Біоенергетика

Біоенерге́тика — галузь електроенергетики, заснована на використанні біопалива, яке виробляють з біомаси.

Біомаса

До біомаси відносять усю рослинну і вироблену тваринами субстанцію. При використанні біомаси в енергетичних цілях для виробництва тепла, електроенергії і палива. Розрізняють енергетичні рослини і органічні відходи.

Енергетичними рослинами вважаються:

• сорти дерев, що швидко ростуть і спеціальні однорічні рослини з високим вмістом сухої маси для використання як твердого палива;
• цукро- та крохмалевмісні польові культури для переробки в етанол, а так само маслянисті культури для виробництва біодизеля для застосування як рідкого палива;
• польові культури, придатні для силирування^{[невідомий термін]} і використання у виробництві біогазу.

До органічних відходів відносяться відходи, що виникають в сільському, лісовому, домашньому господарстві і промисловості: відходи деревообробки, солома, трава, листя, гній, шлам, харчові відходи, органічні відходи домашнього господарства тощо.

До біогенного твердого палива відносяться усі не викопні види палива органічного походження, які до моменту їх використання знаходяться в твердому стані, як наприклад: деревина усіх видів і у будь-якій формі, солома, макуха, зерно, кукурудза, злаки, цукровий буряк, ріпак, рослинні олії, біологічні відходи, екскременти, водорості тощо.

Виробництво біоенергії

Виробництво електроенергії та тепла з твердої біомаси здійснюється, серед іншого, шляхом спалювання в твердопаливних котлах, з отриманням пари високого тиску. Цей процес здійснюється за допомогою біомасових енергетичних установок. Розрізняють відповідно:
 — біомасові котельні — установки що виробляють тільки тепло;
 — біомасові теплоелектроцентралі (Біо-ТЕЦ) — виробляють разом з теплом ще і електрику.

Загальне виробництво біопалива вимірюється в терават-годинах (ТВт-год) на рік (біоетанол і біодизель)

Розподіл біомаси основних царств живих істот (2018)

Динаміка виробництва біопалива за регіонами (1990-2022)

Щорічно приріст біомаси у світі оцінюється в 200 млрд т (в перерахунку на суху речовину), що енергетично еквівалентно 80 млрд т нафти. Найстійкішим джерелом біомаси в біоенергетики є відходи, як промислові й сільськогосподарські, так і антропогенні; та енергетичні і біопаливні культури. Одним із нестійких джерел біомаси є ліси. При переробці ділової деревини 3-4 млрд т складають відходи, енергетичний еквівалент яких становить 1,1-1,2 млрд т нафти. Світова потреба в енергії (11 млрд т у.п.) становить тільки 12 % енергії щорічного світового приросту біомаси. Частка і кількість біомаси, використовуваної для одержання енергії, постійно знижується, що можна пояснити порівняно низькою теплотою згоряння біомаси, унаслідок високого вмісту в ній води.

Перспективні технології

• Біопаливо другого покоління: біопаливо другого покоління, виробляється з нехарчової сировини, такої як сільськогосподарські відходи, спеціальні енергетичні культури тощо. Ця сировина часто має вищу енергетичну продуктивність і може бути частиною циркулярного (кругового) сільського господарства, зменшуючи конкуренцію з виробництвом продуктів харчування.
• Біопаливо третього покоління: мікроводорості мають великі перспективи для виробництва біопалива, оскільки їх можна культивувати в різноманітних середовищах, включаючи неорні землі та стічні води. Біопаливо на основі водоростей може запропонувати вищу продуктивність і потенційно зменшити конфлікти землекористування, пов’язані зі звичайними біопаливними культурами. Інтеграція культивування водоростей із біоелектрохімічними системами, такими як мікробний паливний елемент, може усунути необхідність гасіння кисню та зовнішньої аерації в системі мікробного паливного елементу і, таким чином, зробити загальний процес стійким і чистим для вироблення енергії. На додаток до цього, газ CO2, що утворюється в анодній камері, може сприяти росту водоростей у катодній камері. Таким чином можливо заощадити енергію та кошти, витрачені на транспортування CO2 у системі відкритого ставка.
• Біопаливо четвертого покоління: охоплює використання генної інженерії та синтетичної біології для покращення бажаних властивостей організмів, які використовуються у виробництві біопалива, що може призвести до підвищення ефективності виробництва та зменшення витрат виробництва біопалива.
• Целюлозний етанол: Целюлозний етанол виробляється з целюлозних і геміцелюлозних компонентів рослин, які містяться в більшій кількості, ніж цукри, що використовуються в біопаливі першого покоління. Ця технологія може використовувати сільськогосподарські відходи та інші джерела нехарчової біомаси.

• Перетворення відходів на енергію: Технології, які перетворюють органічні відходи, такі як харчові відходи, рослинні залишки, тверді міські відходи, та міські і промислові стічні води, на біопаливо пропонують подвійну користь, керуючи утилізацією відходів і виробляючи відновлювану енергію.
• Біоелектрохімічні системи: біоелектрохімічні системи, такі як мікробні паливні елементи та електроліз, мають потенціал для перетворення органічних речовин безпосередньо в електрику або водень (біоводень) які можна використовувати як чистий носій енергії або паливо.
• Гібридні технології: інтеграція різних процесів виробництва біопалива, наприклад поєднання біохімічних і термохімічних шляхів перетворення, може підвищити загальну ефективність і зробити біопаливо більш економічно життєздатним.
• Біоенергатика з використанням технології уловлювання та зберігання вуглецю: Деякі технології виробництва біопалива можна поєднати з системами уловлювання та утилізації вуглецю, що дозволяє вловлювати викиди CO2 під час процесу виробництва біопалива та використовувати вловлений вуглець для інших цінних продуктів.
• Змішування та сумісність біопалива: розробка біопалива, яке можна легко змішувати з існуючим викопним паливом, як біобутанол, або використовувати безпосередньо в існуючих двигунах та інфраструктурі, має важливе значення для широкого впровадження біопалива.
• Стале вирощування сировини: стійкі методи вирощування сировини, включаючи управління землекористуванням, ефективне використання води та збереження біорізноманіття, гарантує, що біопаливо справді позитивно впливає на навколишнє середовище та суспільство.

Див. також

• Біопаливо
• Біоенергетика з використанням технології уловлювання та зберігання вуглецю
• Відновлювана енергетика
• Сільське господарство
• Переробка відходів
• Біотехнологія
• Зелена хімія
• Циркулярна економіка
• Сталий розвиток

Література

• Формування ринку біоенергетики в Україні та його інформаційно-аналітичне забезпечення // Н.Л. ПРАВДЮК, О.В. ТОМЧУК. Економіка АПК, 2018, № 5. С.51-62.
• Chepeliev Maksym; Diachuk Oleksandr; Podolets Roman; Trypolska Galyna (2021). The role of bioenergy in Ukraine's climate mitigation policy by 2050. Renewable and Sustainable Energy Reviews (англ.) 152. doi:10.1016/j.rser.2021.111714.

Додаткова література

Книги

• Серія книг Advances in Bioenergy (Elsevier, 2021-2023+)
• Серія книг Routledge Studies in Bioenergy (Routledge, 2000-2023+)
• Серія книг Biofuel and Biorefinery Technologies (Springer, 2015-2020+)
• Krushna Prasad Shadangi, Prakash Kumar Sarangi, Kaustubha Mohanty та ін. (2023). Bioenergy Engineering: Fundamentals, Methods, Modelling, and Applications. Elsevier. ISBN 9780323983631.

Журнали

• Biomass and Bioenergy (Elsevier)
• GCB Bioenergy (Wiley-VCH)
• Bioenergy Research (Springer Nature)

Посилання

• Науково-технічний центр «Біомаса» (НТЦБ) [Архівовано 12 липня 2016 у Wayback Machine.] — провідна українська консалтингово-інженерна компанія, що працює в області енергетичного використання біомаси.
• Біоенергетична Асоціація України (БАУ) [Архівовано 31 травня 2022 у Wayback Machine.] — асоціація, що лобіює біоенергетику в Україні, випускає аналітику, бере участь в Європейських проектах.
• (англ.) International Energy Agency (IEA) [Архівовано 10 липня 2016 у Wayback Machine.] — відділ Міжнародної енергетичної агенції, створений 1978 року для покращення співпраці та інформаційного обміну в царині біоенергетики.
• (англ.) EUBIONET3 — інформаційні мережі, створені Європейською комісією 1995 року для сприяння використанню енергії біомаси.
• (дан.) (англ.) Videncenter for Halm- og Flisfyring [Архівовано 11 січня 2016 у Wayback Machine.] — данська інформаційна мережа технологічних інститутів, що працюють в галузі використання біомаси.
• (нід.) Nederlandse BioEnergie Vereniging — Biomasster — інформаційний сайт, що висвітлює стан біоенергетики в Королівстві Нідерландів.
• (нім.) Biomasse Infocenter [Архівовано 16 серпня 2016 у Wayback Machine.] — інформаційний центр з біоенергетичних технологій університету Штутгардта (Німеччина).
• (нім.) Fachverband Biogas e.V. [Архівовано 6 липня 2016 у Wayback Machine.] — розвиток біогазових технологій в Німеччині.
• (англ.) Office of Energy Efficiency & Renewable Energy (EERE) [Архівовано 9 липня 2016 у Wayback Machine.] — Офіс енергоефективності та поновлюваних джерел енергії Міністерства енергетики США.
• (англ.) Biogen Food Waste Management [Архівовано 3 липня 2016 у Wayback Machine.] — Британська компанія з біоенергетичної індустрії.
• (англ.) Environmental and Energy Study Institute [Архівовано 14 вересня 2008 у Wayback Machine.] — Американський інститут з дослідження навколишнього середовища та енергії.

Асоціації

• Біоенергетична Асоціація України (БАУ) [Архівовано 31 травня 2022 у Wayback Machine.] — асоціація, що лобіює біоенергетику в Україні, випускає аналітику, бере участь в Європейських проектах.
• (англ.) AEBIOM — The European Biomass Association [Архівовано 11 травня 2008 у Wayback Machine.] — Європейська асоціація використання біомаси, відкрита для членства представників країн Європейського Союзу, Центральної та Східної Європи.
• (норв.) Norsk Bioenergiforening (Nobio) [Архівовано 4 вересня 2016 у Wayback Machine.] — Норвезька біоенергетична асоціація.
• (словац.) Slovenská asociácia pre biomasu [Архівовано 7 серпня 2016 у Wayback Machine.] — Словацька біоенергетична асоціація.