Выгодно ли использование отходов сельского хозяйства для производства биотоплива?

Question

Сейчас часто можно услышать призывы о внедрении в производство органических удобрений, биотоплива и т.п.. Насколько это в реальных условиях рентабельно и какие экономические выгоды принесет такая инициатива? Данных не так уж и много.

Примерно с середины прошлого столетия начали активно внедрять производство биотоплива. На сегодняшний день все чаще его применяют в промышленности как источник энергии. Например, неплохо зарекомендовала себя установка, производящая газ низкой теплоты сгорания из ореховой скорлупы. Эксплуатация такой установки более чем в два раза экономичнее, чем сжигание природного газа. Также в качестве топливного материала используют стержни кукурузных початков, что особенно выгодно зерновым экспортерам, имеющим такого рода топливо в свободном доступе фактически круглый год. Все более актуальной становиться идея создания предприятий, вырабатывающих энергию исключительно из биомассы. По данным статистики, в сельском хозяйстве возможно дополнительное получение тепловой энергии при введении уплотненных посадок деревьев с высокой урожайностью (эвкалипт, тополь) на незадействованных участках лесных массивов и пастбищ. Использование органического топлива поможет решить как технические, так и экологические проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды. Сырьем для получения дополнительной энергии могут стать отходы сельскохозяйственной и лесной промышленности, органика городских отходов, навоз животных и помет птиц. Их можно переработать на жидкое и газообразное топливо. В исследовательских работах, посвященных этой теме, можно найти детальное описание потенциальной возможности получения, сбора и хранения биомассы. Но недостаточно сведений о ее качестве и потенциальных ресурсах. Нет оценки общего количества получаемой энергии. Не учтены стоимость производственного процесса и транспортных расходов. Убирая урожай, сортируя, очищая и подготавливая его к переработке, у фермеров скапливаются отходы сельскохозяйственных культур. Пожнивные остатки на полях при вспашке перемешиваются с почвой, удобряя ее. А «складские» отходы идут на продажу в качестве кормов для скота. Иногда эти остатки просто уничтожаются фермерами, например, сжигаются. Кроме того, что это экономически не выгодно, сжигание наносит ощутимый вред окружающей среде из-за высвобождения в процессе горения азота и серы (содержание в сырье азота и серы: древесина (1,5% и 0,1%), пшеница (0,4% и 0,16%), рис (4,5% и 0,2%)). При проведении анализа различных культур на предмет последующего использования их в качестве сырья для получения энергии, не рассматривают сено и пастбищную траву, поскольку они безотходно используются в сельском хозяйстве. При умножении количества потерь отходов на процентный показатель поквартальной сезонной доступности можно определить как распределяются виды сельскохозяйственных культур по сезонам. От этого во многом зависит выбор состава топливной биомассы, грамотный расчет которого поможет избежать затрат на дорогостоящее хранение, которое к тому же неизменно приводит к потерям качества сырья. Что касается содержания питательных веществ в растениях, то эти показания имеют достаточно широкие пределы колебаний, что связано с оборудованием самих лабораторий, проводящих эти исследования, от части растения (корневая система, ствол, листья, плоды), их возраста, условий роста. Но однозначно, что содержащийся в них кальций, фосфор, калий и магний не скажутся негативно на использовании их в качестве биотоплива. Позитивным моментом является и то, что получаемая в результате переработки биомассы зола, обогащенная этими элементами вполне пригодна к использованию как удобрение. Но, тем не менее, стоит учитывать содержание в растениях влаги и золы. Чем их будет меньше, тем, естественно, топливо будет более эффективным (содержание в сырье влаги и золы: древесина 55% и 2,5%; сельскохозяйственные культуры: рис 55% и 4%, сахарный тростник  55% и 20%; уголь - 30% влаги.)  При этом и в различных сортах древесины азот, влага и сера содержаться в разных пропорциях, но ее энергоемкость обусловлена наличию в ней лигнина. Известно, что при заготовках леса (сосна) остается примерно 80% отходов. При этом общее годовое количество отходов в сельскохозяйственной отрасли может в 6 раз превышать этот показатель. Наиболее выгодны и доступны для топливного сырья (они составляют 35%) отходы пшеницы, кукурузы и соевых бобов. Сырье для биотоплива нуждается в правильном хранении. Хранилища должны быть термоизолированы, что повысит качество биомассы и увеличит производственную эффективность.

Answer 1

Расширение области применения ВИЭ, возобновляемых источников энергии, связано с ростом экологических требований. Затронутая вашим вопросом проблема использования биомассы имеет значительные перспективы, как экологического направления, так и экономического. Недостаток данных в последнее время активно восполняется, благодаря правительственным программам многих стран, вкладывающим средства в развитие этой темы. В биомассе за счет процесса фотосинтеза аккумулируется солнечная энергия, которую можно использовать. Сырьем для биомассы может быть древесина, отходы ее переработки, продукция сельскохозяйственных работ: солома, рисовая, пшеничная и другая злаковая шелуха, ореховая скорлупа.

Вопрос состоит в экономическом обосновании использования ВИЭ. Преимущество использования биомассы как топлива состоит в следующем:

-сырье для нее распространенно и доступно;

-круглый год можно использовать ее, не зависимо от сезонности;

-получение на выходе разнообразных продуктов энергетики: бионефти, этанола, биогаза, биоводорода, ситез-газа ит.д..

-при использовании ВИЭ снижается антропогенная нагрузка на климатическую систему. Количество диоксида углерода, выделяемое в атмосферу при использовании биотоплива, компенсируется при росте самой биомассы;

-это экологически чистое топливо, не усугубляющее парниковый эффект;

-уменьшается загрязнение атмосферы и сокращаются территории свалок, ведь и бытовые органические отходы можно использовать как биотоплво;

В естественном виде биомассы примерно 800 миллиардов тонн, при этом200 миллиардов тонн каждый год возобновляется. Основным процессом получения биотоплива является пиролиз.  Известно, что по биопродуктивности лишь поверхностная часть нашей планеты в 4 раза превышает современный всемирный расход энергии.  В мире интенсивно переоборудуют производства под биотопливо. Американцам полюбился топливный этанол, заменивший бензин. Бразильцы выпускают биоэтанол из кукурузы и сахарного тростника, составляя конкуренцию нефтяному топливу. Европа использует биодизель из рапса, пальмового подсолнечного масла, обладающий свойствами, позволяющими не менять конструкцию двигателя.