5.1. Общие сведения

В сельском и лесном хозяйстве издавна используется солнечная энер­гия в большом объеме. на огромных площадях выращиваются растения, которые накапливают энергию солнечного света и в конечном счете за­пасают ее в химической форме (биомассе). когда растения поедаются животными, то биомасса преобразуется в побочный продукт в форме на­возной жижи и твердого навоза [кундас, с. п., 2007]. в общей сложно­сти в этом аспекте следует различить три вида биомассы (рис. 53).

рис. 53. классификация биомассы [кундас, с. И., 2007]

1. Влажная биомасса (в особенности навоз, а также скошенная зе­леная масса) может через ферментацию (брожение) без доступа возду­ха производить биогаз, который служит для выработки электрического тока или тепловой энергии. Дополнительный потенциал заключается в использовании газа, получаемого в процессе очистки сточных вод, а также при ферментации органических отходов.

2. Сухая биомасса (дерево и солома) пригодна для сжигания и тем самым для выработки электрического тока и тепловой энергии. наря­ду с соломой используется тонкомерная древесина, которая получается либо при прореживании древостоя, либо при промышленной обработ­ке древесины (остатки при распиливании и др.).

3. Специальные энергетические растения (рапс, китайский камыш, тополь, ива и т. д.) могут поставлять дополнительную биомассу, кото­рую можно использовать как горючее или для производства горючего.

основным возобновляемым источником энергии во многих стра­нах мира является биомасса, т. е. древесно-растительная масса. в общем объеме энергоносителей биомасса занимает около 60 % в ряде стран Африки, 40 % - в азиатских странах, 30 % - в странах Латинской Америки. В США, Дании, Швеции мощность отдельных установок по переработке биомассы достигает 400 квт.

Источниками биосырья для получения энергии, наиболее характер­ными для нашей республики, являются:

• продукты естественной вегетации (древесина, древесные отхо­ды, торф и др.);

• специально выращиваемые быстрорастущие насаждения (рапс, ива осина, береза и др.) (рис. 54);

• отходы сельскохозяйственного производства (навоз, солома, ботва и др.).

Для производства биомассы в целях энергетического использова­ния могут представлять интерес различные культуры, в особенности так называемые лигноцеллюлозные культуры, которые имеют высо­кие доли энергетическо-химических соединений лигнина и целлюлозы [позняк. с. с., 2007]. сюда относятся как деревья (например, тополь, ива), так и травы (например, кормовые растения, зерновые и субтропи­ческие травы, такие как китайский тростник).

Основа биомассы - органические соединения углерода, которые в процессе соединения с кислородом при сгорании выделяют тепло. Особенность древесной биомассы как топлива состоит в том, что она, в отличие от нефти, угля и природного газа, имеет достаточно низкую теплотворную способность и высокую влажность. Присутствие влаги в топливе из биомассы часто ведет к значительным потерям выхода те­пловой энергии, в связи с тем, что испарение воды требует значитель­ных затрат энергии (табл. 13).

Таблица 13

Для получения жидкого и газообразного топлива можно применять фитомассу быстрорастущих растений и деревьев. в климатических условиях республики с 1 га энергетических плантаций возможен сбор массы растений в количестве до 10 т сухого вещества, что эквивалентно примерно 4 т у. т. при дополнительных агроприемах продуктивность гектара может быть повышена в 2-3 раза. Наиболее целесообразно при­менять для получения энергетического сырья неиспользуемые земли и площади выработанных торфяных месторождений, где отсутствуют условия для произрастания сельскохозяйственных культур. площадь таких месторождений в республике составляет около 180 тыс. га, кото­рая может засеваться экологически чистым источником энергетическо­го сырья [Позняк, С. С., 2007].

Для Республики Беларусь перспективным является также исполь­зование в качестве энергоносителя рапсового масла. Выращивание рапса возможно и на загрязненных после чернобыльской катастрофы территориях, так как его семена не накапливают радиацию.

принципиально новым направлением энергосбережения в респу­блике является использование отходов растениеводства в качестве то­плива. Общий потенциал растениеводства оценивается до 1,46 млн т у. т. в год. По экспертным оценкам к 2012 г. за счет рапсового масла может быть получено 70-80 тыс. т у. т. Определенный опыт в этом направ­лении уже имеется [Позняк, С. С., 2007]. Так, в 2005 г. Институтом радиологии имени Отто Хуга Мюнхенского университета совместно с МГЭУ им. А. Д. Сахарова в рамках гуманитарного проекта смонтирова­на и введена в эксплуатации на хойникском молокоперерабатывающем заводе дизельная электростанция мощностью 300 кВт электрической и 400 кВт тепловой энергии, работающая на рапсовом масле (рис. 55).

В странах Западной Европы использование электрического тока и тепловой энергии, вырабатываемых блочными электростанциями, ра­ботающими на биодизельном топливе, стало обычным явлением. на­пример, как уже представлено выше, известное всем здание рейхстага в Берлине обеспечивается энергией за счет возобновляемых источни­ков энергии, в том числе телоэлектростанцией, работающей на рапсо­вом биодизеле [позняк, с. с., Schneider, A., 2006].

чистое рапсовое масло может использоваться в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Если рапсовое масло этерефи - цируется, то возникает метило-эфир, известный под названием биоди­зель, который как регенеративное горючее можно использовать почти во всех видах дизельных моторах. биодизельное топливо имеет зна­чительные преимущества с точки зрения выбросов углекислого газа. по сравнению с дизельным топливом выбросы со2 при биодизельном топливе примерно на две трети меньше, при использовании чистого рапсового масла они еще меньше.

рапс для производства биодизельного топлива в германии возделы­вается, как правило, на площадях, лежащих под паром. площади возде­лывания рапса, однако, ограничены и позволяют в фрг покрыть только 8 % от общей потребности в дизельном топливе.

одним из источников местных энергетических ресурсов являются коммунальные отходы. содержание органического вещества в бытовых отходах составляет 40-75 %, углерода - 35-40 %, зольность - 40-70 %, горючие компоненты в бытовых отходах составляют 50-88 %, тепло­творная способность ТБО - 800-2 000 ккал/кг. В мировой практике по­лучение энергии из коммунальных отходов осуществляется несколь­кими способами: сжиганием, активной и пассивной газификацией. наиболее перспективна газификация, т. к. в случае прямого сжигания возникают экологические проблемы с выбросами токсичных газов, для решения которых требуются инвестиции, двукратно превышающие стоимость самих сжигающих установок.

В Республике Беларусь ежегодно накапливается около 2,4 млн т твердых бытовых отходов, которые направляются на свалки и два му­сороперерабатывающих завода (Минский и Могилевский), на которые ежегодно вывозится, тыс. т в год: бумаги - 648,6; пищевых отходов - 548,6; стекла - 117,9; металла - 82,5; текстиля - 70,8; дерева - 54,2; кожи и резины - 47,2; пластмассы - 70,8. Потенциальная энергия, за­ключенная в твердых бытовых отходах, образующихся на территории Беларуси, равноценна 470 тыс. т у. т. при их биопереработке с целью получения газа эффективность составит не более 20-25 %, что эквива­лентно 100-120 тыс. т у. т. Кроме того, необходимо учитывать много­летние запасы тБо, которые имеются во всех крупных городах и созда­ют проблемы при складировании и дополнительную нагрузку на окру­жающую среду [позняк, с. с., 2008].

только по областным городам переработка ежегодных коммуналь­ных отходов в газ позволила бы получить биогаза около 50 тыс. т у. т., а по г. Минску - до 30 тыс. т у. т. Эффективность этого направления следует оценивать не только по выходу биогаза, но и по экологической составляющей, которая в данной проблеме будет основной. Конкрет­ные показатели эффективности могут быть получены на основании детальных проектных проработок, создания и эксплуатации опытно­промышленного полигона.