Биомасса — возобновляемый источник энергии¶

Биомасса — это масса органического вещества живых организмов или продуктов их жизнедеятельности, используемая как сырьё для производства энергии, топлива и различных материалов. К биомассе относят растительные остатки, древесину, отходы сельского и лесного хозяйства, а также органические компоненты городских и промышленных отходов. В энергетике биомасса рассматривается как возобновляемый источник энергии (ВИЭ), поскольку её запасы восстанавливаются за счёт природного круговорота углерода.

¶Состав и свойства

Биомасса состоит преимущественно из углеводов (целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин), белков, жиров и воды. Химический состав зависит от вида сырья: в древесине содержится около 40–50 % целлюлозы и 20–30 % лигнина, в зерновых отходах — преимущественно крахмал, в животных отходах — белки и жиры.

Основные характеристики биомассы как топлива:

Низкая теплота сгорания свежей биомассы объясняется высоким содержанием влаги, поэтому сырьё перед использованием сушат, гранулируют или брикетируют.

¶Классификация

По происхождению биомассу подразделяют на несколько групп:

• Древесная — брёвна, ветки, опилки, кора, щепа, отходы лесопилок и деревообрабатывающих производств.
• Сельскохозяйственная — солома, шелуха, жом, ботва, отходы переработки зерна, сахарной свёклы, подсолнечника.
• Энергетические культуры — специальные быстрорастущие растения: топинамур, мискантус, рапс, кукуруза на зерно, гибридная ива и тополь.
• Городские отходы — органическая часть ТКО (пищевые отходы, бумага, картон, древесина).
• Водоросли — микроводоросли и макроводоросли, выращиваемые в специальных установках (так называемая «зелёная биомасса»).

По состоянию сырьё делят на твёрдое (древесина, солома), газообразное (биогаз) и жидкое (биоэтанол, биодизель).

¶Получение и переработка

Существует несколько основных технологий превращения биомассы в энергию:

¶Прямое сжигание

Самый распространённый способ. Древесина и её производные сжигаются в котлах для получения тепла или выработки электроэнергии. В России традиционно используют дрова и древесные отходы для отопления частных домов и промышленных объектов.

¶Пиролиз

Термическое разложение биомассы при отсутствии кислорода (300–700 °C). Продуктами пиролиза являются пиролизное масло, синтез-газ и древесный уголь (биоуголь). Биоуголь применяется для улучшения почв и как добавка в металлургии.

¶Брожение и биогаз

При анаэробном сбраживании органических отходов образуется биогаз — смесь метана (55–70 %) и углекислого газа. Биогазовые установки работают на навозе, пищевых отходах, сточных водах. В России строительство биогазовых станций активизировалось в 2010-е годы в аграрных регионах.

¶Производство биотоплива

Из сахаросодержащего и крахмалосодержащего сырья получают биоэтанол, из растительных масел — биодизель. Биоэтанол производится в промышленных масштабах в Бразилии (из сахарного тростника) и США (из кукурузы). В России производство биодизеля из подсолнечного масла развито слабо из-за экономической нецелевого использования пищевого сырья.

¶Применение

Биомасса используется в нескольких отраслях:

• Энергетика — выработка тепла и электроэнергии на ТЭЦ и малых теплоэлектростанциях, работающих на щепе и брикетах.
• Топливная промышленность — производство пеллет (топливных гранул) для котлов и каминов. Россия является одним из крупнейших мировых экспортёров пеллет.
• Химическая промышленность — получение спиртов, органических кислот, фурфурала, лигниновых продуктов.
• Сельское хозяйство — производство компоста и органических удобрений, кормов.
• Строительство — древесные плиты, бумага, картон, биокомпозиты.

¶Экологические аспекты

Сжигание биомассы считается углеродно-нейтральным: выделяемый при сгорании CO₂ ранее поглощался растениями в процессе роста, поэтому суммарный выброс в атмосферу не увеличивается. Однако при неполном сгорании образуются мелкодисперсные частицы и полициклические ароматические углеводороды, что ограничивает применение открытых очагов в городах.

Массовое использование сельхозбиомассы на топливо может конкурировать с производством продовольствия. Выращивание энергетических культур требует земельных ресурсов и воды, что создаёт ограничения на масштабирование.

¶Биомасса в России

Россия обладает значительными ресурсами биомассы за счёт лесного фонда (более 815 млн га), сельскохозяйственного производства и отходов деревообработки. По оценкам Минэнерго, потенциал использования биоэнергетики в стране составляет около 30–40 млн тонн условного топлива в год. Основные направления — пеллетное производство в Ленинградской, Вологодской, Карелии и других лесных регионах, а также биогазовые проекты в Центральном и Южном федеральных округах.

Источники:

• ГОСТ Р 54867-2011. Возобновляемые источники энергии. Биомасса. Термины и определения
• Всемирная организация возобновляемой энергии (IRENA). Отчёты по биоэнергетике
• Министерство энергетики Российской Федерации. Концепция развития биоэнергетики
• Энциклопедия «Альтернативная энергетика и экология»
• ФАО. Отчёты по биоэнергетическому потенциалу