XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Пеллеты как альтернативный источник энергии: миф или за биотопливом будущее

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Дегтярёв К.А. 1

---

1МБОУ гимназия №7, г. Бугульма

Рашевская Светлана Николаевна 1

---

1МБОУ гимназия №7

Работа в формате PDF

1.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

В целях привлечения внимания общества к вопросам экологического развития Российской Федерации, 5 января 2016 года Владимир Путин подписал Указ о поведении в 2017 году в Российской Федерации Года экологии [7]. По прогнозам экспертов, к 2040 году глобальный спрос на энергию возрастет более чем на 50%. На этом фоне одним из главных технологических и экономических вызовов современности становится освоение источников энергии, не связанных с углеводородами [1].

В последние годы главной альтернативой обычным видам топлива (уголь, дрова, торф, газ, мазут) стали пеллеты, биологически чистые, экологически безопасные гранулы, получаемые в процессе технологической переработки отходов сельского хозяйства, природного топлива или древесного производства.

Актуальность данной проблемы и необходимость её решения побудило меня к выбору темы исследования «Пеллеты как альтернативный источник энергии».

Цель работы: определить целесообразность использования альтернативного топлива, полученного из твердых отходов промышленных предприятий и предприятий пищевой промышленности и выяснить, возможно ли замена традиционных видов топлива альтернативными из биоорганического сырья

Задачи:

Изучить литературу и познакомиться с видами биотоплива

Изучить опыт работы предприятия города Бугульма по получению и использованию пеллет как альтернативного топлива

Провести сравнительный анализ традиционного вида топлива, древесного и пеллета из лузги подсолнечника

4. Изготовить топливные брикеты из бытовых отходов в домашних условиях

5. Обобщить и проанализировать полученные результаты исследования, сделать выводы.

ГЛАВА 1. БИОТОПЛИВО, ВИДЫ БИОТОПЛИВА

Биотопливо – это вид топлива из растительного или животного сырья – из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов. Биотопливо уже вырабатывается в промышленных объемах в трех видах: жидкое, газообразное и твердое (приложение 1).

- жидкое биотопливо применяется в транспортных средствах и вырабатывается из растений, специально выращиваемых для этих целей. Различают основные виды жидкого биотоплива: биоэтанол, биобутанол, биометанол, биодизель [1].

- газообразное биотопливо, на сегодняшний день существуют два вида газообразного топлива — биогаз и биоводород. Наибольшее распространение пока получил только один из них — биогаз [1].

- твёрдое биотопливо - дрова, брикеты, топливные гранулы (прессованные мелкие остатки деревообработки). Существует много форм производства древесного биотоплива (приложение 2).

Для производства топливных гранул может использоваться: некачественная древесина; отходы деревообработки; солома; торф; лузга подсолнечника; отходы крупяного производства. Одним из перспективных видов вторичного сырья являются - опилки. Именно на их основе производятся топливные древесные пеллеты или, иначе говоря, опилочные гранулы. Пеллеты могут быть из чистой древесины без всяких примесей, а также из древесины вместе с корой, кроме того в них довольно часто добавляют шелуху подсолнечника, солому и т.д.

ГЛАВА 2. ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ПЕЛЛЕТ

Преимущества:

1. Пеллеты являются энергетически стабильным, безотходным и экологичным видом топлива.

2. Биотопливо позволяет эффективно одновременно генерировать как электричество, так и тепло для отопления; при сжигании пеллет достигается КПД до 94 %, газа – 92 %, дров - до 70%, угля - 75% [4].

3. Для заготовки и доведения до готовности к использованию на твердое биотопливо тратится наименьшее количество энергии и средств по сравнению с другими видами биотоплива.

4. По своим тепловым свойствам пеллеты превосходят дрова, щепу и бурый уголь.

7. Экологические показатели вне конкуренции: в выбросах практически отсутствует сера, эмиссия углекислого газа ниже в 10 — 50 раз, чем у любого другого вида топлива. Зольность пеллет 0,5 – 3%, газа - 0%, дров 3-6%, угля 35-60%.

8. Пеллеты не содержат пыль и споры, которые вызывают аллергию у людей, не имеют запаха, в отличие от стандартных видов топлива, не самовоспламеняются от повышения температуры, не взрывоопасны, не набирают влаги из воздуха, потому их высокая теплотворность не снижается со временем.

9. Гранулы удобно транспортировать и хранить

10. Пепел, который остается при сгорании применяется как удобрение на приусадебных газонах или грядках.

Недостатки:

1. При сжигании пеллет необходим специальный котел или следует переоборудовать твердотопливный котел и при закупке топливных пеллет в малом количестве их цена будет достаточно высокой.

2. Пеллеты гигроскопичны, и промокшие пеллеты после повторного высушивания становятся непригодными.

3. Возможно распыление вредных веществ при использовании пеллет кустарного производства, где зачастую применяется некачественное сырье.

ГЛАВА 3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОТОПЛИВА В ТАТАРСТАНЕ

Казанские ученые обратили внимание, что в Татарстане, где хорошо развито сельское хозяйство, практически не утилизируются его отходы. Мелкие фермеры еще как-то находят применение коровьим лепешкам - свозят их в качестве удобрений на поля. Из растительного мусора - того, что остался от урожая на полях - делают гумус. А вот крупные хозяйства и птицефабрики, где объемы навоза доходят до полумиллиона тонн в год, уже не знают, куда его девать и просто складируют на отдельных площадках. Тогда для решения проблемы на базе Института органической и физической химии имени Арбузова открыли научно-инновационный центр «Биомасса». Для наглядного примера решили подсчитать: что можно сделать с отходами двух ведущих татарстанских агрофирм - свиноводческого комплекса «Камский бекон» и птицеводческого «Челны-бройлер». На обоих предприятиях внимательно выслушали презентацию казанского вуза и частных инвесторов, но, поразмыслив, участвовать в проекте отказались. Не согласились с экономическими расчетами исследователей. Всё упирается в деньги. Чтобы участвовать в проекте, предприятия должны профинансировать от 10% до 20% его себестоимости. Стоит эта установка очень дорого - порядка 1,5 миллиардов рублей. То есть предприятия должны вложить в нее около 150 миллионов. Руководители считают, что это нерентабельно. Не то, что бы у них нет таких денег. Они вкладывают средства в другие проекты. А этот пока решили «заморозить».

Проблема утилизации отходов сельского хозяйства, конечно, существует и в нашей республике. Всем известно, насколько это пагубно для экологии.

Татарстан нацелен на всестороннее развитие. Необходимо развивать местное производство биотоплива. Это не только новые технологии и предприятия в портфеле региона, но и новые рабочие места, престиж и имидж республики.

ГЛАВА 4. ОПЫТ РАБОТЫ ПРЕДПРИЯТИЯ ООО «ВИВИД» ГОРОДА БУГУЛЬМА ПО ПОЛУЧЕНИЮ АЛЬТЕРНАТИВНОГО ТОПЛИВА

В ходе работы я выяснил, что в нашем городе есть предприятие, которое занимается производством альтернативного вида энергии - пеллет. Правда, основное направление данного общества – производство подсолнечного масла.

Для более полного ознакомления с работой производства и выполнения поставленных задач, я посетил данное предприятие (приложение 3).

4.1. Производство пеллет из лузги подсолнечника

Руководство предприятия в Бугульме Республики Татарстан ООО "Вивид" с 2013 года предлагает к продаже пеллеты собственного производства из лузги подсолнечника (приложение 4). Производство пеллет – это безвыходная ситуация. Утилизация шелухи семечек, лузги подсолнечника всегда была проблемой: из-за малого насыпного веса транспортировка отходов на свалку обходится дорого. При хранении она может легко воспламениться, а также тлеть, распространяя неприятный запах.

Лузга подсолнечника или шелуха семечек - побочный продукт производства подсолнечного масла, который имеет высокий потенциал. А такое неоценимое свойство как высокая теплотворность при сгорании - делает ее одним из самых эффективных видов топлива, которое производится в виде топливных брикетов и гранул (пеллет).  Пеллетами производства «Вивид» пользуются предприятия Бугульмы: мебельные фабрики, автосервисы, минипекарни.

4.2. Преимущества тепловых брикетов из лузги семечек

Кроме большого количества тепла привлекает в брикетах их плотность. Чем же это так хорошо? Во-первых, экономия на доставке (плату берут обычно за объем). Во-вторых, чем более компактное топливо, тем легче его хранить. В-третьих, если сравнивать с дровами, то при закладке одинакового количества дров и брикетов получается от брикетов больше тепла, чем даже от самых хороших дров. По данным ВНИИ ТП теплом от сжигания 1кг брикетов из шелухи подсолнечника в течение 1 часа можно обогреть площадь 50м.

Еще один плюс брикетов из лузги подсолнечника длительность горения: горят они минут 100-130, а тлеют и вовсе 6, а то и 8 часов, а так же - малая зольность: после сжигания килограмма этого брикета остается пепла со спичечный коробок или чуть больше, отсюда и большое количество тепла. Зола, образовавшаяся после сгорания, – отличное удобрение и ее можно выносить на грядки.

Если рассматривать использование брикетов из лузги подсолнечника с точки зрения экологии, то это также очевидное благо: при сжигании лузги выделяется столько же углекислого газа, сколько и при разложении древесины. При сжигании газа CO2 выделяется в 15 раз больше, при сжигании кокса – в 30 раз больше, угля – в 50 раз больше.

ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕИМУЩЕСТВ ПЕЛЛЕТОВ ИЗ ЛУЗГИ ПОДСОЛНЕЧНИКА

5. 1. Изготовление топливных брикетов в домашних условиях

В процессе работы я пришел к выводу, что брикеты из лузги подсолнечника, опилок и других производственных отходов могут быть одними из самых эффективных видов твердого топлива, используемых для отопления домов. И я решил попробовать в домашних условиях изготовить топливные брикеты из лузги подсолнечника, опилок и бумаги.

Я приготовил биомассу, состоящую из опилок, шелухи подсолнечника, целлюлозы (бумаги) и клеевой массы на основе крахмала (для склеивания) (приложение 5). Остановился на следующем варианте: четыре части подсолнечной шелухи, четыре части древесных опилок, две части бумаги. Сначала я раздробил на кофемолке шелуху подсолнечника, нарезал мелко бумагу, слегка размочив её в воде, сварил клейстер из крахмала. Потом все ингредиенты смешал до однородной биомассы. Полученную смесь разложил в пресс форму и запрессовал. При этом из смеси выходила избыточная влага, вода. Полученные спрессованные брикеты разложил на батарею для просушки. Топливные брикеты готовы.

У топливных брикетов есть два главных преимущества перед дровами – более высокая теплоотдача и удобство использования. За счет минимальной влажности и зольности калорийность брикетов выше, а благодаря правильной форме и высокой плотности брикеты плотно прилегают друг к другу и занимают меньше места в объеме.

5.2. Сравнение процесса горения древесного угля и пеллетов

собственного изготовления

Для сравнения в процессе горения, я взял одинаковые по массе порции древесного угля и пеллет (приложение 6). Сделал следующие выводы:

Горение у данных видов топлива различается. При сжигании древесного угля наблюдается чёрный и тяжелый дым. Что касается пеллет, то дым почти бесцветен, а само топливо не искрит и является пожаробезопасным. 

После сжигания древесного угля в отходах осталась 1/5 часть. После сжигания пеллет - гранулы сгорают почти полностью, оставляя после себя лишь небольшое количество пепла.

От пеллет образовалось немного пыли. С углем гораздо сложнее. О минимуме пыли уже говорить не приходится.

Время горения пеллет в 2 раза больше, чем у древесного угля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе работы я изучил виды биотоплива и выяснил, что биотопливные технологии могут стать опорной структурой в будущей «зеленой» энергетике России.

В ходе проведения исследования познакомился с новым видом современного топлива – пеллетами. Исследование показало, что их применение в качестве альтернативного источника приносит пользу, так как это более дешевое топливо. Немало важно и то, что это эффективный способ утилизации отходов пищевой промышленности.

Необходимо отметить на недостаточную долю пеллетов в топливном балансе нашей республике. Причиной такого положения является отсутствие достаточной информации: о технологиях утилизации твердых отходов путем получения пеллет; об оборудовании по производству пеллет и его поставщиках т.д.

Своей работой я хотел привлечь внимание как можно больше людей к проблеме грядущего энергетического кризиса. Изготовление топливных брикетов в домашних условиях не занимает много времени, оборудование требуется самое простое, а польза для экологии огромна.

Главный вывод, который я сделал - будущее за альтернативными источниками энергии.   Исследование определило целесообразность использования альтернативного топлива, полученного из твердых отходов пищевых предприятий, так как оно имеет и экологические и экономические преимущества по сравнению с другими видами топлива.

Гипотеза исследования, заключающаяся в том, что альтернативное топливо из твердых отходов экономичнее и экологичнее в использовании, чем другие традиционные виды топлива, подтвердилась.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Герасименко, В. П. Экология природопользования: учебное пособие / В. П. Герасименко. — Москва: ИНФРА-М, 2021. — 355 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). - ISBN 978-5-16-012098-0. - Текст: электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1157264 (дата обращения: 26.12.2020).

Никольская, В. Производство топливных пеллет в России / В. Никольская // ЛесПромИнформ. – 2017. - №6. – С. 22-32.

Указ Президента Российской Федерации от 05.01.2016г. №7 http://docs.cntd.ru

4. http://ru.teplowiki.org/wiki/Пеллеты

5. http://vse-otoplenie.ru/izgotovlenie-toplivnyx-briketov-v-domashnix-usloviyax

6. http://www.eco-pellets.ru/info/1/

7. https://ru.wikipedia.org/wiki/Топливные_гранулы

Приложение 1

Приложение 2

Формы древесного биотоплива

Приложение 3