Biomasse von Erdorganismen. Biomasse oder „lebende Materie“ des Planeten. Methoden zur Biomasseverarbeitung
Was sind Biogas und Biomasse?
In letzter Zeit wird weltweit zunehmend auf nicht-traditionelle, aus technischer Sicht erneuerbare Energiequellen (RES) geachtet. Für die Republik Usbekistan ist Energie aus erneuerbaren Energiequellen wichtig: Sonneneinstrahlung, Wind, kleine Flussläufe, Thermalquellen, Biomasse. Einige von ihnen, zum Beispiel der Wind, waren in der Vergangenheit weit verbreitet und erleben heute in vielen Ländern der Welt, insbesondere in europäischen Ländern, eine Wiedergeburt. Einer der „vergessenen“ Rohstoffe ist Biogas, das im alten China genutzt und in unserer Zeit wieder „entdeckt“ wurde.
Was ist Biogas? Unter diesem Begriff versteht man ein gasförmiges Produkt, das bei der anaeroben, also der Fermentation organischer Stoffe unterschiedlicher Herkunft ohne Luftzugang entsteht. Auf jedem bäuerlichen Bauernhof fallen das ganze Jahr über erhebliche Mengen an Mist, Pflanzenresten und verschiedenen Abfällen an. Typischerweise werden sie nach der Zersetzung als organischer Dünger verwendet. Allerdings wissen nur wenige Menschen, wie viel Biogas und Wärme bei der Vergärung freigesetzt werden. Aber auch den Landbewohnern kann diese Energie gute Dienste leisten.
Biogas ist ein Gasgemisch. Seine Hauptbestandteile sind Methan (CH4%) und Kohlendioxid (CO2) – 28-43%, sowie andere Gase in sehr geringen Mengen, zum Beispiel Schwefelwasserstoff (H2S).
Im Durchschnitt erzeugt 1 kg organisches Material bei 70 % biologischer Zersetzung 0,18 kg Methan, 0,32 kg Kohlendioxid, 0,2 kg Wasser und 0,3 kg unzersetzbare Rückstände.
Frischmist aus Tierhaltungsbetrieben und flüssige Bestandteile des Mists sind zusammen mit dem Abwasser Umweltschadstoffe. Die erhöhte Anfälligkeit landwirtschaftlicher Nutzpflanzen gegenüber Frischmist führt zu einer Verunreinigung des Grundwassers und der Luft und schafft so ein günstiges Umfeld für die Bodenverunreinigung durch schädliche Mikroorganismen. In Tiermist hört die lebenswichtige Aktivität pathogener Bakterien und Wurmeier nicht auf; die darin enthaltenen Unkrautsamen behalten ihre Eigenschaften.
Um diese negativen Phänomene zu beseitigen, ist eine spezielle Technologie zur Gülleverarbeitung erforderlich, die es ermöglicht, die Nährstoffkonzentration zu erhöhen und gleichzeitig unangenehme Gerüche zu beseitigen, pathogene Mikroorganismen zu unterdrücken und den Gehalt an krebserregenden Substanzen zu reduzieren. Ein vielversprechender, umweltfreundlicher und wirtschaftlich rentabler Weg, dieses Problem zu lösen, ist die anaerobe Verarbeitung von Gülle und Abfällen in Biogasanlagen zur Erzeugung von Biogas. Aufgrund des hohen Methangehalts (bis zu 70 %) kann Biogas verbrannt werden. Die nach einer solchen natürlichen Verarbeitung verbleibende organische Masse ist ein hochwertiger desinfizierter Dünger.
Für die Verarbeitung werden billige landwirtschaftliche Abfälle verwendet – Tiermist, Geflügelkot, Stroh, Holzabfälle, Unkraut, Hausmüll und organische Abfälle, menschliche Abfälle usw.
Das entstehende Biogas kann zum Heizen von Viehställen, Wohngebäuden und Gewächshäusern, zur Gewinnung von Energie zum Kochen, zum Trocknen landwirtschaftlicher Produkte mit Heißluft, zum Erhitzen von Wasser und zur Stromerzeugung mithilfe von Gasgeneratoren verwendet werden.
Nach der Entsorgung erhöht sich der Nährstoffgehalt im resultierenden Dünger im Vergleich zu herkömmlichem Mist um 15 %. Gleichzeitig werden im neuen Dünger Helminthen, pathogene Bakterien und Unkrautsamen abgetötet. Dieser Mist wird ohne herkömmliche Trocknung und Lagerung verwendet. Bei der Wiederverwertung entsteht auch ein flüssiger Extrakt, der zur Bewässerung von Futtergräsern, Gemüse etc. bestimmt ist. Trockendünger wird bestimmungsgemäß verwendet und der Ertrag an Luzerne steigt um 50 %, bei Mais um 12, bei Gemüse um 20-30 %.
Aus dem Mist einer Kuh können Sie bis zu 4,2 m3 Biogas pro Tag gewinnen. Die in einem m3 Biogas enthaltene Energie entspricht der Energie von 0,6 m3 natürlichem Brenngas, 0,74 Liter Öl, 0,65 Liter Dieselkraftstoff, 0,48 Liter Benzin usw. Bei der Verwendung von Biogas, Heizöl, Kohle, Strom usw andere Energieressourcen. Durch die Einführung von Biogasanlagen wird die Umweltsituation in Tierhaltungsbetrieben, Geflügelfarmen und angrenzenden Gebieten verbessert und schädliche Auswirkungen auf die Umwelt werden verhindert.
Schätzungen zufolge beträgt der Beitrag von Biomasse zur globalen Energiebilanz etwa 12 %, obwohl ein erheblicher Teil der für den Energiebedarf verwendeten Biomasse kein kommerzielles Produkt ist und daher in der offiziellen Statistik nicht berücksichtigt wird. In den Ländern der Europäischen Union beträgt der Beitrag von Biomasse zur Energiebilanz im Durchschnitt etwa 3 %, allerdings mit großen Schwankungen: in Österreich - 12 %, in Schweden - 18 %, in Finnland - 23 %.
Primäre Biomasse sind Pflanzen, die an Land und im Wasser wachsen. Biomasse entsteht durch Photosynthese, wodurch sich Sonnenenergie in der wachsenden Pflanzenmasse ansammelt. Die Energieeffizienz der Photosynthese selbst beträgt etwa 5 %. Dies führt je nach Pflanzenart und klimatischer Wachstumszone zu einer unterschiedlichen Produktivität pro Flächeneinheit der Pflanzen.
Für Energiezwecke wird primäre Biomasse hauptsächlich als Brennstoff genutzt und ersetzt traditionelle fossile Brennstoffe. Darüber hinaus handelt es sich in der Regel um Abfälle aus der Forst- und Holzverarbeitungsindustrie sowie um Feldabfälle (Stroh, Heu). Der Heizwert von trockenem Holz ist mit durchschnittlich 20 GJ/t recht hoch. Der Heizwert von Stroh ist etwas niedriger; bei Weizenstroh liegt er beispielsweise bei etwa 17,4 GJ/t.
Dabei ist das spezifische Brennstoffvolumen von großer Bedeutung, das die Größe der entsprechenden Anlagen und Verbrennungstechnik bestimmt. In dieser Hinsicht ist Holz beispielsweise Kohle deutlich unterlegen. Bei Kohle beträgt das spezifische Volumen etwa 30 dm3/GJ, bei Hackschnitzeln liegt dieser Wert je nach Holzart im Bereich von 250 – 350 dm3/GJ; Bei Stroh ist das spezifische Volumen sogar noch größer und erreicht 1 m3 / GJ. Daher erfordert die Verbrennung von Biomasse entweder eine vorbereitende Vorbereitung oder spezielle Verbrennungsgeräte.
Insbesondere in einer Reihe von Ländern hat sich die Methode, Holzabfälle zu verdichten und zu Briketts oder sogenannten Sticks zu verarbeiten, durchgesetzt. Mit beiden Verfahren ist es möglich, Kraftstoff mit einem spezifischen Volumen von etwa 50 dm3/GJ zu gewinnen, was für die konventionelle Schichtverbrennung durchaus akzeptabel ist. In den USA beispielsweise beträgt die jährliche Produktion von Wimpern etwa 0,7 Millionen Tonnen und ihr Marktpreis liegt bei etwa 6 Dollar/GJ mit einem Heizwert von etwa 17 GJ/t.
Als Brennstoff kann eine breite Palette an Biomasse verwendet werden. Holz und Trockenmist sind traditionelle ländliche Brennstoffe und werden in vielen Regionen der Welt weiterhin in großen Mengen eingesetzt. In der Tabelle sind die wichtigsten Typen sowie die Technik zu ihrer Verwendung aufgeführt.
Die Verbrennung von Biomasse ist hinsichtlich der Kohlendioxidemissionen ein neutraler Prozess. Pflanzen verbrauchen im Photosynthesezyklus Kohlendioxid. Es wird dann freigesetzt, wenn der Stoff verbrennt. Daher sind angebaute Wald- und Energiepflanzen eine Energiequelle, die nicht zur Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre beiträgt.
In Usbekistan werden auf großen Flächen Baumwolle, Kenaf, Tabak und Sonnenblumen angebaut. Und wenn Baumwollstängel teilweise noch als Rohstoff für die Herstellung von Alkohol und Papier verwendet wurden, wurden die Stängel anderer Pflanzen in der Regel einfach verbrannt. Vom natürlichen Ursprung und der chemischen Zusammensetzung her sind sie aber dem Holz nahe! Und das, obwohl es im Land nur sehr wenige Wälder gibt. Wissenschaftler in Usbekistan haben eine Technologie zur Herstellung umweltfreundlicher Baumaterialien aus diesen Ernteabfällen entwickelt, die über gute Wärmedämmeigenschaften und eine relativ hohe Zugfestigkeit verfügen, was für diese seismisch aktive Region wichtig ist.
|
Biomasse |
Beschreibung |
Energieverbrauch |
|
Holzabfälle |
Hauptsächlich als Brennstoff für Kesselhäuser |
|
|
Landwirtschaftlicher Abfall |
Stroh, Mist, Zuckerbagasse usw. |
a) Als Brennstoff für Kesselhäuser oder zur Energieerzeugung |
|
Energiepflanzen |
Schnell wachsende Biomasse, die speziell für die Brennstoffgewinnung angebaut wird, wie z. B. Weide oder Chinaschilf |
Strom erzeugen (nur einige kommerzielle Beispiele) |
|
Siedlungsabfälle |
Haus- und Gewerbemüll |
a) Energieverbrennung in großem Maßstab, die zur Stromerzeugung verwendet wird. b) Methanrückgewinnung aus Deponien, die zur Strom- und Industriewärmeerzeugung verwendet wird. |
|
Abwasser |
Schlamm aus der kommunalen Abwasserbehandlung |
Bei der anaeroben Vergärung von Klärschlamm entsteht Methan. Wird zur Stromerzeugung verwendet. |
Biomasse ist ein Begriff, der alle organischen Stoffe pflanzlichen und tierischen Ursprungs zusammenfasst. Biomasse wird in primäre (Pflanzen, Tiere, Mikroorganismen usw.) und sekundäre Abfälle aus der Verarbeitung primärer Biomasse und Abfallprodukte von Mensch und Tier unterteilt. Abfälle werden wiederum in Primärabfälle aus der Verarbeitung von Primärbiomasse (Stroh, Kreisel, Sägemehl, Hackschnitzel, Brennereischlempe usw.) und Sekundärprodukte des physiologischen Stoffwechsels von Tieren und Menschen unterteilt.
TECHNOLOGIE ZUR HERSTELLUNG VON BIOGAS
Biogastechnologien basieren auf komplexen natürlichen Prozessen des biologischen Abbaus organischer Substanzen unter anaeroben (ohne Luftzugang) Bedingungen unter dem Einfluss einer speziellen Gruppe anaerober Bakterien. Diese Prozesse gehen mit der Mineralisierung stickstoffhaltiger, phosphorhaltiger und kaliumhaltiger organischer Verbindungen einher, wobei die für Pflanzen am besten zugänglichen mineralischen Formen von Stickstoff, Phosphor und Kalium entstehen und pathogene (krankheitsverursachende) Substanzen vollständig zerstört werden ) Mikroflora, Wurmeier, Unkrautsamen, spezifische Kotgerüche, Nitrate und Nitrite. Der Prozess der Bildung von Biogas und Düngemitteln erfolgt in speziellen Bioreaktoren-Methantanks.
Eine mikrobiologische Methode zur Neutralisierung von Gülle und anderen organischen Rückständen ist seit langem bekannt: die Kompostierung. Der Abfall wird auf Haufen gelagert, wo er unter dem Einfluss aerober Mikroorganismen nach und nach zersetzt wird. In diesem Fall erwärmt sich der Haufen auf etwa 60 °C und es kommt zu einer natürlichen Pasteurisierung – die meisten pathogenen Mikroben und Wurmeier sterben ab und Unkrautsamen verlieren ihre Lebensfähigkeit.
Doch die Qualität des Düngers leidet: Bis zu 40 % des darin enthaltenen Stickstoffs verschwinden und viel Phosphor. Auch Energie geht verloren, denn die aus der Tiefe der Halde freigesetzte Wärme wird verschwendet – und Gülle enthält übrigens fast die Hälfte der gesamten Energie, die dem Betrieb mit Futter zugeführt wird. Abfälle aus Schweinehaltungsbetrieben eignen sich einfach nicht zur Kompostierung: Sie sind zu flüssig.
Aber auch eine andere Art der Verarbeitung organischer Stoffe ist möglich – die Fermentation ohne Luftzugang oder die anaerobe Fermentation. Genau dieser Prozess findet im natürlichen biologischen Reaktor im Bauch jeder auf der Weide grasenden Kuh statt. Dort, im Proventriculus der Kuh, lebt eine ganze Gemeinschaft von Mikroben. Einige bauen Ballaststoffe und andere komplexe organische Verbindungen, die reich an Energie sind, ab und produzieren daraus niedermolekulare Substanzen, die vom Körper der Kuh leicht aufgenommen werden können. Diese Verbindungen dienen als Substrat für andere Mikroben, die sie in Gase umwandeln – Kohlendioxid und Methan. Eine Kuh produziert bis zu 500 Liter Methan pro Tag; Von der gesamten Methanproduktion auf der Erde, fast ein Viertel – 100-200 Millionen Tonnen pro Jahr! - hat einen solchen „tierischen“ Ursprung.
Methanproduzierende Bakterien sind in vielerlei Hinsicht bemerkenswerte Lebewesen. Sie haben eine ungewöhnliche Zusammensetzung der Zellwände, einen völlig einzigartigen Stoffwechsel, ihre eigenen einzigartigen Enzyme und Coenzyme, die bei anderen Lebewesen nicht vorkommen. Und ihre Biografie ist etwas Besonderes – sie gelten als Produkt eines besonderen Zweigs der Evolution.
Ungefähr diese Mikroorganismengemeinschaft wurde von lettischen Mikrobiologen angepasst, um das Problem der Verarbeitung von Abfällen aus Schweinefarmen zu lösen. Im Vergleich zur aeroben Zersetzung bei der Kompostierung arbeiten Anaerobier langsamer, aber deutlich wirtschaftlicher, ohne unnötige Energieverluste. Das Endprodukt ihrer Tätigkeit – Biogas, das 60-70 % Methan enthält – ist nichts anderes als ein Energiekonzentrat: Jeder Kubikmeter davon setzt bei der Verbrennung so viel Wärme frei wie ein Kilogramm Kohle, und mehr als doppelt so viel als Kilogramm Brennholz.
Ansonsten ist die anaerobe Vergärung nicht schlechter als die Kompostierung. Und das Wichtigste ist, dass der Mist aus landwirtschaftlichen Betrieben auf diese Weise perfekt verarbeitet wird. Bei der biologischen, thermophilen, methanerzeugenden Verarbeitung organischer Abfälle entstehen umweltfreundliche, flüssige, hochwirksame organische Düngemittel. Diese Düngemittel enthalten mineralisierten Stickstoff in Form von Ammoniumsalzen (die am leichtesten verdauliche Form von Stickstoff), mineralisierten Phosphor, Kalium und andere für die Pflanze notwendige biogene Makro- und Mikroelemente, biologisch aktive Substanzen, Vitamine, Aminosäuren und huminartige Verbindungen die den Boden strukturieren.
Das resultierende Biogas mit einer Dichte von 1,2 kg/m3 (0,93 Luftdichte) hat die folgende Zusammensetzung (%): Methan – 65, Kohlendioxid – 34, Begleitgase – bis zu 1 (einschließlich Schwefelwasserstoff – bis zu 0,1). Der Methangehalt kann je nach Zusammensetzung des Substrats und Technologie zwischen 55 und 75 % variieren. Der Wassergehalt im Biogas beträgt bei 40°C 50 g/m3; Beim Abkühlen des Biogases kondensiert es und es müssen Maßnahmen zur Entfernung des Kondensats ergriffen werden (Trocknung des Gases, Verlegen von Rohren mit dem erforderlichen Gefälle usw.).
Die Energieintensität des entstehenden Gases beträgt 23 mJ/m3 oder 5500 kcal/m3.
Die in primärer und sekundärer Biomasse gespeicherte Energie kann auf verschiedene Arten in technisch sinnvolle Kraftstoff- oder Energiearten umgewandelt werden.
Gewinnung pflanzlicher Kohlenwasserstoffe (Pflanzenöle, hochmolekulare Fettsäuren und deren Ester, gesättigte und ungesättigte Kohlenwasserstoffe usw.).
Thermochemische Umwandlung von Biomasse (fest, bis zu 60 %) in Brennstoff: Direktverbrennung, Pyrolyse, Vergasung, Verflüssigung, Festpyrolyse.
Biotechnologische Umwandlung von Biomasse (bei einer Luftfeuchtigkeit von 75 % und mehr) in Kraftstoffe: niederatomige Alkohole, Fettsäuren, Biogas.
Die biologische Umwandlung von Biomasse in Treibstoff und Energie entwickelt sich in zwei Hauptrichtungen:
Fermentation unter Bildung von Ethanol, niederen Fettsäuren, Kohlenwasserstoffen, Lipiden – diese Richtung wird seit langem erfolgreich in der Praxis eingesetzt;
Produktion von Biogas.
Derzeit ist die Produktion von Biogas hauptsächlich mit der Verarbeitung und Entsorgung von Abfällen aus der Vieh-, Geflügel-, Pflanzenproduktion, Lebensmittel- und Alkoholindustrie, kommunalen Abwässern und Sedimenten verbunden.
FAKTOREN, DIE DIE BIOGASPRODUKTION BEEINFLUSSEN
Da die Zersetzung organischer Abfälle durch die Aktivität bestimmter Bakterienarten erfolgt, hat die Umwelt einen erheblichen Einfluss darauf. So hängt die Menge des erzeugten Gases maßgeblich von der Temperatur ab: Je wärmer es ist, desto höher sind Geschwindigkeit und Grad der Fermentation organischer Rohstoffe. Dies ist wahrscheinlich der Grund, warum die ersten Anlagen zur Erzeugung von Biogas in Ländern mit warmem Klima entstanden. Der Einsatz einer zuverlässigen Wärmedämmung und teilweise erwärmten Wassers ermöglicht es jedoch, den Bau von Biogasgeneratoren in Gebieten zu meistern, in denen die Temperatur im Winter auf -20 °C sinkt.
An Rohstoffe werden bestimmte Anforderungen gestellt: Sie müssen für die Entwicklung von Bakterien geeignet sein, biologisch abbaubare organische Stoffe und eine große Menge Wasser (90-94 %) enthalten. Es ist wünschenswert, dass die Umgebung neutral und frei von Substanzen ist, die die Wirkung von Bakterien beeinträchtigen: zum Beispiel Seife, Waschpulver, Antibiotika.
Zur Erzeugung von Biogas können Sie Pflanzen- und Haushaltsabfälle, Mist, Abwasser usw. verwenden. Während des Fermentationsprozesses neigt die Flüssigkeit im Tank dazu, sich in drei Fraktionen aufzuspalten. Die obere Kruste, die aus großen Partikeln besteht, die von aufsteigenden Gasblasen mitgerissen werden, kann nach einiger Zeit ziemlich hart werden und die Freisetzung von Biogas behindern. Im mittleren Teil des Fermenters sammelt sich Flüssigkeit an und der untere, schlammartige Anteil fällt aus.
Bakterien sind in der mittleren Zone am aktivsten. Daher muss der Tankinhalt regelmäßig umgerührt werden – mindestens einmal täglich, vorzugsweise bis zu sechs Mal. Die Durchmischung kann mit mechanischen Vorrichtungen, hydraulischen Mitteln (Rezirkulation durch eine Pumpe), unter dem Druck eines pneumatischen Systems (teilweise Rezirkulation von Biogas) oder mit verschiedenen Selbstmischungsmethoden erfolgen.
BIOGASANLAGEN
Technologische Schemata sowie Design und technologische Parameter von Biogasanlagen hängen vom Verarbeitungsvolumen und den Eigenschaften des fermentierten Materials, den Wärme- und Feuchtigkeitsbedingungen, den Methoden der Beladung und Fermentierung des Substrats und einer Reihe anderer Faktoren ab.
Die Hauptausrüstung einer Biogasanlage ist ein hermetisch verschlossener Behälter mit einem Wärmetauscher (Kühlmittel – auf 50–60 °C erhitztes Wasser), Vorrichtungen für die Ein- und Ausleitung der Gülle und für den Gasauslass.
Da jeder Betrieb seine eigenen Besonderheiten in Bezug auf die Entmistung, die Verwendung von Einstreumaterial und die Wärmeversorgung hat, ist es unmöglich, einen einzigen Standard-Bioreaktor zu erstellen. Die Gestaltung der Anlage wird maßgeblich von den örtlichen Gegebenheiten und der Materialverfügbarkeit bestimmt. Nachfolgend finden Sie einige mögliche Ausführungen von Biogasanlagen.
Bei einer kleinen Anlage besteht die einfachste Lösung darin, freigegebene Kraftstofftanks zu verwenden. Das Diagramm eines Bioreaktors basierend auf einem Standard-Kraftstofftank mit einem Volumen von 50 m3 ist in der Abbildung dargestellt. Interne Trennwände können aus Metall oder Ziegeln bestehen; Ihre Hauptfunktion besteht darin, den Güllefluss zu lenken und seinen Weg im Reaktor zu verlängern, wodurch ein System kommunizierender Gefäße entsteht. Im Diagramm sind die Partitionen konventionell dargestellt; Ihre Anzahl und Platzierung hängen von den Eigenschaften des Mists ab – von der Fließfähigkeit, der Menge der Einstreu.
Bioreaktor einer Versuchstankstelle (Sägemehlisolierung nicht dargestellt):
1 - Betonständer (2 Stk.); 2 - wärmeisolierendes „Kissen“ (2 Stk.); 3- Heizung mit thermofizierendem Wasser („Wärmemantel“ des Basis-Eisenbahnöltanks); 4 - Rohmaterialansaugrohr; 5 - Bioreaktorkörper (Tank); 6-Rohstoffe (Gülle); 7 - Mischerwelle mit Flügeln; 8 - Luftschleusentrennwand (4 Stk.); 9 - Biogas; 10 - Gasleitung; 11 – verarbeitete Biomasse; 12 - Siphonventil; 13 – Abzweigrohr für die Pipeline für verarbeitete Biomasse; 14-Ketten-Getriebe; 15 - Getriebemotor (220 V, 3 kW)
Ein Bioreaktor aus Stahlbeton benötigt weniger Metall, ist aber arbeitsintensiver in der Herstellung. Um das Volumen des Bioreaktors zu bestimmen, müssen Sie von der Güllemenge ausgehen, die sowohl von der Anzahl und dem Gewicht der Tiere als auch von der Art ihrer Entfernung abhängt: Beim Spülen der Gülle ohne Einstreu erhöht sich die Gesamtabwassermenge um ein Vielfaches Dies ist unerwünscht, da ein erhöhter Energieaufwand für die Beheizung erforderlich ist. Wenn die tägliche Abfallmenge bekannt ist, kann das erforderliche Volumen des Reaktors ermittelt werden, indem man diese Menge mit 12 multipliziert (da 12 Tage die Mindestdauer für die Lagerung von Gülle sind) und den resultierenden Wert um 10 % erhöht (da der Reaktor sein sollte). zu 90 % mit Substrat gefüllt.
Die ungefähre Tagesproduktivität eines Bioreaktors bei der Beladung mit Gülle mit einem Trockenmassegehalt von 4–8 % beträgt zwei Gasvolumina pro Reaktorvolumen: Ein Bioreaktor mit einem Volumen von 50 m3 produziert 100 m3 Biogas pro Tag.
In der Regel können Sie durch die Verarbeitung von einstreufreiem Mist von 10 Rindern etwa 20 m3 Biogas pro Tag gewinnen, von 10 Schweinen - 1-3 m3, von 10 Schafen - 2 m3, von 10 Kaninchen - 0,4-0,6 m3 . Aus einer Tonne Stroh entstehen 300 m3 Biogas, aus einer Tonne Siedlungsabfall 130 m3. (Der Gasbedarf eines Einfamilienhauses inklusive Heizung und Warmwasser beträgt durchschnittlich 10 m3 pro Tag, kann jedoch je nach Qualität der Wärmedämmung des Hauses stark variieren.)
Sie können den Untergrund auf verschiedene Arten auf 40°C erwärmen. Am bequemsten ist es, zu diesem Zweck die Gas-Wasserheizgeräte AGV-80 oder AGV-120 zu verwenden, die mit einer automatischen Ausrüstung zur Aufrechterhaltung der Kühlmitteltemperatur ausgestattet sind. Bei Betrieb des Gerätes mit Biogas (anstelle von Erdgas) sollte dies durch Reduzierung der Luftzufuhr angepasst werden. Sie können den Untergrund auch mit Nachtstrom erwärmen. In diesem Fall dient der Bioreaktor selbst als Wärmespeicher.
Um den Wärmeverlust zu reduzieren, muss der Bioreaktor sorgfältig isoliert werden. Hier sind verschiedene Möglichkeiten möglich: Insbesondere können Sie einen mit Glaswolle gefüllten leichten Rahmen darum herum anordnen, eine Schicht Polyurethanschaum auf den Reaktor auftragen usw.
Der Druck des im Bioreaktor erzeugten Gases (100-300 mm Wassersäule) reicht aus, um es ohne Gasgebläse oder Kompressoren über eine Distanz von bis zu mehreren hundert Metern zu transportieren.
Beim Starten eines Bioreaktors ist es notwendig, ihn zu 90 % des Volumens mit Substrat zu füllen und 24 Stunden lang aufzubewahren. Danach können neue Portionen des Substrats in den Reaktor eingespeist werden, wodurch die entsprechenden Mengen des fermentierten Produkts extrahiert werden.
SOZIAL, WIRTSCHAFT UND UMWELT
Aspekte der Nutzung von Biogastechnologien
China nimmt den Spitzenplatz in der Biogasproduktion ein. Seit Mitte der 70er Jahre werden hierzulande jedes Jahr etwa eine Million Fermenter gebaut. Derzeit übersteigt ihre Zahl 20 Millionen. Die VR China deckt 30 % ihres nationalen Energiebedarfs mit Biogas.
In der Biogasproduktion liegt Indien weltweit an zweiter Stelle, wo bereits in den 1930er Jahren das weltweit erste Programm zur Entwicklung der Biogastechnologie verabschiedet wurde. Bis Ende 2000 wurden im ländlichen Indien über 1 Million Fermenter gebaut, was die Energieversorgung einer Reihe von Dörfern sowie deren sanitären und hygienischen Zustand verbesserte, die Abholzung der umliegenden Wälder verlangsamte und die Böden verbesserte. Heute beträgt die tägliche Biogasproduktion in Indien 2,5 bis 3 Millionen Kubikmeter. M.
Ein nationales Biogasunternehmen wurde gegründet und ist in Nepal aktiv tätig.
Biogasanlagen sind in acht Tierhaltungsbetrieben in Japan erfolgreich im Einsatz.
Vorläufige Berechnungen zeigen, dass aus 1 Tonne pflanzlicher Biomasse gemischt mit Abfall 350 Kubikmeter gewonnen werden können. m Gase (Methan, Wasserstoff) mit einem Energiegehalt von 2,1x106 kcal, 430 Liter flüssiger Brennstoff mit einem Energiegehalt von 3,08x106 kcal und fester Brennstoff entsprechend 0,2x106 kcal Energie. Aus 1 Tonne solcher Rohstoffe können hier also 0,1 bis 0,4 Tonnen sowie 0,8 bis 0,9 Tonnen desinfizierter Düngemittel gewonnen werden.
Heutzutage sind in ländlichen Gebieten, in denen das derzeitige Ungleichgewicht zwischen Brennstoffen und Energie besonders deutlich zu spüren ist, alle Arten von Brennstoffen gleichermaßen notwendig: gasförmig zum Heizen, flüssig für den Betrieb des Verkehrs, fest für die Gewinnung von Kühlmitteln.
Hauptsache, die Biogastechnologie zur Aufbereitung und Desinfektion von tierischen Abfällen rechnet sich nicht nur durch Gas und produzierten umweltfreundlichen Dünger. Diese Technologie sorgt für das Wohlergehen der Umwelt: Andernfalls müssten wir viel Geld und viel Energie für den Bau von Güllelagern und Abwasseraufbereitungsanlagen aufwenden.
Ein Bioreaktor mit einem Volumen von 50 m3 produziert 100 m3 Biogas pro Tag, wovon durchschnittlich etwa 70 m3 auf „kommerzielles“ Gas entfallen (der Rest wird für die Beheizung des Reaktors verwendet), was 25.000 m3 pro Jahr entspricht Menge, die 16,75 Tonnen flüssigem Kraftstoff entspricht.
Verteilt man die Kapitalinvestitionen in den Bau der Anlage über deren 15-jährige Nutzungsdauer und berücksichtigt man Betriebs- und Reparaturkosten (1 % der Anlagenkosten), so beträgt die Ersparnis durch den Ersatz von flüssigem Brennstoff durch Biogas sehr hoch.
Bei dieser Berechnung sind die Vermeidung von Umweltbelastungen sowie die Ertragssteigerung durch den Einsatz des daraus resultierenden hochwertigen Düngers nicht berücksichtigt.
Biogastechnologien lösen eine Reihe sozioökonomischer und ökologischer Probleme: Wirtschaftlichkeit und Komplexität der Nutzung von Kraftstoff, Energie und anderen natürlichen Ressourcen (Land und Wasser); Schaffung neuer intensiver Technologien zur Herstellung landwirtschaftlicher Produkte, unabhängig von Wetter- und Klimabedingungen; Verringerung der negativen Auswirkungen der thermischen Verschmutzung auf die Umwelt.
Die Besonderheit der Biogastechnologien besteht darin, dass es sich nicht um reine Energietechnologien handelt, sondern einen Komplex darstellen, der die Lösung sowohl energetischer als auch ökologischer, agrochemischer, forstwirtschaftlicher und anderer Probleme abdeckt, und dies ist ihre hohe Rentabilität und Wettbewerbsfähigkeit.
Biogas ist Gesundheit in Ihrem Zuhause. Durch die Verwertung von Gülle in Biogasanlagen statt der Lagerung auf Privatgrundstücken verringert sich die Belastung der Umwelt durch pathogene Bakterien. Unangenehme Gerüche durch die Zersetzung von Bioabfällen und Fliegen, deren Larven im Mist schlüpfen, verschwinden.
Biogas ist die Sauberkeit Ihrer Küche. Die Flamme der Gasverbrennung raucht nicht und enthält keine schädlichen Harze und chemischen Verbindungen, sodass Küche und Geschirr nicht durch Ruß verschmutzt werden. Das Risiko rauchbedingter Atemwegs- und Augenerkrankungen wird verringert.
Biogas ist eine Fruchtbarkeitsquelle für Ihren Garten. Aus den im Mist enthaltenen und Ihre Pflanzen vergiftenden Nitriten und Nitraten wird reiner Stickstoff gewonnen, der für Pflanzen so wichtig ist. Bei der Verarbeitung von Gülle in der Anlage sterben Unkrautsamen ab und bei der Düngung des Gartens mit flüssigem Methan (Gülle und organische Abfälle, die in der Anlage verarbeitet werden) verbringen Sie viel weniger Zeit mit dem Jäten.
Biogas – Einkommen aus Abfall. Lebensmittelabfälle und Mist, die auf dem Bauernhof anfallen, sind kostenlose Rohstoffe für die Biogasanlage. Nach der Abfallverarbeitung erhalten Sie brennbares Gas sowie hochwertige Düngemittel (Huminsäuren), die die Hauptbestandteile von Chernozem sind.
Biogas bedeutet Unabhängigkeit. Sie sind nicht auf Kohle- und Gaslieferanten angewiesen. Auch bei diesen Kraftstoffarten sparen Sie Geld.
Biogas ist eine erneuerbare Energiequelle. Methan kann für den Bedarf von Bauern und Bauernhöfen verwendet werden:
Zum Kochen von Speisen;
Zum Erhitzen von Wasser;
Zum Heizen von Häusern (mit ausreichenden Mengen an Rohstoffen – Bioabfall).
Wie viel Gas kann aus einem Kilogramm Gülle gewonnen werden? Basierend auf der Tatsache, dass zum Kochen eines Liters Wasser 26 Liter Gas verbraucht werden:
Mit einem Kilogramm Rindermist können Sie 7,5-15 Liter Wasser kochen;
Verwendung von einem Kilogramm Schweinegülle – 19 Liter Wasser;
Verwendung eines Kilogramms Vogelkot – 11,5–23 Liter Wasser;
Mit einem Kilogramm Hülsenfruchtstroh können Sie 11,5 Liter Wasser kochen;
Verwendung von einem Kilogramm Kartoffelspitzen – 17 Liter Wasser;
Ein Kilogramm Tomatenoberteile ergibt 27 Liter Wasser.
Der unbestreitbare Vorteil von Biogas ist die dezentrale Erzeugung von Strom und Wärme.
Zusätzlich zum Energieumwandlungsprozess können wir mit dem Biokonversionsprozess zwei weitere Probleme lösen. Erstens steigert fermentierter Mist im Vergleich zur herkömmlichen Verwendung die Ernteerträge um 10–20 %. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass es bei der anaeroben Verarbeitung zu einer Mineralisierung und Stickstofffixierung kommt. Bei herkömmlichen Methoden zur Aufbereitung organischer Düngemittel (Kompostierung) betragen die Stickstoffverluste 30-40 %. Die anaerobe Verarbeitung von Gülle vervierfacht – im Vergleich zu unvergorener Gülle – den Gehalt an Ammoniakstickstoff (20–40 % des Stickstoffs gehen in Ammoniumform über). Der Gehalt an assimilierbarem Phosphor verdoppelt sich und macht 50 % des gesamten Phosphors aus.
Darüber hinaus sterben bei der Fermentation Unkrautsamen, die immer im Mist enthalten sind, vollständig ab, mikrobielle Verbände und Wurmeier werden zerstört und der unangenehme Geruch wird neutralisiert, d. h. es wird ein heute relevanter Umwelteffekt erzielt.
Biologen führten eine quantitative Analyse der globalen Verteilung der Biomasse auf der Erde durch, die sich auf insgesamt 550 Milliarden Tonnen Kohlenstoff belief. Es stellte sich heraus, dass mehr als 80 Prozent dieser Zahl von Pflanzen stammen, die Gesamtbiomasse der Landorganismen etwa zwei Größenordnungen größer ist als die der Meeresorganismen und der Anteil des Menschen bei etwa 0,01 Prozent liegt, schreiben Wissenschaftler Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
Quantitative Daten über die Gesamtbiomasse aller lebenden Organismen auf der Erde und ihre Verteilung auf einzelne Arten sind wichtige Informationen für die moderne Biologie und Ökologie: Sie können verwendet werden, um die allgemeine Dynamik und Entwicklung der gesamten Biosphäre sowie ihre Reaktion auf die auftretenden klimatischen Prozesse zu untersuchen auf dem Planeten. Sowohl die räumliche Verteilung der Biomasse (geografisch, nach Tiefe und Artenlebensräumen) als auch ihre Verteilung auf verschiedene Arten lebender Organismen können als wichtiger Indikator für die Beurteilung der Transportwege von Kohlenstoff und anderen Elementen sowie ökologischer Wechselwirkungen oder Nahrungsnetze dienen. Bisher wurden jedoch quantitative Schätzungen der Biomasseverteilung entweder für einzelne Taxa oder innerhalb einiger Ökosysteme durchgeführt, und zuverlässige Schätzungen für die gesamte Biosphäre wurden noch nicht erstellt.
Um solche Daten zu erhalten, führte eine Gruppe von Wissenschaftlern aus Israel und den Vereinigten Staaten unter der Leitung von Ron Milo vom Weizmann-Institut eine Art Volkszählung aller Tierarten durch und bewertete deren Biomasse und geografische Verteilung. Wissenschaftler sammelten alle Daten aus mehreren hundert aktuellen wissenschaftlichen Artikeln und verarbeiteten diese Informationen dann mithilfe eines entwickelten Integrationsschemas unter Berücksichtigung der geografischen Verteilung der Arten. Als quantitativen Indikator für die auf verschiedene Arten entfallende Biomasse verwendeten die Wissenschaftler Informationen über die Kohlenstoffmasse, die auf verschiedene Taxa fällt (also beispielsweise die Wassermasse wurde nicht berücksichtigt). Mittlerweile sind alle gewonnenen Ergebnisse sowie die für die Analyse verwendeten Programme öffentlich verfügbar und auf Github zu finden.
Schematische Darstellung zur Gewinnung von Daten zur globalen Biomasseverteilung auf Basis der verfügbaren unvollständigen Daten unter Berücksichtigung der geografischen Verteilung von Umweltparametern
Y. M. Bar-On et al./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018
Die Analyse der gewonnenen Daten ergab, dass die Gesamtbiomasse aller lebenden Organismen auf der Erde etwa 550 Milliarden Tonnen Kohlenstoff beträgt. Gleichzeitig wird der allergrößte Teil davon von Vertretern des Pflanzenreichs aufgenommen: 450 Gigatonnen Kohlenstoff sind mehr als 80 Prozent der Gesamtmenge. An zweiter Stelle stehen Bakterien: etwa 70 Milliarden Tonnen Kohlenstoff, während Tiere (2 Milliarden Tonnen) ebenfalls an zweiter Stelle stehen, gefolgt von Pilzen (12 Milliarden Tonnen), Archaeen (7 Milliarden Tonnen) und Protozoen (4 Milliarden Tonnen). Unter den Tieren haben Arthropoden die größte Biomasse (1 Milliarde Tonnen) und beispielsweise die Gesamtbiomasse der Art Homo sapiens beträgt 0,06 Milliarden Tonnen Kohlenstoff – das sind etwa 0,01 Prozent der gesamten Biomasse auf der Erde.
Verteilung der Biomasse zwischen Vertretern verschiedener Reiche (links) und innerhalb des Tierreichs (rechts)
Y. M. Bar-On et al./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018
Verteilung der Biomasse zwischen verschiedenen Lebensräumen: insgesamt für alle lebenden Organismen (links) und getrennt für Vertreter verschiedener Königreiche (rechts)
Y. M. Bar-On et al./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018
Interessanterweise lebt der maximale Anteil der Vertreter der Hauptkönigreiche in Bezug auf die Biomasse in verschiedenen Lebensräumen. Daher sind die meisten Pflanzen terrestrische Arten. Die maximale Biomasse der Tiere lebt in den Meeren und Ozeanen, und beispielsweise sind die meisten Bakterien und Archaeen tief unter der Erde zu finden. Darüber hinaus ist die Gesamtbiomasse terrestrischer Organismen etwa zwei Größenordnungen größer als die mariner Organismen, die nach Angaben der Studienautoren nur für 6 Milliarden Tonnen Kohlenstoff verantwortlich sind.
Wissenschaftler weisen darauf hin, dass die erhaltenen Daten aufgrund des Mangels an genauen Informationen mit sehr großen Unsicherheiten berechnet werden. Somit können wir nur die Biomasse der Pflanzen auf der Erde sicher schätzen, aber für Bakterien und Archaeen können die erhaltenen Daten um den Faktor 10 von den tatsächlichen abweichen. Die Unsicherheit der Daten zur Gesamtbiomasse aller lebenden Organismen auf der Erde beträgt jedoch nicht mehr als 70 Prozent.
Nach Angaben der Autoren der Arbeit basieren ihre Ergebnisse auf Daten der aktuellen wissenschaftlichen Forschung und können daher trotz des recht großen Fehlers für moderne Umwelt- und Biologiebewertungen verwendet werden. Wissenschaftler stellen außerdem fest, dass sie bei der Analyse der Daten diejenigen geografischen Gebiete identifizieren konnten, für die derzeit nur sehr wenige Daten vorliegen und zusätzliche Forschung erforderlich ist. Die Forscher hoffen, dass verfeinerte Daten es in Zukunft ermöglichen werden, nicht nur ähnliche Analysen mit ausreichender geografischer Auflösung durchzuführen, sondern auch die Dynamik von Veränderungen solcher Verteilungen im Zeitverlauf zu überwachen.
In jüngerer Zeit haben Wissenschaftler Biomasse in kleinere Systeme verteilt, indem sie große Wälder auf der ganzen Erde untersuchten. Es stellte sich heraus, dass mehr als die Hälfte der gesamten Waldbiomasse von nur einem Prozent der größten Bäume stammt, von denen die meisten einen Durchmesser von mehr als 60 Zentimetern haben. Gleichzeitig ist für einige Tierarten in bestimmten geografischen Gebieten bereits eine dynamische Analyse möglich. So untersuchten europäische Ökologen im vergangenen Jahr die Biomasse fliegender Insekten in deutschen Nationalparks und stellten fest, dass diese innerhalb von 27 Jahren um 76 Prozent abgenommen hatte.
Alexander Dubow
Unter Biomasse versteht man die gesamte durch Photosynthese produzierte organische Substanz, die auf der Erdoberfläche vorhanden ist. Dazu gehören die gesamte Wasser- und Landvegetation und Bäume sowie alle Abfälle von lebenden Organismen, wie z. B. feste Siedlungsabfälle, biologische Substanzen (Abwasser), forstwirtschaftliche Abfälle, tierische Abfälle (Mist), landwirtschaftliche Abfälle und bestimmte Arten von Industrieabfällen. Die globalen Energiemärkte sind stark von fossilen Brennstoffen abhängig. Biomasse ist die einzige natürlich vorkommende Energiequelle, die ausreichend Kohlenstoff enthält, um als Ersatz genutzt zu werden.
Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen ist Biomasse eine erneuerbare Energiequelle. Die Wiederherstellung der Energieressource dauert relativ kurz. Biomasse ist zudem die einzige erneuerbare Energiequelle, die bei der Verarbeitung Kohlendioxid freisetzt. Dies wird jedoch dadurch ausgeglichen, dass die Biomasse durch die Aufnahme von Kohlendioxid aus der Atmosphäre durch den Prozess der Photosynthese gewachsen ist. Wenn die Ressource Biomasse nachhaltig genutzt wird, kommt es im Laufe der Zeit im Biomasse-Recyclingkreislauf nicht zu einem Anstieg der Kohlenstoffemissionen.
Methoden zur Biomasseverarbeitung
Biomasse kann durch verschiedene Umwandlungsprozesse in thermische Energie, flüssige, feste oder gasförmige Brennstoffe und andere chemische Produkte umgewandelt werden. Heutzutage wird ein erheblicher Teil des Stroms aus Biomasse durch direkte Verbrennung erzeugt. Mit fortschreitender Technologie werden Effizienzsteigerungen durch die Verbrennung einer Mischung aus Biomasse und Kohle in Kesseln und die Einführung hocheffizienter Vergasung, kombinierter Kreislaufsysteme, Brennstoffzellensysteme und modularer Systeme erzielt.
Bekannte Bioenergietechnologien: Direktverbrennung, Mitverbrennung, Vergasung, Pyrolyse, anaerobe Fermentation und Fermentation.
1. Direkte Verbrennung
Dies ist vielleicht der einfachste Weg, Energie aus Biomasse zu gewinnen. Industrieanlagen sind in der Lage, viele Arten von Biomassebrennstoffen zu verbrennen, darunter Brennholz, landwirtschaftliche Abfälle, Zellstoff und feste Siedlungsabfälle. Bei der Verbrennung in Kesseln entsteht Dampf, der eine Turbine antreibt. Letzterer dreht den Rotor des Generators, der Strom erzeugt. Aufgrund der Möglichkeit der Ascheansammlung, die den Kessel verstopft, die Effizienz verringert und die Kosten erhöht, werden für die Direktverbrennung nur bestimmte Arten von Biomassematerialien verwendet.
2. Vergasung
Bei der Vergasung handelt es sich um einen Prozess, bei dem feste Brennstoffe hohen Temperaturen ausgesetzt werden und der Zugang von Sauerstoff begrenzt ist, um gasförmigen Brennstoff zu erzeugen. Bei dieser Methode entsteht ein Gemisch aus Gasen wie Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Stickstoff, Wasserstoff und Methan. Das Gas wird dann zum Antrieb einer Gasturbine verwendet. Die Vergasung hat gegenüber der Verbrennung fester Brennstoffe eine Reihe von Vorteilen. Ein wichtiger Vorteil der Technologie ist eines der erzeugten Gase – Methan. Es kann wie Erdgas aufbereitet und für die gleichen Zwecke genutzt werden.
Der Vorteil besteht darin, dass durch die Vergasung Kraftstoff ohne Verunreinigungen entsteht. Folglich verursacht seine Verbrennung weniger Umweltverschmutzungsprobleme. Unter bestimmten Bedingungen ist es möglich, Synthesegas zu erzeugen – eine Mischung aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, die als Ausgangsstoff für die Produktion von Kohlenwasserstoffen (z. B. Methan und Methanol) als Ersatz für fossile Brennstoffe dienen kann. Auch Wasserstoff selbst ist ein potenziell sauberer Kraftstoff, der in absehbarer Zeit voraussichtlich Erdöl und Erdölprodukte ersetzen könnte.
3. Pyrolyse
In ihrer einfachsten Form umfasst die Pyrolyse das Erhitzen von Biomasse und das Entfernen flüchtiger Bestandteile, um Holzkohle zu bilden. Durch diesen Prozess wird das ursprüngliche Material in ein energiedichteres Material umgewandelt, da Holzkohle halb so viel wiegt wie die ursprüngliche Biomasse, aber die gleiche Menge an Energie enthält, wodurch der Brennstoff besser transportierbar ist. Kohle verbrennt zudem bei deutlich höherer Temperatur als die ursprüngliche Biomasse. Dies macht es für Herstellungsprozesse nützlicher. Kürzlich wurden ausgefeiltere Pyrolysemethoden entwickelt, um flüchtige Stoffe zu sammeln, die andernfalls im System verloren gehen würden. Die gesammelten flüchtigen Stoffe erzeugen ein Gas, das reich an Wasserstoff und Kohlenmonoxid ist. Diese Verbindungen werden zu Methan, Methanol und anderen Kohlenwasserstoffen synthetisiert.
Durch schnelle Pyrolyse wird Bioöl, ein brennbarer Kraftstoff, hergestellt. Mithilfe von Wärme wird Biomasse chemisch in synthetisches Erdöl umgewandelt, das einfacher zu lagern und zu transportieren ist als feste Biomassematerialien. Anschließend wird es verbrannt, um Strom zu erzeugen. Durch Pyrolyse kann Biomasse auch in Phenolöl umgewandelt werden, eine Chemikalie, die zur Herstellung von Holzleimen, spritzgegossenen Kunststoffen und Isolierschaum verwendet wird.
4. Anaerobe Fermentation
Die anaerobe Fermentation von Biomasse wird durch anaerobe Bakterien durchgeführt. Diese Mikroorganismen leben typischerweise am Boden von Sümpfen oder an anderen Orten, an denen es keine Luft gibt, und verbrauchen tote organische Stoffe, um Methan und Wasserstoff zu produzieren. Wir können diese Bakterien nutzen, um für uns zu arbeiten. Indem wir organisches Material wie Tiermist oder Abwasser in Tanks, sogenannte Fermenter, einspeisen und Bakterien hinzufügen, können wir das freigesetzte Gas auffangen und als Energiequelle nutzen. Dieses Verfahren ist eine sehr effiziente Möglichkeit, aus Biomasse nutzbaren Strom zu gewinnen. Typischerweise können bis zu zwei Drittel der Brennstoffenergie aus Tiermist zurückgewonnen werden.
Eine andere Methode besteht darin, Methan auf Mülldeponien zu sammeln. Die meisten Biomasseabfälle aus Haushalten, wie Essensreste oder Grasschnitt, werden auf örtlichen Mülldeponien gesammelt. Im Laufe mehrerer Jahrzehnte zersetzen anaerobe Bakterien in den unteren Schichten solcher Deponien organische Stoffe und setzen dabei Methan frei. Gas kann zurückgewonnen und genutzt werden, indem eine Kappe aus undurchlässigem Ton und perforierte Rohre installiert werden, die das Gas sammeln und an die Oberfläche befördern.
5. Gärung
Seit Jahrhunderten nutzen Menschen Hefe und andere Mikroorganismen, um Zucker aus verschiedenen Pflanzen zu Ethylalkohol zu fermentieren. Die Herstellung von Kraftstoff aus Biomasse durch Fermentation ist nur eine Fortsetzung dieses Prozesses. Gleichzeitig ist es möglich, ein breiteres Spektrum an Pflanzenmaterialien von Zuckerrohr bis hin zu Holzfasern zu verwenden. Beispielsweise werden Abfälle aus Weizenmühlen in New South Wales zur Herstellung von Ethanol durch Fermentation verwendet. Das Ethanol wird dann mit Diesel gemischt, um den Kraftstoff herzustellen, der in Australien zum Betanken von Lastkraftwagen und Bussen verwendet wird.
Technologische Fortschritte werden diese Methode zwangsläufig verbessern. Beispielsweise haben Wissenschaftler in Australien und den USA im Fermentationsprozess Hefe durch gentechnisch veränderte Bakterien ersetzt. Die Effizienz des Prozesses ist deutlich gestiegen. Mittlerweile ist es möglich, Altpapier und andere Holzfasern in Ethanol umzuwandeln.
Biomasse wird in Kraftstoffe wie Ethanol, Methanol, Biodiesel und Benzinreformierungsadditive umgewandelt. Biokraftstoffe werden in reiner Form oder gemischt mit Benzin verwendet.
Ethanol ist der am häufigsten verwendete Biokraftstoff. Wird durch die Vergärung von Biomasse in einem dem Brauen ähnlichen Verfahren hergestellt. 
Heutzutage wird das meiste Ethanol aus Mais hergestellt. Es wird Benzin beigemischt, um die Fahrzeugeffizienz zu steigern und die Luftverschmutzung zu verringern.
Methanol aus Biomasse wird durch Vergasung hergestellt. Biomasse wird in Synthesegas umgewandelt, das zu Methanol verarbeitet wird. Das meiste Methanol wird aus Erdgas hergestellt und als Lösungsmittel, Frostschutzmittel oder für die Synthese anderer Chemikalien verwendet. Etwa 38 Prozent werden als Beimischung oder in der Reformierung von Benzin für den Transport verwendet.
Biodiesel besteht aus Ölen und Fetten, die in Mikroalgen und anderen Pflanzen vorkommen. Sie ersetzen Dieselkraftstoff oder verdünnen ihn.
- < Назад
- Weiterleiten >
Der wissenschaftliche und technische Fortschritt, die Entwicklung der Landwirtschaft und das Bevölkerungswachstum auf der Erde haben derzeit enorme Auswirkungen auf die Natur. Dies ist ein komplexes, globales Problem, das die gesamte Menschheit betrifft. Die Erforschung des Weltraums bietet Möglichkeiten, die natürlichen Ressourcen der Erde und die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf sie zu untersuchen. Schädliche Abfälle aus Industrie und Verkehr wirken sich negativ auf lebende Organismen aus und verschmutzen Luft, Wasser und Boden. All dies wiederum beeinflusst den Stoff- und Energiekreislauf in der Natur. Um alle schädlichen Veränderungen in der Natur aus wissenschaftlicher Sicht umfassend zu untersuchen, ist es notwendig, die Lebensmuster auf dem gesamten Planeten zu kennen. Während des Biologiestudiums in den vorangegangenen Jahrgangsstufen lernten Sie lebende Organismen auf allen Entwicklungsstufen kennen. Jetzt lernen Sie die höchste Organisationsebene des Lebens auf der Erde kennen – die Biosphäre.
Biosphäre und ihre Grenzen. Derzeit unterscheiden Wissenschaftler die folgenden geologischen Hüllen innerhalb des Planeten: Lithosphäre, Hydrosphäre, Atmosphäre und Biosphäre. Die Biosphäre umfasst die Hülle, die von lebenden Organismen bewohnt wird. Lebewesen und ihre Umwelt in der Biosphäre sind eng miteinander verbunden und voneinander abhängig. Im Allgemeinen ist die Biosphäre ein sich ständig veränderndes, sich entwickelndes einzelnes offenes System.
Wissenschaftlichen Daten zufolge gibt es in letzter Zeit die Meinung, dass die Biosphäre seit der Entstehung des Planeten Erde entstanden ist. Wissenschaftler sind zu dem Schluss gekommen, dass das Leben auf der Erde vor 3,8 Milliarden Jahren entstand. Diese Meinung wurde erstmals von einem berühmten Wissenschaftler, dem Begründer der Biosphärenlehre, vertreten V. I. Wernadski (1863-1945).
Lebende Organismen spielen die Hauptrolle bei der Entstehung der Biosphäre auf dem Planeten und alle Gesetze der Natur werden dank ihrer Aktivitäten verwirklicht. Die Gesamtheit aller lebenden Organismen auf der Erde bildet die Biomasse des Planeten.
Die lebenswichtige Aktivität lebender Organismen hat sich verändert und verändert die Erdkruste (Lithosphäre), die Hydrosphäre und die Atmosphäre. Der aktuelle Zustand der Biosphäre steht in direktem Zusammenhang mit den Aktivitäten lebender Organismen. Beispielsweise bildete sich der Anteil der Gaszusammensetzung der Atmosphäre nach und nach durch die lebenswichtige Aktivität von Organismen. Über Milliarden von Jahren haben grüne Pflanzen die Atmosphäre von Kohlendioxid befreit, sie mit Sauerstoff angereichert und zur Ablagerung von Torf und Kohle beigetragen. Im Laufe der Evolution entstand auf der Erde eine besondere Hülle oder Sphäre des Lebens – die Biosphäre (griech. bios – „Leben“, spharia – „Kugel“). Dieser Begriff wurde erstmals 1802 vom französischen Wissenschaftler J. B. Lamarck in die Wissenschaft eingeführt.
Als sich wissenschaftliche Daten über die Biosphäre anhäuften, begannen sie, in verschiedenen Naturwissenschaften umfassend genutzt zu werden. Der österreichische Wissenschaftler E. Suess verwendete 1875 in der Geologie häufig den Begriff „Biosphäre“. Die ersten wissenschaftlichen Ideen zur Biosphäre finden sich auch in den Werken des berühmten russischen Wissenschaftlers V.V. Dokuchaev.
Die Grundlage der Biosphärenlehre wurde vom berühmten russischen Wissenschaftler V. I. Wernadski geschaffen, dem Begründer der neuen Wissenschaft der Biochemie, der die Chemie der Erde mit der Chemie des Lebens verband und die Rolle lebender Organismen (oder lebender Materie) begründete ) bei der Transformation der Erdoberfläche. Derzeit erkennen Wissenschaftler auf der ganzen Welt die Lehren von V.I. Wernadskij über die Biosphäre voll und ganz an.
Hervorragender russischer Wissenschaftler. Begründer der Biochemie, Kristallographie, Mineralogie und anderer Wissenschaften. Er legte den Grundstein für die Lehre von der Biosphäre. Begründete eine Theorie über die Hauptrolle lebender Organismen in biochemischen Prozessen. Begründer der Lehre von der Noosphäre.
Geosphären des Planeten Erde. Lithosphäre(griechisch lithos – „Stein“) – die äußere harte Hülle der Erde. Es besteht aus einer oberen Schicht – Sedimentgestein mit Granit und einer unteren Schicht – Basalt. Die Schichten sind ungleichmäßig verteilt. In einigen Gebieten hat sich die obere Schicht der Lithosphäre in Erde verwandelt, die durch die Aktivität lebender Organismen und ihrer Überreste entstanden ist. Diese Schicht wird in der wissenschaftlichen Literatur als Pedosphäre (griech. pedon – „Boden“) bezeichnet. In der Lithosphärenschicht kommen lebende Organismen in 3500–7000 m Tiefe in ölhaltigen Wasserschichten vor.
Ozeane und Meere machen 70,1 % der Erdoberfläche aus. Zusammen werden sie als Weltozean bezeichnet und bilden die Hydrosphäre. Die durchschnittliche Meerestiefe beträgt 3,8 km und die tiefsten Stellen erreichen 10.960 m (Mariana-Graben). Lebende Organismen sind in allen Schichten der Hydrosphäre ungleichmäßig verteilt. Als günstigste Umgebung für Lebewesen gilt eine Wasseroberfläche bis zu einer Tiefe von 200 m.
Atmosphäre- die Lufthülle der Erde. Die Atmosphäre erstreckt sich bis zu 100 km über der Erde. Die untere Schicht der Atmosphäre, die der Erde am nächsten liegt, wird als bezeichnet Troposphäre(Griechisch tropos – „Veränderung“), Höhe – 15 km. Oberhalb der Troposphäre wird eine Schicht bis zu 100 km als Stratosphäre (lateinisch stratum – „Schicht“) bezeichnet. In einer Höhe von 20–50 km über der Atmosphäre befindet sich eine Ozonschicht, die lebende Organismen vor den schädlichen Auswirkungen ultravioletter Strahlen schützt (Abbildung 10).
Schema 10
Die Ozonschicht ist für das Leben auf der Erde unerlässlich. In letzter Zeit wird viel darüber gesprochen, dass sich unter dem Einfluss verschiedener chemischer Rückstände Löcher in der Ozonschicht gebildet haben. Die Ozonschicht schützt alle lebenden Organismen vor kosmischer Strahlung und ultravioletten Strahlen der Sonne. Die Biosphäre besteht aus mehreren Schichten lebender Organismen, die auf dem Planeten Erde verteilt sind. Mikroorganismen, Pilze, Pflanzen, Tiere (Menschen) in der Biosphäre werden als lebende Organismen bezeichnet.
Die Grenzen der Biosphäre werden durch das Vorhandensein der für das Leben verschiedener Organismen notwendigen Bedingungen bestimmt (Abb. 83).
Reis. 83. Grenzen des Lebens in der Biosphäre
Die obere Lebensgrenze der Biosphäre wird durch die starke Konzentration ultravioletter Strahlen begrenzt, die untere Grenze durch die hohe Temperatur im Inneren (über 100 °C). An der oberen Grenze der Biosphäre sind nur niedere Organismen – Bakterien und Pilze – verbreitet.
Die Masse lebender Organismen (Populationen, Arten, natürliche Gemeinschaften), ausgedrückt als Verhältnis einer Gewichtseinheit pro Flächen- oder Volumeneinheit, wird als Biomasse bezeichnet.
Die höchste Konzentration an Biomasse lebender Organismen wird an der Land- und Meeresoberfläche, an den Kontaktgrenzen zwischen Lithosphäre und Atmosphäre, Hydrosphäre und Atmosphäre, Lithosphäre und Hydrosphäre beobachtet. An diesen Orten herrschen die günstigsten Lebensbedingungen – Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Sauerstoffgehalt und chemische Elemente. W. I. Wernadski nannte die größte Verbreitung lebender Organismen in der Biosphäre „Filme des Lebens“. In Richtung der oberen Schichten der Atmosphäre, tief im Ozean und in den Tiefen der Lithosphäre nimmt die Konzentration des Lebens ab. Die Ansammlung von Biomasse steht in direktem Zusammenhang mit der Lebensaktivität grüner Pflanzen.
Die chemische Zusammensetzung aller lebenden Organismen unterscheidet sich erheblich von der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre und Lithosphäre. Die chemische Zusammensetzung lebender Organismen entspricht der chemischen Zusammensetzung der Hydrosphäre. Wasserstoff- und Sauerstoffatome kommen in der Hydrosphäre häufiger vor. In lebenden Organismen ist das Volumen an Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff, Kalzium und Stickstoff viel höher. Etwa 70 Elemente des Periodensystems kommen in lebenden Organismen vor. Laut V. I. Wernadskij sind lebende Organismen der aktivste Teil der Weltmaterie. Lebende Organismen führen in der Biosphäre komplexe geochemische Prozesse durch und unterziehen die Erdschicht vielfältigen Veränderungen.
Die Haupteigenschaft lebender Organismen ist die Fähigkeit zur Fortpflanzung – Fortpflanzung und Wachstum, Verteilung und Bildung ihrer Biomasse. Die wichtigste planetarische Funktion von Organismen ist die Akkumulation von Sonnenenergie und deren Nutzung in den geochemischen Prozessen der Biosphäre.
V. I. Wernadskij schätzte die Rolle lebender Organismen in der Natur sehr. „Lebende Materie – eine Ansammlung von Organismen – breitet sich über die Erdoberfläche aus und übt einen gewissen Druck auf die Umwelt aus. Diese Bewegung erfolgt durch die Fortpflanzung von Organismen …“ Schon K. Linnaeus sah klar, dass diese Eigenschaft als grundlegend angesehen werden sollte für Lebewesen die unüberwindbare Grenze, die es von unbelebter Materie trennt.
Die Hauptbiomasse der Landtiere sind Insekten aufgrund ihrer intensiven Fortpflanzung.
In der aquatischen Umwelt vermehren und verbreiten sich Mikroorganismen sehr schnell. Die Zahl mancher Bakterien verdoppelt sich alle 22 Minuten. Durch die lebenswichtige Aktivität von Mikroorganismen in der Biosphäre kommt es zu Oxidations- und Reduktionsprozessen chemischer Elemente. Wir können zum Beispiel Bakterien nennen, die Stickstoff, Schwefel, Eisen, Mangan usw. ansammeln.
Durch die Aktivität von Mikroorganismen, Pilzen und anderen Tieren zersetzen sich organische Rückstände. Grüne Pflanzen haben maßgeblich dazu beigetragen, den aktuellen Sauerstoffgehalt der Atmosphäre zu erreichen. Auch die Ozonschicht in der oberen Troposphäre entsteht durch die Aktivität lebender Organismen.
Lebende Organismen haben dank der großen und kleinen Zyklen in der Biosphäre eine wichtige Rolle bei der Bewegung von Atomen von einem Ort zum anderen gespielt. Dank des Stoff- und Energiekreislaufs lebender Organismen ist die Biosphäre zur Selbstregulierung fähig. Laut V.I. Wernadskij wird die Gesamtbiomasse lebender Organismen auf 2,4232 · 1012 Tonnen (in Form von Trockenmasse) bestimmt. Davon befinden sich 2,42 · 1012 Tonnen an Land und 0,0032 · 1012 im Weltmeer. Der Großteil der Biomasse an Land besteht zu 99,2 % aus Pflanzen und zu 0,8 % aus Tieren (Tabelle 10).
|
Tabelle 10 Biomasse der Organismen der Erde (nach N. I. Bazilevich und anderen)
|
Im Weltmeer machen Tiere 93,7 % der Biomasse aus und die restlichen 6,3 % der Biomasse stammen von Pflanzen. Die Gesamtbiomasse aller lebenden Organismen an Land ist 800-mal größer als die Biomasse der Meeresorganismen; etwa 90 % der Landbiomasse sind bewaldet. Anhand dieser Daten kann man sich vorstellen, wie wichtig die tropischen Wälder des Planeten für die Menschheit sind. Derzeit beträgt die Abholzungsintensität 11 Millionen Hektar pro Jahr. Die Hauptaufgabe der Menschheit besteht darin, die Tropenwälder zu schützen und zu erhalten, um ein nachhaltiges Gleichgewicht der Sauerstoffmenge auf unserem Planeten sicherzustellen.
Biosphäre. Lithosphäre. Pädosphäre. Hydrosphäre. Atmosphäre. Biomasse. Troposphäre. Stratosphäre. Ozonschicht.
1. Das Verbreitungsgebiet des Lebens auf der Erde ist die Biosphäre. Es besteht aus Schalen: Lithosphäre, Hydrosphäre, Atmosphäre.
2. Der Begründer der Biosphärenlehre ist der russische Wissenschaftler V.I.
3. Das Leben in der Biosphäre steht in direktem Zusammenhang mit der Stoff- und Energiezirkulation in lebenden Organismen.
4. In der Atmosphäre in einer Höhe von 20–50 km befindet sich eine Ozonschicht, die lebende Organismen vor den schädlichen Auswirkungen der ultravioletten Strahlen der Sonne schützt.
1.Was bedeutet der Begriff Biosphäre?
2.Aus welchen Sphären besteht der Globus?
3. An welchen Orten in der Biosphäre sind lebende Organismen am stärksten konzentriert?
1. Beschreiben Sie die Lithosphäre als geologische Schicht.
2.Welche Schichten werden in der Atmosphäre unterschieden?
3.In welcher Höhe befindet sich die Ozonschicht und welche Bedeutung hat sie für das Leben?
1.Was bedeutet der Begriff Biomasse?
2. Beschreiben Sie die Hydrosphäre als geologische Schicht.
3. Beschreiben Sie die Biomasse des Landes und der Weltmeere.
Beschreiben Sie die Hüllen der Biosphäre und ihre Eigenschaften in Form einer Tabelle.
Einer der wichtigsten allgemeinen biologischen Indikatoren ist die Masse der Biosphäre oder Biomasse. Unter Biomasse versteht man die Gesamtmasse aller zu einem bestimmten Zeitpunkt auf der Erde lebenden Arten. Auf unserem Planeten besteht Biomasse aus drei Haupttypen: Pflanzen (99,75 % der Masse der Biosphäre), Tieren (0,25 %) und Mikroorganismen (10 – 6 %). Die Biomasse auf der Erde verändert sich im Laufe der Evolution. Sie stieg zunächst im Verlauf von 3.340 Millionen Jahren langsam an und begann dann im Verlauf von 263 Millionen Jahren relativ schnell abzunehmen. Zur genauen Orientierung in Epochen und Perioden wird eine Tabelle bereitgestellt, in der die Dauer der Perioden in Millionen Jahren angegeben ist.
Und das Diagramm spiegelt die Phasen der Veränderung der Masse der Biosphäre wider.
Veränderungen in der pflanzlichen und tierischen Biomasse der Erde im Laufe der 6 Milliarden Jahre der Existenz des Planeten
Wissenschaftler schätzen die moderne Biomasse auf 10 14 kg (W. I. Vernadsky), was 10 Millionen Mal weniger Masse ist als die „theoretische maximale“ Masse der Biosphäre der Erde.
Folgende Evolutionsstadien quantitativer Veränderungen der Biomasse lassen sich unterscheiden.
1 . Leblose heiße Erde. Die Phase dauerte von der Entstehung des Planeten 1500 Millionen Jahre bis zum Beginn des Archaikums.
2 . Langsamer Anstieg der Biomasse der Erde. Dauer 3000 Millionen Jahre; Zeit des Archaikums, des Proterozoikums. Das Leben entstand und begann, seine Biomasse bis zum Ende des Proterozoikums langsam auf 10 13 - 10 15 kg zu erhöhen. Lebewesen kamen ausschließlich in den Meeren und Ozeanen vor. Trotz des Kohlendioxidreichtums in der Atmosphäre (80 %) erlaubte die weit verbreitete Erwärmung der Oberfläche der Kontinente des Planeten (im Durchschnitt etwa +250 °C) keine Ausbreitung der Pflanzen über Land. Pflanzen existierten nur in den Ozeanen.
3 . Im Paläozoikum (über 335 Millionen Jahre) kam es zu einem raschen Anstieg der Biomasse.. Die Pflanzen- und Tierwelt entstand aus den Ozeanen und verbreitete sich über die Kontinente. Der Reichtum an Kohlendioxid in der Atmosphäre (20-65 %) und die weit verbreitete Erwärmung der Planetenoberfläche (im Durchschnitt etwa +50 °C) haben zu einer extrem hohen Sättigung des Pflanzenlebens auf den Ozeanen und Kontinenten geführt. Am Ende dieser Phase, im Karbon und Perm, bildeten sich aus der Vegetation die dicksten Schichten organischer Fossilien – Kohle.
In diesen Zeiträumen beträgt die maximale Masse des Pflanzenlebens auf der Erde 10 2 0 kg, was eine Million Mal höher ist als die heutige Masse der Biosphäre. Moderne Biomasse V.I. Wernadskij schätzte die Masse auf 10 14 kg.
4 . Langsamer Rückgang der Biomasse. Trat im Mesozoikum auf (Dauer 169 Millionen Jahre). Mit einer extrem großen Pflanzenmasse begann eine globale und intensive Aufnahme von Kohlendioxid aus der Atmosphäre. Der Kohlendioxidanteil nahm langsam ab. Obwohl die Atmosphäre durch Zehntausende Vulkane ständig mit Erdöl versorgt wurde, ließ die vulkanische Aktivität langsam nach. Während des Känozoikums (begann vor 70 Millionen Jahren – Website) sank der Kohlendioxidanteil in der Atmosphäre auf 1–3 %, die Abkühlung der Planetenoberfläche und der Atmosphäre erreichte unter 30 °C. Daher begann sich die pflanzliche Biomasse langsam zu verschlechtern Abfall. Bis zum Ende des Mesozoikums verringerte sich seine Masse um das 3- bis 5-fache und betrug 5·10 19 kg. Die lebenswichtige Aktivität der Pflanzen hat zu einem Anstieg des Sauerstoffgehalts in der Erdatmosphäre von 5-10 % auf 15-20 % geführt. Dies trug zu einem starken Anstieg der Biomasse der Tierwelt bei, da Tiere Sauerstoff atmen. Die Trias- und Jurazeit dieser Ära kann als das „goldene Zeitalter“ des Tierreichs bezeichnet werden.
Die damaligen Kontinente und Ozeane waren mit den größten Tieren gefüllt – Dinosauriern. Dabei handelte es sich um Pflanzenfresser und Raubtiere; die Masse eines Exemplars erreichte mehrere zehn Tonnen. Es kann davon ausgegangen werden, dass Tiere im Verhältnis zur Pflanzenmasse zu diesem Zeitpunkt etwa 1 %, also 10 18 kg, einnahmen. Wenn die moderne Masse der Tiere durch die Zahl 2,5 · 10 13 kg bestimmt wird, dann war sie in der Jurazeit 4000-mal höher. Der Großteil der Biosphäre (99 %) bestand jedoch aus Pflanzen. Die höchste Masse der Biosphäre fällt auf fünf Perioden: die letzten beiden Perioden des Paläozoikums (Karbon und Perm) und drei Perioden des Mesozoikums (Trias, Jura und Kreide).
5 . Rascher Rückgang der Biomasse. Dieses Stadium hat bereits das gesamte Känozoikum überdauert (seit 70 Millionen Jahren) und wird mit dem vollständigen Verschwinden des Lebens auf der Erde in etwa 30 Millionen Jahren enden; Die Gesamtdauer der Stufe beträgt 100 Millionen Jahre. Der Grund für das sehr schnelle Aussterben von Pflanzen und Tieren im Känozoikum ist ein katastrophaler Rückgang des Kohlendioxids auf 0,03 % und eine deutliche Abkühlung der Atmosphäre an der Erdoberfläche. Die vulkanische Aktivität ist fast abgeklungen und trägt kein Kohlendioxid in die Atmosphäre bei. Der Nord- und Südpol sind von kalten Zonen aus Eis und Schnee umgeben, in denen es fast keine Pflanzen- und Tierwelt gibt. In einer Million Jahren wird der Kohlendioxidanteil in der Atmosphäre noch weiter abnehmen und der Planet wird deutlich kälter. In 30 Millionen Jahren wird es kein Leben mehr auf der Erde geben.
6 . Leblose kalte Erde. In der verbleibenden Zeit, bis die Sonne als „Supernova“ explodiert, wird es auf der Erde kein Lebenszeichen mehr geben. Der Prozess der Zerstörung aller Planeten im Sonnensystem, einschließlich des Planeten Erde, wird in etwa 3 Milliarden Jahren stattfinden, wenn er 8 Milliarden Jahre alt sein wird. Während dieser Zeit verliert der Planet seine Atmosphäre und Hydrosphäre und die Lithosphäre wird vollständig abkühlen. Alle „Lebensumgebungen“ werden verschwinden: Atmosphäre, Boden, Hydrosphäre. Die Erde wird wie der Mond werden.
7 . Lassen Sie uns einige allgemeine biologische Schlussfolgerungen ziehen.
Von den 8 Milliarden Jahren der Existenz der Erde (Vergangenheit und Zukunft) wird das Leben auf dem Planeten etwa 3,57 Milliarden Jahre lang bestehen bleiben, also 45 % der Existenz des Planeten. Die maximale Masse der Biosphäre (Mesozoikum) in Höhe von 1020 kg existierte 0,1 Milliarden Jahre lang auf dem Planeten – 1,5 % des gesamten Lebens auf dem Planeten.
Im Laufe von 3340 Millionen Jahren fand der Prozess der Zunahme der Biomasse statt, und in 263 Millionen Jahren wird die Biomasse auf ein Minimum zurückgehen, bis das Leben auf der Erde vollständig verschwindet. Somit erfolgt das Aussterben des Lebens 13-mal schneller als der Prozess der Zunahme der Biomasse.
Die maximale Masse der Biosphäre auf der Erde darf nicht mehr als 1,4×10 21 kg betragen. Warum? Die Flora und Fauna besteht zu 60-90 % aus Wasser. Auf der Erdoberfläche (in Ozeanen, Meeren, Seen, Flüssen, Atmosphäre) befinden sich 1,4×10 21 kg Wasser. Selbst wenn Pflanzen und Tiere das gesamte Wasser der Ozeane, Meere, Flüsse und Seen in ihre Zusammensetzung aufnehmen (was praktisch unmöglich ist), kann ihre Masse diesen Wert (1,4 × 10 21 kg) nicht überschreiten. Die moderne Biomasse von 10 14 kg ist 10 Millionen Mal weniger Masse als die „theoretische maximale“ Masse der Biosphäre der Erde.
Es gibt zwei Haupttrends bei Veränderungen in der Biomasse des Planeten Erde. Erstens: Die Massezunahme der Biosphäre erfolgte im Proterozoikum und Paläozoikum. Zweitens: Der Rückgang der Biomasse erfolgte im Mesozoikum und Känozoikum. Folglich entsprach die Biomasse in bestimmten Perioden des Paläozoikums quantitativ der Biomasse einer bestimmten Periode des Mesozoikums und Känozoikums. Lassen Sie uns einige Perioden seiner Gleichheit bestimmen. Biomasse in Höhe von 10 17 kg entspricht dem Beginn der Devonzeit des Paläozoikums und dem Beginn des Känozoikums (Paläogenzeit), in Höhe von 10 19 kg - der Karbonzeit (Paläozoikum) und der Mitte die Jurazeit (Mesozoikum). Eine Biomasse von 10–20 kg entspricht dem Beginn des Perms (Paläozoikum) und dem Ende der Trias (Mesozoikum).
Schätzungen zufolge wird das Leben auf der Erde in 30 Millionen Jahren vollständig ausgelöscht sein. Es ist klar, dass dies eine sehr ungefähre Zahl ist. Es ist unmöglich, den genauen Zeitpunkt des Verschwindens der Pflanzen- und Tierwelt zu bestimmen, da es unmöglich ist, den Zeitpunkt des vollständigen Verschwindens von Kohlendioxid aus der Atmosphäre vorherzusagen, und es ist schwierig, die Vereisungsrate der Planetenoberfläche vorherzusagen .
Die Menschheit entstand in einer Zeit intensiven Aussterbens des Lebens auf der Erde – in der anthropogenen (quartären) Periode des Känozoikums. Kälte und Hunger brachten unsere Vorfahren zum Nachdenken. Denken ist eine der Möglichkeiten, um die Existenz bestimmter Tierarten zu kämpfen, bei denen es sich um alte Affen handelte. Der starke Lebenswille verwandelte sich in Intelligenz. Es ist interessant festzustellen, dass der Homo sapiens vor 5 Millionen Jahren entstand und gleichzeitig das Eis der Arktis und Antarktis entstand. Wenn Astronomen einen Planeten mit Flora und Fauna (mit Sauerstoff und Kohlendioxid in der Atmosphäre) entdecken, dessen Pole beginnen, mit Schnee und Eiskappen bedeckt zu sein, dann können wir über die Möglichkeit der Entstehung intelligenter Wesen auf diesem Planeten streiten Planet.
8 . Was ist der Grund für den Rückgang der pflanzlichen und tierischen Masse (Biomasse) auf der Erde?? Es gibt nur vier Hauptgründe, aus denen die Biomasse rapide abnimmt und am Ende vollständig eliminiert wird und gleich Null wird. Diese Gründe sind wie folgt: ein ständiger Rückgang des Kohlendioxids in der Atmosphäre, eine ständige Abkühlung der Erdoberfläche, ein starker Rückgang der Verdunstung von Wasser in die Atmosphäre aufgrund von Kälte und das Auftreten globaler Dürre (leblose Sandwüsten), sowie das langsame Verschwinden der Atmosphäre, die den Planeten umgibt. Die höchste Entwicklung der Massenvernichtung pflanzlichen Lebens ereignete sich bei einer Kohlendioxidkonzentration von 10 - 30 % während der Perm- und Trias-Zeiträume. Ein weiterer Rückgang des Kohlendioxids auf 7 % im Mesozoikum führte zu einem langsamen Rückgang der Biomasse (Stufe 4), und ein Rückgang der Kohlendioxidkonzentration unter 3 % zu Beginn des Känozoikums (Stadium 5) untergrub schließlich die Anpassungsfähigkeit Mechanismen der Landvegetation. Die Abkühlung des Planeten trug zusammen mit dem „Hunger“ nach Kohlendioxid zum Beginn eines raschen Rückgangs der Biomasse des Planeten bei (Stufe 5).
Viele Pflanzenarten (Farne, Lepidodendren, Sigillaria) waren nicht in der Lage, in ihren enzymatischen Systemen Methoden zur Aufnahme von Kohlendioxid CO 2 aus der Atmosphäre und wässrigen Lösungen zu entwickeln, was zu einem deutlichen Rückgang der Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre auf 0,03 % führte. Diese Pflanzenarten starben rasch aus. In der Kreidezeit (Mesozoikum) erschienen die ersten Angiospermen und Laub- und Nadelwälder breiteten sich aus. Es stellte sich heraus, dass sie besser an die Kälte und den niedrigen Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre angepasst waren, als ihr Gehalt im Känozoikum von 3 auf 0,03 % sank. Ein weiterer Rückgang des Kohlendioxidanteils in der Atmosphäre wird zu einem Rückgang der derzeit vorhandenen Biomasse (zuerst der Pflanzen und dann der Tiere) führen, und wenn die Konzentration 0,00003 % erreicht (in 10 Millionen Jahren), werden nur noch einzelne Arten leben der Pflanzen bleiben auf der Erde, die Biomasse wird tausendfach abnehmen. Dann wird es auf der Erde wahrscheinlich nur noch Moose und Gräser und aus der Tierwelt kleine Insekten geben.
