Реферат: Получение газообразного и жидкого топлива. Получение биогаза, метана, спиртов, тепловой энергии

Введение 3

1. Получение газообразного и жидкого топлива 4

2. Биогаз 5

2.1 Свойства метанобразующих бактерий 7

2.2 Технология получения метана 10

3. Получение спиртов 14

4. Получение тепловой энергии при бактериальном окислении 16

5. Получение молекулярного водорода 17

5.1 Образование молекулярного водорода хемотрофами 18

5.2 Образование молекулярного водорода фототрофами 19

Заключение 23

Список литературы 24

Введение

В наше время все острее становится вопрос об изыскании надежных, альтернативных, экологически чистых, постоянно возобновляемых источников энергии и создании энергосберегающих технологий. С проблемами современной энергетики тесно смыкается решение задач по проблеме охраны окружающей среды. Необходимо разработать научные методы и технологии получения энергии при одновременном решении вопросов, связанных с защитой окружающей среды от непрерывно поступающих в биосфер загрязнений.

Последние два десятилетия характеризуются выдающимися достижениями биотехнологии, являющейся междисциплинарной областью знаний, базирующейся на микробиологии, биохимии, молекулярной биологии, биоорганической химии, биофизике, вирусологии, иммунологии, генетике, инженерных науках и электронике.

В настоящее время достижения биотехнологии перспективны во многих отраслях:

в промышленности, в экологии, в медицине, в сельском хозяйстве и в энергетике.

В частности, в энергетике – это применение новых источников биоэнергии, полученных на основе микробиологического синтеза и моделированных фотосинтетических процессов, биоконверсии биомассы в биогаз.

Развитие биотехнологии позволяет существенно интенсифицировать производство, повышать эффективность использования природных ресурсов, решать экологические проблемы, создавать новые источники энергии.

Все возрастающий дефицит ископаемых топливных ресурсов выдвигает на первый план острую проблему создания и внедре­ния возобновляемых источников энергиии сырья за счет биосистем: растений и фототрофных микроорганизмов, конвертирующих с высокой эффективностью солнечную энергию в энергию хими­ческих связей.

Экологически чистую энергию можно получать также путем преоб­разования солнечной энергии в электрическую с помощью сол­нечных коллекторов, а также из биогаза и микробного этанола.

П ОЛУЧЕНИЕ ГАЗООБРАЗНОГО И ЖИДКОГО ТОПЛИВА

В качестве одного из основных источников энергии будущего рассматривают конверсию энергии Солнца. Благодаря прямому использованию различных форм солнечной энергии (тепловой, фотоэлектрической, энергии ветра и биомассы, образуемой в ре­зультате фотосинтеза) можно избежать теплового загрязнения, твердых и газообразных выбросов в биосферу, сохранить тепло­вой и углекислотный баланс в атмосфере и существенно уменьшить потребление ископаемых топлив. В последнее время серьезное внимание уделяется биологическим методам конверсии солнечной энергии, среди которых фотосинтез занимает ведущее место.

В процессе фотосинтеза ежегодно конвертируется 3×10²⁴ Дж солнечной радиации. Это позволяет только в континентальных лесах накапливать до 70 млрд. т биомассы, что по своему энерго­содержанию втрое превышает современное потребление энергии в мире. Использование биомассы в качестве источника топлива открывает определенные перспективы решения проблемы энерге­тики и охраны окружающей среды. Наиболее реальными являют­ся два основных метода получения топлива из биомассы: биоло­гическая конверсия и термохимическая конверсия.

Биологическая конверсия включает анаэробные микробиологические процессы: получение метана (биогаза), молекулярного водорода, этилового спирта, бутанола, ацетона и других раство­рителей, а также органических кислот. Несколько в сторонеот этих процессов стоит метод получения тепловой энергии при аэробной микробиологической деструкции твердой биомассы.

Основную часть воспроизводимой биомассы составляет древе­сина (лигноцеллюлоза), которая из-за особенностей своего строения с большим трудом поддаётся биологической конверсии. Поэтому в ближайшие годы основным сырьем для производства топлив методом биоконверсии будут служить легко трансформируемые органические соединения — отходы, образовавшиеся в результате промышленных и других переработок первичной био­массы. В развитых странах в год на одного человека приходится до 5 т органических отходов по сухому веществу. Многие из них представляют серьезную экологическую опасность и требуют не­замедлительного обеззараживания, утилизации и уничтожения. С ростом производств и урбанизацией происходит концентрация этих отходов, что требует, с одной стороны, применения неотлож­ных мер с целью их обезвреживания, с другой — позволяет применить прогрессивные технологии переработки с возможным вто­ричным получением топлива.

Для решения этих задач в ближайшее время будут использо­ваны в основном два метода биологической конверсии органиче­ских отходов в топливо: 1) так называемое метановое брожение с получением биогаза; 2) спиртовое брожение с получением эта­нола. Это определено, во-первых, физическими характеристиками получаемых топлив, во-вторых, относительной простотой и низкой стоимостью технологий, конкурентоспособных с технологиями получения обычных топлив и, в-третьих, особенностями процес­сов, позволяющих эффективно обезвреживать и утилизировать отходы.

БИОГАЗ

Биогаз — это смесь из 65 % метана, 30 % СО₂ , 1 % сероводоро­да и незначительных примесей азота, кислорода, водорода и угар­ного газа. Энергия, заключенная в 28 м³ биогаза, эквивалентна энергии: 16,8 м³ природного газа; 20,8 л нефти; 18,4 л дизельного топлива. В основе получения биогаза лежит процесс метанового брожения, или биометаногенез — процесс превращения биомас­сы в энергию.

Биометаногенез — сложный микробиологический процесс, в котором органическое вещество разлагается до диоксида углерода и метана в анаэробных условиях. Микробиологическому анаэробно­му разложению поддаются практически все соединения природ­ного происхождения, а также значительная часть ксенобиотиков органической природы. В анаэробном процессе биометаногенеза выделяют три последовательные стадии, в которых участвуют свы­ше 190 различных микроорганизмов. На первой стадии под влия­нием экстрацеллюлярных ферментов ферментативному гидроли­зу подвергаются сложные многоуглеродные соединения — белки, липиды и полисахариды. Вместе с гидролитическими бактериями функционируют и микроорганизмы — бродильщики, которые ферментируют моносахариды, органические кислоты.

На второй стадии (ацидогенез) в процессе ферментации уча­ствуют две группы микроорганизмов: ацетогенные и гомоацетатные. Ацетогенные Н₂ -продуцирующие микроорганизмы фермен­тируют моносахариды, спирты и органические кислоты с образо­ванием Н₂ , СО₂ , низших жирных кислот, в основном ацетата, спиртов и некоторых других низкомолекулярных соединений. Де­градация бутирата, пропионата, лактата с образованием ацетата происходит при совместном действии ацетогенных Н₂ -продуци­рующих и Н₂ -утилизирующих бактерий. Гомоацетатные микроор­ганизмы усваивают Н₂ и СО₂ , а также некоторые одноуглеродные соединения через стадию образования ацетил-КоА и превраще­ния его в низкомолекулярные кислоты, в основном в ацетат.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--