Недостатки солнечных источников энергии

1. Высокая стоимость. За счет того, что обустройство дома солнечными накопительными элементами обходится в немалую сумму на начальном этапе, многие государства поощряют использование данного экологически чистого источника энергии путем выдачи кредитов и оформления договоров о лизинге. С развитием технологии и ростом цен на ископаемые энергоносители этот недостаток постепенно преодолевается.

2. Непостоянство. За счет того, что солнечный свет отсутствует в ночное время, а также в пасмурные и дождливые дни, солнечная энергия не может служить основным источником электроэнергии. Неравномерное распределение энергии Солнца по поверхности планеты. Одни области более солнечные, чем другие.

3. Высокая стоимость аккумулирования энергии. Аккумуляторные батареи, позволяющие накапливать энергию и сглаживать нестабильность поступления солнечной энергии, отличает высокая цена, доступная не каждому домовладельцу.

4. Незначительное загрязнение окружающей среды. Несмотря на то, что по сравнению с производством и переработкой других видов энергоресурсов солнечная энергия наиболее дружественна к природной среде, некоторые технологические процессы изготовления солнечных панелей сопровождаются выбросом парниковых газов, трифторида азота и гексафторида серы. Отработав свое, фотоэлементы, хотя и незначительная их часть, содержат кадмий, который нельзя выбрасывать на свалку. Нужно дополнительно расширять индустрию по утилизации токсичных веществ в фотоэлементах. Также, размещенные на больших площадях солнечные батареи, могут влиять на климат, нарушая естественный температурный режим. Несмотря на экологическую безвредность применения солнечных батарей, их производство и утилизация может навредить окружающей среде и здоровью людей. Солнечные панели содержат металлы, такие как свинец, медь, галлий и кадмий, синтетические материалы. Их основа изготавливается из алюминия. Все это требует грамотной утилизации.

5. Применение дорогостоящих и редких компонентов. Выпуск тонкопленочных солнечных панелей требует введения теллурида кадмия (CdTe) или селенида меди индия галлия (CIGS), которые являются редкими и дорогостоящими - это влечет за собой удорожание системы альтернативного энергоснабжения в целом.

6. Малая плотность мощности. Одним из важных параметров источника электроэнергии выступает средняя плотность мощности, измеряемая в Вт/м2 и характеризующая количество энергии, которое можно получить с единицы площади энергоносителя. Данный показатель для солнечного излучения составляет 170 Вт/м2 - это больше, чем у прочих возобновляемых природных ресурсов, но ниже, чем у нефти, газа, угля и в атомной энергетике. По этой причине, для выработки 1 кВт электроэнергии из солнечного тепла требуется значительная площадь солнечных панелей. Строительство солнечных электростанций большой мощности может привести к изменению микроклимата в прилегающей местности, поэтому устанавливают в основном фотоэлектрические станции мощностью 1-2 МВт недалеко от потребителя или даже индивидуальные и мобильные установки.

7. Поверхность солнечных панелей очищать от попадающих загрязнений.

8. Энергетические затраты на производство. Производство солнечных панелей является энергоемким процессом. Энергия, используемая в производстве солнечных панелей, не является единственной энергетической затратой. Необходимо также учитывать энергию, используемую для их транспортировки, особенно если панели импортируются из другой части мира.

Биотопливо

Биодизель

Биодизель, или биодизельное топливо – это экологически чистый вид топлива, получаемый из растительных масел и используемый для замены

обычного дизельного топлива. Сырьё для производства - растительные масла (рапсовое, соевое, арахисовое, пальмовое, отработанные подсолнечное и оливковые), а также животные жиры.

Наибольший выход масла дает копра (высушенная мякоть кокоса, 62%); меньше – кунжут и клещевина; в средней группе находятся арахис, рапс, подсолнечник и др.; соя и хлопчатник имеют самые низкие показатели (13–14 %).

С химической точки зрения биодизель представляет собой метиловый эфир (диметиловый эфир СН₃ – О – СН₃). При его производстве в процессе химической реакции «Этерификация» масла и жиры вступают в реакцию с метиловым спиртом и гидроксидом натрия, служащим катализатором, в результате чего образуются метиловые эфиры жирных кислот, а также основной побочный продукт – глицерин.

Технология производства биодизеля: растительное масло переэтерифицируется метанолом при 60 °С (происходит обмен структурными составляющими молекул жиров и спиртов, эта реакция способствует получению смеси жиров, обладающих меньшей температуры плавления, повышенной пластичностью и стабильностью к окислению кислородом воздуха). На 1 т масла требуется 100 кг метанола. Схематично реакцию можно записать так:

Основные этапы: приготовление и очистка масла, приготовление катализатора, переэтерификация, очистка и стабилизация продукта реакции, отгонка метанола, складирование готового продукта.

Преимущества биодизеля:

- нетоксичен, практически не содержит серы и канцерогенного бензола;

- разлагается в естественных условиях и в тоже время биологически безвреден;

- снижение вредных выбросов в атмосферу при сжигании;

- увеличивает цетановое число топлива (характеристика дизельного топлива, чем больше этот параметр, тем спокойнее и плавне горит топливная смесь) и его смазывающую способность, что увеличивает ресурс двигателя;

- для его производства используется возобновляемое сырье;

- его производство легко организовать, даже в условиях небольшого фермерского хозяйства;

- при использовании биодизеля происходит уменьшение выбросов диоксида углерода и угарного газа, SO₂ и сажи.

- биодизель может смешиваться с традиционным минеральным дизельным топливом или сжигаться в чистом виде в двигателях с воспламенением от сжатия. Его энергоемкость составляет 88–95 процентов от дизельного топлива

Недостатки биодизеля:

- не рекомендуют хранить более 3 месяцев, т.к. он разлагается;

- необходим подогрев топлива в холодное время года или использование топливных смесей с содержанием биодизеля 20 %;

- наличие свободных площадей по сельскохозяйственныек культуры, используемые в производстве биодизеля;

- отмечается повышение выбросов токсичных оксидов азота;

- коррозионная активность некоторых масел (например, рапсового).

Этанол

Органическое вещество, химическая формула - С₂Н₅ОН.

Для производства этанола используют любое сырье, содержащее значительное количество сахара, или вещества, которые посредством химических реакций переходят в сахар, например,

крахмал или целлюлоза. Главные источники сахара - сахарный тростник, сахарная свекла, а крахмала - кукурузы, пшеница и маниока.

В настоящее время этанол из целлюлозной биомассы в промышленных масштабах практически не производится. 1 литр этанола содержит около

66 % энергии, обеспечиваемой литром бензина. При смешивании с бензином, для использования в транспортных средствах, улучшает его показатели. Также он улучшает сгорание топлива, тем самым уменьшая выбросы окиси углерода, несгоревших углеводородов и канцерогенов.

Но, однако, сжигание этанола вызывает более активную реакцию с азотом в атмосфере, что может привести к незначительному увеличению газообразных окислов азота. По сравнению с бензином этанол содержит лишь следовые количества серы. Таким образом, смешивание этанола с бензином способствует сокращению содержания серы в топливе и тем самым

снижает выбросы окислов серы, компонента кислотных дождей и канцерогена.

Различают производство жидкого биотоплива 1 и 2 поколения. 1-ое поколение – это производство этанола из сахарного и крахмалистого сырья.

Второе поколение разрабатываемых технологий позволяет сделать возможным использование лигноцеллюлозной биомассы (комбинация лигнина, гемицеллюлозы и целлюлозы). Целлюлозная биомасса более устойчива к расщеплению, поэтому сложность ее преобразования в жидкое топливо делает технологию переработки более дорогостоящей, хотя собственно затраты на целлюлозное сырье меньше, чем на существующее в настоящее время сырье первого поколения. Переработка целлюлозы в этанол включает: расщепление целлюлозных компонентов биомассы до сахаров, которые затем ферментируются для получения этанола. Первая стадия технически очень сложна, хотя ведется разработка эффективных и экономичных способов осуществления этого процесса. Отсутствие коммерческой жизнеспособности пока препятствует широкому производству биотоплива второго поколения на основе целлюлозы.

Целлюлозная биомасса является наиболее распространенным биологическим материалом на Земле, поэтому успешная разработка коммерчески жизнеспособного биотоплива второго поколения на основе целлюлозы может

существенно расширить объем и разнообразие сырья, которое может быть использовано для производства. Потенциальным источником являются все целлюлозные отходы, в том числе отходы сельского хозяйства (солома, стебли, листья) и лесоводства, отходы переработки (ореховая скорлупа, багасса сахарного тростника, опилки) и органические компоненты городских отходов. Однако очень важно принять во внимание и особую роль, которую

разлагающаяся биомасса играет в сохранении плодородия и структуры почвы; чрезмерное ее извлечение для получения биоэнергии может

иметь негативные последствия. Целлюлозная продукция обладает большей устойчивостью при транспортировке, что способствует сокращению затрат на ее перевозку и поддержание качества по сравнению с продовольственными культурами. Ее проще хранить, особенно в сравнении с

сахароносными культурами, поскольку она устойчива к порче. Целлюлозная биомасса нередко может быть объемной, поэтому для ее доставки на перерабатывающие предприятия после сбора урожая потребуется хорошо развитая транспортная инфраструктура.

Различные гипотетические расчеты подчеркивают, что в связи со значительными потребностями в земельных площадях для производства биотоплива, его применение приведет, как можно ожидать, лишь к очень ограниченному вытеснению ископаемого топлива. Тем не менее, даже весьма

скромный вклад биотоплива в совокупные энергоресурсы может оказать мощное воздействие на сельское хозяйство и сельскохозяйственные рынки.

Биогаз

Биогаз - газ, получаемый метановым брожением биомассы. Разложение биомассы происходит под воздействием 3-х видов бактерий (гидролизные, кислото- и метанобразующие). В цепочке питания последующие бактерии питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих.

Состав биогаза (%):

CH₄ – 55 -75

CO₂ – 25-45

H₂ и H₂S – в незначительном количестве.

После очистки биогаза от диоксида углерода получается биометан. Биометан полный аналог природного газа.

Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья. Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 30-50 м³ биогаза с содержанием метана 60 %, 150-500 м³ биогаза из различных видов растений с содержанием метана до 70 %. Максимальное количество биогаза - это 1300 м³ с содержанием метана до 87% можно получить из жира.

Для получения биогаза и его эффективного использования используются следующие технологии:

- Пробоподготовки сырья (перемещивание, ультразвуковое обеззараживание, стерилизация и т.п.);

- Контроль процесса;

- Контроля состава биогаза (газоанализаторы, сенсоры, датчики);

- Утилизации низкокалорийного биогаза;

- Экологического мониторинга;

- Очистки биогаза до биометана;

- Исследования и использования биогазового удобрения для сельского хозяйства и др.

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: