Мескит и можжевельник станут источниками полезной биоэнергии благодаря газификации

Газификация биомасс может стать одной из технологий, которые будут применены для переработки 10 миллионов акров подлеска в биотопливо в штате Техас (США), сообщает доктор Джим Энсли, эколог из исследовательского института «TexasAgriLifeResearch».

Исследование по переработке мескитового дерева и можжевельника Пинчота, произрастающих на Южных Великих равнинах, в высокопроизводительный газ было проведено Джимом Энсли, доктором Кальяном Аннамалаи и профессором машиностроения Полом Пеппером в Лаборатории по изучению энергии угля и биомасс.

В первой публикации, посвященной данному исследованию, определяется теплотворная способность мескита и можжевельника, а также влияние размера частиц древесной стружки и влагосодержания на объемы получаемого газа и его состав.

В ходе исследования были определены основные теплофизические свойства изучаемых материалов – включая их химический состав и теплопроизводительность – а также изучен фактор повышения температуры, оказывающий непосредственное воздействие на выработку синтетического газа. Жидкий побочный продукт процесса преобразования – деготь – также может быть использован в качестве топлива или компонента химических продуктов.

С введением ограничений на выращивание культур для производства биотоплива на землях, отведенных под посевы пищевых злаков, ученые стали искать новые пути использования диких древесных растений, произрастающих на пастбищных угодьях, в качестве возможного источника энергии. С одной стороны, это повлечет за собой увеличение расходов на транспортировку из-за низкой плотности древесных биомасс. Решением этой проблемы может стать создание небольших местных установок для газификации, чтобы получать из подлеска полезную энергию.

«В данный момент эти растения считаются вредоносными и губительными для экосистемы пастбищ, - отмечает Энсли. – Их переработка и использование в качестве сырья для получения биоэнергии улучшит состояние экосистемы и поспособствует повышению прибыли от выпаса скота».

Поскольку информация о возможности переработки в газ мескита и можжевельника отсутствовала, Энсли и его коллеги поставили перед собой цель определить теплотворную способность этих двух видов древесины и получить данные об эффективности преобразования их в газ.

Сбор мескита и можжевельника может достигать 20 сухих тонн с одного акра, утверждают ученые. Содержание влаги в этих растениях гораздо ниже, чем в других древесных видах сырья, что способствует повышению их теплотворной способности и снижению затрат на их высушивание.

Образцы мескитового дерева и можжевельника были собраны на пастбищах в окрестностях города Вернон. Деревья имели несколько стволов диаметром 5-12 сантиметров и 3-4 метра в высоту. Количество годичных колец указывало на то, что возраст надземных частей растений составляет 15-35 лет.

Наиболее крупные ветки и стволы были измельчены дробилкой для древесных отходов. Далее переработанный материал пропускался через механизированную систему просеивания, которая разделила частицы разного размера. В конце цикла переработки древесная щепа была упакована в целлюлозные пакеты и отправлена в исследовательский центр для проведения испытаний.

По словам Энсли, опубликованная им и его коллегами статья является первым источником информации о теплотворной способности данных видов древесины, а также о составе и объеме получаемых из них газов.

Теплотворная способность можжевельника Пинчота оказалась чуть выше, чем у мескитового дерева – 8,849 британских тепловых единиц (БТЕ) на полкилограмма (у мескита - 8,849 БТЕ). Оба показателя сравнимы с теплотворностью полубитуминозного угля средней твердости. 

Как отмечает Энсли, древесина мескита и можжевельника является более качественным биотопливом, чем навоз крупного рогатого скота (теплотворность которого составляет лишь 5,520 БТЕ на 0,5 кг). Они также обладают более высокой зольностью (14-45%) по сравнению с другими видами древесины (1-2%).

Электростанции предпочитают, как правило, виды топлива с низким содержанием азота, чтобы сократить выбросы оксидов азота в атмосферу. В отличие от угля, мескитовое дерево и можжевельник содержат очень малое количество азота – примерно одну треть (в угле его доля достигает 50%). Содержание азота в меските незначительно выше, чем в можжевельнике, поскольку мескитовое дерево относится к растениям семейства бобовых, которые связывают собственный азот.

Древесная щепа разного размера была сожжена внутри стальной колонны, где была создана температура в 400-2000 градусов. Это привело к разложению древесины и образованию синтетического газа. В его состав входил азот, моноксид углерода, углекислый газ, водород, кислород, метан и этан. Процентное соотношение этих веществ варьировалось в зависимости от типа древесины, однако образованный в результате сжигания можжевельника газ содержал чуть больше азота, углекислого газа и этана.

Теплотворная способность синтетического газа можжевельника оказалась чуть выше – 1,482 БТЕ на полкилограмма – чем у мескитового дерева (1,275 БТЕ на 0,5 кг). Когда азот был удален из установки для газификации, этот показатель увеличился почти вдвое – до 3,575 БТЕ и 3,261 БТЕ на полкилограмма можжевельника и мескита, соответственно.

По сравнению с чистым метаном, который служил заменителем природного газа, синтетические газы, полученные при сжигании мескита и можжевельника, достигали теплотворности в 100-150 БТЕ на кубический фут (0,024 кубического метра), что составляет около 10-15% теплотворной способности метана. После удаления азота эти показатели увеличились до 27% и 25,8% у можжевельника и мескита, соответственно.

По заявлению Энсли, из обоих видов древесины вырабатывается высококачественный газ, однако качество газа, образованного при сжигании можжевельника, оказалось чуть выше – в первую очередь, из-за более низкого содержания азота и более высокой теплотворности. 

EnergyDaily, перевод с английского – Наталья Пристром

http://www.biofueldaily.com/reports/Gasification_may_convert_mesquite_and_juniper_wood_to_a_usable_bioenergy_999.html