Биомасса, как производная
энергии Солнца в химической форме,
является одним из наиболее популярных
и универсальных ресурсов на Земле.
Она позволяет получать не только
пищу, но и энергию, строительные материалы,
бумагу, ткани, медицинские препараты
и химические вещества. Биомасса используется
для энергетических целей с момента
открытия человеком огня. Сегодня
топливо из биомассы может использоваться
для различных целей - от обогрева
жилищ до производства электроэнергии
и топлив для автомобилей.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ БИОМАССЫ
Химический состав биомассы может различаться
в зависимости от ее вида. Обычно растения
состоят из 25% лигнина и 75% углеводов или
сахаридов. Углеводородная фракция состоит
из множества молекул сахаридов, соединенных
между собой в длинные полимерные цепи.
К наиболее важным категориям углеводородов
можно отнести целлюлозу. Лигниновая фракция
состоит из молекул несахаридного типа.
Природа использует длинные полимерные
молекулы целлюлозы для образования тканей,
обеспечивающих прочность растений. Лигнин
представляет собой "клей", который
связывает молекулы целлюлозы между собой.
КАКИМ ОБРАЗОМ ОБРАЗУЕТСЯ
БИОМАССА?
Двуокись углерода
из атмосферы и вода из грунта
участвуют в процессе фотосинтеза
с получением углеводов (сахаридов),
которые и образуют "строительные
блоки" биомассы. Таким образом,
солнечная энергия, используемая
при фотосинтезе, сохраняется
в химической форме в биомассовой
структуре. Если мы сжигаем биомассу эффективным
образом (извлекаем химическую энергию),
то кислород из атмосферы и углерод, содержащийся
в растениях, вступают в реакцию с образованием
двуокиси углерода и воды. Процесс является
циклическим, потому что двуокись углерода
может вновь участвовать в производстве
новой биомассы.
В дополнение к своему эстетическому
значению земной флоры биомасса представляет
собой полезный и значимый ресурс
для человека. В течение тысячелетий
люди добывали энергию Солнца, сохраненную
в виде энергии химических связей,
сжигая биомассу в качестве топлива
или употребляя ее в пищу, используя
энергию сахаров и крахмала. В
течение нескольких последних веков
человечество научилось добывать ископаемую
биомассу, в частности, в виде угля.
Ископаемые виды топлива представляют
собой результат очень медленной
химической трансформации полисахаридов
в химические соединения, сходные
с лигниновой фракцией. В результате
химический состав угля обеспечивает
более концентрированный источник энергии.
Все виды ископаемого топлива, которые
потребляет человечество - уголь, нефть,
природный газ - представляют собой древнюю
биомассу. В течение миллионов лет на Земле
остатки растений превращаются в топливо.
Несмотря на то, что ископаемое топливо
состоит из тех же компонентов - водорода
и углерода - как и "свежая" биомасса,
оно не может рассматриваться в качестве
возобновляемого источника, потому что
его образование требует весьма длительного
времени.
Другое важное различие
между биомассой и ископаемыми
видами топлива определяется
их воздействием на окружающую
среду. В процессе разложения
растения химические вещества
попадают в атмосферу. Напротив,
ископаемое топливо "заперто"
глубоко под землей и не
воздействует на атмосферу до
тех пор, пока не будет сожжено.
Древесина, по-видимому,
является наиболее известным
примером биомассы. В процессе
сжигания высвобождается энергия,
которую дерево усвоило, поглотив
солнечные лучи. Однако, древесина
- только один пример биомассы.
Кроме древесины могут использоваться
и другие виды биомассы - сельскохозяйственные
отходы (например, жом сахарного
тростника, стебли кукурузы, рисовая
солома и шелуха, скорлупа орехов),
древесные отходы (например, опилки,
порубочные остатки, щепа), бумажные отходы,
отходы зеленых насаждений в городском
мусоре, энергетические растения (быстрорастущие
деревья, например, тополь или ива, и такие
травы, как switchgrass or elephant grass ), а также метан,
собранный на полигонах твердых бытовых
отходов (ТБО), станциях очистки муниципальных
сточных вод. Для этой цели может использоваться
и навоз животноводческих и птицеферм.
Биомасса считается
одним из ключевых возобновляемых
энергетических ресурсов будущего.
Сегодня она обеспечивает 14% потребления
первичной энергии. Для трех
четвертей населения человечества,
живущих в развивающихся странах,
биомасса является самым важным
источником энергии. Увеличение
населения и потребления энергии
на одного жителя, а также истощение
ресурсов ископаемого топлива
приведут к быстрому увеличению
спроса на биомассу в развивающихся
странах. В среднем, в развивающихся
странах биомасса обеспечивает 38%
первичной энергии (а в некоторых
странах 90%). Весьма вероятно, что
биомасса останется важным глобальным
источником энергии в развивающихся
странах в течение всего 21 века.
Использование биомассы в
качестве источника энергии в
мире
Потребление биомассы растет
быстрыми темпами и в развитых
странах. В некоторых развитых странах
биомасса используется весьма интенсивно.
Например, Швеция и Австрия обеспечивают
15% потребности в первичных энергоносителях
за счет биомассы. Швеция планирует
увеличить потребление биомассы
в будущем, сопроводив этот рост закрытием
атомных и тепловых электростанций,
использующих ископаемые виды топлива.
В США, где 4% энергии получают из биомассы
(почти столько же, как от атомных электростанций),
сегодня работают установки, сжигающие
биомассу для получения электроэнергии
общей установленной мощностью 9000 МВт.
Биомасса может с легкостью обеспечить
более 20% энергетических потребностей
страны. Другими словами, имеющиеся земельные
ресурсы и инфраструктура сельского хозяйства
позволяют заменить все работающие атомные
станции без изменения цен на продовольственные
товары. Более того, использование биомассы
для производства этанола могло бы уменьшить
импорт нефти на 50%.
Распределение биомассы в
мире
БИОМАССА - ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ
Общая масса живой
материи (включая влажность) - 2000
миллиардов тонн
Общая масса наземных
растений - 1800 миллиардов тонн
Общая масса леса -1600
миллиардов тонн
Количество наземной
биомассы на одного жителя - 400
тонн
Количество энергии,
накопленной наземной биомассой
- 25 000 ЭДж (1 ЭДж=10+18 Дж)
Годовой прирост биомассы
- 400 000 миллионов тонн
Скорость накопления
энергии наземной биомассой -
3000 ЭДж/год (95 TВт)
Общее потребление
всех видов энергии - 400 ЭДж/год
(12 TВт)
Потребление энергии
биомассы - 55 ЭДж/год (1,7 TВт)
БИОМАССА В РАЗВИВАЮЩИХСЯ
СТРАНАХ
Несмотря на широкое
применение биомассы в развивающихся
странах, обычно оно неэффективно.
Общая эффективность традиционного
использования биомассы составляет
только 5-15%. Кроме того, биомасса
менее удобна для использования,
чем ископаемое топливо. В некоторых
случаях ее использование может
быть опасно для здоровья, например,
при использовании биомассы для приготовления
пищи в плохо проветриваемых помещениях.
При этом могут образовываться твердые
частицы, CO, NОx, формальдегиды и другие
органические вещества, концентрация
которых может превысить уровень, рекомендуемый
ВОЗ (Всемирная Организация Здравоохранения).
Более того, традиционное использование
биомассы (обычно сжигание древесины)
часто ассоциируется с увеличивающимся
дефицитом выращиваемой древесины, истощением
запасов питательных веществ, проблемами
уменьшения площади лесов и расширения
пустынь. В начале 80-х годов почти 1.3 миллиарда
жителей Земли обеспечивали свои потребности
в топливе за счет уменьшения запасов
древесины.
Доля биомассы в
общем потреблении энергии:
Непал 94 %
Малави 94 %
Кения 95 %
Индия 50 %
Китай 33 %
Бразилия 25 %
Египет 20 %
Существует огромный
потенциал биомассы, который может
быть задействован в случае
улучшения использования существующих
ресурсов и увеличения продуктивности
растений. Биоэнергетика может быть
модернизирована путем использования
современных технологий для преобразования
исходной биомассы в современные
и удобные для использования
виды энергоносителей (такие,
как электроэнергия, жидкие и
газообразные топлива и подготовленное
твердое топливо). В результате
значительно большее количество
энергии, чем сегодня, могло
бы быть извлечено из биомассы.
Это могло бы принести существенную
социальную и экономическую пользу
как сельскому так и городскому населению.
Существующее в настоящее время ограничение
доступа к удобным ресурсам ограничивает
качество жизни миллионов людей в мире,
в частности, в сельских районах развивающихся
стран. Выращивание биомассы представляет
собой сельский процесс, требующий больших
человеческих ресурсов. В случае его развития
могут быть созданы многочисленные рабочие
места в сельскохозяйственных районах
и ограничена миграция сельского населения
в города. В то же время, выращивание биомассы
может обеспечить развивающуюся в сельских
районах промышленность удобным энергоносителем.
ПИЩА ИЛИ ТОПЛИВО?
Большая часть критики
использования биомассы, особенно
в крупномасштабном производстве
топлива, связана с опасениями,
что оно отвлекает сельское
хозяйство от производства пищи,
особенно в развивающихся странах.
Основной аргумент заключается
в том, что программы выращивания
энергетических растений конкурируют
с выращиванием пищевых культур
различными способами (сельское
хозяйство, инвестиции в сельские
районы, инфраструктура, вода, удобрения,
обученные человеческие ресурсы
и т.д.), а это может привести
к нехватке продовольствия и
повышению цен. Однако, это так
называемое противоречие "пища
против топлива" оказывается
преувеличенным во многих случаях.
Предмет обсуждения более сложен,
чем это обычно представляется,
поскольку сельскохозяйственная
и экспортная политика снабжения
продовольствием представляют собой
факторы огромного значения. Аргументы
должны анализироваться с учетом реальной
ситуации в мире, отдельной стране или
регионе с обеспечением и потребностью
в продовольствии (увеличением излишков
продуктов питания в большинстве промышленных
и некоторых развивающихся странах), использованием
продовольствия в качестве корма для скота,
недостаточным использованием аграрного
потенциала, увеличивающимся потенциалом
сельскохозяйственного производства
и преимуществами или недостатками производства
биотоплива.
Недостаток продовольствия
и увеличение цен, с которыми
столкнулась Бразилия несколько
лет тому назад, часто связывали
с реализацией программы "ProAlcool".
Однако тщательное изучение не подтверждает,
что производство этанола отрицательно
воздействует на рынок продовольствия,
поскольку Бразилия остается одним из
самых больших экспортеров сельскохозяйственной
продукции, а рост производства продуктов
питания обгоняет темпы роста населения.
Производство зерновых в стране в 1976 году
составляло 416 кг на человека, а в 1987 году
- 418 кг. Из 55 млн га земельных угодий, предназначенных
для выращивания пищевых культур, только
4.1 млн га (7.5%) были использованы для выращивания
сахарного тростника, что составляет только
0.6% общей площади страны, пригодной для
экономического использования или 0.3%
территории Бразилии. При этом только
1.7 млн га были использованы для производства
этанола. Таким образом, противоречие
между пищевыми и энергетическими культурами
не является критическим. Более того, замена
выращиваемых культур на сахарный тростник
привела к увеличению выращиваемой пищи,
поскольку багасса (тростник после гидролизной
обработки) и сухие дрожжи используются
для питания животных. Недостаток продовольствия
и увеличение цен в Бразилии были вызваны
комбинацией политических и экономических
причин - политикой увеличения экспорта,
гиперинфляцией, обесцениванием денег,
политикой контроля цен на продукты местного
производства и т.д. В этих условиях любые
возможные негативные воздействия производства
этанола могут рассматриваться как часть
общих проблем, но не единственной проблемой.
Важно отметить, что
развивающиеся страны испытывают
на себе как продовольственную,
так и энергетическую проблемы.
Поэтому адаптация сельскохозяйственной
практики должна учитывать это
обстоятельство и развивать эффективные
методы использования имеющейся
земли и других ресурсов для
удовлетворения как пищевых, так
и энергетических потребностей
с использованием агролесной системы.
НАЛИЧИЕ ЗЕМЛИ
Фундаментальным отличием
биомассы от других видов топлив
является потребность в земле
для ее выращивания. При этом
возникает вопрос, как и кем эта
земля будет использоваться. Существует
два базовых подхода для определения способа
использования земли. В рамках "технократического"
подхода рассматриваются потребности,
затем идентифицируются биологические
источники, территории для выращивания
и возможный экологический эффект. Такой
подход игнорирует многие местные и большинство
удаленных эффектов, вызываемых плантациями
биомассы, а также игнорирует мнение местных
фермеров, которые знают местные условия.
В результате многие проекты в прошлом
оказались неудачными. В рамках "комплексного"
подхода задается вопрос, каким образом
нужно использовать землю для обеспечения
устойчивого развития, и рассматривается,
какое сочетание методов и выращиваемых
культур приведет к оптимальному использованию
конкретного участка земли для удовлетворения
потребностей в пище, топливе, корме для
скота, социальном развитии и т.д. Такой
подход требует полного понимания сложных
вопросов землепользования.
Необходимо отметить,
что продуктивность биомассы
может быть увеличена, потому
что во многих местах сегодня
она низкая и составляет менее
5 т/га в год для древесных
видов в условиях неэффективного
менеджмента. Повышение эффективности
является ключевым моментом как
для формирования конкурентоспособных
цен, так и для лучшей утилизации пригодных
земель. Улучшение может включать идентификацию
быстрорастущих видов, успешное размножение
и использование комбинаций культур, новые
знания о выращивании растений и биотехнологиях,
которые могут привести к увеличению производительности
растений в 5 - 10 раз по сравнению с их природным
ростом.
Сегодня является возможным,
в случае хорошего менеджмента,
проведения исследований и выращивания
отобранных видов растений на
пригодных землях получить от
10 до 15 т/га в год в районах
с умеренным климатом и от 15
до 25 т/га в год в тропических
странах. Рекордное значение 40 т/га
в год (сухой вес) достигнуто
при выращивании эвкалипта в
Бразилии и Эфиопии. Высокий
выход биомассы может быть достигнут
при выращивании трав, если существуют
пригодные агроэкологические условия.
Например, в Бразилии средний выход сахарного
тростника вырос от 47 до 65 т/га (вес урожая)
в течение последних 15 лет, в то время как
в таких регионах, как Гавайи, Южная Африка
и Квинсленд (Австралия) обычным урожаем
считается 100 т/гa. Представляется возможным
достичь трехкратного увеличения производительности
для различных видов выращиваемых культур,
как это было сделано для зерновых в течение
последних 45 лет. Однако это потребует
интенсивных аналогичных усилий и развития
инфраструктуры.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ
При рассмотрении энергетического
потенциала к биомассе относят
все формы материалов растительного
происхождения, которые могут
быть использованы для получения
энергии: древесину, травяные
и зерновые культуры, отходы лесного
хозяйства и животноводства и
т.д. Поскольку биомасса представляет
собой твердое топливо, ее можно
сравнивать с углем. Теплотворная
способность сухой биомассы составляет
около 14 МДж/кг. Аналогичное значение
для каменного угля и лигнита составляет
30 МДж/кг и 10-20 МДж/кг (см. таблицу далее).
В момент образования (сбора урожая) биомасса
содержит большое количество воды, от
8 до 20% в пшеничной соломе, 30 - 60% в древесине,
до 75 - 90% в навозе сельскохозяйственных
животных и 95% в водном гиацинте. В противоположность
этому, влажность каменного угля находится
в диапазоне от 2 до 12%. Поэтому плотность
энергии в биомассе на этапе возникновения
ниже, чем у каменного угля. С другой стороны,
биомасса имеет преимущества с точки зрения
химического состава. Зольность биомассы
значительно ниже, чем угля. Кроме того,
в золе биомассы обычно не содержатся
тяжелые металлы и другие загрязнители,
поэтому она может вноситься в почву в
качестве удобрения.
Обычно биомассу ошибочно
причисляют к низкосортным видам
топлива, поэтому во многих
странах ее использование даже
не отражается в статистических
отчетах. Однако она обеспечивает
большую гибкость снабжения энергоносителями
ввиду большого количества видов
топлива, которые могут быть
из нее получены. Энергия биомассы
может использоваться для производства
тепловой и электрической энергии
посредством сжигания в современных
устройствах - от миниатюрных
домашних котлов до многомегаваттных
электростанций, использующих газовые
турбины. Системы, использующие биомассу
в энергетических целях, обеспечивают
экономическое развитие без увеличения
парникового эффекта, поскольку биомасса
является нейтральной по отношению к выбросам
СО2 в атмосферу в случае, если ее производство
и использование осуществляется разумным
образом. Биомасса обладает другими щадящими
экологическими свойствами (малой эмиссией
серы и оксидов азота) и может способствовать
реабилитации деградированных земель.
Растет понимание того, что использование
биомассы в больших коммерческих системах
основано на устойчивых, аккумулированных
ресурсах и отходах и может улучшить управление
природными ресурсами в целом.
ПРЕИМУЩЕСТВА БИОМАССЫ КАК
ИСТОЧНИКА ЭНЕРГИИ
Экономическое развитие
сельскохозяйственных районов как
в развитых, так и развивающихся странах
является одним из преимуществ использования
биомассы. Увеличение доходов фермеров
и диверсификация рынка, уменьшение аграрного
перепроизводства и дополнительные денежные
поступления, увеличение конкурентоспособности
на международном рынке, общее оживление
экономики в сельских районах, уменьшение
негативного воздействия на окружающую
среду - все это является важными факторами
использования биомассы в качестве источника
энергии. Новые финансовые поступления
фермеров и сельского населения улучшают
материальное положение сельских общин
и могут приводить к дальнейшей активизации
локальной экономики. Наконец, это означает
замедление темпов миграции в города,
что очень важно для многих регионов в
мире.
Увеличение рабочих
мест (для производства, выращивания
и утилизации биомассы) и промышленный
рост (развитие предприятий для
производства жидких топлив, другие
виды промышленности, энергетика) могут
быть огромными. Например, департамент
сельского хозяйства США оценил,
что 17 тысяч рабочих мест создается
для производства каждого миллиона
галлонов этанола. В свою очередь,
исследовательский институт электрической
энергии оценил, что производство
5 квадриллионов Бте (Британская тепловая
единица) электроэнергии на площади 50
миллионов акров увеличит доходы фермеров
на 12 миллиардов долларов США ежегодно
(США потребляет ежегодно 90 квадриллионов
Бте). Обеспечение фермеров стабильным
доходом создает новый рынок и усиливает
локальную экономику, создавая циркуляцию
денежных средств в локальных сообществах.
Улучшение использования
аграрных ресурсов часто предлагается
в ЕС. Развитие альтернативного рынка
сельскохозяйственных продуктов приводит
к более эффективному использованию
посевных площадей, которые недостаточно
используются во многих странах ЕС.
В 1991 году 128 миллионов га в ЕС использовалось
для выращивания зерновых. Примерно
0.8 млн га были выведены из использования
в рамках программы сокращения производства.
Значительно большее количество земли
планируется вывести из производства
в будущем. Ясно, что переориентация части
этих земель для непродуктовой утилизации
(например, биомасса для производства
энергии) помогла бы избежать нерационального
использования аграрных ресурсов. Европейское
сельское хозяйство основано на производстве
ограниченного количества культур, в основном
использующихся в качестве пищи для людей
и животных, и многие из этих культур производятся
с избытком. Падение цен привело к снижению
и нестабильности доходов европейских
фермеров. Выращивание энергетических
культур может уменьшить перепроизводство.
Такие культуры могут быть конкурентоспособны
по отношению к выращиванию избыточных
пищевых сортов растений.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА
Использование энергии
биомассы обладает многими уникальными
качествами, которые обеспечивают
его экологические преимущества.
Оно может способствовать смягчению
проблемы изменения климата, уменьшить
количество кислотных дождей, эрозию
почвы, загрязнение водоемов и
нагрузку на полигоны ТБО, обеспечить
среду для существования диких
видов животных и помочь поддерживать
здоровые условия существования
лесов с помощью лучшего менеджмента.
ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА
Изменение климата
вызывает растущую озабоченность
в мире. Человеческая деятельность,
особенно сжигание ископаемых
видов топлива, приводит к выбросу
сотен миллионов тонн так называемых
парниковых газов (ПГ) в атмосферу. ПГ включают,
например, такие газы, как двуокись углерода
(CO2) и метан (CH4). Озабоченность связана
с тем, что ПГ в атмосфере могут изменить
климат Земли, что приведет к изменению
биосферы, обеспечивающей жизнь на Земле.
Технологии энергетического использования
биомассы могут минимизировать этот эффект.
И двуокись углерода, и метан представляют
собой большую угрозу, однако CH4 в 20 раз
более эффективен с точки зрения парникового
эффекта, чем CO2 (хотя и обладает меньшим
сроком жизни в атмосфере). Сбор метана,
выделяющегося на полигонах ТБО, на станциях
очистки сточных вод, в хранилищах навозных
стоков уменьшает выбросы метана в атмосферу
и позволяет использовать его энергию
для производства электроэнергии или
в двигателях транспортных средств в качестве
топлива. Все растения, включая и специально
выращиваемые на энергетических плантациях,
накапливают углерод в процессе роста,
уменьшая количество углерода в атмосфере.
Другими словами, двуокись углерода, выделяющаяся
в процессе сжигания биомассы, поглощается
в процессе последующего роста растений,
реализуя так называемый замкнутый углеродный
цикл. В действительности, количество
связанного углерода может быть большим
выделяющегося при сжигании, потому что
большинство растений является многолетними.
В процессе заготовки они срезаются, а
не выкорчевываются. Корни при этом остаются
в земле, стабилизируя почву и регенерируя
в процессе последующих сезонов.
КИСЛОТНЫЕ ДОЖДИ
Кислотные дожди вызываются
преимущественно попаданием в
атмосферу фосфора и оксидов
азота в процессе сжигания
топлива. Кислотные дожди негативно
воздействуют на человека и
дикую природу, в частности,
озера очень чувствительны к
ним. Поскольку биомасса не
содержит фосфора, ее сжигание
не приводит к образованию
кислотных дождей. Более того, биомасса
может быть легко смешана с
углем, что дает возможность
использовать "совместное сжигание".
Под совместным сжиганием здесь
понимается использование биомассы
вместе с углем в традиционных
угольных котлах тепловых электростанций
или отопительных котельных. Это
очень простой способ уменьшения
эмиссии фосфора и, как следствие,
уменьшения количества кислотных
дождей.
ЭРОЗИЯ ПОЧВЫ И ЗАГРЯЗНЕНИЕ
ГРУНТОВЫХ ВОД
Растения могут уменьшать
загрязнение грунтовых вод различными
способами. Энергетические плантации
могут располагаться на непригодных
землях, затапливаемых территориях,
а также местах, разделяющих посевные
площади. Во всех случаях энергетические
культуры стабилизируют почву,
уменьшая эрозию. Они также уменьшают
потери питательных веществ, что
предохраняет водные системы.
Наличие растений может создавать
условия для жизни водных обитателей,
например, различных видов рыб.
Поскольку обычно энергетические
культуры являются многолетними
и не сажаются каждый год,
машины реже посещают поля, уменьшая
уплотнение почвы и нарушение
ее структуры. Другим вариантом
уменьшения загрязнения воды
при использовании биомассы является
сбор метана при анаэробном
сбраживании в лагунах с навозными
стоками из ферм крупного рогатого
скота и птицы. Эти огромные
лагуны ответственны за загрязнение
многочисленных рек. Использование
анаэробного сбраживания позволяет
фермерам уменьшать неприятный
запах, использовать собранный
метан для производства энергии
и получать жидкие или полусухие
удобрения, которые могут использоваться
на месте или продаваться.
ТОПЛИВО ИЗ БИОМАССЫ
Наиболее распространенными
источниками биомассы являются
растения. Они использовались в
виде древесины, торфа или соломы
в течение тысячелетий. Сегодня
западный мир не так как
раньше смотрит на этот высокоэнергетический
вид топлива. Это произошло
из-за распространенного мнения,
что использование угля, нефти
и электричества чище, более эффективно
и более соответствует высокому
уровню технологии. Однако это
впечатление не совсем верно.
Растения могут специально выращиваться
для энергетических целей или
могут быть изъяты из окружающей
среды. На плантациях обычно
используются те виды, которые
производят большое количество
биомассы за короткое время.
Это могут быть древесные виды
(как ива или эвкалипт) или другие быстрорастущие
растения (например, сахарный тростник,
кукуруза или соя).
ДРЕВЕСНЫЕ ОТХОДЫ
Древесина добывается
на постоянной основе: в лесах
в процессе вырубки. Оценить
ежегодный прирост лесов на
Земле достаточно сложно. По одной
из приблизительных оценок он
составляет 12,5x109 м3/год с содержанием
энергии 182 ЭДж. Это соответствует 1,3
от общего потребления угля на планете.
Среднегодовая добыча древесины в период
1985-1987г.г. составила 12,5x109 м3/год (эквивалент
40 ЭДж/год). Таким образом, часть прироста
может быть дополнительно использована
в энергетических целях в процессе ухода
за лесами и, возможно, даже увеличения
при этом их производительности.
В процессе прореживания
лесных плантаций создается большое
количество древесных отходов.
Сегодня они зачастую остаются
гнить на месте. Это происходит
даже в странах, в которых
ощущается недостаток топлива.
Древесные отходы могут быть
собраны, высушены и использованы
в качестве топлива частными
и местными промышленными потребителями,
однако большой объем и влажность
делают их транспортировку экономически
нецелесообразной. В развивающихся
странах, широко использующих
древесный уголь в качестве
топлива, производство угля в
печах на месте образования
отходов может уменьшить расходы
на транспортировку. Механические
рубительные машины для производства
древесной щепы (30-40 мм) были созданы в
Европе и Северной Америке в течение последних
15 лет. Такая щепа может быть легко высушена
и использована в специализированных
котлах. Использование порубочных остатков
для отопления и/или производства электроэнергии
представляет собой растущий бизнес во
многих странах. Американские энергоснабжающие
компании имеют более 9000 МВт мощностей,
работающих с использованием биомассы
(эквивалент 9 атомных блоков). Большинство
установок построено за последние 10 лет.
В Австрии общая мощность домашних котлов
и котлов централизованного теплоснабжения
(ЦТ), сжигающих древесные отходы, кору
и щепу, достигает 1250 МВт. Мощность большинства
котлов ЦТ находится в диапазоне 1-2 МВт.
Имеется несколько установок большей
мощности (15 МВт) и большое количество
малых когенерационных установок.
Следующим источником
древесных отходов является обработка
деловой древесины. Сухие опилки
и другие отходы, возникающие
в процессе распиловки, представляют
собой качественное топливо. По
существующим оценкам, британская
мебельная промышленность поставляет
35000 тонн таких отходов в год
(третья часть от общего количества),
обеспечивая 0,5 ПДж энергии для отопления
и горячего водоснабжения, а также для
получения пара. В Швеции, где биомасса
уже сегодня обеспечивает около 15% первичной
энергии, отходы лесной и деревообрабатывающей
промышленности дают 200 ПДж в год, в основном
в качестве топлива для ТЭЦ.
ОТХОДЫ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
Сельскохозяйственные
отходы представляют собой огромный
источник биомассы. Отходы растениеводства
и животноводства обеспечивают
значительное количество энергии,
уступающее только древесине,
которая является главным видом
топлива из биомассы на Земле.
Сельскохозяйственные отходы включают:
отходы растительных культур,
например, солому, некондиционную продукцию
и излишки производства, а также
отходы животноводства в виде
навоза. В Индии в 1985 году в
качестве топлива было использовано
110 млн тонн навоза и растительных остатков,
что близко к объему использования древесины
- 133 млн тонн. В Китае количество сельскохозяйственных
отходов в 2,2 раза превышает количество
древесного топлива.
Каждый год в мире
образуются миллионы тонн соломы.
Более половины этого количества
не используется. Во многих странах
она сжигается на полях или
запахивается в землю. В некоторых
развитых странах экологическое
законодательство запрещает сжигание
соломы на полях. Это привлекло
внимание к соломе как к
потенциальному источнику энергии.
Энергетическое использование
растительных остатков вызывает
вопрос о том, какое количество
может быть использовано без
негативного воздействия на урожай.
В соответствии с опытом развитых
стран, около 35% растительных остатков
может быть удалено без воздействия
на будущий урожай.
Промышленные отходы,
содержащие биомассу, также могут
быть использованы для производства
энергии. Например, из отходов
производства спирта можно получить
горючий газ. Другие полезные
виды отходов включают отходы
пищевой и текстильной промышленности.
БЫСТРОРАСТУЩИЕ РАСТЕНИЯ
Биомасса может специально
выращиваться на энергетических плантациях
в виде деревьев или других видов
растений, например, травы (сорго, сахарный
тростник). Все эти виды растений
могут быть использованы в качестве
топлива. Основным преимуществом при
этом является короткий период выращивания
- обычно от трех до восьми лет. Для некоторых
видов трав урожай может собираться
каждые 6-12 месяцев. В мире существует
около 100 миллионов гектаров земли,
используемой для плантаций древесных
культур.
Важными параметрами при
выборе видов растений для выращивания
на энергетических плантациях являются:
наличие вида на местном рынке, простота
разведения, устойчивость развития в неблагоприятных
условиях и продуктивность, выраженная
в производстве сухой биомассы на гектар
в год (т/га/год). Продуктивность представляет
собой параметр, определяющий способность
растения использовать местные ресурсы.
Это наиболее важный фактор при решении
вопроса о производстве биомассы с целью
оптимизировать ее производство на определенной
территории в определенный период времени
с наименьшими затратами. По этой причине
высокопроизводительные виды биомассы
предпочтительны для производства энергии.
