Революция в сельском хозяйстве. Замена труда человека и живот­ных трудом машины в результате механизации сельского хозяйства в ходе XX столетия может быть справедливо названа ярким процессом. Энергия, необходимая для обработки почвы, возделывания культур, их уборки и транспортировки продукции, прямо или косвенно обес­печивается ископаемыми видами топлива. Топливо необходимо для приведения в движение трактора, других сельскохозяйственных ма­шин, строительства этих машин, производства удобрений и других хи­мических средств, а также для целого ряда других целей. В 1901 г. в сельском хозяйстве использовалось 1,1 млн. лошадей и около 30% площадей (равнинной местности) отводилось для их содержания [4]. Эти лошади теперь уступили место полумиллионному парку тракторов. В 1885 г. в Южной Англии на каждые 11 га приходился один человек и целая армия сезонных рабочих, которые нанимались на период уборки. К началу 70-х годов XX столетия на одного человека приходилось уже 37 га. В период между 1920 и 1970 г. затраты энергии увеличились с 0,5 до 9 ГДж/га, отражая как замену труда человека и животных меха­низированным трудом, так и повышение интенсивности сельского хо­зяйства, ведущей к повышению урожаев. Затраты энергии на одного человека в сельскохозяйственном секторе развитых стран аналогичны затратам в тяжелой промышленности. Революция выразилась не столь­ко в увеличении сбора биомассы, сколько в изменении путей ее выращи­вания и уборки.

Высокие затраты энергии являются в настоящее время существен­ной частью сельскохозяйственной практики, определяющей высокое качество продукции. Революция в сельском хозяйстве произошла бла­годаря не только более дешевой энергий, но также вследствие наличия машин и химических средств, необходимых для получения высоких урожаев и высокого качества продукции. Непосредственная стоимость топлива составляет только небольшую долю стоимости сельскохозяй­ственной продукции, и даже при более высоких ценах на топливо новая технология продолжала бы использоваться.

Тенденция к изменению типа и количества энергии, необходимой в сельском хозяйстве, привлекла значительное внимание в лйтературе. Многие относятся отрицательно к зависимости производства такого ос­новного предмета потребления, как продовольствие, от ископаемых видов топлива. Так как продовольствие также является топливом, а его энергетическая ценность может быть выражена в тех же единицах, что и энергетическая ценность ископаемого топлива, энергетические за­траты производства продовольствия и кормов могут быть выражены в простых энергетических соотношениях. С этой точки зрения продукты питания, которые мы потребляем, производятся при очень низкой эф­фективности затрат энергии. Так как значительная часть биомассы, предназначенная для производства возобновляемых видов топлива, будет получаться с использованием технологии, мало отличающейся от технологии производства продуктов питания, вопрос энергетических затрат при выращивании биомассы становится кардинальным вопро­сом при проведении анализа чистых затрат энергии.

Разбивка затрат энергии. Первая основная проблема затрат энергии при получении биомассы связана с. относительным значением различных вводимых энергетических ресурсов. Раскладка потребления энергии в сельском хозяйстве Великобритании представлена в таблице 52 [4]. Основную долю энергетических затрат составляют непосредственные затраты топлива, а также косвенные затраты энергии на производство удобрений и машин. Этот анализ не учитывает виды энергии, связанные с затратами труда, Получением прибылей, капиталовложениями и т. д. Тем не менее общие потребности в энергии сельского хозяйства Велико­британии являются значительными, и суммарный результат таблицы 52 составляет около 3 % общего количества первичной энергии. В итоге в Великобритании на каждую калорию продовольствия, произведенного в сельском хозяйстве, тратится около 3 кал ископаемого топлива

Таблица 52. Затраты энергии в сельском хозяйстве Великобритании (1968)

Статья затрат Млн. ГДж

TOC o "1-3" h z Нефть 69,7

Электроэнергия 29,8

Другие виды топлива " 8,9

Удобрения 81,9

Машины 31,8

Строения 22,8

Другие затраты 29,0

Всего 273,9

Таблица 53. Затраты энергии при выращивании кукурузы в США

ГДж/т (сухая масса)

Удобрения и известь

Пестициды

Машины

Выращивание культур

Уборка

Всего
(прямые энергетические потребности в топливе и материалах). Куда1 уходит энергия (в пересчете на 1 т биомассы) 1 Раскладка затрат энергии при возделывании кукурузы в США показана в таблице 53 [7]. При возделывании кукурузы используются общепринятые системы удобре­ний и обработки почвы, обеспечивающие урожай в среднем 2,54 т с 1 га. В период выращивания и уборки культур используется жидкое топливо. Машины также представляют собой значительную статью потребления энергии. Наиболее важной статьей, однако, является обеспечение удоб­рениями. В этих расчетах не учитываются строения, труд и другие затра­ты энергии. Тем не менее даже с учетом этих ресурсов выращивание и доставка 1 т кукурузы на ферму требуют затрат энергии, эквивалент­ной примерно одной трети калорийности сухого зерна. Однако в долго­срочном плане непосредственная стоимость топлива составит только 10 % стоимости производства зерна.

Потребности различных культур в энергии. Зерновые культуры обеспечивают наиболее эффективное использование энергии. Овощи, зеленные культуры, древесные культуры, такие, как цитрусовые, ябло­ни и т. д., требуют наибольших затрат энергии при возделывании. При­меры потребностей энергии на 1 т биомассы показаны в таблице 54 [8]. Цифры приводятся для сельского хозяйства США и включают только прямые затраты топлива и удобрений, поэтому они, естественно, ниже других показателей.

Таблица 54. Затраты энергии в сельском хозяйстве США (топливо + удобрения)

ГДж/т (сухая масса)

Овес 1,9

Ячмень 3,1

Сахарная свекла 2,7

Соя 4,0

Картофель 7,9

Яблоки 17,3

Апельсины 25,4

Типы биомассы, которые можно считать за биотопливо, вероятно, лучше представлены такими продуктами, как силос, экономические расчеты по которому приведены в главе 2. Затраты энергии по произ­водству кукурузного силоса в США представлены в таблице 55 [9].

Основная доля стоимости энергии приходится опять на машины, топливо и удобрения. В этих расчетах энергетический эквивалент тру­довых затрат составляет 0,002 ГДж/ч. Однако энергетические затраты не рассчитывались по таким статьям, как строения, транспорт, прибыль,

Капиталовложения и т. д., силос предназначался для внутрихозяйствен­ного использования. Тем не менее производство силоса требует около 4 ГДж/т при его теплотворной способности (определенной с помощью калориметрической бомбы) около 20 ГДж. Естественно, энергия био­массы не является легкодоступной, и биомасса должна быть обогащена путем использования других энергоемких процессов. Показатель 4 ГДж/т сухой массы увеличивается пропорционально потерям уро­жая при обогащении и составляет основной вводимый ресурс в окон­чательном продукте.

Затраты энергии в лесном хозяйстве. Возможно, вследствие своего традиционного использования в качестве топлива лес явился предметом усиленного внимания как потенциальный источник энергии. Возникает инстинктивное чувство, что в лесоводстве затраты энергии должны быть меньше, чем в интенсивном сельском хозяйстве. Работы по очистке пло­щадей, посадке и уборке выполняются значительно реже, чем в сельском хозяйстве. Удобрения на лесопосадках вносят значительно реже, и де­ревья, по-видимому, "заботятся сами о себе". Однако положение совре­менного лесного хозяйства не так просто: энергетические затраты явля­ются существенными, и при учете всех процессов, необходимых для до­ставки биомассы к месту ее использования, составят около четверти теплотворной способности древесины. Сравнение интенсивной системы лесоводства, где проводится вспашка, внесение удобрений, обработка пестицидами "и т. д., а также уборка каждые 10 лет, с системой естествен­ного лесовозобновления показало незначительную разницу между об­щими показателями энергетических затрат [10].

В таблице 56 дается раскладка затрат энергии в интенсивном лесо­водстве. Основная доля затрат приходится на топливо и удобрения. Основные потребности в энергии при подготовке древесины к использо­ванию приходятся на процесс сушки. В расчеты включены затраты чело­веческого труда, однако других вводимых ресурсов не дано. Несколько

Приводят в замешательство низкие затраты на оборудование, а также отсутствие затрат на строительство измельчающего и сушильного обо­рудования (особенно потому, что по сельскохозяйственным машинам даются существенные затраты). В этих исследованиях урожай древесины с 1 га при интенсивной системе был в три раза выше, чем при естествен­ной регенерации, поэтому для обеспечения того же объема продукции в последнем случае необходима в 3 раза большая площадь. Затраты на транспорт не включены в таблицу 56, но они оцениваются в 1,0 МДж/ткм; при этом в системах с естественной регенерацией они возрастают вследствие больших расстояний между местоположением заказчика и местом рубки.

При анализе затрат по выращиванию можно видеть, что лесное хо­зяйство имеет очень низкие потребности в энергии (собственно лесная культура). Однако транспортировка сырой древесины на большие расстояния для использования ее в качестве топлива нецелесообразна; продукт, подобно зерну в сельском хозяйстве, должен транспортиро­ваться к месту использования почти в сухом состоянии. Авторы прове­денного исследования определили сушку и транспортировку биомассы как две основные статьи затрат энергии; снижение размеров этих затрат является затруднительным.