Традиционные источники энергии, такие как нефть, не бесконечны. Некоторые ученые говорят, что лет через восемьдесят природные ресурсы будут исчерпаны. При этом уже сегодня влияние энергетики на окружающую среду оставляет желать лучшего. Специалисты видят решение проблем в использовании новых видов энергии, в том числе биоэнергетики.
Биоэнергетика — это отрасль энергетики, где для производства энергии используется биотопливо, которое получается из биологического сырья, сходное по энергетическим характеристикам с обычными видами горючего. В отличие от органического топлива из полезных ископаемых (нефти, газа, торфа), биотопливо получают в результате переработки зерновых и других крахмалсодержащих культур, масел и биологических отходов. Приставка «био» характеризует органическую природу этого ресурса.
Биотопливо — это и обычные дрова, и растительность, и отходы животноводства. У человечества очень давние традиции его использования. В промышленности в качестве биотоплива использовался бутиловый спирт (бутанол) уже в начале XX века. Возвращение к активному использованию биотоплива сегодня происходит уже не из экономических соображений, а ввиду его экологичности.
Биотопливо может быть произведено как на растительной, так и на животной основе. Оно бывает твёрдым, жидким и газообразным. Из твёрдогобиотоплива сейчас шире всего распространены пеллеты. Это небольшие цилиндрические прессованные древесные изделия диаметром 4-12 мм, длиной 20-50 мм, сделанные из опилок, коры, соломы, ореховой скорлупы, шелухи семечек и прочих растительных остатков, а также из навоза крупного рогатого скота. Гранулы используются в котлах для получения тепловой и электрической энергии путем сжигания, ими можно заменить дрова или уголь, они почти не дымят и не выделяют вредных веществ при сгорании, к тому же отличаются большей энергоэффективностью.
В основе технологии производства топливных гранул, как и топливных брикетов лежит процесс прессования измельченных отходов древесины, соломы, лузги и др. Сырьё (опилки, солома и т.д.) поступает в дробилку, где измельчаются до состояния муки. Полученная масса поступает в сушилку, из неё — в пресс-гранулятор, где древесную муку прессуют в гранулы. Сжатие во время прессовки повышает температуру материала, лигнин, содержащийся в древесине, размягчается и склеивает частицы в плотные цилиндры. На производство одной тонны гранул уходит 3-5 кубометров древесных отходов естественной влажности.
В основе технологии производства топливных брикетов лежит процесс прессования шнеком агро-отходов (шелухи подсолнечника, гречихи и др.) и мелко измельченных отходов древесины (опилок) под высоким давлением при нагревании от 250 до 350 С°. Получаемые топливные брикеты не включают в себя никаких связующих веществ, кроме одного натурального — лигнина, содержащегося в клетках растительных отходов. При использовании агросырья возможно добавление связующих элементов.
Использование биотоплива в Европе не ограничивается пеллетами и брикетами, хотя пеллеты и брикеты стали значимым энергетическим ресурсом в Европе с начала 2000-х годов. Объемы поставок и потребления этого вида топлива в европейских странах составляют около 400 млн тонн в год.
Каждый населенный пункт сам принимает решение о возможности сжигания упакованной соломы или древесной щепы для производства тепла и электроэнергии. Такие компактные станции привлекают местных поставщиков соломы и щепы, чтобы уменьшить затраты на транспортировку и поставлять тепло жителям города.
К распространенным видам жидкогобиотоплива относятся:
Биоэтанол. Его производят путём ферментации сахара или крахмала. Основные производители — США и Бразилия. В США биоэтанол производят из кукурузы и смешивают с бензином, в результате чего получается гибридное топливо. В Бразилии для производства используется сахарный тростник.
Биодизель. Его делают из масличных растений вроде сои, а также масляных продуктов. Так, для получения биодизеля можно использовать отходы кулинарного жира, остающиеся после жарки во фритюре. Обычно биодизель смешивают с обычным дизельным топливом и применяют в дизельных двигателях.
Биобутанол изготавливают из того же сырья что и биоэтанол. Плюсы биобутанола — содержание энергии выше, а давление паров ниже, то есть он меньше испаряется.
Диметиловый эфир. Обычно его получают из природного газа, хотя также можно изготовить и из биомассы. По энергоэффективности соответствует дизельному топливу, но вдвое уступает по плотности энергии, так что для работающих на нём машин нужен больший топливный бак.
Жидкое топливо из возобновляемой древесной биомассы часто называют идеалом чистого топлива, так как оно практически не содержит СО2, серы и ароматических углеводородов; в сравнении с ископаемыми энергоносителями обеспечивает меньше выбросов в атмосферу; его легче и дешевле транспортировать, хранить и использовать, чем древесные отходы. Производство древесного жидкого топлива не влияет на пищевой рынок (в отличие от производимого из продовольственных растительных культур) и не зависит от добычи традиционных видов ископаемого топлива.
Однако выращивание соответствующих культур и производство из них топлива (например, этанола из кукурузы) само по себе требует немалых энергетических затрат: нужно вспахать землю, посеять семена, обеспечить полив и т.п. Все эти затраты, естественно, связаны со сжиганием топлива и выбрасыванием в атмосферу дополнительного количества СО2. Если суммарные энергетические расходы на производство биотоплива будут велики, то никакого ожидаемого сокращения эмиссии СО2 и других парниковых газов может и не произойти.
Лучшие виды биотоплива (например, этанол из сахарного тростника в Бразилии) могут выделять в 10 раз больше энергии, чем энергия, которая была задействована в их производстве, и при использовании выделяют лишь четверть того количества парниковых газов, которые бы выделились при использовании его ископаемого эквивалента. Худшие образцы биотоплива требуют гораздо больше затрат энергии при производстве, более того, они выделяют много парниковых газов, вредных для природы. Так, для получения биодизеля из пальмового масла в Индонезии сжигают целые леса для расчистки сельскохозяйственных площадей.
Стоит отметить, что это крайне опасная тенденция последнего времени — чрезвычайно быстро расширяющееся производство биотоплива в тропических районах (в Бразилии, Индонезии, Малайзии), где начинают сводить девственные леса или распахивать своеобразные бразильские саванны («кампос») — «кампос серрадос», или «серрадо» (Cerrado). Уничтожаемые биомы характеризуются необычайно высоким разнообразием фауны и флоры, служат местами обитания многих видов, находящихся на грани вымирания (например, орангутана в Юго-Восточной Азии или ягуара в Южной Америке), а кроме того, содержат огромное количество связанного углерода — прежде всего в самих растениях, но также — в органическом веществе почвы.
По информации специалистов, в последние годы активно идёт работа над созданием более совершенного жидкого биотоплива, но пока в подавляющем большинстве случаев используется что-то из вышеперечисленного. К примеру, на территории нефтеперерабатывающего завода компании OMV, находящегося на окраине Вены, появилась новая установка по производству «зеленого» топлива для автомобилей. На заводе BioCrack из твердой биомассы — соломы и древесных опилок — получают дизельное топливо.
В качестве главной цели, со слов представителей BioEnergy International, установлено использование сельскохозяйственных отходов и отходов деревообработки. А пока нефтеперерабатывающий завод австрийской компании OMV остается единственным в мире предприятием, использующим такую технологию производства дизтоплива. В компании заявили, что завод BioCrack увеличит объемы его поставок, если спрос будет расти.
Из газообразноготоплива достаточно широко применяются:
Биогаз — смесь метана и углекислого газа. Их пропорции могут различаться, в зависимости от того, из какого органического вещества биогаз был произведён. Источниками могут служить сельскохозяйственные отходы, сточные воды, органика из бытовых отходов. К образованию биогаза приводит анаэробное сбраживание — разложение веществ без доступа кислорода.
Биоводород. Это водород, получаемый из биомассы. Есть два основных способа изготовления биоводорода: термохимический, при котором сырьё нагревается до высоких температур без доступа кислорода, в результате чего из него выделяются водород и иные попутные газы, и биохимический, при котором в биомассу добавляются особые микроорганизмы, способствующие ее разложению, при котором выделяется водород.
Эксперты утверждают, что развитие биотопливного рынка (и производства, и потребления) экономически нецелесообразно без должного уровня государственной поддержки, которая реализуется в форме директивных или поощрительных мер.
Москва
