8-А клас
Урок № 55
Тема: Теплота згоряння палива
Тип уроку: засвоєння нових знань
Мета уроку: Показати, за рахунок чого виділяється енергія з палива ; ознайомити учнів з основними видами використовуваного палива ; показати практичне значення знань, отриманих на уроці ; заслухати повідомлення про галузь енергетики - біоенергетика
Фрагмент уроку:
Повідомленняучениць 8-А класу :
Спалюваннябіомаси - Щуревська Анна
Біопаливо – БайдуковаВероніка
Щуревська Анна-8-АСпалювання біомаси
Біоенергетика- це галузь енергетики, що як енергоресурс використовує органічні речовини рослинного або тваринного походження (біомасу), котрі мають енергетичну цінність і можуть бути використані як паливо. Оскільки зростають потреби в енергії, з одного боку, і виснажуються ресурси викопного палива, з одного боку , і виснажуються ресурси викопного палива, з іншого, біомаса може стати одним з основних джерел сировини для хімічних виробництв і енергії.
На сучасному рівні за рахунок біомаси отримують сьому частину світового обсягу палива , а за кількістю отриманої енергії вона посідає, поряд із природним газом, третє місце . Україна має досить великий потенціал біомаси, придатної для одержання енергії . Загальні річні обсяги відновлювальних ресурсів біомаси в Україні становлять понад 115 мільйонів тонн. Біомаса (без частки, що використовується іншими секторами економіки) може забезпечити близько 10-17 млн. тонн умовного палива на рік, або 5-8 % загальної потреби в енергії .
Теплову або електричну енергію можна отримувати простим спалюванням біомаси. Для половини населення Землі використання біомаси (деревини, гною, бадилля тощо) є основним, а іноді і єдиним доступним джерелом енергії . Як ми вже згадували, в рослинах фотосинтез перетворює енергію сонця на хімічну енергію. Частина цієї енергії зберігається в органічних молекулах, з яких складається біомаса. Карбон, що утворює кистяк органічних молекул, у процесі згоряння реагує з киснем і при цьому частина енергії виділяється у вигляді тепла. Одночасно виділяється й карбону (IV) оксид.
Під час горіння біомаси не утворюється більше карбону (IV)оксиду, ніж було поглинуто рослиною за життя, оскільки рослини в процесі фотосинтезу засвоюють цей газ, відтак обсяги СО2 що виділяються при спалюванні біомаси і споживаються рослинами при фотосинтезі врівноважують одне одного. Тобто використання біомаси для виробництва енергії не збільшує концентрацію карбону (IV)оксида у атмосфері. Але пам‘ятаймо: щоб ми могли розглядати біомасу як відновлюване джерело енергії, слід забезпечити її виробництво принаймні на одному рівні зі споживанням. У багатьох країнах витрати деревного палива значно випереджають його відтворення. Це привело до знищення більшості лісів Азії та Африки й прискорило утворення пустель у цих регіонах. Щороку, в тому числі і для спалювання, у світі вирубують 25 млн. гектарів лісу (це відповідає площі лісів трьох Україн).
При спалюванні нафти, вугілля та газу спостерігаються ті ж закономірності, але час, необхідний для поновлення балансу СО2 сягає кількох мільйонів років (як ми пам‘ятаємо, саме такий час потрібен для утворення викопних копалин з відмерлих рештків рослин і тварин).
Спалювання деревини, певно, найстаріший спосіб перетворення біомаси на біоенергію. Переваги використання деревини як біопалива полягають у низькому вмісті забруднюючих речовин порівняно з нафтою і вугіллям. При правильному спалюванні біомаси викид оксидів Нітрогену і Сульфуру в атмосферу може становити тільки 10% від загальної кількості оксидів, що утворюються пори спалюванні нафти. Хоча кількість пилу і сажі залишається такою ж, як і при спалюванні викопного палива.
Основною проблемою при прямому спалюванні є відносно низький ККД печей і топок та відносно великий, порівно з іншими видами палива, вміст вологи. А в разі використання відходів лісопереробної промисловості та сільського господарства ще і необхідність спеціальної конструкції топок і підготовки біомаси до спалювання (брикетування тирси та щепи, пакування соломи іт.п). Просте вогнище для приготування їжі має ККД 14-15%. Використання більш досконалих сучасних пристроїв дає змогу підвищити ККД до 70% і вище, скоротити потребу в паливі більш ніж утричі.
Серйозною проблемою є енергетичне використання твердих побутових виходів. Сміттєспалювальні установки (інсинератори) в багатьох країнах світу малоефективні та спричиняють викид у навколишнє середовище токсичних продуктів згоряння. Тому пошук та розробка нових схем використання твердих побутових відходів є дуже актуальними.
Теплопровідність окремих видів відходів:
Відходи лісового господарства – 2050 ккал/кг;
Відходи деревообробки – 2300 ккал/кг;
Міські тверді відходи – 2400 ккал/кг;
Пластмаса – до 12000 ккал/кг.
Правильне спалювання біомаси дозволяє уникнути багатьох проблем, пов’язанихіз забрудненням довкілля та економією ресурсів.
Біопаливо
БайдуковаВероніка 8-А
Україна не може повністю забезпечити себе енергоносіями, иож змушена велику частину їх ввозити. Тільки на потреби автотранспорту щороку витрачається більше 12 млн.т. бензину і 15 млн.т дизельного пального. Найближчим часом ці потреби будуть, в основному, забезпечуватися імпортною нафтовою сировиною.
Таке становище погрожує залежність економіки України від країн-експортерів нафти та газу і є загрозою для нашої енергетичної і національної безпеки . З кінця 90-х років ХХ сторіччя і донині в Україні діє низька державних програм з пошуку і розробки альтернативних видів моторного палива.
Є кілька видів моторного палива, які можна отримувати з біомаси, але найефективнішими в світі визнані: біодизельне пальне, що містить 90% енергії нафтових палив; етиловий спирт (метанол)
третю часину їх енергії . В Україні за рахунок розвинутої спиртопереробної промисловості саме паливний етанол має найбільший потенціал.
Джерела його отримання – трав’янисті рослини та деревина, відходи сільського господарства та деревообробної промисловості , а також побутове сміття практично невичерпні. Воно є цілком сумісним з існуючими двигунами транспортних засобів і комерційних паливних систем розподілу і споживання.
У ряді країн світу вже понад 15 років застосовують паливний спирт як домішку до світлих нафтопродуктів. При використанні 6-12% домішки спирту до бензину немає потреби змінювати конструкції двигунів автомобілів, збільшується октанове число моторного палива, що веде до зменшення енергетичних витрат при його виробництві, на 4-5% збільшується викиди шкідливих речовин в атмосферу. Однією з перших використовувати біопаливо стала Бразилія. На сьогодні Бразилія виробляє близько 45% (12 млрд. літрів на рік) екологічно чистого моторного палива з власних сировинних ресурсів (цукрової тростини). Це майже 10 мон тонн спирту на рік.
У США також реалізується велика програма заміни бензинового пального етанолом, який одержують шляхом переробки надлишків кукурудзи й інших зернових культур. Використання спирту як пального запроваджено також у деяких європейських країнах, зокрема, у Франції і Швеції.
Виробництво дизельного палива (біодизеля) – не менш перспективний напрямок розв’язання проблеми кількості власного моторного палива в Україні. Біодизельне паливо було відоме ще з початку минулого сторіччя, але ним знехтували через наявність дешевого нафтового палива. Його отримують з різних видів олійних культур: ріпак, конопля, соняшник, соя, пальма тощо.
Найприйнятнішим джерелом біодизеля в наших клімато - географічних умовах є насіння ріпаку. Через значний вміст шкідливих для організму людини органічних сполук, використання ріпакової олії в харчовій промисловості практично неможливе, але, завдяки тому, що її середня теплотворна здатність ( 33,1 МДж/л) є лише трохи меншою, ніж у дизельного палива (35,1 МДж/л), використання її палива є доцільним і має велике значення для паливно-енергетичної галузі. Гектар плантації оліїстого ріпака, при відповідне врожаях, дає в середньому одну тонну біодизельного палива, що замінює одну тонну дизельного палива.
Побічний продукт виробничого процесу - гліцерол може використовуватися для виробництва 3,5 тис. предметів споживання, включаючи гліцерин, продовольчі змішувачі та нафтові мастила для машин, підсолоджуючи речовини, відновлювані шкіри, токоферол ( вітамін Е), зволожувачі,добрива, безліч продуктів, що використовуються у харчовій промисловості.
В Україні заплановано і ході розшире6ння посівів ріпаку одержати 9 млн. тонн рапсового насіння, що може забезпечити отримання майже 3 млн. тонн біодизельного палива 975% потреби агропромислового комплексу держави). Але, завдяки здатності ріпака пристосувались до різних агрокліматичних умов, посівні площі під нього можна значно збільшити, що дозволить мати додаткові обсяги біодизельного палива.
Якомога ширше використання різних видів біопалива виправдане і необхідністю захисту довкілля від транспортного забруднення. Автотранспорт в Україні характеризується низькою ефективністю двигунів, витрата палива в яких в 1,4 – 1,5 раза перевищує світові норми. Тому викид шкідливих речовин і парникових газів на один кілометр пробігу в Україні значно вищий.
При застосуванні біопалива вдається значно поліпшити ситуацію. Так, використання біоеталону в умовах міського циклу, зменшує викиди оксидів Нітрогену на 25-40%, карбону (II) оксида – майже у півтора раза , вуглеводів – на 15-20%. Біодизельне пальне дає на 50% менше часток вуглецю, ніж нафто дизельне паливо, а також меншу кількість сполук нітрогену і карбону(ІІ) оксида. Викиди сульфуру (IV) оксиду при його спалюванні у 100 разів менші, ніж дизельного. Тверді речовини, що викидаються при згорянні біодизельного палива, на відміну від тих, що викидаються при згорянні нафтодизельного палива, не є канцерогенними.
Можна сказати, що в міру зростання потреб в енергії , з одного боку, і виснаження ресурсів викопного палива, з іншого, біомаса може стати одним з основних джерел сировини для хімічних виробництв і енергії.
|