БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСИЛИЯ НА ПРИМЕРЕ БИОГАЗА

Главными преимуществами биогаза являются его возобновляемость, наличие местных ис-точников сырья для получения топлива, снижение парникового эффекта и экологического ущерба от систем сбора органических отходов, обеспечение экологически замкнутой энергетической системы. Биогаз — универсальное топливо, являющееся продуктом метанового брожения жидких органических отходов (канализационных стоков, навоза). Метановое брожение является комплексным процессом, который, прежде всего, позволяет утилизировать отходы канализации и сель-скохозяйственного производства, превратив их в удобрения и является источником получения горючего газа на основе метана.

В США в настоящее время годовой объем выработки биогаза составляет 500 млн. м3. Значительная часть его поступает на электростанции. Суммарная электрическая мощность установок, работающих на биогазе, составляет около 200 МВт. Кроме этого, в США получили широкое распространение установки для использования отходов на небольших скотоводческих фермах с поголовьем крупного рогатого скота до 150 голов. Принятый Конгрессом США акт «Об использовании биомассы» по существу сформулировал государственную программу, по которой было выделено 500 млн. долларов на первый год для университетов и лабораторий, которые займутся разработкой технологий. Цель программы — разработать дешевую технологию, а через 25 лет перевести 25% химической промышленности страны на растительное сырье — на ту же самую кукурузу, только в данном случае на переработку пойдут стебли и другой мусор, который раньше сжигали.

В ноябре 2007 года в Великобритании было создано Агентство по возобновляемому топливу (англ. Renewable Fuels Agency), которое должно контролировать введение требований к использованию возобновляемого топлива. В Великобритании добывается в год около 200 млн. м3 биогаза. Суммарная мощность БиоЭС Великобритании составляет около 80 МВт. Во Франции добывается в год около 40 млн. м3 биогаза. На одной из свалок вблизи Парижа была построена био-ТЭС, использующая биогаз, эмиссия которого составляет 1,5 тыс. м3 в сутки.

Правительство Дании предоставляет зна-чительные налоговые льготы для производителей биогаза: около 20% капитальных инвестиций для централизованного биогаза и 30% для индивидуальных станций или установок. Суммарная годовая энергетическая мощность производителей биогаза Дании, получаемого из всех источников, в настоящее время составляет до 4 ПДж. Планируется дальнейшее увеличение его производства до 6ПДж. В настоящее время в Дании эксплуатируются 18 биогазовых заводов, способных ежегодно обрабатывать 1,2 млн. т биомассы (75% отходов животноводства и 25% других органических отходов), давая до 45 млн. м3 биогаза, что эквивалентно 24 млн. м3 природного газа.

В фермерских хозяйствах Европы и Канады распространены установки производительностью до 100-200 м3 биогаза в сутки, что обеспечивает хозяйство тепловой энергией летом на 100%, зимой — на 30,50%.

В 1991 г. в Германии вступил в силу Закон о производстве электроэнергии, в котором к разряду «зеленой» была отнесена, в том числе, электроэнергия, произведенная из свалочного газа и БМ. Согласно закону, энерго-распределительные компании были обязаны покупать «зеленую» электроэнергию. В 1993 г. в Германии было основано специализированное Агентство по возобновляемым источ-никам энергии (ВИЭ), основными задачами которого являлись сбор, обработка и широкое распространение технической информации. 1996-2000 годы в Германии действовала Программа федерального правительства по поддержке научно-исследовательских и де-монстрационных проектов. С апреля 2000 г. в Германии действует новый «Закон о ВИЭ». Закон устанавливает приоритет для производителей электроэнергии из ВИЭ на общем рынке электроэнергии и обеспечивает им доступ к сети. Цены на электроэнергию, выработанную из ВИЭ, зафиксированы, что дает гарантии частным инвесторам и позволяет соответствующим электростанциям работать безубыточно. Потенциал биогазовой индустрии Германии оценивается в 100 миллиардов кВт•ч энергии к 2030 году, что будет составлять около 10% от потребляемой страной энергии.

Ведущее место по производству биогаза занимает Китай. Начиная с середины 70-х гг., в этой стране ежегодно строилось около миллиона метантенков. В настоящее время их количество превышает 20 млн. штук. КНР обеспечивает 30% национальных потребностей в энергии за счет биогаза. В настоящее время в Китае эксплуатируются более 5 млн. семейных биогазовых реакторов (ферментеров), ежегодно производящих около 1,3 млрд. м3 биогаза, что обеспечивает газом для бытовых нужд свыше 35 млн. человек. Также имеются 600 больших и средних биогазовых станций, которые используют органические отходы животноводства и птицеводства, винных заводов с общим объемом 220 тыс. м3. Действуют 24 тыс. биогазовых очистительных реакторов для обработки отходов городов, работают около 190 биогазовых электростанций с ежегодным производством 3109 Вт•ч. Биогазовая продукция в Китае оценивается в 33 ПДж.

Второе место в мире по производству биогаза занимает Индия, в которой еще в 30-годы была принята первая в мире программа по развитию биогазовой технологии. На конец 2000 г. в сельских районах Индии было построено свыше 1 млн. метантенков, что позволило улучшить энергообеспеченность ряда деревень, их санитарно-гигиеническое состояние, замедлить вырубку окрестных лесов и улучшить почвы. Сегодня ежедневное производство биогаза в Индии составляет 2,5-3 млн.м3. В Индии, как и в Китае, основной упор сделан на семейные и общинные биогазовые установки — в 1993 г. их было около 2 млн. Ежегодно в Индии вводятся в эксплуатацию 5,6 тыс. таких установок, дающих от 2 до 400 м3 биогаза в день. Основные положения национальной программы Индии по разви-тию биогазовых технологий включают в себя пункты по снабжению чистой энергией для отопления и приготовления пищи, получению органических удобрений, повышению эффективности сельскохозяйственного производства и многое другое.

Большое количество биогаза производится также и при переработке твердых бытовых отходов городов: в США — 9ПДж, Германии — 14 ПДж, Японии — 6 ПДж, Швеции — 5 ПДж.

РИСКИ БИОЭНЕРГЕТИКИ

Стремление к устойчивой энергетической системе может потребовать использование больше биоэнергетики, чем намечено в рамках бизнес–сценариев. Необходимо четко оценивать все риски, которые влечет биоэнергетика:

• Поставки сырья. Этот риск связан не посредственно с использованием биологических процессов (погодные и сезонные колебания), которые могут привести к значительным изменениям поставок сырья в терминах количества, качества и цены. Стратегии по уменьшению риска уже широко используются пищевой промышленностью и энергетическими рынками и включают, например создание буферных запасов.

• Экономия на масштабе и логистике. Многие коммерческие предприятия, имеющие технологии страдают от плохой экономики из малого масштаба производства и наоборот, большие масштабы требуют улучшения и более сложной логистики поставок сырья. В связи с этим, необходимо предпринимать усилия для разработки технологий в соответствующих масштабах и с соответствующей логистикой поставок для удовлетворения различных требований.

• Конкуренция. Биоэнергетические технологии конкурируют с другими возобновляемыми и невозобновляемыми источниками энергии и могут конкурировать за сырье в других секторах, таких как продукты питания, химические вещества и материалы. Кроме того, разработка технологий производства 2-го поколения биотоплива может привести к конкуренции за биомассу возможно, с другими секторами промышленности. В связи с этим, необходима государственная поддержка, которая должна быть направлена на развитие экономичных путей развития биоэнергетики и на развертывание большего количества биомассы из устойчивых источников.

• Участие общественности. Это основной фактор риска перед альтернативными источниками энергии и биоэнергетики в частности. Общественность должна быть информирована и уверена, что биоэнергетика является экологически и социально полезной и не приведет к значительным негативным экологическим и социальным компромиссам.

Тем не менее, аналогичные проблемы были решены в других секторах и соответствующие технологии и практика были разработаны и внедрены.

РАЗУМНЫЙ ПУТЬ ВПЕРЕД

Казахстан находится на этапе перехода к устойчивому социально-экономическому развитию. Ежегодный прирост Внутреннего Валового Продукта составляет порядка 8 процентов. Предпринимаются усилия для диверсификации экономики и развития не сырьевых отраслей промышленности и сельского хозяйства. Поставлена задача входа страны в 30 наиболее конкурентных стран мира. В то же время экономика страны характеризуется высоким потреблением энергии. Показатели удельного потребления энергии на единицу ВВП находятся на уровне 2 тнэ/1000 долларов США, что в несколько раз превышает показатели стран ОСЭСР. Высокая энергоемкость экономики приводит к нерациональному использованию топливно-энергетических ресурсов, снижает конкурентоспособность экономики и приводит к существенному загрязнению окружающей среды, в том числе парниковыми газами. По удельным выбросам парниковых газов на единицу ВВП (6 кг СО2/1 доллар США) Казахстан занимает третье место в мире. В Государственной программе по форсированному индустриально-инновационному развитию Республики Казахстан на 2010-2014 годы предполагается, что объем вырабатываемой электроэнергии в 2014 году возобновляемыми источниками энергии должен достигнуть 1 млрд. кВт.ч в год, а доля возобновляемых источников энергии в общем объеме элек-тропотребления должна составить более 1 % к 2015 году.

Вместе с тем, Казахстан обладает значительным биоэнергетическим ресурсом. Помимо отходов сельского хозяйства (энергетический потенциал 3,9 ПДж), следует обратить внимание на проблему твердых бытовых отходов, которая становится одной из самых острых хозяйственных и природоохранных проблем. Удельные показатели образования отходов по данным Департаментов экологии Комитета экологического регулирования и контроля Министерства охраны окружающей среды РК в больших городах достигают в среднем 0,5 кг в день с 1 чел. и имеют тенденцию к росту. В 2009 г. объем образования отходов достиг 2,8 млн. тонн (на 38 тыс. тонн превышает объем образования отходов за 2008 г. ), а объем накопления — 38,4 млн. тонн (на 3 млн.тонн превышает объем накопленных отходов за 2008 г.) по Республике Казахстан. Только не более 3% ТБО из общего количества ТБО, вывозимого на полигоны ТБО в Казахстане, утилизируется. Использование биоэнергетического потенциала ТБО (1,31 ЭДж) позволит эффективно решить проблему утилизации ТБО, снизить уровень экологического ущерба от систем сбора органических отходов, уменьшить присутствие в атмосфере парниковых газов (углекислый газ, метан и закись азота).

В связи с этим, а также учитывая обеспечение энергетической безопасности и изменение климата в целом, Казахстан имеет хорошие шансы на развертывание биоэнергетики и получение соответствующих выгод. Биоэнергетика уже вносит в мире существенный вклад в решение этих проблем и может способствовать гораздо больше через существующие и новые технологии преобразования и сырья. Кроме того, биоэнергетика может способствовать другим экологическим и социальным задачам, таким как обработка отходов и развития сельских районов.

Следует, однако, помнить, что помимо того, что биоэнергетика может привести к многочисленным внешним выгодам, ее развертывание влечет за собой и риски. Разработка и внедрение стратегии должна быть основана на тщательном рассмотрении сильных и слабых сторон, а также возможностей и угроз, которые характеризуют ее.

Представляется, что дальнейшее развертывание биоэнергетики и в частности, биотоплива для транспорта в краткосрочной перспективе, должна осуществляться путем:

• особого внимания к вопросам устойчивого развития технологий непосредственно связанных с биомассой в производстве энергии и предотвращения или смягчения негативного воздействия через разработку и внедрение устойчивых схем;

• стимулирования биотоплива на основе их потенциальной выгоды в контексте парниковых газов;

• с учетом потенциального воздействия спроса на биомассу для генерации энергии на товарных рынках и косвенного изменения землепользования.
Разработка новых и улучшение существующих технологий конверсии биомассы будут иметь важное значение для широкого развертывания и долгосрочного успеха.

Государственные и частные финансовые инструменты должны быть направлены на исследования, разработки и развертывания, вероятно следующим образом:

• для производства жидкого биотоплива — передовые технологии, которые позволяют более широко использовать сырьевую базу с использованием непродовольственных культур с меньшим количеством экологических и социальных рисков и более низким выходом парниковых газов;

• для производства тепла и электроэнергии — более эффективной передовой технологии, с улучшением рентабельности использования в малых хозяйствах, чтобы обеспечить рациональное использование биомассы;

• для производства новой биомассы — модернизация технологий и многопрофильных биореакторов, которые могли бы способствовать развертыванию общей экономической конкурентоспособности биоэнергии.

Наличие остатков и отходов будет ограничивать развитие биоэнергии в долгосрочной перспективе, поэтому необходима стратегия, которая должна быть направлена на стимулирование производительности труда в сельском и лесном хозяйствах, а также государственных и частных усилий, направленных на разработку новых энергетических культур, таких как многолетние лигноцеллюлозные культуры и других видов биомассы, таких, как водоросли, которые необходимы для устойчивого роста биоэнергетической промышленности. Эти усилия должны быть интегрированы с политикой устойчивого землепользования, которые опираются на вопросы эффективного и экологически рационального использования маргинальных и деградированных земель.

Заключение

Ученые считают, что если сохранятся нынешние темпы в биоэнергетике, то со временем нефть, уголь и газ не выдержат конкуренции. В бюджете Европейского союза на 2007-2013 гг. на развитие биоэнергетики будет потрачено до двух миллиардов евро. Отходы деревопереработки, химических производств, переработки сельскохозяйственной продукции, торфоразработок, полиграфической, пищевой и текстильной промышленностей могут быть превращены в высококачественное топливное сырье.

Среди европейских стран по производству биотоплива лидируют Швеция, Дания и Австрия, затем идут Германия, Норвегия, Финляндия и Англия. Они же являются и странами потребителями. В Дании уже приняты четыре государственные энергетические программы, которые дают эффективные результаты, где биомасса считается важным возобновляемым источником энергии. Во Франции с помощью построенных заводов по производству биологического горючего рассчитывают производить из свеклы и других сельскохозяйственных культур экологически чистое горючее. Часть стран использует рапсовое, кукурузное или подсолнечное масло после их переработки. Из каждой тонны рапса можно получить приблизительно 270 кг биотоплива для дизельных двигателей. В Бельгии уже есть заправки с топливом, которое состоит из 15% бензина и продукта, произведенного из свеклы и злаков. В некоторых странах кроме пищевых отходов собирают и отходы растительных масел, устанавливая специальные контейнеры, чаще всего около ресторанов, кафе, столовых…

За последние несколько лет биотопливо стало неотъемлемой частью мировой энергетической системы. Однако и с биотопливом не все так однозначно. Индустрия биотоплива становится все более обширной, и не получится ли так, что использование новых земель только для производства сырья для биотоплива приведет к массовой вырубке лесов для высвобождения сельскохозяйственных территорий. Да и в погоне за древесным биотопливом не лишится ли человечество лесов, оголяя окончательно планету?

Вывод напрашивается один: переход на биотопливо должен не ухудшать, а улучшать состояние окружающей среды, поэтому надо смотреть далеко вперед, чтобы не оборачиваться назад, как это часто бывает.

Список использованной литературы

1. Постановление Совета Министров Республики Беларусь "О Государственной программе «Инновационные биотехнологии» на 2010–2012 годы и на период до 2015 года" № 1386 от 23 октября 2009 г.

2. Андрижиевский А.А., Володин В.И. “ Энергосбережение и энергетический менеджмент: Учебное пособие.” – Издательство Вышэйшая школа. 2005. 294 с.

3. Васильев Ю.С., Хрисанов Н.И. “Экология использования возобновляющихся энергоисточников.” – Издательство Ленинградского университета. 1991. 343 с

4. .<http://www.energospace.ru> - сайт "Энергетическое пространство".

5. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М., 1999.

6. Концепции современного естествознания. Под ред. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова. М., 2001.

7. Концепции современного естествознания. Под ред. С.И. Самыгина. Ростов н/Д, 2001.

8. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учебник. М., 2004.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: