Жива енергія: як зігрітися за допомогою рослин та тварин

Через п'ять-десять років розвідані запаси нафти будуть вичерпані на 60-65%, видобуток скоротиться на 30-40%, а потреба у споживанні збільшиться. Крім того, за розрахунками вчених, розвіданих світових запасів природного газу вистачить лише на 50-60 років, нафти – на 25-30, вугілля – на 500-600 років. Тому все більш актуальною  стає потреба пошуку нових джерел енергії, зокрема з рослин – біомасу та біопаливо.

Крім того, що це джерело майже невичерпне, воно й ще екологічно безпечне. Адже активне нарощування промислового виробництва призводить до забруднення навколишнього середовища (води, грунту, повітря). Досить шкідливим та небезпечним для живих організмів є забруднення токсичними речовинами, важкими металами, а викиди в атмосферу великої кількості СО2 спричиняють велику небезпеку для навколишнього середовища та призводять до створення парникового ефекту.

Agravery.com  проаналізував всі можливі джерела енергії з рослиного та тваринного світів.

Рослинний світ

Цілі рослини:  кукурудза, картопля, соя, ріпак тощо.

Для отримання чого використовується:  біоетанол

У деяких країнах значна частина вирощуваних рослин йде на біопаливо, використання якого законодавство ЄС та США зробило обов’язковим. Тому, зокрема, у Німеччині, постійно збільшується виробництво біопалива з цукрового буряка. В Бразилії на біопаливо йде цукровий очерет, в США – кукурудза (додатково з 1 т кукурудзи на силос можна отримати від 200 до 400 м3 біогазу).

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

Найбільш перспективним напрямком у нашій країні називають виробництво біоетанолу із цукрових буряків. Сьогодні в Україні цукровим буряком, врожайність якого коливається в межах 45-70 тонн/га, можуть бути засіяні 650 тис. га. За підрахунками науковців, з одного гектара цукрових буряків, урожайністю 60 тонн/га, можна отримати понад 4,3 тонн/га (майже 5,5 тис. літрів/га) біопалива, якого вистачить на 68,4 тис. км для автомобіля, двигун якого спалює біоетанол. Навіть за середньої врожайності – 46 тонн/га – наша країна щорічно могла б отримувати близько 30 млн тонн солодких коренеплодів, 15 млн тонн яких модернізовані цукрові заводи переробляли б у цукор, а решту – на біоетанол. Як результат, з 15 млн тонн цукрових буряків Україна щорічно могла б виробляти близько 1,3 млн тонн біоетанолу, впевнені фахівці.

Одним з найбільш перспективних альтернативних джерел енергії на сьогодні є тверда біомаса органічного походження, у тому числі й рослинного. Енергія біомаси еквівалентна 2 млрд т у. п /рік, що становить близько 13-15% загального використання первинних енергоресурсів світу. Виробництво енергії з відновлюваних джерел, включаючи біомасу, динамічно розвивається в більшості європейських країн.

 Для виробництва біопалива в світі використовується близько 14 млн. га або 1% доступних орних земель. До 2030 р. ці площі збільшаться до 2-3,5%, тобто площа орної землі, що необхідна для вироблення біопалив, у 2030 р. буде близькою до площі таких країн,  як Україна, Франція або Іспанія.

Рослинні залишки:

1. рослинний силос, очистки, відходи овочевих культур, буряковий, сошниковый та соєвий жом, бурякова гичка, соняшникове лушпиння, стебла кукурудзи тощо.

Для отримання чого використовується: біогаз.

Одним із найбільш перспективних напрямків отримання біогазу  у світі називають відходи сільськогосподарського виробництва. Цей метод набув поширення як у Європі (де лідерами є Німеччина та Швеція), так і у Америці. Зараз у США фунціонує близько 200 біогазових заводів, які працюють лише на сільськогосподарських рослинних відходах. Родоначальником використання силосу у біогазовому виробництві є Німеччина. Там ввели підвищений тариф за енергію, отриману з біогазу, завдяки чому почали будуватися станції, сумарна потужність яких перевищила потужність чотирьох атомних блоків. Звісно, відходів не вистачало, тож почали використовувати сировину в співвідношенні 30 на 70 – гній та силос. Під вирощування силосу задіяли біля 1 млн га землі, що дорівнює 10% загальних земельних угідь Німеччини.

Не пасе задніх Китай – там 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 із ферм. За статистикою Мінсільгоспу Китаю, енергія з біогазу надходила на 40 млн. ферм, що складає 33% від усіх існуючих китайських фермерських господарств.

В Україні, у зв`язку із відвищенням цін на газ та енергоносії, процес переробки с/г відходів також активізувався – почали реалізацію біогазових проектів як агрохолдинги, так і господарства середнього масштабу. За твердженням експертів, серед аграріїв найбільшою популярністю користується переробка на біогаз соняшникового лушпиння, жому та силосу.  

2.  солома, сіно, пожнивні рештки

Для отримання чого використовується: пелети, брикети, тюки для опалення

При вирощуванні однієї тонни зерна отримують від 1,5 т (ячмінь) до 2,4 т (кукурудза) соломи. Частину соломи складують на полях, частину приорюють Найбільш вигідно використовувати солому у якості палива. Вона має відносно низьку відносну вологість (не більше 25%) і достатньо високу теплоту згорання: пшенична солома має 17-18 МДж/кг, ріпакова 16-17 МДж/кг, кукурудзяна – 18 МДж/кг. Енергетична цінність соломи, як біомаси залежить насамперед від її вологості, а також від хімічного складу, що пов’язано як із типом соломи, так і з умовами вегетації рослин. Діапазон вологості, допустимий для спалювання соломи, як біомаси на теплових станціях, становить 10–20%. Оптимальний її показник — 15%. Крім того, солома містить велику кількість хлору та азоту, тобто елементів, які в процесі спалювання зумовлюють підвищену емісію оксидів азоту. При спалювання однієї тонни соломи виділяється біля 3 МВт теплової енергії, а це означає заміну 333 кубометрів газу. В пресованому вигляді може подаватися в котли з автоматичною подачею. 

Частка біомаси в кінцевому енерговикористанні України зараз становить 2,5%. В європейських країнах – набагато більше. Наприклад, у Фінляндії цей показник дорівнює 28,1%, Латвії - 27,6%, Швеції - 26,6%. За оцінками Біоенергетичної асоціації України, потенціал біомаси в країні становить 27 млн т умовного палива (у вугільному еквіваленті) при тому, що всього Україна споживає близько 180 млн т у. т. в рік. З цих 27 млн т 17 млн – це відходи аграрного виробництва: солома, стебла, лушпиння соняшника, гній. Ще 10 млн т можна отримати за рахунок вирощування енергетичних порід дерев і рослин.

3.  деревина, її відходи і продукти її переробки (пелети, тріска, брикети, дрова);

Для отримання чого використовується: пелети, брикети

Після переробки деревини в столярних майстернях, на лісопилках, на меблевих виробництвах залишаються гори тирси і чимало нестандартної деревини. При цьому більшість деревних відходів зберігається під відкритим небом. Частина деревини спалюється в котельні в необробленому вигляді, проте набагато вигіднішим є виготовлення брикетів або гранул (також їх називають пелети). Виготовлення брикетів із відходів деревини вирішує як проблему забезпечення недорогими теплоносіями, так і глобальну проблему шкідливих викидів в атмосферу, поліпшення стану лісів і площ деревообробних підприємств. Продуктивність гранулятора передбачає промислові масштаби сировини – як мінімум, від 6-8 кубічних метрів на годину. Виготовлення брикетів є економічно вигідним вже при наявності сухої сировини від 50 кг на годину, вологої – від 400-500 кг на годину.

Читайте також: Біогазові країни: як у світі отримують енергетичну незалежність

4. спеціальні (енергетичні рослини) рослини: місканус, енергетична верба, енергетична тополя, світчграс, просо лозоподібне

Для отримання чого використовується: біопаливо, пелети

Відомо близько 20 видів швидкоростучих рослин, які можна вирощувати для отримання рослинної біомаси. Це евкаліпт, світчграс, верба, міскантус та інші. Зібрана біомаса використовується для виробництва теплової та електричної енергії, може бути сировиною для виробництва твердого біопалива, як паливні гранули і брикети. Кліматичний пояс, у якому розміщена Україна, придатний для вирощування багатьох із них, у тому числі і швидкорослих видів верби.
Найширшого використання на енергетичні цілі верба набула у Швеції, Англії, Ірландії, Польщі, Данії. Ці країни мають найбільший досвід вирощування цієї культури та виробництва з неї твердого палива. Найбільші плантації верби розміщені у Швеції – близько 18-20 тис. га, у Польщі – понад 6 тис. га. В Україні, попри велику кількість земель несільськогосподарського призначення, промислових насаджень енергетичних рослин, у тому числі верби, наразі ще дуже мало.

Тваринний світ

Фекалії свійських тварин та послід птиці

Для отримання чого використовується: біогаз

Одним із шляхів раціонального використання енергії рідкого гною тваринницьких ферм є його метанове зброджування, при якому знешкоджуються стоки, утворюється біогаз (метан), і утворюється цінне органічне добриво, дефекат.

Читайте також: Енергія з відходів: три історії про заробіток на рештках виробництва

Нині підраховано, що кожна корова за життя може забезпечити електричне освітлення невеликого приміщення протягом 10 год. Метанове зброджування рідких гнойових стоків відбувається у біогазових установках, в яких за рахунок анаеробної біоконверсії тваринницьких відходів, а також рослинних решток одержують біогаз метан і органічне добриво. Потенціал вироблення енергії  свійських тварин та посліду птиці становить до 2950 МДж/т.  Найбільш широко біогазова енергетика розвивається в Китаї. Річний виробіток біогазу у цій країні становить близько 720 млн. м³, що еквівалентно 3 млн. т. вугілля. За підрахунками спеціалістів, 1 м³ біогазу дає можливість приготувати обід на 6-7 чоловік або освітлювати приміщення середніх розмірів протягом 6-8 год. Біогаз як паливо використовують також у двигунах внутрішнього згорання і на місцевих електростанціях. В Україні працює одна біогазова станція на курячому посліді та декілька на свинячому та коров’ячому гної.

фото: Pixabay