Пашук В. Е., Садоменко Ю.М.

УО «ГГУ имени Ф. Скорины», г. Гомель

Особенности использования биомассы в современном обществе

Население Земли растет, его потребности увеличиваются, и современное производство пока не дает возможности снизить выбросы углекислого газа. В результате, не смотря на все старания экологов, климат нашей планеты постепенно меняется. Увеличение концентрации парниковых газов приводит к разогреву нижних слоев атмосферы и самой поверхности нашей планеты; нарушается система циркуляции океанических вод, изменяются значения метеорологических параметров.

Все эти проблемы связаны с проявлением глобального энергосырьевого кризиса, который происходит как результат быстрого, нередко «взрывного» роста потребления минерального топлива и сырья и, соответственно, масштабами их извлечения из земных недр. Достаточно сказать, что только за период с начала 80-х гг. ХХ века в мире было добыто и потреблено больше топлива и сырья, чем за всю предшествующую историю человечества. В том числе, только за 1960 – 1980 гг. из недр Земли было добыто 40 % угля, 50 % меди и цинка, 55 % железной руды, 60 % алмазов, 65 % никеля, калийных солей и фосфоритов; почти 75 % нефти и около 80 % природного газа и бокситов, добытых с начала века. Подобное ускорение отражало быстрый рост спроса на топливо и металлы.

Наибольшее влияние на состояние окружающей среды оказывают промышленность и сельское хозяйство. Многие экологические проблемы связаны с добычей и переработкой минеральных ресурсов. По нынешним оценкам, только 10 % сырья превращается в готовую продукцию, а 90 % — отходы (которые при наличии специальных технических установок могут служить для получения почти «бесплатной» энергии). Поэтому комплексное и рациональное использование минерально-сырьевых ресурсов является одним из важнейших направлений экономической и экологической политики общества.

Возникновение ряда сырьевых кризисов на глобальном уровне повлияло на внедрение в различных сферах народного хозяйства ресурсосберегающих методов и технологий переработки вторичного сырья, способствовало снижению материалоемкости продукции, использованию альтернативных источников энергии. А самое главное – это содействовало формированию ряда научных центров и квалифицированных кадров в этой области.

В настоящее время возобновляемые энергоресурсы используются незначительно. Их более широкое применение крайне заманчиво и многообещающе, но требует больших расходов на развитие техники и технологий. При ориентации части энергетики на возобновляемые источники важно избежать необоснованной эйфории, правильно оценить их долю, технически и экономически оправданную для применения. Если принять мировой объем использования всех возобновляемых источников энергии за 100 %, расчетные минимальный и максимальный эффект на перспективу до 2020 г. Выглядит следующим образом:

― биомассы: 42 – 45 %;

― солнечной энергии: 20 ― 26 %;

― ветровой энергии: 16 %;

― геотермальной энергии: 7 %;

― энергии малых водотоков: 5 ― 9 %;

― океанической энергии: 3 ― 4 %.

Таким образом, из альтернативных энергоносителей наиболее перспективным в обозримом будущем является использование биомассы.

Люди издавна пользовались теплотой, которая выделяется при сжигании растений, для приготовления пищи и обогрева жилья.

Термин «биомасса» стал применяться последние десятилетия. Под ним подразумевают все возобновляющиеся органические вещества растительного и животного происхождения. Возобновление органического вещества в растениях обеспечивается путем фотосинтеза. При этом энергия фотонов солнечного света преобразуется в энергию возбужденных состояний электронов пигмента за счет электромагнитных процессов, а в итоге энергия аккумулируется в химических соединениях. В этих процессах не выполняется механическая работа, а только происходит перегруппировка электронных состояний, в результате чего создаются энергоемкие органические вещества. Связанная химическая энергия может быть выделена при использовании различных термобиохимических процессов.

По существенным оценкам, энергосодержание ежегодного прироста биомассы на Земле эквивалентно 3∙10 Дж, что в 10 раз превышает годовое потребление энергии человечеством.

Министры энергетики стран, которые входят в состав ЕС, подписали договор о том, что до 2020 г. Уровень потребления биотоплива в этих странах должен достичь 10 % от общего объема используемого горючего. На данный момент (2008 г.) в Евросоюзе существует рекомендация по поводу желательности увеличения этого показателя в 2012 г. до 5,75 %, но тем временем лишь две страны (Германия и Швеция) смогли выполнить рекомендацию по поводу достижения в 2005 г. потребления биотоплива на 2 %.

Существенно осложняет развитие этого направления то, что его себестоимость, а значит и цена для среднестатистического потребителя выше, чем у традиционного горючего.

Одним из основных преимуществ расширения использования биотоплива считается возможность снизить выбросы в атмосферу углекислого газа. Однако, по ряду причин этого добиться не удается. Так, при переработке пшеницы на этанол часто используется электрическая энергия, которая получается путем сжигания ископаемых, в результате чего существенно снизить выбросы углекислого газа не является возможным. Кроме того, при выращивании рапса и других энергоресурсных растений, используются удобрения на основе природного газа, поэтому дальнейшее производство из растительного масла, биодизельных топлив не приведет к желаемому сокращению выбросов углекислого газа и уменьшению зависимости от импортных энергоносителей.

В некоторых случаях использование растительного сырья наносит даже большой вред окружающей среде, чем сжигание ископаемых. Так, в 2006 г. в Нидерландах стало известно о том, что при осушении почв в Индонезии для насаждения плантаций пальм выбросы углекислого газа составили около 33 тонн на 1 тонну произведенного из них пальмового масла вследствии ускорения разложения, торфяной почвы, при этом сжигание пальмового масла вместо ископаемых энергоносителей уменьшает выбросы углекислого газа лишь на 3 т. В результате правительство Нидерландов принесло свои извинения за то, что способствовало развитию производства пальмового масла, а несколько компаний отказались от его использования.

В ряде стран проводятся исследования по выращиванию для энергетических целей водорослей. С 1 га за сезон можно получить 36 тонн биомассы. Переработка такого количества биомассы позволяет получить 10 тыс. м метана.

В морской воде обитают растительные организмы, которые делятся на фитопланктоны и бентос. К фитопланктонам относятся диатомовые водоросли, конколитофорилы и некоторые сине-зеленые водоросли. К бентосным водорослям относятся красные, сине-зеленые и некоторые цветковые растения.

В Западных странах проводятся исследования по созданию плантаций для выращивания фитопланктона, как в прибрежных районах, так и в открытом океане. Наиболее продуктивной водорослью является бурая водоросль макроцисти, распространенная у побережья и на шельфовой зоне. Ее урожайность достигает 450 – 1 200 т. сырой массы с 1 га; морская водоросль способна синтезировать в значительных количествах ценные в энергетическом отношении углеводы. Из каждой тонны широко известной и распространенной хлореллы можно получить до 22 млн. кДж энергии, также известен бурно развивающийся сорняк – водяной гиацинт, который можно успешно выращивать в водоемах, а затем использовать в виде топлива.

Университет штата Юта (США) объявил, что создал технологию, которая позволяет получить из обыкновенной «тины» ― зеленых водорослей (ряски), которые покрывают поверхность водоемов со стоячей водой, топливо для дизельных двигателей. Американские ученые еще несколько лет назад доказали, что эти водоросли в определенных условиях способны накапливать водород, а он считается самым перспективным топливом будущего. Однако новые исследования показали, что ряска может стать источником биотоплива уже в ближайшее время. Найден способ получения из водорослей растительного масла и переработки его в дизельное топливо. Эта технология позволяет получить с 1 га ряски до 40 тыс. л масла, которое практически без потерь «переходит» в жидкое топливо.

В качестве сырья для выработки топлива водоросли имеют огромный перевес перед соей и кукурузой, которые сейчас используются для этой же цели. Кукуруза и соя являются ценными пищевыми культурами, да еще и выращивают их на хороших почвах, поэтому их массовое использование для получения топлива вызовет подорожание многих продуктов питания. Ряска же, наоборот, в качестве пищи и пищевых добавок не используется и занимает большие площади водоемов по всему миру. Предполагается, что получение конкурентоспособного дизельного топлива можно начать не позже 2010 г.

Литература:

1 Врублевский, Б.И. Основы энергосбережения: учеб. пособие / Б.И. Врублевский, С.Н. Лебедева, А.Б. Невзорова, под общ. ред. Б.И. Врублевского. – Гомель: ЧУП «ЦНТУ «Развитие», 2002. – 190 с.

2 Кравченя, Э.М. Охрана труда и основы энергосбережения. Учебн. пособие / Э.М. Кравченя, Р.Н. Козел, И.П. Свирид. – 2-е изд. – Мн.: ТетраСистемс, 2005. – 288с.