CC BY
193
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
ние научных трудов, т.3, Серия «Классики науки».
- М.: Наука, 1966.
4. Смолуховский, М. // Журнал русского физико-химического общества. - 1910. - Ч. XXVII.
5. Чудновский, А.Ф. Теплообмен в дисперсных средах / А.Ф. Чудновский. - М.: Гостехиздат, 1954.
6. Чудновский, А.Ф., Теплофизические характеристики дисперсных материалов / А.Ф. Чудновский.
- М.: Физматгиз, 1962.
7. Аэров, М.Э. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем / М.Э. Аэров, О.М. Тодес. - Л.: Химия, 1968.
8. Аэров, М.Э. Аппараты со стационарным зернистым слоем / М.Э. Аэров, О.М. Тодес, Д.А. Нарин-ский. - Л.: Химия, 1979.
9. Wakao N. and Kato K., J. Chem. Eng. Japan, v.2, N1, p.24, 1969.
10. Burger H., Phys. Zs., v.20, p.73,1915.
11. Krisher O., Beihefte z. Gesundheits Ing. v.33.1934.
12. Старостин, Д.Ф., Отопление и вентиляция / Д.Ф. Старостин. - 1935. - № 3.
13. Бернштейн, Р.С., Исследование процессов горения натурального топлива / Р.С. Бернштейн. - М.: Гостехиздат, 1948.
14. Russel H.W., J. Amer. Ceram. Soc., v.18, p.1, 1935.
15. Ribaud M., Challur et industrie, v.18, N201, 1937.
16. Оделевский, В.И., ЖТФ, В. 6, 1951.
17. Бородуля, В.А., Буевич Ю.А. ИРЖ, 1977. -Т. 32.-№ 2.- С. 257.
18. Буевич, Ю.А., Корнеев Ю.А., Щелчкова И.Н. ИРЖ, 1976. - Т. 30. - № 6. - С. 979,
БИОМАССА И БИОТОПЛИВО В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ ОБЕСПЕЧЕНИИ ОТРАСЛЕЙ ЭКОНОМИКИ СТРАНЫ
Г.И. КОЛЬНИЧЕНКО, проф. каф. электроэнергетики ЛКМГУЛ, д-р техн. наук,
A. В. СИРОТОВ, проф. каф. электроэнергетики ЛК МГУЛ, д-р техн. наук,
B. И. ПАНФЕРОВ, доц. каф. электроэнергетики ЛК МГУЛ, канд. техн. наук,
Я.В. ТАРЛАКОВ, асп. каф. электроэнергетики ЛК МГУЛ
В последние годы в связи с ужесточением экологических требований важным направлением во всем мире считается расширение области применения возобновляемых источников энергии (ВИЭ). В сфере энергетики все большие перспективы приобретает использование энергии биомассы. Биомасса - это органические вещества растительного и животного происхождения. В биомассе посредством фотосинтеза аккумулирована солнечная энергия.
Органических веществ, которые традиционно используются или в принципе могут быть использованы человеком в целях получения энергии, великое множество: это, в первую очередь, древесина и отходы ее переработки, продукция сельского хозяйства с его отходами, начиная от соломы и заканчивая рисовой шелухой, скорлупой орехов и т.д.
Биомасса как возобновляемый источник энергии обладает рядом существенных преимуществ. К ним прежде всего относят:
- распространенность и доступность; - всесезонность;
- возможность получения различных энергетических продуктов (бионефть, этанол, биогаз, биоводород, синтез-газ и т.д.);
[email protected]; [email protected]
- снижение антропогенной нагрузки на климатическую систему. В атмосферу выделяется при энергетическом использовании биомассы столько же диоксида углерода, сколько его поглощается при росте биомассы. Поэтому биомасса оказывается экологически чистым топливом, не несущим никакой ответственности за парниковый эффект;
- уменьшение загрязнения атмосферы;
- уменьшение территорий свалок (одна из разновидностей биомассы - бытовые отходы органического происхождения) [1].
Содержание биомассы в природе составляет около 800 млрд т., причем ежегодно возобновляется 200 млрд т. Использование биомассы в определенной степени решает экологическую проблему путем утилизации вредных отходов промышленного производства и коммунально-бытового хозяйства.
Основными методами использования биомассы считаются биологическая и термохимическая конверсии. К первой относится процесс брожения, позволяющий получать биотопливо (этанол, бутанол и др.), биогаз и тепловую энергию. Термохимические про-
136
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
цессы - это пиролиз, в результате образуются газообразные, жидкие и твердые энергетические продукты [2].
Основное внимание отечественных исследований уделяется переработке отходов лесообрабатывающей промышленности, сельскохозяйственного производства, городских отходов как наиболее выгодному направлению.
Биомасса как источник энергии играет существенную роль в мировом энергетическом балансе. На ее долю приходится 10,7 % общего потребления энергии, или свыше 1500 млн т у.т. (т у.т. - тонна условного топлива, удельная теплота сгорания которого 7000 ккал/кг, или в системе СИ 29,3 МДж/кг). Для сравнения, годовое потребление России составляет ныне около 1000 млн т у.т.
Неудивительно, что биомасса - абсолютный лидер среди возобновляемых источников энергии, ее вклад составляет 80 %. Энергетический потенциал биомассы таков, что биопродуктивность только наземной части планеты достигает 60-65 млрд т у.т., что превышает современное мировое потребление энергии за счет всех ее источников в 4 раза [3].
В мире широким фронтом идут работы по созданию на основе биомассы моторных топлив, в связи с чем разрабатываются технологии получения и использования альтернативных (по отношению к нефтяным) видов жидкого топлива, создаются биодобавки к основному топливу дизельных и бензиновых двигателей.
В Америке и странах американского континента наибольшую популярность приобрел топливный этанол, используемый как вместо бензина, так и в смеси с ним. В США уже сейчас на производство биоэтанола идет до четверти американского урожая кукурузы. А в Бразилии этанол производят из кукурузы и сахарного тростника в таком количестве, что этанол является серьезным конкурентом традиционному нефтяному топливу.
В Европе широко используется биодизель, сырьем для которого служат различные масла: рапсовое, пальмовое, подсолнечное, и который может применяться как вместо дизельного топлива, так и в смеси с ним.
По аналогии с этанолом смеси с низким содержанием биодизеля не требуют внесения изменений в конструкцию двигателя.
Щедрая поддержка со стороны государств Западной Европы и США привела к заметному росту мощности по производству биоэтанола и биодизеля в этих странах. Только за последние три года производственная мощность этих производств увеличилась примерно в три-четыре раза. Однако следует отметить, что это увеличение сопровождалось ростом цен на продовольствие, что дало повод политикам обвинить биотопливную индустрию в раздувании цен на продовольственные товары. Другими словами, по мнению многих, есть опасение, что производство биотоплива, спасая мир от энергетического кризиса, спровоцирует другой кризис - продовольственный.
Исследования последних лет показывают, что заметный рост цен на продовольствие в мире происходит в основном не из-за безудержного развития биотопливной промышленности, а в связи с увеличением населения в развивающихся странах и повышением их уровня жизни. Тем не менее, большее внимание стало уделяться биотопливу, которое получают из производств, не конкурирующих с пищевыми отраслями. Например, представляется более предпочтительным использование биотоплива, получаемого из соломы и других отходов сельскохозяйственного производства, из отходов древесного производства, а также из водорослей. Сейчас в Японии решается задача, каким образом культивировать водоросли в промышленных масштабах, т.е. как создать поля своей «нефтяной водоросли» [4].
Биотопливо имеет немало преимуществ перед традиционными видами моторного топлива:
- биотопливо получают путем переработки продуктов растительного происхождения, что не ухудшает структурный и химический состав почв в системах севооборота;
- выброс углекислого газа (CO2) значительно меньше, чем у обычного топлива;
- по сравнению с бензином и дизельным топливом демонстрирует отличные результаты по показателям продуктов сгорания
ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 4/2010
137
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
монооксида углерода, остаточных частиц и сажи;
- в биотопливе по сравнению с минеральными аналогами почти не содержится серы;
- при попадании на биологические объекты биотопливо не причиняет вреда ни растениям, ни животным, ни водным источникам. Кроме того, оно подвергается практически полному биологическому распаду.
Внедрение биодобавок приведет к существенному уменьшению вредных выбросов в атмосферу и значительно улучшит экологическое состояние планеты при сложившихся обстоятельствах глобального потепления.
В странах мира намечены следующие масштабы такого внедрения:
- ЕС планирует достижение к 2020 г. 10 % доли биотоплива в общем количестве топлива, используемого транспортом;
- Китай к 2020 г. планирует достижение 15 % такой доли биотоплива;
- Индия планирует увеличение этой доли до 10 % к 2020 г.;
- Австралия стремится к 5-6 % к
2020 г.;
- США планирует увеличить потребление биотоплива более чем в 10 раз к 2030 г. по сравнению с объемом потребления в 2010 г. [5].
Развитые страны, оценив высокую перспективность получения моторного топлива из возобновляемого сырья, включили это направление в число приоритетных и обеспечили его поддержку на государственном уровне. В результате сегодня доля США в мировом объеме биотехнологической продукции составляет 42 %, Евросоюза - 22 %, Китая - 10 %, Индии - 2 %, а доля России составляет лишь около 0,2 % [6].
Поэтому в России уже идет работа по созданию новой высокотехнологичной отрасли по производству биотоплива из отходов непищевых и самых дешевых источников и прежде всего из отходов деревообработки. В этом плане у нашей страны экономически выгодные позиции.
В России, также как и в Бразилии, сосредоточены основные лесные массивы планеты, в связи с чем остро стоит пробле-
ма более эффективного их использования, в том числе посредством сокращения экспорта круглого леса, внедрения безотходных технологий и технологий глубокой переработки древесины, что связано с проблемой утилизации отходов деревообработки, которые являются сырьем для получения биотоплива [7]. И это сырье в 5-6 раз дешевле зерна.
При активном участии госкорпорации «Ростехнология» уже создана корпорация «Биотехнологии». Это открытое акционерное общество. Им разработана и продвигается программа создания российского рынка экологически чистых присадок к бензинам. Напомним, что постановлением правительства РФ утвержден технический регламент требований к качеству топлива. На смену экологическому стандарту для топлива Евро-2 придет в текущем году Евро-3, а в 2010-2013 г. уже будет действовать Евро-4, предполагающий использование пятипроцентной присадки к бензинам.
Основная цель программы корпорации «Биотехнологии» - замещение пятипроцентной доли российского рынка бензинов за счет применения этанола и бутанола.
Россия - единственная страна в мире, имевшая развитую промышленность по производству спирта из непищевого растительного сырья. За основу новой технологии и в целом всей отрасли по производству биотоплива взяты производственные площадки бывших гидролизных заводов и предприятий спиртовой промышленности. Предполагается до 2020 г. в зонах переработки отходов построить или модернизировать порядка 30 заводов. К этому времени российская биотопливная отрасль может иметь капитализацию более 5 млрд долларов. Данный проект реализуется на основе принципа частно-государственного партнерства. Финансирование на долевой основе: 50 % за счет федерального бюджета, а 50 % - из внебюджетных источников.
Реализация на практике разработанного корпорацией проекта «Развитие биотехнологии в РФ в 2008-2020 гг.» позволит осуществить масштабное преобразование в экономике с обеспечением равновесия топливного баланса страны и решения важнейших технических, экологических и социальных задач.
138
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
В России в течение 2007-2008 гг. было заявлено около десяти проектов по производству биодизеля и биобутанола. На средства корпорации «Биотехнологии», например, в Иркутской области запущен пилотный проект по производству биотоплива (Тулунский гидролизный завод).
В числе реализуемых проектов уникальная технология производства биоэтанола из отходов деревообрабатывающей промышленности, разработанная и внедренная на Кировском биохимическом заводе (БХЗ). В этой технологии в качестве исходной биомассы используются опилки и другие отходы лесной и деревообрабатывающей промышленности. Этот факт можно считать инновационным прорывом в стране в сфере производства биотоплива, так как при реализации такой технологии не затрагивается продовольственный сектор экономики. Вложенные в реконструкцию Кировского БХЗ 60 млн руб. окупятся уже через 2 года за счет производства конкурентоспособного по цене биоэтанола. Важным фактором низкой его себестоимости станет отсутствие необходимости транспортировки биомассы из других регионов. Кировский БХЗ обозначен как материальная, научно-исследовательская и экспериментальная база биотехнологического кластера в Кировской области [4].
В большинстве своем биотоплива значительно отличаются по физико-химическим свойствам от традиционных жидких углеводородных топлив. Поэтому весьма важной задачей является изучение влияния свойств биотоплива на итоговые показатели работы двигателя (эксплуатационные, экономические, экологические). В проведении указанной работы особенно заинтересованы лесной, агропромышленный и транспортный секторы экономики России с их многочисленными двигателями внутреннего сгорания. Общепризнано, что разработка и внедрение двигателей с использованием возобновляемых источников энергии, в том числе биотоплива, является одним из приоритетных направлений в области механизации, электрификации и автоматизации перечисленных выше секторов экономики страны. В первую очередь, это относится к дизельным двигателям, которые являются важнейшей составной частью дизельных элек-
тростанций (стационарных и передвижных), широко применяемых в районах страны без централизованного электроснабжения.
Последний фактор является характерным для значительной части потребителей России, учитывая тот факт, что более 10 % населения страны проживает в регионах, не присоединенных к централизованным системам электроснабжения, и пользуется дорогим привозным топливом, поставки которого зачастую не только дороги, но и не надежны.
В таких регионах, как правило, имеется весомый потенциал возобновляемых источников энергии, что позволяет их использовать как взамен, так и в комбинации с традиционными источниками энергии. Более того, в стране уже есть и появляются все новые фирмы и предприятия, производящие технологии и оборудование для решения упомянутых задач. Факторами, препятствующими их решению, являются:
- недостаточная осведомленность руководителей регионов и населения о возможностях биотехнологии;
- более высокие цены на нетрадиционные виды топлива, которые делают их применение экономически неконкурентоспособным по сравнению с традиционным топливом;
- неплатежеспособность тех, кто нуждается в использовании биотоплива;
- отсутствие поощрительного законодательства для разработки и использования возобновляемых источников энергии.
Преодоление перечисленных трудностей будет способствовать созданию эффективных комплексов энергоснабжения (тепло- и электро-)для лесных регионов России на основе комбинированного использования местных ресурсов биомассы.
Необходимо наращивать финансирование научных исследований и демонстрационных разработок, направленных на снижение расходов и увеличение эффективности проектов и демонстрацию долгосрочных выгод этого важного сектора альтернативной энергетики России.
Библиографический список
1. Энергетика России: проблемы и перспективы: тр. науч. сессии РАН: общ. собрание РАН 19-21 дека-
ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 4/2010
139
