Biomasse-erneuerbare Energie aus Pflanzen und Tieren
Biomasse ist erneuerbares organisches Material, das von Pflanzen und Tieren stammt. Biomasse war bis Mitte des 19. Jahrhunderts die größte Quelle für den gesamten jährlichen Energieverbrauch in den USA. Biomasse ist in vielen Ländern nach wie vor ein wichtiger Brennstoff, insbesondere zum Kochen und Heizen in Entwicklungsländern., Die Verwendung von Biomassetreibstoffen für den Transport und die Stromerzeugung nimmt in vielen Industrieländern zu, um Kohlendioxidemissionen aus fossilen Brennstoffen zu vermeiden. Im Jahr 2019 lieferte Biomasse fast 5 Billionen britische Wärmeeinheiten (Btu) und etwa 5% des gesamten Primärenergieverbrauchs in den Vereinigten Staaten.
Biomasse enthält gespeicherte chemische Energie von der Sonne. Pflanzen produzieren Biomasse durch Photosynthese. Biomasse kann direkt für Wärme verbrannt oder durch verschiedene Prozesse in erneuerbare flüssige und gasförmige Brennstoffe umgewandelt werden.,v>
Quelle: Angepasst aus dem National Energy Education Project (public domain)
Umwandlung von Biomasse in Energie
Biomasse wird durch verschiedene Prozesse in Energie umgewandelt, einschließlich
- Direkte Verbrennung (Verbrennung) zur Erzeugung von Wärme
- Thermochemische Umwandlung zur Herstellung fester, gasförmiger und flüssiger Brennstoffe
- Chemische Umwandlung zur Herstellung flüssiger Brennstoffe
- Biologische Umwandlung zur Herstellung flüssiger und gasförmiger Brennstoffe
Direkte Verbrennung ist die gebräuchlichste Methode zur Umwandlung von Biomasse in Nutzenergie., Die gesamte Biomasse kann direkt zum Heizen von Gebäuden und Wasser, zur industriellen Prozesswärme und zur Stromerzeugung in Dampfturbinen verbrannt werden.
die Thermochemische Umwandlung von Biomasse umfasst Pyrolyse und Vergasung. Beides sind thermische Zersetzungsprozesse, bei denen Biomasse-Ausgangsmaterialien in geschlossenen, unter Druck stehenden Gefäßen, sogenannten Vergasern, bei hohen Temperaturen erhitzt werden. Sie unterscheiden sich hauptsächlich in den Prozesstemperaturen und der Sauerstoffmenge, die während des Umwandlungsprozesses vorhanden sind.,
- Bei der Pyrolyse werden organische Materialien bei nahezu vollständiger Abwesenheit von freiem Sauerstoff auf 800–900oF (400-500 oC) erhitzt. Die Biomassepyrolyse erzeugt Brennstoffe wie Holzkohle, Bioöl, erneuerbaren Diesel, Methan und Wasserstoff.
- Hydrotreating wird verwendet, um Bioöl (hergestellt durch schnelle Pyrolyse) mit Wasserstoff unter erhöhten Temperaturen und Drücken in Gegenwart eines Katalysators zur Herstellung von erneuerbarem Diesel, erneuerbarem Benzin und erneuerbarem Strahlkraftstoff zu verarbeiten.,
- Bei der Vergasung werden organische Materialien auf 1.400–1700oF (800–900oC) erhitzt, wobei kontrollierte Mengen an freiem Sauerstoff und/oder Dampf in das Gefäß injiziert werden, um ein kohlenmonoxid-und wasserstoffreiches Gas namens Synthesegas oder Synthesegas zu erzeugen. Syngas kann als Kraftstoff für Dieselmotoren, zum Heizen und zur Stromerzeugung in Gasturbinen verwendet werden. Es kann auch behandelt werden, um den Wasserstoff vom Gas zu trennen, und der Wasserstoff kann in Brennstoffzellen verbrannt oder verwendet werden. Das Syngas kann im Fischer-Tropsch-Verfahren zur Herstellung flüssiger Brennstoffe weiterverarbeitet werden.,
Ein chemischer Umwandlungsprozess, der als Umesterung bekannt ist, wird zur Umwandlung von Pflanzenölen, tierischen Fetten und Fetten in Fettsäuremethylester (FAME) verwendet, die zur Herstellung von Biodiesel verwendet werden.
Die biologische Umwandlung umfasst die Fermentation zur Umwandlung von Biomasse in Ethanol und die anaerobe Verdauung zur Erzeugung von erneuerbarem Erdgas. Ethanol wird als Fahrzeugbrennstoff verwendet. Erneuerbares Erdgas—auch Biogas oder Biomethan genannt-wird in anaeroben Gärgefäßen in Kläranlagen sowie in Milch-und Viehbetrieben produziert., Es bildet sich auch in und kann von Deponien für feste Abfälle eingefangen werden. Richtig behandeltes erneuerbares Erdgas hat die gleichen Verwendungen wie fossiles Erdgas.
Forscher arbeiten an Möglichkeiten, diese Methoden zu verbessern und andere Wege zu entwickeln, um mehr Biomasse in Energie umzuwandeln und zu nutzen.
Wie viel Biomasse wird für Energie genutzt?
Im Jahr 2019 lieferte Biomasse fast 5 Billionen britische Wärmeeinheiten (Btu), was etwa 5% des gesamten Primärenergieverbrauchs in den Vereinigten Staaten entspricht., Von diesen 5% stammten etwa 46% aus Holz und Biomasse aus Holz, 45% aus Biokraftstoffen (hauptsächlich Ethanol) und 9% aus Biomasse in Siedlungsabfällen.
Die Beträge, in Billionen British Thermal Units (TBtu), und prozentuale Anteile der gesamten U. S., Biomasse-Energie-Nutzung durch Konsum-Sektor im Jahr 2019 wurden
- Industrie—2,451 TBtu—49%
- Transport—1,410 TBtu—28%
- Wohn—529 TBtu—11%
- elektrische Leistung—448 TBtu—9%
- commercial—146 TBtu—3%
Der industrielle und Transport Sektoren Konto für den größten Mengen, in Bezug auf Energiegehalt, und der größte prozentuale Anteile der jährlichen US-Biomasse-Konsums. Die Holz-und Papierindustrie nutzt Biomasse in Blockheizkraftwerken zur Prozesswärme und zur Eigenstromerzeugung., Flüssige Biokraftstoffe (Ethanol und Diesel auf Biomassebasis) machen den größten Teil des Biomasseverbrauchs des Transportsektors aus.
Die Wohn – und Gewerbebranche verwendet Brennholz und Holzpellets zum Heizen. Der kommerzielle Sektor verbraucht und verkauft in einigen Fällen auch erneuerbares Erdgas, das in kommunalen Kläranlagen und auf Mülldeponien erzeugt wird.
Der Stromsektor verwendet Holz und Biomasse-abgeleitete Abfälle, um Strom für den Verkauf an die anderen Sektoren zu erzeugen.
Zuletzt aktualisiert: August 28, 2020