Управление образования администрации Богородского района Нижегородской области Муниципальное образовательное учреждение

Управление образования администрации
Богородского района Нижегородской области
Муниципальное образовательное учреждение
Новинская средняя общеобразовательная школа
Конкурс ученических проектов
сетевого фестиваля экологического воспитания - 2013
Энергия биомассы
Адрес:
Автор
607635,
Нижегородская
область, ученик 9 класса Малышев Роман
Богородский район
Алексеевич
п. Новинки, ул. Центральная, д.6
Руководитель
Телефон: 8-(831-70)-48-5-41
учитель химии, биологии, экологии
Электронная
почта
школы:
nov- Малышева Галина Ивановна
[email protected]
Электронная почта руководителя:
[email protected]
п. Новинки
2
Оглавление
Введение ............................................................................................................................................. 2
Цель и задачи проекта ....................................................................................................................... 3
Исследование и анализ ...................................................................................................................... 3
Сроки реализации .............................................................................................................................. 4
Дизайн-спецификация ....................................................................................................................... 4
Первоначальные идеи ........................................................................................................................ 4
Выбор лучшей идеи ........................................................................................................................... 5
Реализация проекта ............................................................................................................................ 5
Возобновляемые источники энергии. .............................................................................................. 5
Энергия биомассы. ............................................................................................................................. 6
Выполнение исследования .............................................................................................................. 11
Оценка эффективности мероприятий ............................................................................................ 12
Как может проект развиваться в будущем .................................................................................... 12
Результат реализации проекта ........................................................................................................ 12
Заключение ....................................................................................................................................... 13
Литература ........................................................................................................................................ 13
Введение
Наличие энергии всегда было необходимым условием удовлетворения
основных потребностей человека, увеличения продолжительности его жизни и
повышения жизненного уровня.
Правильная оценка масштабов будущей энергетики и места в ней
различных
источников
энергии
необходима
для
решения
проблем
энергообеспечения, без чего невозможен дальнейший экономический рост как
мира в целом, так и отдельных его регионов и государств.
Предметом
особого
внимания
в
последнее
время
становится
антропогенное загрязнение атмосферы углекислым газом и целым рядом
газовых примесей, влияющих на климат. Основным источником поступления
метана, помимо сельского хозяйства, является также энергетика: утечка
3
природного газа при его добыче и транспортировке, а также накопление его в
угольных шахтах и выброс в атмосферу при их вентилировании.
Таким образом, дальнейшее развитие традиционной энергетики на
органическом топливе при отсутствии средств удержания СО 2 имеет серьезные
ограничения из-за возможного изменения климата Земли.
Масштаб и характер воздействия человека на природу сегодня таковы,
что ставят под угрозу само существование современного человека. Он простонапросто может не успеть приспособиться к изменениям природы, с такой
скоростью
они
начинают
происходить.
Энергетика,
обеспечивающая
жизнедеятельность человека, оказывает значительное влияние на окружающую
среду. Возможности удовлетворения потребностей человека в энергии я и
попыталась отразить в этом проекте.
Цель и задачи проекта
Найти ответ на вопрос: как можно удовлетворить наши потребности в
энергетических ресурсах без чрезмерных и опасных последствий для природы.
Разработать беззатратные энергосберегающие меры и мероприятия,
которые учитывают разнообразие местных условий.
Воспитать навыки экологически устойчивого стиля жизни, просветить
молодёжь в вопросах энергосбережения.
Исследование и анализ
Мой проект предназначен для учащихся любых классов, взрослых людей,
поэтому он должен быть прост в обращении, иллюстрирован, чтобы привлекать
внимание.
Работа
социально
значима,
важна для
каждого,
содержит
информацию о применении энергии биомассы, исследование возможности
применения биомассы, наглядна и содержит рекомендации, советы, доступные
каждому.
4
Сроки реализации
Проект реализуется в течение всего года. Возможно ежегодное
применение проекта.
Дизайн-спецификация
Мой проект можно будет использовать любому жителю планеты Земля.
Проект
содержит
альтернативу,
советы
в
наглядном,
эмоционально
окрашенном виде, что повышает интерес к нему. Проект выполнен в
единичном экземпляре и будет служить помощью в агитации. Этот проект
позволит лучше понять проблему, ведь для его создания я использовала
богатый, отобранный и проанализированный материал.
Первоначальные идеи
1.Проблема утилизации отходов. Я хотел бы рассказать о видах отходов, о
химических методах их переработки.
2.Кислотные дожди: перспектива и реальность. Я хотел бы рассказать о
проблеме глобальной кислотных дождей связать ее с краеведческим
материалом - соседство г. Дзержинска («химической бомбы в центре России»).
3.Народная экология. Я хотел бы рассказать о народных обычаях, приметах в
области строительства, огородничества, здоровья.
4.Мусор – монстр цивилизации. Я хотел бы рассказать об истории мусора,
зарубежном опыте борьбы с ним.
5.Ритмы. Я хотел бы рассказать о ритмах в жизни человека, о возможности
просчитывать по дате рождения удачные и неудачные дни.
6.Дружественные природе отходы. Я хотел бы рассказать об упаковке, ее
экологичности, возможностях вторичного использования.
7.Язык телодвижений. Я хотел бы рассказать о жестах и движениях; их
значении и интерпретации.
8.Паранормальные явления. Я хотел бы рассказать о ясновидении,
экстрасенсорике, гипотезе.
5
9.Энергоэффективность. Я хотел бы организовать как можно больше
практических акций по применению энергии биомассы, привлечь как можно
больше людей к сотрудничеству и поддержке.
Выбор лучшей идеи
Так как для организации идей 1-8 требуется привлечение денежных
средств и они являются теоретическими, не очень удобными для воплощения,
необходимы знания по химии, которую я ещё не изучаю, мы решили всерьёз
заняться идеей №9 и организовать, и принимать участия в различных акциях по
применению энергии биомассы.
Реализация проекта
Возобновляемые источники энергии.
Теоретически возобновляемые источники энергии могут ежегодно
обеспечивать количество энергии, соответствующее ее мировому потреблению
в настоящее время. Сегодня они обеспечивают около 18% мирового
потребления энергии, из которых 12% приходится на биомассу, 6%-на
гидроэнергию.
Анализ
возможных
видов
возобновляемых
источников
энергии
применимо к поселку Новинки.
1.Солнечная энергия. Такой вид энергии для нашей местности не
подходит, так как в нашем поселке нет приспособлений для выработки
электроэнергии из биомассы, как нет и больших площадей для фиксация света с
помощью зеркал.
2. Получение энергии за счет ветра. Для получения энергии за счет ветра
у нас нет необходимых установок.
3. Геотермальный источник энергии. Наш поселок не находится в
области, где тепло земных глубин близко подступает к поверхности.
6
4. Энергия биомассы. Изучив соответствующую литературу, узнав, как и
где используются установки по добыче альтернативной энергии, я решила, что
этот источник энергии наиболее приемлем для нашего поселка.
Энергия биомассы.
Биомасса может рассматриваться как идеальное энергетическое вещество,
поскольку «биомасса - это все что растет», это аккумулированная в углеродных
соединениях солнечная энергия, которая может быть использована в случае
необходимости в больших объемах.
Биомассу как энергоноситель можно подразделить на две группы:
1.Органические отходы животноводства(навоз), солома, дрова, отходы
лесозаготовок и деревообработки, торф.
2.Энергетические
растения
-
быстрорастущие
виды
древесины,
масличные и специальные культуры(рапс, сорго, тростник и т.д.).
В нашем поселке ежегодно накапливается большое количество отходов
животноводства и растениеводства. Степень их использования очень низкая.
Основные методы преобразования и энергетического использования
биомассы приведены.
7
а) термохимические методы.
При
подводе
тепла
биомасса
превращается
в
более
ценный
энергоноситель. Основными способами переработки являются: коксование
древесины, газификация и сжижение.
Применяются также пиролиз (термическое расщепление биомассы без
доступа воздуха). Цель этой технологии в получении из биомассы жидкого
топлива для двигателей внутреннего сгорания. Основным недостатком является
стоимость оборудования.
б) физико-химические методы.
Одна из форм физический биоконверсии - получение растительного
масла при извлечении его из семян масличных культур. После получения
растительного масла его можно использовать непосредственно как горючее для
моторов или, после химической обработки, в качестве биодизеля.
в) биохимические методы.
При анаэробном (без доступа кислорода) брожении органического
материала(навоз, органические отходы) под воздействием различных групп
8
бактерий происходит образование биогаза. Полученная смесь состоит в
основном из метана (55-70%) и углекислого газа. Метан можно сжигать в
моторах для производства электрической и тепловой энергии.
В дальнейшем я подробно расскажу об использовании и производстве
биогаза из навоза.
В бытовой деятельности производится большое количество отходов, на
утилизацию которых тоже тратится энергия либо в доме, либо при
транспортировке
и
утилизации
на
специализированных
предприятиях.
Экономия энергии здесь достигается двумя путями: сокращением отходов и
утилизацией органической части отходов и утилизаций органической части
отходов
без
затрат
энергии
-
домашним
компостированием,
либо
компостированием на приусадебном участке с последующим использованием
на приусадебном участке для удобрения почвы.
Производство
биогаза
из
отходов
животноводства
основано
на
использовании процесса анаэробного сбраживания навоза в специальных
герметических емкостях - метантенках. Устройство биогазовой установки с
плавающим газосборником.
9
Биогаз получается при анаэробном брожении органического материала и
состоит в основном из метана и углекислого газа. Полный биохимический
процесс разложения сложных органических веществ идет 10 суток в
нескольких стадиях, за каждую из которых отвечают определенные бактерии.
Максимальный выход и скорость сбраживания достигается при соблюдении
соотношения углерода к азоту в массе 30:1 и повышенной до 60
о
С
температуре. Опилки и газеты состоят в основном из углерода и обеспечивают
его
недостающее
количество
в
массе.
Постоянное
давление
биогаза
поддерживается тяжелым плавающим колпаком.
В таблице приведены данные по выходу метана в зависимости от состава
биомассы.
Материал
Содерж
ание
Выход
биогаза,
материала
в
Содержа
ние метана, %
М3/КГ
смеси, %
Свиной навоз
100
1,01,6
Коровий навоз
100
0,61,0
Куриный помет
100
1,2-2,6
Домовая
100
1,0-
канализация
59,8
1,8
Куриный помет и
31/61
1,5
60
10/90
1,85
68,9
10/90
2,0
67,1
бумага
Древесные опилки и
осадки
очистных
устройств
Газеты
и
осадки
очистных устройств
10
Газеты
и
осадки
30/70
1,5
65,5
очистных устройств
Установке нельзя давать остыть: биопроцесс замедляется в десятки раз
при температуре
12 0С и полностью прекращается при 6 оС; новый запуск
потребует внешнего подогрева в течение минимум 6 дней. Тем не менее,
установку
вполне
можно
использовать
в
холодном
климате.
Для
круглогодичной работы бак, в котором производится сбраживание, должен
быть хорошо утеплен. Для этого его часто закапывают под землю, укладывая
сверху солому или другие утепляющие материалы (опилки, стружки), которые
необходимо будет добавлять в загружаемую жидкую массу.
При производстве электроэнергии из биогаза в электрический ток
преобразуется всего 30% его энергоресурса, остальная часть - отбросная
теплота. Производить и использовать биогаз лучше всего вне дома. Имеющиеся
на рынке большие биогазовые установки оснащены устройством очистки газа,
после которых газ может использоваться и внутри дома, и при нагревании воды
для бытовых нужд, содержания скота, отопления жилых помещений и теплиц,
подогрева воздуха для сушилок, а также при создании микроклимата в
животноводческих помещениях.
Американский фермер Джон Девонс разработал наиболее подходящую с
точки зрения экономии энергии и эффективности систему биоинтенсивного
земледелия для небольших участков земли, основанную на ручной подготовке
почвы без внесения минеральных удобрений. С помощью этой системы можно
организовать замкнутый цикл по обеспечению жителей дома собственными
овощами без использования внешних удобрений и утилизацией всех
органических и пищевых отходов для удобрения.
В климатических условиях России биогазовые установки малопригодны
для автономного энергосбережения индивидуальных жилищ, а для целого
поселка это хороший способ энергосбережения.
11
Выполнение исследования
В посёлке Новинки Богородского района расположено учебно-опытное
хозяйство НГСХА. Сельское хозяйство включает в себя два ключевых
направления: растениеводство и животноводство. В учебном хозяйстве на трёх
фермах содержатся 835 голов крупного рогатого скота. Нас заинтересовало
возможное использование энергии биомассы для производства электроэнергии
в посёлке с помощью биогазовой установки с плавающим газосборником. По
моим подсчётам, 836 коров могут в год производить 7,6*106 кг навоза.
При наличии в хозяйстве как минимум 3 коров (лошадей) и нескольких
свиней образующиеся органические отходы следует использовать для
получения биогаза, с помощью которого можно полностью обеспечить семью
из 4 человек энергией для отопления дома.
В нашем поселке есть деревообрабатывающие предприятия. В процессе
их работы образуется большое количество отходов производства - опилок,
которые бездумно сжигаются. Если бы в нашем поселке поставить биогазовую
установку для производства альтернативной энергии, то в окружающую среду
поступало меньше отравляющих элементов, а опилкам найти рациональное
применение.
Приусадебный участок, также как оранжерея и теплица, является
неотъемлемой частью знергоэффективного дома. На них часто тратится энергия
сравнимая с той, что потребляется в доме. Здесь, безусловно, имеется большой
потенциал
сбережения
энергии,
который
может
быть
реализован
максимальным использованием солнечной энергии и рациональным - тепловой
и электрической. Достигается это специальной конструкцией и размещением, а
также использованием подходящих материалов. Пристроенные к дому с южной
стороны теплицы и оранжереи могут быть не только использованы по
назначению, но и вносить вклад в обогрев дома.
12
Оценка эффективности мероприятий
Апробация не производилась. Этап организационный: выбрали тему
своего исследования, определили задачи, собирали информацию.
Как может проект развиваться в будущем
Ознакомление населения с информацией, содержащейся в проекте.
Проект был бы интересен владельцам частных домов, садоводческих участков,
фермерам. Для этого планируется создать буклет с информацией об
использовании энергии биомассы, методиками, расчётами. В простейшем
варианте биогазовые установки с плавающим газосборником могут быть легко
изготовлены
при
наличии
сварочного
оборудования,
металла
и
антикоррозионного материала.
Результат реализации проекта
Одна семья в зависимости от размеров хозяйства потребляет за год от
1000 до 4000 КВт электроэнергии (включая освещение, телевизор, радио и
холодильник, то есть практически всё, но без электротепловых приборов).
Навоз
от
836
коров
теоретически
может
снабдить
140
семей
электроэнергией. В посёлке Новинки около 2000 жителей; если предположить,
что в среднем семья состоит из 4-х человек, то в Новинках около 500 семей.
28% семей посёлка Новинки могли бы получать электроэнергию за счёт навоза
коров, затрачивая при этом минимум средств.
13
Заключение
Сейчас наш поселок встал на интенсивный путь развития: строятся новые
здания, торговые точки, развлекательные учреждения. Все это отнимает
большое количество энергии из, уже не новых, линий электропередач. На нас
лежит огромная ответственность сохранить мир пригодным к проживанию
людей, животных, растений, всех живых организмов. Пусть это станет нашей
общей целью и целью каждого из нас.
1.
Литература
Гладкий Ю.Н.: Лавров С.Б. Дайте планете шанс!- М.: Просвещение,
1985.
2.
География Нижегородской области- Н.Новгород, 1991.
3.
Дмитриев А.И. Практическая экология. Часть П. — Н.Новгород: изд.
Нижегородского педагогического ун-та, 1994.
4.
Дмитриев А.И. Экологический практикум. — Н.Новгород: 1995.
5.
Косариков А.Н. и др. Экологическая обстановка в Н.Новгороде, 1993.
6.
Кузнецова МЛ., Ибрагимов А.К., Неручев В.В., Юлова Г.А. Полевой
практикум по экологии. — М.: Наука, 1994.
7.
Литвинова Л. С. , Жиренко О. Е. Нравственно – экологическое
воспитание школьников. – М. , 2005.
8.
Медоуз X. Д., Медоуз Д. Л., Рэндерс Й, Беренс В. Пределы роста: Доклад
по проекту Римского клуба «Сложное положение человечества». - М.: Изд-во
МГУ, 1991.
9.
Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир: Пер. с англ.- М.:
Мир, 1993. - Т. 1,2.
10.
Рамад Ф. Основы прикладной экологии. — Л.. Гидрометеоиздат, 1981.
11.
Природопользование под редакцией Э.А.Арустамова- М.: «Дашков и
К0», 2001.
12.
1990.
Реймерс Н. Ф. Природопользование: Словарь-справочник. -М.: Мысль,
14
13.
Риклефс Р. Основы общей экологии. - М.: Мир, 1979.
14.
Розанов В. В. Основы учения об окружающей среде. - М.: Изд-во МГУ,
1984.
15.
Самкова В. А. , Прутченков А. С. Экологический бумеранг. – М. : Новая
школа, 1996.
16.
Одум Ю. Экология. - М.: Мир, 1986. - Т. 1 - 2.
17.
Экологическая обстановка в городах и районах Нижегородской области-
Н.Новгород, 1991.
18.
Экологический практикум- Н.Новгород, 1994.
19.
Шустов С.Б., Шустова Л.В. Химия и экология – Н.Новгород, 1994.
20.
Скурлатов Ю.И. и др. Введение в экологическую химию- М.: Высшая
школа, 1994.
21.Ресурсы Интернет.