Біогазові країни: як у світі отримують енергетичну незалежність

У низці країн світу енергетика на біомасі зайняла важливе місце в енергобалансі. Наприклад, у Данії на частку енергетики на біомасі припадає понад 7% усієї енергетики, в Австрії – 12%, у Швеції – 21%, а у Німеччині – понад 24%. У цілому, в ЄС щорічно із біомаси отримують 14% загальної потреби у енергії. Європейський ринок біогазових установок оцінюється в $3 млрд, і, за прогнозами, він повинен вирости до $25 млрд уже до 2020 р. При цьому 75% біогазу виробляється з відходів сільського господарства, 17% – з органічних відходів приватних домогосподарств і підприємств і ще 8% – каналізаційних очисних споруд.

В Україні частка біоенергетики близько 3%, але потенційно «зелена» електроенергія може задовольнити усі потреби населення. Поки українські виробники зважують всі «за» та «проти»  енергетичної незалежності і борються за «зелений» тариф, Agravery.com вирішив розповісти історію біогазу та як його використовують у найбільш розвинених країнах світу.

Історія біогазу

Окремі випадки використання примітивних біогазових технологій були зафіксовані в Китаї, Індії, Ассирії і Персії починаючи ще з ХVІІ століття до нашої ери. Проте систематичні наукові дослідження біогазу почалися тільки в ХVІІІ столітті нашої ери.

Читайте також: Зелений газ: навіщо аграріям відправляти силос в топку

У 1764 році Бенджамін Франклін у своєму листі Джозефу Прістлі описав експеримент, в ході якого він зміг підпалити поверхню заболоченого озера в Нью Джерсі, США. Перше наукове обґрунтування горіння болотних газів, встановлення наявності метану в болотному газі і метанове бродіння було відкрите і досліджене у 1776 році ученим Алессандро Вольтом. Після відкриття хімічної формули метану Джоном Дальтоном в 1804 році європейськими вченими були зроблені перші кроки в дослідженнях практичного застосування біогазу.

Свій внесок у вивчення технологій біогазу зробили і російські вчені. Вплив температури на генерацію біогазу, що виділяється з органічної сировини вивчив в 1875 році відомий винахідник Олександр Попов.

Цікаво, що перша офіційно задокументована біогазова установка була побудована в Бомбеї (Індія) в 1859 році. Уже у 1895 році біогаз почав застосовувався у Великобританії для вуличного освітлення. Великий завод по виробництву біогазу був побудований в 1911 році в англійському місті Бормінгемі і використовувався для знезаражування стічних вод цього міста. Таким чином, англійські учені є піонерами практичного застосування нової технології. Уже до 1920 року вони розробили кілька типів установок для переробки стічних вод. Перша біогазова установка для переробки твердих відходів об'ємом 10 куб.м була побудована в Алжирі у 1938 році.

Створення біогазової установки в BagePalli, Індія. фото: circlesonthewater.org

Читайте також: Ефективна енергія: секрети прибуткового виробництва цукру

У роки Другої світової війни, коли енергоносіїв катастрофічно не вистачало, в Німеччині та Франції було зроблено акцент на отримання біогазу з відходів сільськогосподарського виробництва, головним чином, із гною тварин. У Франції до середини 40-х років  експлуатувалося десь 2 тис. біогазових установок, а в Угорщині існували цілі фабрики для виробництва біогазу.

Європейські установки не витримали конкуренції в післявоєнний час з боку дешевих традиційних енергоносіїв (рідкий паливо, природний газ, електроенергія) і були демонтовані. Новим імпульсом для їх розвитку стала енергетична криза 70-х років, коли почалося стихійне впровадження біогазових установок у країнах Південно-Східної Азії.

Великий китайський прорив

Китай є світовим лідером по впровадженню технології виробництва біогазу. Тут діє максимальна кількість біогазових установок – близько 15 млн. Сумарний випуск біогазу в країні становить 14 млрд куб. м/год. За рахунок біогазу Китай забезпечує близько 30% своїх потреб в енергоносіях. Це дозволяє країні економити до 10 млн. тонн нафти або будь-якого іншого палива. До 2020 року біогазом планують забезпечити в сільській місцевості 300 мільйонів чоловік. Відповідно до державного плану розвитку сільських та промислових біогазових станцій у Китаї заплановане щорічне збільшення кількості біогазових установок на 15%.

При цьому країна експортує як сам біогаз, так і двигуни на базі цього палива у більш ніж 20 країн світу. За думку експертів, при збереженні поточних темпів зростання біогазової промисловості Китай вийде у світові лідери по виробництву біогазу вже до 2020 року.

Слід сказати, що дані про перші біогазові установки в Китаї відносяться до початку XVI століття до н.е. Однією із перших біогазових компаній світу  стала фірма Santou Guorui Biogas Lamp Company, що була заснована Луо Гуорі у 1920 році.

фото: i.ytimg.com

Спроби розвитку біогазової енергетики Китай зробив ще в 1958 році, коли з'явилася програма комплексного використання біогазу для утилізації гною і поліпшення санітарних умов на селі. У 1970-х рр., за сприяння уряду, в сільських районах Піднебесної стали з'являтися установки переробки каналізаційних стоків, що отримали назву «китайський купол». Вони прості у використанні, тож китайські фермери будують та експлуатують їх самостійно. Конструкція не має ніяких рухомих деталей, а сировина рухається по її самотьоком. Сьогодні подібні установки на 6-8 кубометрів виробляють біогаз, що забезпечує 80% потреб родини з чотирьох людей для приготування їжі та побуту.

На думку експертів, причиною китайського «біогазового феномену» є збалансована система державної підтримки. Починаючи з 2003 року у країні діяла «Національна програма розвитку сільської біогазової енергетики» – масштабний проект, що покликаний збільшити кількість родин, які використовують біогаз. До 2005 року таких біогазових реакторів у Китаї нараховували більше 10 млн. Щорічно вони виробляли близько 7,3 млрд куб.м. біогазу.

Розвиток біогазової енергетики закріплено як пріоритет у законодавчих актах та планах розвитку країни на подальші десятиріччя. Йдеться, в першу чергу, про реформування традиційного устрою, створення додаткової інфраструктури та згладжування диспропорцій у рівні соціально-економічного розвитку між селом та містом. Біогазова програма – свого роду «зелена революція» по-китайськи. Наприклад, овочі, вирощені без використання хімічних добрив (які замінюються відходами від виробництва біогазу), коштують в середньому на 30% дорожче, і вважаються екологічно чистими.

Біогазова установка в Китаї. фото: pronedra.ru

Читайте також: Свиняча енергія: як свиноферма заробляє на побічних продуктах

Крім малих фермерських установок, в Китаї працюють 40 тис. великих і середніх біогазових станцій і 24 тис. біогазових очисних реакторів для обробки міських побутових відходів. Тільки у 2010 році було побудовано 4000 великих біогазових станцій, що функціонують на основі відходів тваринницьких ферм. За статистикою Мінсільгоспу Китаю, енергія з біогазу надходила на 40 млн. ферм, що складає 33% від усіх існуючих китайських фермерських господарств.

За останні 11 років влада Китаю витратила на розвиток виробництва біогазу в сільських місцевостях 21,2 млрд. юанів. Китайські фермери заробили на виробництві та використанні біогазу за цей час 8,8 млрд. юанів. Прикметно, що лише у 2010 році китайська влада в рамках цільового бюджетного асигнування вклала у сектор 800 мільйонів юанів. На ці кошти придбано 200 тисяч біогазових установок для забезпечення біогазом мільйона тибетських селян.

Розвиток цього виду діяльності покращив інвестиційний клімат в регіонах та вплинув на соціальну сферу. Сьогодні біогаз використовується як в школах, дитячих садах, інших соціальних об'єктах, так і на фермах і у приватних будинках. Слід додати, що на підготовку кадрів з біоенергетики китайський уряд щорічно витрачає понад $100 млн.

Німецька раціональність

Зараз в Європі лідируючу позицію по виробництву біогазу займає Німеччина (більше половини всіх установок). При цьому, тільки 7% виробленого цими підприємствами біогазу надходить в газопроводи, решта – використовується для потреб виробника. У перспективі 10-20% використовуваного в країні натурального газу може бути замінено біогазом.

Більшість працюючих біогазових установок використовують енергетичні культури і гній якості основного субстрату. Кількість сільськогосподарських біогазових установок становить близько 10 000. Іще приблизно 92 заводи утилізують біологічні відходи, зокрема муніципальні тверді побутові відходи. Близько 1 700 заводів працюють на каналізаційних очисних спорудах.

Завод Maabjerg Bioenergy застосовує п'ять фільтрів-відстійників. Фото: gea.com

Серйозним фактором, який вплинув на впровадження біогазових установок в Європі є зростання цін на імпортовані енергоносії, пов'язані з ними політичні ризики і подальша державна підтримка біогазової енергетики. Підтримка полягає в тому, що держава зобов'язана викуповувати електроенергію за «зеленим тарифом», що стимулює появу нових підприємств.

У перспективі, при оптимальному використанні біогазу в Німеччині електрикою, з цього виду палива можна буде постачати 12 млн домогосподарств. Уже зараз вироблених з біогазу електроенергії і тепла достатньо приблизно для 500 тис. приватних будинків і квартир.

Читайте також: Георгій Гелетуха: Підвищення цін на газ відкриває поле для заробітку на залишках агровиробництва

Оскільки німецький федеральний закон про поновлювані види енергії надає сприятливі передумови для використання біомаси, вигідним для виробництва біогазу виявилося обробіток так званих «енергетичних рослин», таких як кукурудза і жито.

Тож цілком закономірно, що три з шести найбільших європейських компаній в біогазовій галузі – німецькі: Strabag Umweltanlagen GmbH, Schmack Biogas AG, Biotechnische Abfallverwertung – із загальною кількістю 280 заводів і обсягом виробництва близько 3,7 млн ​​т.

Не так давно у Швандорфі (Баварія) було запущено найбільшу в Європі установку з виробництва біогазу, яка буде щорічно виробляти з 85 тис. т рослинної сировини 16 млн куб. м екологічно чистого енергоносія. Установка є спільним проектом E.ON і компанії Schmack AG і буде працювати виключно на місцевій сировині – кукурудзі, силосі з трави і вторинній продукції рослинництва. Продукція нової біогазової установки буде надходити в газову мережу цієї компанії у вигляді природного біогазу (біогазу, доведеного до рівня природного). Компанія очікує, що до 2030 року природний біогаз буде покривати близько 10% споживання природного газу в Німеччині, що дорівнює споживанню газу приблизно в 5 млн домогосподарств.

Американські горизонти

Ринок біогазу в США розвивається значно повільніше, ніж в Європі. Наприклад, незважаючи на наявність великої кількості ферм, на території країни діє всього близько 200 біогазових заводів, які працюють на сільськогосподарських відходах. Приблизно 80% всіх біогазових проектів в США базуються на молочно-товарних фермах, використовуючи гній великої рогатої худоби для вироблення енергії. Загальна потужність всіх установок на таких фермах наближається до 60 МВт.

Більшість біогазових проектів США концентрується в штатах Нью-Йорк, Пенсильванія, Вермонт і Вісконсин. Однак вони охоплюють лише незначну частину від 8000 господарств, в яких можна було б впровадити виробництво біогазу. Так, за підрахунками американських фахівців, в середньому, стадо з 1000 корів може забезпечити паливом близько 250 КВт генеруючих потужностей, тож потенційні можливості всіх господарств США з генерації енергіїв з біогазу сягають 1600 МВт.

Серед всіх американських штатів виділяється Вермонт. Утворене в 2002 році найбільше державне комунальне підприємство Central Vermont Public Service вже поставило 47 млн. кВт/год електроенергії, виробленої «коров'ячими електростанціями» приблизно 3% зі своїх 160000 клієнтів.

Серед клієнтів, які віддають перевагу таким постачанням, не лише індивідуальні домовласники, що становлять більшу частину споживачів, але також 200 виробничих об'єктів. У загальній структурі енергетичного балансу комунального підприємства частка біогазової енергії перевищує 10%. При цьому на біогаз переробляється приблизно п'ята частина всього коров'ячого гною в Вермонті.

Читайте також: Електрика з біогазу: чи є в Україні обладнання для таких генерацій?

Фермери штату можуть купувати біогазові установки практично за половину вартості з урахуванням всіх грантів і преференцій. Тим не менше, покупка реактора, здатного переробити відходи стада в 1000 голів обійдеться більш ніж в $1 млн. При існуючих цінах на енергію, половину з свого 20-річного терміну експлуатації установка буде повертати витрачені кошти і тільки потім можливе отримання прибутку.

Альтернативний на сьогоднішній день спосіб використання біогазу - його очищення, доведення до існуючих комерційних стандартів, і поставка споживачам через газопровід. Принципову можливість такої технології продемонструвала фірма Agri-Waste Energy з Міннесоти. Agri-Waste Energy має намір «брати гній в оренду», платити фермерам за витягнутий біогаз і повертати перероблений компост для використання в якості добрив.