Прежде чем говорить об энергоэффективности и энергосбережении надо четко представлять себе, как генерируется энергия, в данном случае тепловая — один из основных видов энергии. В данной статье будут приведены, может и не совсем корректные с точки зрения науки примеры которые позволят понять основные принципы, сформировать четкие представления, о том как и где в коммунальном секторе экономики возможны и должны внедряться энергосберегающие технологии.

Что такое горение? В самом общем случае это присоединение к молекулам, имеющим в своем составе атомы углерода и водорода молекул кислорода. Однако процесс воссоединения (злуки) может произойти только при условии, если брачующиеся молекулы достаточно возбуждены. Возбуждение молекул (энергетический порог активации) выражается в увеличении амплитуды их колебаний. Характерно, что амплитуда колебаний реагирующих молекул значительно выше, чем могут себе позволить колебаться молекулы, находящиеся в составе твердого тела или жидкости. Значит, энергия активации априори переводит вещество в газообразное состояние. Конечно, активация сопровождается сложными процессами деструкции исходной молекулярной структуры с параллельным процессами рекомбинации. В бытовом смысле дерево уголь бензин не горят, реакция горения происходит только в газообразной фазе. Конечно, существуют исключения, например, окисление (горение) этилена на платиновой подложке, так называемое поверхностное горение, но оно в основном представляет интерес только для физиков. Таким образом, процесс горения состоит из двух самостоятельных стадий:

  1. Активация топлива
  2. Присоединения кислорода (окисление)

Так вот, по большому счету активация топлива называется пиролизом. Под топливом подразумевается любое содержащее углерод вещество в восстановленном состоянии. Устоявшееся научное значение термина «пиролиз», — это разложение любых органических соединений на составляющие менее тяжёлые молекулы, или элементы под действием повышения температуры при отсутствии кислорода. При появлении кислорода, это уже не пиролиз, а горение.

Классическое определение не объясняет физической сути явления. Разделив процесс горения на два самостоятельных этапа мы получаем в руки волшебную палочку которая называется энергосбережением.

Есть дискуссия на тему что разумнее, много зарабатывать, или много экономить. Оптимальным ответом будет: много думать, много зарабатывать, много экономить.

Например, возьмем станцию биологической очистки сточных вод. Основной функцией очистных сооружений биологической очистки является извлечение из сточных вод соединений углерода, азота и фосфора. Эти соединения трансформируются в форму биомассы (избыточный ил) и накапливаются на специально отведенных для них территориях. Проблема глубокой переработки избыточной биомассы — это проблема всех без исключения станций аэрации.

Рассмотрев станцию биологической очистки, как завод по производству избыточного ила. Конечный продукт, обладает определенными качественными показателями: возраст, иловый индекс, состав, калорийность. Как и в любом производстве есть и отходы в данном случае это чистая вода. Поэтому, очистные сооружения ничем не отличаются от любого парникового хозяйства по выращиванию, например, помидор. Есть почвенный субстрат (сточная жидкость), есть затраты электроэнергии, есть трудозатраты персонала, есть получаемый продукт, избыточный ил, есть его урожайность (удельное количество в одном литре стока). Однако понеся затраты на получения продукта мы его выбрасываем. Если проводить аналогию с теплицей, то мы затратили средства на выращивание помидор, затем их сгноили.

Поэтому, на приведенном примере, надо решить простую задачу как с максимальной эффективностью, а именно, — использовать избыточный ил как источник сырья. Имея в распоряжении нашу волшебную палочку (пиролиз) возможно, имея ил как сырье, приготовить из него топливо которое удобно для использования в любых современных огнетехнических устройствах. Из одного кубического метра городских сточных вод можно получить 200 гр ила и 150 гр сырого осадка, что соответствует 9.45 Мдж или 2.62 квт часа энергии. Калорийность ила 27 МДж/кг сухого беззольнлго вещества.

Таким образом, понимание возможностей использования так называемых низкосортных  топлив (ТБО, ил, торф, бурый уголь) по сути антропогенных отходов, отходов цивилизации при применении двух этапной теории горения позволит во многом решить проблему дефицита углеводородного топлива. Это и есть настоящее энергосбережение.

Для начала попробуем классифицировать отходы. (низкосортное топливо). Назовем их как это сейчас модно, Воспроизводимые источники энергии. Воспроизводимые источники энергии, можно условно разделить на пять групп:

Первая группа, представляет собой древесное сырье:

  • Неделовая древесина, в основном мягких пород, заготовленная при санитарной вырубке лесных массивов. Потенциальный объем данного типа сырья достигает 20% от общего объема лесного массива ежегодно. Отходы лесозаготовки — пни, корье, сучья, щепа. Доля отхода лесозаготовки от ее объема может составлять 40 % и более.
  • Древесная и кустарниковая обрезь, образующаяся при обработке растительных насаждений в городской черте.
  • Отходы деревообработки — опил, щепа, горбыль, составляет не менее 40% от объема деревообработки.

С учетом одновременного получения продукции лесохимического профиля, квалифицированный подход к переработке данного вида сырья позволяет организовать производство на уровне, сравнимом с современным химическим или нефтехимическим производством. Как правило, данного вида сырье, складируется и хранится в беспорядочном состоянии, в местах его образования. Это приводит к его естественной порче, сопровождающейся негативным воздействием на окружающую среду — гниение, самовозгорание, распространение болезней растений и популяций грызунов. Единственная возможность вовлечения древесного сырья в энерготехнологическую переработку — подготовка и частичное использование в местах его образования.

Вторая группа, это органическое сырье: органическое сырье сельскохозяйственного происхождения — солома, льнокостра, стебли, шляпки, кочерыжки зерновой кукурузы, подсолнечника, хлопчатника. К этой же группе относятся лузга подсолнечника, отходы при переработке технических масляных культур и другие отходы сельскохозяйственного происхождения. Как правило, сырье данной группы, отличается от древесного низким содержанием влаги и высоким содержанием смолистых соединений — набор ценного химического сырья. Довольно высокая энергетическая ценность, доступность и свойства, определяют эту группу как важный дополнительный топливный ресурс, особенно в сельском хозяйстве.

Задача использования сельскохозяйственного и древесного сырья, в настоящее время, облегчена в результате создания многочисленных установок брикетирования, экструдирования, предварительного измельчения и т.д. Этим решаются проблемы заготовки, транспортировки и хранения сырья. Также интересным сырьем являются: навоз и куриный помет – продукты животноводства.

Третья группа это торф и сапропеллиты составляют сырьевых ресурсов для энерготехнологической переработки. Торф и его аналоги являются ценным исходным материалом для производства химических продуктов, что дополнительно стимулирует его энерготехнологическую переработку. Переработка торфа возможна в любом виде, некоторые повышенные требования предъявляются к влажности.

Четвертая группа возобновляемых источников энергии, имеет наилучшие перспективы для их квалифицированной переработки в ликвидные энергоносители. Сырье этой группы, представляет собой твердые бытовые и производственные отходы органического происхождения. Данная группа сырья является, по сути, смесью материалов на растительной и синтетической основе. Энергетический потенциал отдельных компонентов превышает соответствующие показатели ископаемых топлив. Накопленные запасы органических отходов сравнимы с запасами природного сырья. Ежегодное воспроизводство бытовых и производственных отходов приближается к 600 кг. на каждого жителя. Рециклинг бытовых отходов, широко рекламируемый в прессе и, иногда, в научных публикациях, не принес желаемых результатов — возврат в сферу потребления «ценных» компонентов. По данным ученых, применение в производстве вторичного сырья приводит не только к сокращению сроков эксплуатации изделий (т.е. ускоряет их старение) в 2-3 раза, но и приводит к увеличению эмиссии вредных веществ (фураны, бенз-а-пирен, диоксины) в сотни раз.

Пятая группа. Следует отметить, что в отдельных регионах Украины, имеются обширные запасы бурых углей и сланцев, традиционно используются для производства смесей углеводородов (сланцевое масло и угольный деготь) и полукокса — сырья для химической и металлургической отраслей промышленности. Созданные в последние годы интенсивные технологии переработки низкокачественных углей, как раз являются примером энерготехнологической переработки сырья.

Для всех групп возобновляемых источников энергии, прямая переработка в электрическую энергию неразумна, поскольку технологии энергопроизводства, основанные на сжигании низкокалорийных топлив, сопряжены с интенсивным выбросом в атмосферу токсичных ингредиентов — фуранов, бенз-а-пирена, диоксинов и их прекурсоров. А также при относительно малой энергоплотности возникают проблемы при логистике.

Поэтому энерготехнологическая переработка возобновляемых источников энергии на сегодня единственный способ, который позволяет не только получать энергоносители, адаптированные к существующим огнетехническим установкам, но и очистку непосредственно в процессе производства, получаемых продуктов от потенциально вредных примесей

Принципы квалифицированной переработки возобновляемых источников энергии следуют из того, что химический состав и структура горючих материалов, независимо от происхождения, являются аналогичными. Понимание аналогий в строении горючих материалов, позволяет выработать единый подход к переработке возобновляемых источников энергии, как веществ с полимерными структурами и близким химическим составом.

Добавить комментарий