Биомасса

Биомасса (гр. bios - өмір және масса) — бір түрдің, түрлер тобының немесе бүтіндей бірлестіктердің (өсімдік, микроағза және жануарлардың) тіршілік ететін мекенінің бірлік бетіне не көлеміне келетін жалпы құрғақ массасы; аудан немесе көлем (г/м² немесе г/м³) бірлігіне салмағы бойынша өрнектелген тірі ағзалар мөлшері.

Өлшем бірліктері: кг/га, г/м², г/м³, кг/м³, т.б. Өсімдіктердің биомассасы фитомасса, жануарлардың биомассасы зоомасса деп аталады.

Экожүйеде энергияның таралуы мен орташа биомассаның арасындағы байланысты анықтау үшін Дж/м² өлшемі пайдаланылады. Құрлықтағы гетеротрофты ағзалардің ішінде топырақта тіршілік ететін микроағзалардің биомассасы өте жоғары болады. Атап айтқанда, жауын құртының тіршілік ету ортасына байланысты биомассасы 200 — 1500 кг/га аралығында болады. Сүтқоректілер мен құстардың орташа жылдық биомассасы 1 — 15 кг/га (бірақ бұл көрсеткіш құстардың қыстауы мен қоныс аударуы кезінде жоғары болады).

Биосферадағы тірі организмдердің жалпы биомассасы, әр түрлі есептеулерге қарағанда 1,8х10¹² — 2,4х10¹² т болуы мүмкін.

Жер биомассасы 2,42 трлн тонна құрады. Адамдар тірі салмақта шамамен 350 млн тонна биомасса береді немесе құрғақ биомасса тұрғысынан шамамен 100 миллион тонна береді – толық жер биомассасымен салыстырғанда елеусіз мөлшер.

Жер биомасса құрамы

Құрлықтық бөліктің организмдері • Жасыл өсімдіктер - 2,4 трлн тонна (99,2%) • Жануарлар мен микроорганизмдер - 20 млрд тонна (0,8%) Мұхиттар организмдері • Жасыл өсімдіктер - 0,2 млрд тонна (6,3%) • Жануарлар мен микроорганизмдер - 3 миллиард тонна (93,7%) Осылайша, Жер биомассасының үлкен бөлігі Жердің ормандарында орналасқан. Жер үстінде өсімдіктер салмағы жаппай басым, ал жануарлар және микроорганизмдер массасы мұхиттарда басым. Алайда, биомасса айналымы мұхиттарда көбірек болып табылады.

Биомасса айналымы

Қолданыстағы биомасса салмағының өсуін қарастыратын болсақ, келесі көрсеткіштер алынады: • Ормандардың ағаш өсімдіктері - 1,8% • Шалғындар, дала, егістік жер өсімдіктері - 67% • Көлдер мен өзендер өсімдіктерінің кешені - 1400% • Теңіз фитопланктоны - 1500% Микроскопиялық фитопланктон жасушаларының қарқынды бөлінуі, олардың тез өсуі және өмірлерінің қысқа болуы, орта есеппен, 1-3 күн өтетін мұхит фитомассасының жылдам айналымына жағымды ықпал етеді, ал өсімдіктердің толық жаңартылуы 50 жыл немесе одан да көп уақытта жүзеге асырылады. Сондықтан да мұхит фитомассасының аз мөлшеріне қарамастан, оның жылдық жалпы өндірілген өнім мөлшері жер үстінің өнімімен салыстырмалы. Мұхит өсімдіктерінің аз мөлшері олардың бірнеше күн ішінде жануарлар мен микроорганизмдермен желіну, сонымен қатар бірнеше күн ішінде қалпына келу фактісімен байланысты. Фотосинтез арқылы биосферада жыл сайын құрғақ органикалық заттардың шамамен 150 млрд тоннасы өндіріледі. Биосфераның құрлықтық бөлігінде ең өнімді болып тропикалық және субтропикалық ормандар саналада, ал мұхит бөлігінде - көлдетелер (теңізге қарай кеңейетін көлтабандары) және рифтер, сондай-ақ апвеллинга – терең сулардың өрлеу аймағы. Ашық мұхитқа, шөлге және тундраға төмен өсімдіктер өнімділігі тән.

Биомассаның энергетика саласындағы қолдануы

Биомасса жанғыш тақтатастар, уран, көмір, мұнай және табиғи газдан кейін қазіргі уақытта қол жетімді энергия көздерінің алтыншы қоры. Шамамен жердің толық биологиялық салмағы 2,4·1012 тонна мөлшерімен бағаланады. Биомасса тікелей күн, жел, су және геотермалды энергияларынан кейін өнімділігі бойынша бесінші жаңартылатын энергия көзі, Жыл сайын жер бетінде шамамен 170 млрд тонна бастауыш биомасса өндіріледі және шамамен сол мөлшер жойылады. Биомасса әлемдік экономикада пайдалануы бойынша ең ірі жаңартылатын ресурс (бір жылда 500 млн тоннадан астам) Биомасса жылу, электркуаты, биотын, биогаз (метан, сутегі) өндіру үшін пайдаланылады. Биомасса отынының басым бөлігі (80%), ең алдымен ағаш, дамып жатқан елдерде үй жылыту және тамақ дайындау үшін пайдаланылады.

Мысалдары

2002 жылы АҚШ-тың электрэнергетикасында биомассада жұмыс істеп, 9733 МВт қуат шығаратын зауыттар орнатылды. Соның ішінде 5886 МВт ауыл және орман шаруашылығының қалдықтарында, 3308 МВт қатты тұрмыстық қалдықтарда, 539 МВт басқа энергия көздерінде жұмыс істеді. 2003 жылы, жалпы АҚШ-тың энергиясының 4%-ы биомассадан өндірілген. 2004 жылы, дүние жүзі бойынша жалпы қуаты 35,000 МВт электр стансалары биомассадан электр қуатын өндірді. Қазіргі уақытта, Еуропа елдерінде биомасса өндіру үшін энергетикалық ормандарды өсіру бойынша эксперименттер өткізіліп жатыр. Ірі екпелерде тез өсетін ағаштар өсіріледі: терек, акация, эвкалипт және т.б. ағаштар. Өсімдіктердің шамамен 20 түрі сыналған. Екпелер біріктірілген бола алады, ағаш жолдарының арасында басқа да дақылдарды өсіруге болады, мысалы, теректі арпамен ұштастыруға болады. Энергетикалық орманның айналу мерзімі - 6-7 жыл. Пиролиз әдісі арқылы биомассадан сұйық биоотын, метан, сутегі өндіріледі. Түрлі материалдарды пайдалануға болады: ағаш қалдықтары, сабан, жүгері қауыздан, және т.б. Бидай сабанынан 58%-ға дейін биоотын, 18%-ға дейін көмір және 24%-ға дейін газ шығады. Ағаш өндіруші және ауыл шаруашылығы салаларының қалдықтарынан жасалған қатты отын – отын пеллетерін қолдану кеңінен таралған.

Сұйық биоотын

Өсімдік бөлетін майдың этерификациясын пайдалана отырып майлы дақылдардан түрлі дизель отынын (биодизель) шығарылады. Майлы балдырлардың жоғары өнімді плантацияларын өсіру бойынша зерттеулер өткізіліп жатыр. Қантты және крахмалды өнімдердің (дәнді дақылдар, картоп, қант қызылшасы) ферментациялау арқылы және целлюлоза қамтитын өсімдік шикізат пайдалану жағдайында (ағаш, сабан, өсімдік қалдықтары) алдын ала гидролиз жасау арқылы этанол (биоэтанол) дайындалады. Этил спирті таза түрінде және бензин қоспасында мотор отыны ретінде пайдаланылады, этил-трет-бутил эфирді - бензин қозғалтқыштарына арналған сапалы отын түрі, метил-трет-бутил эфирге қарағанда ішінара биоотын - өндіру үшін пайдаланылады.

Биомасса газдандыру

1 килограмм биомассадан шамамен 2,5 нм3 генераторлық газ алуға болады, оның негізгі жанғыш компоненттері көміртек тотығы (СО) және сутегі (H2) болып табылады. Газдандыру процесін жүргізу әдісі мен шикізатқа байланысты төмен калориялық (қатты балластырылған) немесе орташа калориялық генераторлық газ алуға болады. Метанды ферменттеу арқылы мал көңінен биогаз алынады. Биогаз 55-75%-ға метаннан және 25-45%-ға СО2-ден тұрады. Мал көңінің бір тоннасынан (құрғақ салмағы) 250-350 текше метр биогаз шығады. Биогаз өндіретін қолданыстағы зауыттардың саны бойынша әлемдік көшбасшы - Қытай. Лэндфилл-газ - биогаз сорттарының бірі. Ол коммуналдық қалдықтардың полигонында пайда болады. АҚШ-та 2002 жылы 350 лэндфилл-газ өндіретін зауытты пайдалануда болды, осындай зауыттар саны Еуропада – 750, әлемдегі жалпы саны - 1152, өндірілетін энергияның жалпы сомасы - 3929 МВт, қалдықтарды өңдеу көлемі - 4,548 млрд тонна.

Ресурстар

Ресей жыл сайын құрғақ органикалық қалдықтардың баламасында 300 млн тоннаға дейін жинайды: 250 млн тонна ауыл шаруашылығы өндірісінде, 50 млн тонна тұрмыстық қалдықтар ретінде. АҚШ бос жерлерде жыл сайын биомассаның 1,3 млрд тоннасын (Switchgrass - тары алуаны) өсіре алады. Осы биомассадан тәулігіне мұнайдың 4,5 млн барреліне тең биоотын көлемін өндіруге болады.