の生産に関わる仕事の数は膨大になる可能性があります。たとえば、米国農務省は、毎年生産されるエタノール 17000 万ガロン (約 XNUMX 万リットル) ごとに XNUMX 人の雇用がもたらされると推定しています。燃料と電力の生産により、農民は安定した収入を得ることができ、海外からの石油供給への依存を減らすことができます（これはウクライナにとってどれほど重要なことでしょう！）。

環境保護で

バイオマスエネルギーの利用は、気候変動を緩和し、酸性雨、土壌浸食、水質汚染、景観への圧力を軽減し、動物の生活と森林の成長にとってより良い条件を提供します。

気候変動は世界中の人々を心配させています。人間の活動、特に燃料の燃焼に関連する活動は、二酸化炭素やメタンなどのガスを何億トンも大気中に放出します。大気中のこれらのガスの濃度は地球の気候を変化させ、生命を支える生物圏全体を破壊します。

バイオマスエネルギー技術は、この影響を最小限に抑えるのに役立ちます。廃棄物からメタン（二酸化炭素の20倍有害）を回収することで、大気中への流出を防ぎ、発電や車両での利用を可能にします。

すべての植物は、生涯を通じて根や茎に炭素を保持します。植物が土壌中で腐ると、その炭素は他の植物によって使用されます。これがいわゆる炭素循環です。

収穫されても、植物の根は地中に残り、土壌を安定させ、炭素を保持します。

酸性雨

酸性雨は、化石燃料が燃焼すると硫黄酸化物と窒素酸化物が放出されるときに発生します。これらは水域の生物の破壊につながり、人間や動物の生命に影響を与えます。バイオマスには硫黄不純物が含まれていないため、バイオマスと石炭の共燃焼でも大気中への硫黄の放出を減らすことができます。

土壌侵食と水質汚染

バイオマスの利用は、さまざまな方法で水質汚染を減らすことができます。

まず、低地や沿岸地域でより多くの植物を栽培する必要があります。植物は土壌を安定させ、侵食を減らし、土壌からのさまざまな物質の浸出を防ぎます。植物の存在は水生生態系を保護し、魚などのさまざまな水生生物の生活条件を改善します。

第二に、バイオマスの使用は、メタン（嫌気性細菌）の結合を通じて水質汚染を軽減します。現在、嫌気性菌を配合した土壌改良剤が農家に販売されている。このようなコンディショナーを使用すると、畜産場の液体廃棄物を結合して排水することができ、さらなる処理に適した材料に変えることができます。

景観への負担を軽減

米国では、年間最大 350 億 XNUMX 万トンの農業廃棄物が発生しています。この廃棄物の少なくとも一部をエタノール生産に使用することで、農地の土壌に流入する廃棄物の量を大幅に削減します。

バイオマスから電気を作るには？

直接燃焼は、バイオマスに含まれるエネルギーを得る最も直接的かつ簡単な方法です。通常、燃焼ボイラーは工業プロセスで使用される蒸気を生成するか、電気を直接生成します。また、住宅や温室などの暖房に使用できる熱も生成します。バイオマスを燃焼する技術は石炭と同じです。さらに、バイオマスは既存のボイラーで石炭と一緒に燃焼できます。新しい方法はガス化です。バイオマスは燃焼する代わりに固相から気体に変わります。このガスは、輸送や産業用途で家庭用ガスの代わりに燃焼されるか、合成燃料に変換されます。後者のプロセスの技術はまだ十分に研究されていません。

バイオマスからエタノールを得る方法は？

エタノールは、食品廃棄物のバイオマス（穀物、ジャガイモ、ビート、製糖廃棄物）に含まれるデンプンをアルコールに加工することによって製造されます。発酵プロセスは蒸留酒の製造と同じです。酵母と熱により、複雑な糖がより単純な糖に分解されます。このようにして、米国では年間最大 5 万トンのエタノールが生産されます。

まだ使用されていない新しいプロセスは、木材廃棄物、草塊、農業廃棄物に含まれるセルロースの処理です。セルロースは炭水化物の一種であり、より単純な糖に分解できます。このプロセスは、より広範囲の廃棄物を使用できるため、以前のプロセスよりも幅広い用途がある可能性があります。

エタノールはガソリンとは化学的性質が異なるため、異なる方法で取り扱う必要があります。たとえば、エタノールはガソリンよりも蒸発しにくいです。これは、アプリケーションではエンジンの冷間始動が問題になることを意味します。したがって、エタノール用のエンジンはガソリン用とは異なるように設計する必要があります。また、エタノールは有機製品であるため、ガソリンよりもはるかに早く腐ります。したがって、エタノールをガソリンと混合して使用するのが合理的です（エタノール 10% からガソリン 90%）。このような混合物は、純粋なガソリンに比べて、一酸化炭素、二酸化炭素、二酸化硫黄などの物質の大気中への放出がはるかに少なくなります。

サマリー

バイオマスの利用は、有望な再生可能エネルギー源です。それは環境保護を改善するだけでなく、農村地域に多くの雇用をもたらすことができます。これまでのところ、化石燃料の使用の方がまだ安価であるため、バイオマスの使用は広く市場に出されていません。しかし、鉱床が枯渇すると、化石燃料はより高価になり、XNUMX 世紀にはバイオマスの利用が経済的に競争力を持つようになるでしょう。

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