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 shkola@yandex.ru Электронная почта руководителя: malyshevagalka@gmail.com 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.