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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Installations de bioénergie. La biomasse comme source de carburant constamment renouvelable. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives La biomasse est un terme qui inclut toutes les substances organiques d'origine végétale et animale. La biomasse est divisée en déchets primaires (plantes, animaux, micro-organismes, etc.) et secondaires - déchets lors du traitement de la biomasse primaire et des déchets humains et animaux. À leur tour, les déchets sont également divisés en primaires - déchets lors du traitement de la biomasse primaire (paille, fanes, sciure de bois, copeaux de bois, vinasse d'alcool, etc.) et secondaires - produits du métabolisme physiologique des animaux et des humains. La quantité annuelle de déchets organiques dans divers secteurs de l'économie nationale de la Russie est supérieure à 390 millions de tonnes.La production agricole produit 250 millions de tonnes, dont 150 millions de tonnes proviennent de l'élevage et de l'aviculture, 100 millions de tonnes de la production végétale. Le bois et la transformation du bois produisent 700 millions de tonnes, les déchets solides municipaux - 60 millions de tonnes, les eaux usées municipales - 10 millions de tonnes (toutes les valeurs données sont données pour la matière sèche absolue). L'énergie stockée dans la biomasse primaire et secondaire peut être convertie en combustibles ou en énergie techniquement utilisables de plusieurs manières.
Au stade actuel du développement économique de la Russie, conformément au programme scientifique et technique d'État "Énergie écologiquement propre", les énergies renouvelables se développent dans les deux dernières directions. Conversion thermochimique de la biomasse Le développement et la création les plus actifs d'équipements pour la gazéification de la biomasse solide sont en cours afin de créer des centrales thermiques et électriques autonomes fonctionnant au gaz de générateur. Sur la base de tels générateurs de gaz, des installations ou des stations autonomes qui ne dépendent pas d'une alimentation électrique centralisée peuvent être créées pour l'alimentation en chaleur et en électricité des consommateurs de toutes les régions du pays qui disposent de matières premières et sont privées d'approvisionnement en énergie. Ces régions comprennent principalement les régions de Sibérie, de l'Extrême-Nord, ainsi que la plupart des zones rurales qui disposent de déchets forestiers (sciures, écorces, copeaux de bois, souches d'arbres) et de productions végétales (toute paille, tiges de tournesol, maïs, etc.). Conversion biotechnologique de la biomasse Dans la conversion biotechnologique, en règle générale, la biomasse est utilisée et, tout d'abord, divers déchets organiques avec une teneur en humidité d'au moins 75%. La conversion biologique de la biomasse en carburant et en énergie se développe dans deux directions principales :
À l'heure actuelle, la production de biogaz est principalement associée au traitement et à l'élimination des déchets de l'élevage, de l'aviculture, de la production végétale, de l'industrie alimentaire, de l'industrie de l'alcool, des eaux usées municipales et des précipitations. Selon la technologie développée, dont les principales étapes ont été testées dans des conditions de production, le lisier est prétraité avec des coagulants-floculateurs pour floculer la majeure partie des substances organiques. Ces derniers sont éliminés par des centrifugeuses séparatrices d'une capacité de 25 et 50 m3/h. La pâte résultante avec une teneur en humidité de 70% est soumise à un compostage thermique pour obtenir des engrais organiques (33-35 tonnes/jour). La fraction liquide à 99% d'humidité est fermentée dans des digesteurs de "deuxième génération" à microflore fixe avec un temps de rétention de 5 jours. Le rendement estimé du biogaz est de 2500 m23/jour avec un pouvoir calorifique de 25-3 mille kJ/m360 (dans des conditions normales). La masse fermentée (370-3 m20) est ensuite nettoyée dans un système d'étangs d'une superficie de 5 ha. Avec cette technologie, le volume des investissements en capital diminuera de 6 à 6 fois. La superficie des étangs et le retrait des terres pour ceux-ci seront réduits de XNUMX fois. Une étude sérieuse sera nécessaire lors de la création d'un digesteur "de deuxième génération" et de la sélection de supports de substrat pour la fixation de la microflore. La création d'une production agricole diversifiée en Russie et l'émergence de nouveaux propriétaires face aux agriculteurs et paysans indépendants ont nécessité le développement, la création et la maîtrise de la production de systèmes de biogaz de petite capacité et faciles à exploiter. Dans des conditions naturelles, la destruction de tout type de biomasse, y compris le fumier animal, se produit dans l'humus du sol par décomposition en composés élémentaires sous l'action d'organismes en décomposition, de champignons et de bactéries. L'humidité, la chaleur et l'absence de lumière sont préférées pour ce processus. Au stade final du processus, la décomposition complète se produit sous l'action d'une variété de bactéries classées comme aérobies ou anaérobies. Les bactéries aérobies se développent principalement en présence d'oxygène ; avec leur participation, le carbone de la biomasse est oxydé en CO2. Les bactéries anaérobies se développent dans des volumes fermés avec un apport insuffisant en oxygène de l'environnement extérieur, qui existe également en raison de la décomposition des glucides. En fin de compte, en raison de leur activité, le carbone est divisé entre le CO entièrement oxydé2 et CH entièrement restauré4. Les éléments nutritifs tels que les composés azotés solubles sont retenus comme engrais humus du sol. Les réactions de décomposition de la biomasse effectuées par les micro-organismes font également référence aux processus de fermentation, cependant, pour les processus se déroulant dans des conditions anaérobies, le terme «fermentation» («fermentation») est plus souvent préféré. Biogaz - mélange CH4 et Cie2, formé dans des dispositifs spéciaux - générateurs de biogaz (Fig. 5.1), conçus et contrôlés de manière à assurer une libération maximale de méthane (dans la littérature pour ces dispositifs, vous pouvez toujours trouver le nom de "réservoir de méthane"). L'énergie obtenue en brûlant du biogaz peut atteindre de 60 à 90 % de l'énergie d'origine, qui a une source sèche. Cependant, le gaz est obtenu à partir d'une masse liquide contenant 95% d'eau, de sorte qu'en pratique le rendement est assez difficile à déterminer. Un autre et, apparemment, un avantage très important du processus est que ses déchets contiennent beaucoup moins d'agents pathogènes que le matériau d'origine. Certes, nous notons que tous les parasites et micro-organismes pathogènes ne meurent pas au cours du processus de digestion anaérobie. La production de biogaz devient économiquement justifiée et préférable lorsque le générateur de biogaz correspondant travaille sur le traitement du flux de déchets existant. Des exemples de tels flux sont les eaux usées des systèmes d'égouts, des élevages porcins, des abattoirs, etc. L'économie dans ce cas est due au fait qu'il n'est pas nécessaire de pré-collecter les déchets, d'organiser et de gérer le processus de leur approvisionnement. On sait combien et quand les déchets arriveront, et il ne reste plus qu'à les transformer en biogaz et en engrais.
La production de biogaz est possible dans des installations de différentes tailles. Il est particulièrement efficace dans les complexes agro-industriels, où il convient de réaliser la mise en place d'un cycle écologique complet. Dans de tels complexes, le fumier est soumis à une digestion anaérobie suivie d'un traitement aérobie dans des bassins ouverts. Le biogaz est utilisé pour l'éclairage, les mécanismes d'entraînement, le transport, les groupes électrogènes et le chauffage. Les algues peuvent être cultivées dans des bassins pour nourrir le bétail. Après la fermentation aérobie, les déchets entièrement transformés peuvent être introduits dans les aquariums et les bassins d'oiseaux aquatiques avant d'être utilisés comme engrais. Le succès de la mise en œuvre de tels schémas dépend directement de la qualité de l'étude du système de l'ensemble du projet, du degré de standardisation des structures et de la régularité de l'entretien. Auteur : Magomedov A.M.
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