IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В соответствии с оценками Римского клуба, опубликованными в книге «Пределы роста» в 1972 году, при прогнозируемых темпах развития промышленности и роста народонаселения серьезнейшие проблемы, способные поставить под угрозу существование человечества, могут возникнуть уже в середине нынешнего века. По современным прогнозам, опубликованным в обзоре ООН, доступные запасы нефти могут быть исчерпаны в течение 41, газа – 64 и угля – 251 года (начиная с 2001 года). При всей своей относительности такие прогнозы свидетельствуют о том, что человечество должно активно искать возможные источники замены традиционных энергоносителей уже сегодня. Необходимость поиска альтернативных источников энергии в значительной степени обуславливается также другими глобальными экологическими проблемами, прежде всего ростом концентрации в атмосфере парниковых газов.

Активность стран мирового сообщества в решении энергетических проблем за последние годы закономерно возросла.

В 2001 году потребление энергии в мировом масштабе составляло приблизительно 10,2 гигатонн условного топлива. Вклад возобновляемых источников, включая биоэнергетику, малую гидроэнергетику, ветровую энергетику, гелиоэнергетику и энергию приливов, составлял около 2,2 %. Из них на биоэнергетику приходилось 68 %.

В соответствии с прогнозом, разработанным Мировым энергетическим советом (МЭС), в 2050 году потребление энергии возрастет более чем в 2 раза. При этом более 40 % энергетических потребностей будет покрываться за счет возобновляемых источников энергии, в том числе 32 % составит вклад биоэнергетики. Очевидно, что развитие биоэнергетики получит приоритетный статус, что является исключительно актуальным и для России, природные условия которой в полной мере соответствуют реализации данного направления.

Сельскохозяйственные остатки.

Термин «сельскохозяйственные остатки» включает древесные остатки от культурных растений, остатки зерновых и травяных культур и продукты переработки сельскохозяйственных культур (рис. 1.).

Рисунок 1 – Остатки сельскохозяйственной отрасли

Наиболее значительный потенциал для природно-климатических и хозяйственных условий нашей страны имеют кукуруза, рапс, многолетние травы, зерновые и зернобобовые культуры. Энергетическая ценность соломенных остатков составляет приблизительно 10 – 17 МДж/кг, в зависимости от влажности, вида культуры и т.д. Таким образом, суммарный потенциал соломистых и травянистых остатков не превышает приблизительно 0,2–0,3 млн. т у. т.

Биомасса сопутствующей лесной продукции.

Суммарная площадь лесных земель государственного лесного фонда и земель, покрытых древесно-кустарниковой растительностью, составляет приблизительно 8,5 млн. га, запасы древесины – 1340 млн. м³.

Объем древесных остатков, которые могут быть определены как сопутствующая лесная продукция, зависит от состояния леса, его возраста, видов деревьев и т.д. В соответствии с опытом производства такого рода продукции в зарубежных странах ее объем в республике может составить от 2 до 3 т с гектара леса или от 17 до 25 млн. т со всей площади. Энергетическая ценность 1 т условного топлива эквивалентна приблизительно 2,33 т древесины при влажности 10 %. Таким образом, суммарный энергетический потенциал лесных остатков может составить от 3 до 4 млн. т у. т.

Быстрорастущие древесные насаждения.

Одним из наиболее перспективных направлений, как с экономической, так и с экологической точки зрения является сельскохозяйственное лесоводство, которое основано на использовании специальных быстрорастущих древесных насаждений. Изучение потенциала быстрорастущих подвидов и гибридов ивы, тополя, осины и других растений сегодня активно проводится в ряде зарубежных стран (Швеция, Финляндия, США, Канада, Польша и др.).

В этой связи особый интерес представляет ива как растение, способное произрастать в условиях повышенной увлажненности и на разных типах почв, характеризующихся различным уровнем плодородия (рис. 2).

Рисунок 2 – Ива

Возделывание быстрорастущих древесных насаждений позволяет получать древесину, которая может быть использована как источник энергии на 4-й год после посадки плантации. Среднегодовой урожай при 4-летней ротации ивы в соответствии с результатами, достигнутыми в ряде зарубежных стран, может достигать до 10–15 т древесины влажностью 10 % с гектара (Швеция, США, Канада). Однократно заложенная плантация может быть использована для получения 3 – 4 урожаев продукции без значительного снижения продуктивности.

Ивовые плантации могут успешно возделываться на малопродуктивных почвах различного механического состава, в том числе и на выработанных торфяниках, а также использоваться для восстановления нарушенных земель. Из других источников биомассы наиболее значительный потенциал имеют твердые отходы и отходы животноводства.

Твердые производственные и бытовые отходы.

Твердые бытовые отходы достаточно разнообразны, поэтому их суммарный энергетический потенциал оценить довольно сложно.

Животноводство.

Потенциальные возможности получения товарного биогаза от переработки годовой биомассы сельскохозяйственных комплексов составляет около 0,16 млн. т у. т.

Таким образом, потенциал развития биоэнергетики в России довольно значителен. Тем не менее, темпы развития данного направления не позволяют в должной степени реализовать этот потенциал, что связано с существующими на сегодняшний день экономическими, технологическими и другими проблемами.

Себестоимость единицы энергии, полученной от альтернативных источников, сегодня выше по сравнению с традиционными энергоносителями. Тем не менее, зарубежный опыт подтверждает, что с развитием и совершенствованием производственных технологий себестоимость альтернативного топлива неуклонно снижается при постоянном возрастании цены традиционных источников. В связи с этим в ряде стран предусмотрено применение субсидий и льготного налогообложения, стимулирующего развитие биоэнергетики. В частности, в странах Евросоюза субсидии на гектар посадок энергетических культур составляют 45 евро, что позволяет сделать их выращивание экономически целесообразным для собственников земли. Следует отметить, что даже при равной налоговой политике производство альтернативной энергии может быть конкурентоспособным. Потенциальная выгода от внедрения возобновляемых источников энергии включает такие направления, как социальное и экономическое развитие, сохранение и восстановление земель, снижение загрязнения воздуха, поддержание биоразнообразия и т.д. Очевидно, что они затрагивают интересы целого ряда министерств и ведомств. В этих условиях для успешного продвижения проекта необходимы новые решения и инициативы, поддерживаемые на правительственном уровне. Они могут включать: корректировку налоговой политики, государственную поддержку исследований и демонстрационных проектов в области технологии производства альтернативной энергии, создание национальных институтов и центров для выполнения энергетической программы, координацию работ на международном уровне и т.д.

На сегодняшний день в нашей стране есть комплексные технологии, направленные на активное внедрение возобновляемой энергетики. И следует дальше активно их внедрять.

Ясно, что успешная разработка и внедрение технологий производства возобновляемой энергии возможны только при соответствующем научном обосновании. Необходимо научное обоснование всех звеньев цепи – от производства до потребления энергии.

Следует отметить, что все живое в биосфере, кроме человека, на протяжении своего эволюционного развития приспособилось к существованию за счет возобновляемых энергетических ресурсов. Такая стратегия использования энергии в условиях Земли является единственно возможным направлением устойчивого развития и стабильного существования. Такой подход имеет преимущества и в контексте охраны окружающей среды. Важным потенциальным ресурсом при таком балансе собственного и импортируемого энергетического сырья может стать биотопливо.

Форма биомассы для использования ее в качестве биотоплива может быть довольно разнообразной. Биомассу в энергетических целях можно использовать в процессе непосредственного сжигания древесины, соломы, сапропеля (органических донных отложений), а также в переработанном виде как жидкие (эфиры рапсового масла, спирты) или газообразные (биогаз – газовая смесь, основным компонентом которой является метан) топлива. Конверсия биомассы в носителе энергии может происходить физическими, химическими и биологическими методами, последние являются наиболее перспективными.

Мировой опыт показывает, что жидкое биотопливо становится перспективной и популярной категорией энергетических ресурсов, которая по своему значению для мировой энергетики занимает следующую позицию после твердого топлива из биомассы. Несмотря на высокую себестоимость, производство жидкого топлива из биомассы в странах ЕС динамично растет. Еще одним возможным путем дополнения и частичной замены традиционных видов топлива является получение и использование биогаза. Важный аргумент в пользу этого источника энергии – необходимость решения на современном уровне экологических проблем, связанных с утилизацией отходов. Одна из основных тенденций при экологически безопасной переработке органических отходов – развитие комплексных технологий утилизации биомассы за счет метанового сбраживания, в результате которого образуется биогаз. Сырье для производства биогаза – это, прежде всего, разнообразные органические отходы агропромышленного комплекса, которые богаты целлюлозой и прочими полисахаридами. Преобразование органических отходов в биогаз происходит в результате целого комплекса сложных биохимических превращений. Этот процесс получил название ферментации биомассы. Расчеты свидетельствуют: несмотря на значительные капитальные вложения, срок окупаемости промышленной биогазовой установки равняется приблизительно трем годам.

Код для цитирования: Скопировать