Renewable-energy-bio-energy-biomass-production
バイオエネルギー-バイオマス生産
有機材料は、バイオエネルギーとして知られる使用可能な形に変換されます。 エネルギー生産のプロセスで使用される材料は、原料と呼ばれます。
バイオマスをよりよく理解するために、最初にさまざまなソースを調べます。
バイオマス生産とは、有機物の量の増加を指します。 これは、特定の地域または人口に有機物が追加されることです。 バイオマスは、植物や動物が成長するにつれて補充されるため、再生可能エネルギーと見なされます。
生産には2つの形態があります-
- *一次生産*とは、光合成による植物によるエネルギーの生成を指します。 生成された余剰エネルギーは保存され、生態系の総バイオマスになります。 一次生産は、特定の年の総森林面積から推定できます。
- *二次生産*は、有機体が生体組織に吸収されることです。 動物による摂取、すなわち 他の動物または植物のいずれかでの給餌。 また、微生物による有機物の分解も伴います。 二次生産は、年間の総肉生産量として推定できます。
バイオマスは、特定の環境で生きている生物と死んでいる生物の質量として測定できますが、生産量を推定するのは困難です。 追加のバイオマスの一部は自然のプロセスによって置き換えられた可能性がありますが、それは体積の増加としてのみ推定できます。
熱の直接燃焼
熱の直接燃焼は、初期文明以来、バイオマスをエネルギーに変換する最も古い方法です。 熱化学変換（燃焼）は、さまざまな原料を使用してさまざまな方法で実現できます。
スタンドアロン燃焼
バイオマスベースの発電機は、植物油に由来するディーゼルを使用してディーゼル発電機に燃料を供給します。 発電機は有機ディーゼルを燃焼させてエネルギーを生成し、電気を生成します。
- 熱および発電所の組み合わせは、電気と有用な熱エネルギーを同時に生成することが知られています。 セラミック産業は、粘土タイルなどの製品の乾燥に熱を利用します。
- 一部の発電所では、バイオマスを使用して水を加熱し、発電用の蒸気を生成しています。 バイオマスは、水を沸騰させるのに十分な熱を生成するために燃やされます。
- 都市固形廃棄物プラントは、固形廃棄物を燃やして発電します。 固形廃棄物には、プラスチックや合成繊維からの有毒ガスがほとんど含まれているため、このタイプは批判を受けやすいです。
バイオマス共燃焼
スタンドアロンの燃焼とは別に、バイオマスは他の化石燃料と混合し、燃やしてエネルギーを生成することができます。 これは、同時焼成と呼ばれます。
- バイオマスは石炭として直接燃やすことができます。 これは直接燃焼と呼ばれます。
- その他の場合、バイオマスは最初にガスに処理され、次に合成ガスに変換されます。
- 3番目のケースは、化石燃料を別の炉で燃焼させ、生成されたエネルギーを使用して蒸気発電所で水を予熱する場合です。
燃焼の種類
燃焼のさまざまな種類は-
- 固定床燃焼-これは、最初に固体バイオマスを小片に切断し、次に平らな固定面で燃焼させる方法です。
- 移動床の燃焼-この方法では、火格子は灰を残したまま、常に均等に移動するように設定されています。 燃料は燃焼レベルで燃えます。
- 流動床燃焼-燃料は砂と混合した高圧下で沸騰します。 砂は熱を均等に分散するのに役立ちます。
- バーナー燃焼-この方法では、木粉と細かい粉塵が液体燃料と同様のバーナーに入れられます。
- ロータリー炉燃焼-キルン炉は、水分含有量の高い有機物を燃焼させるために使用されます。 食物残渣や他の湿った農場廃棄物などの廃棄物は、この方法で燃やされます。
熱分解
- 熱分解*は、完全な燃焼を引き起こす可能性がある、酸素なしで非常に高い温度で燃焼することによるバイオ燃料の処理の別の形態です。 これは、不可逆的な物理的および化学的変化を引き起こします。 酸化またはハロゲン化プロセスがないため、燃焼、共燃焼、またはガスへの変換に使用できる非常に高密度のバイオ燃料が得られます。
- *遅い熱分解*は約400oCで起こります。 それは固体炭を作るプロセスです。
- *高速熱分解*は450oC〜600oCで発生し、有機ガス、熱分解蒸気、および木炭が生成されます。 蒸気は、凝縮によってバイオオイルとして液体の形に処理されます。 これは、さらなる反応を防ぐために1秒以内に行わなければなりません。 結果として得られる液体は、木質バイオマスよりも濃い茶色の液体であり、エネルギーの点で同等の含有量を持っています。
バイオオイルには多くの利点があります。 輸送、燃焼、保管が簡単です。 多くの種類の原料を熱分解により処理して、バイオオイルを生成できます。
以下の図は、熱分解を通じてエネルギーをバイオ燃料から使用可能な形に変換するプロセスを説明しています。
アルコール発酵
アルコール発酵は、糖をセルロースに変換するプロセスです。 このプロセスでは、副産物としてエタノールと二酸化炭素が生成されます。 このプロセスは酸素の非存在下で行われるため、嫌気性と見なされます。 パンを焼いてアルコール飲料を製造することとは別に、このプロセスはアルコール燃料を生産します。 アルコール発酵の化学式は次のように与えられます-
$ C _ \ {6} H _ \ {12} O _ \ {6} + yeast \ longrightarrow \：2C _ \ {2} H _ \ {5} OH + 2CO _ \ {2} $
サトウキビは、特に乾燥環境におけるこのプロセスの主な原料です。 トウモロコシや砂糖のビットは、温帯地域で使用されます。
製品の応用
製品には、次のアプリケーションがあります-
- *アセトン*は、食品添加物の製造、接着剤の溶解、塗料の薄化、グリース除去剤、および化粧品に使用される製品です。
- *水素*は、電力業界で冷却剤として使用されています。 また、エネルギー生産用の水素電池でも使用されています。
- *ブタノール*はエタノールよりも優れた燃料を提供します。 また、塗料、化粧品、樹脂、染料、ポリマー抽出物、合成繊維の製造の原料としても使用されます。
- *エタノール*は、燃料、塗料成分、防腐剤の添加剤として使用されます。 アルコール飲料にも使用されています。
バイオガスの嫌気性消化
- 嫌気性消化*は、酸素の不在下で有機物を分解してバイオガスを生成する生物学的プロセスです。 酸生成細菌やアセトゲンなどの微生物は、生分解性物質をバイオガスに変換します。 エネルギー源であるだけでなく、廃棄物の堆積方法および環境保全技術でもあります。
二酸化炭素とメタンを生成するこの変換の主な方程式は次のとおりです-
$ C _ \ {6} H _ \ {12} O _ \ {6} \ longrightarrow \：3CO _ \ {2} + 3CH _ \ {4} $
ステップバイステップのプロセスは以下に説明されています-
- *ステップ1 *-変換のために有機物をかなりの分子に分解します。 このプロセスは加水分解として知られています。
- *ステップ2 *-アシドゲンは分解された物質に作用し、アンモニア、CO2、硫化水素とともに揮発性脂肪酸（VFA）に変換します。 このプロセスは酸生成と呼ばれます。
- *ステップ3 *-VFAはさらに酢酸、二酸化炭素、水素に分解されます。
- *ステップ4 *-最終段階では、上記の排出物を組み合わせて、メタノール、二酸化炭素、および水を生成します。
