1 стр. из 1

Нефти и газа с каждым годом все меньше и меньше, да и дорожают они как на дрожжах. Атомные электростанции после Чернобыля потеряли доверие общественности, а до термоядерного синтеза еще далеко. А между тем энергия нужна в каждом доме, и чем дальше, тем больше ее требуется.

В поисках средства от нефтяной зависимости

Что бы там ни говорили футурологи о постиндустриальном обществе, о господстве информационных технологий в жизни современной цивилизации, самый совершенный компьютер без электричества — просто груда металла, кремния и пластика. Аварии в системе энергоснабжения вызывают полный коллапс жизни города: вспомните «затмения» в Нью-Йорке и Москве. Неудивительно, что во многих странах ведутся интенсивные работы по поиску дополнительных источников энергии, не связанных с крупными общенациональными энергосетями, в большей или меньшей степени связанными с потреблением нефти или газа.

Альтернативные источники энергии, прежде всего возобновляемые (ветряные генераторы, солнечные батареи, геотермальные источники, приливные электростанции и др.), во-первых, применимы далеко не везде, во-вторых, еще не достигли экономически оправданного соотношения «затраты–отдача»: стоимость систем большая, а вот коэффициент полезного действия…

Страны, не располагающие собственными ресурсами углеводородного сырья, вынуждены вступать в «клуб потребителей нефти» и во многом зависеть от капризов мирового рынка. Желание защитить свою экономику от внешних катаклизмов приводит к поиску новых источников энергии, прежде никогда не выступавших в такой роли. Особенно интенсивно идут исследования в области новых видов моторного топлива, способных уменьшить степень нефтяной зависимости и снизить объем вредных выбросов. Последнее обстоятельство достаточно серьезно: в крупных мегаполисах доля автомобильного транспорта в загрязнении окружающей среды достигает 80–85%. Применение диметилового эфира в качестве замены дизельного топлива — мера половинчатая, хотя бы в том плане, что он тоже является продуктом переработки углеводородного сырья —природного газа.

Возвращение на круги своя

У датчан есть интересная поговорка, имеющая прямое отношение к теме нашего разговора. Звучит она так: «Селедка съела наши леса». Почему? Все очень просто. Дания лежит в климатической зоне, в которой преимущественно произрастают широколиственные леса (вспомните печально известную Беловежскую пущу). Но таких дубрав в Дании нет, как и нет сколько-нибудь значительных запасов полезных ископаемых, в том числе и каменной соли. А ее датчанам требовалось много для того, чтобы засаливать селедку, которую ловили чуть ли не всей страной. Датские рыбаки вынуждены были выпаривать соль из морской воды.

История цивилизации — это летопись овладения все более емкими источниками энергии, от хвороста и дров до ядерного реактора. В некоторой степени во многих странах, не располагающих собственными запасами нефти, произошло возвращение к органическому топливу, ныне гордо называющемуся биомассой. По данным экспертов, ее вклад в мировой энергетический баланс чуть превышает одну десятую часть, но в странах Северной Европы эта доля существенно выше: в Швеции — до 18%, а в Финляндии — целую четверть! Источник биомассы — растения, аккумулирующие путем фотосинтеза солнечную энергию, правда, коэффициент полезного действия такого преобразования мал и не превышает 5–6%. Очевидно, что удельная энергетическая ценность биомассы сильно колеблется в зависимости от района произрастания (климата, числа солнечных дней в году, среднесуточной температуры и т.д.) и от вида растений. В уже упомянутой Финляндии зрелые медленно растущие леса дают годовой прирост биомассы немногим более тонны на гектар, а в Айове (США) только один гектар кукурузы дает урожай массой около 50 т!

Но если с кукурузой в России и в той же Финляндии положение несколько хуже, чем на просторах «кукурузного пояса» Америки, то леса вселяют некоторые надежды. Масштабы лесозаготовок (и, к сожалению, сопутствующие им потери биомассы, никак не утилизируемой и просто выбрасываемой) в Российской Федерации настолько велики, что при определенных затратах на переоснащение местных котельных возможно решить существенную часть проблем теплоснабжения за счет местных ресурсов. По оценкам специалистов, ежегодно на территории России продуцируется до 14–15 млрд. т биомассы, эквивалентной 8 млрд. т условного топлива (напомним, что условное топливо — принятая при технико-экономических расчетах единица, служащая для сопоставления тепловой ценности различных видов органического топлива и равная по теплотворности каменному углю (29,3 МДж/кг)), а практически использовать можно до 10–12% от общей биомассы (800–850 млн. т — древесина, 400 млн. т — органические отходы (по сухому веществу) от сельскохозяйственного производства, лесной и деревообрабатывающей промышленности, 60–70 млн. т — городские бытовые отходы и осадки коммунальных стоков. Переработка этих материалов в перспективе способна добавить в энергетический баланс 150 млн. т условного топлива в год.

Конечно, речь не идет о том, чтобы собирать опилки и щепу по лесхозам и топить ими примитивные печи, и тому есть много причин, первая из которых — сравнительно низкая теплотворная способность биотоплива (торф, сухие дрова — 15 МДж/кг), заметно уступающая теплотворности угля (около 30 МДж/кг) и продуктов нефтеперегонки (40 МДж/кг). На количество теплоты, выделяемой при сгорании биотоплива, сильно влияет его влажность, поэтому без предварительной просушки не обойтись. Есть и еще один параметр, по которому биотопливо серьезно проигрывает — это удельный объем топлива, то есть объем вещества, нужный для получения единицы энергии. Удельный объем топлива во многом определяет размеры котельного и печного оборудования, а также технологию сжигания. Для угля удельный объем составляет около 30 дм/ГДж, для древесной щепы — 250–350 дм/ГДж; а для соломы — 1000 дм/ГДж! Очевидно, что прямое сжигание древесного топлива требует много места.

«Дрова» третьего тысячелетия

Первая и главнейшая задача, стоящая перед «облагораживанием» древесной биомассы — уменьшение удельного объема топлива. Спрессованные в брикеты (называемые еще пелетками) просушенные опилки, например, позволяют снизить удельный объем до 50 дм/ГДж, а это уже сравнимо с аналогичным параметром для каменного угля. В США годовое производство пелеток теплотворностью 17 МДж/кг составляет 700 тыс. т, при этом конечному потребителю получение 1 ГДж энергии обходится чуть больше $6.

Брикетирование и гранулирование биотоплива позволяют решить и еще одну задачу — автоматизацию работы котельно-печного оборудования. В процессе переработки исходная биомасса тщательно высушивается, так что влажность уменьшается до 10%. Важно и то, что для брикетирования опилок (а перерабатываются в основном они) не требуется сложное и мощное оборудование, вполне достаточно прессов, обеспечивающих давление до 1500 атм (кгс/см).

Еще один способ подготовки отходов древесины для использования в качестве топлива — гранулирование. Характеристики энергоотдачи топливных гранул сходны с характеристиками брикетов, но для гранулирования часто применяется менее гомогенное, чем опилки, сырье — щепа и кора. Оно измельчается до мелкодисперсного состояния, просушивается и затем гранулируется.

Брикеты и гранулы компактны, их легко перевозить и, что также важно, хранить, причем в непосредственной близости от потребителей. В процессе переработки древесное сырье дезинфицируется и теряет способность к самовоспламенению (обычно являющемуся результатом жизнедеятельности микроорганизмов). Брикеты и гранулы также не вызывают аллергических реакций, подобных «болезни древесной щепы», хорошо знакомой тем, кто работает слишком близко к «свежему топливу». Совсем не случайно страны Евросоюза решили к 2010 г. довести долю энергии, получаемой из биотоплива, до 12% в общем энергобалансе. Поэтому в ближайшие годы следует ожидать серьезного прироста производства топливных брикетов, и на этом рынке, охватывающем практически всю Европу (да и не только ее), Россия имеет все шансы занять лидирующие позиции.

Как попытаться заставить отходы приносить доходы

В России ежегодно образуется около 60 млн. т твердых бытовых отходов, 130 млн. т отходов животноводства и птицеводства и 10 млн. т осадков сточных вод. Все это представляет собой потенциальный источник биотоплива, способный сберечь почти 200 млн. т условного топлива в год. Превратить эти «Эвересты» мусора в киловатты можно двумя путями: бытовые отходы чаще всего сжигаются или газифицируются на мусороперерабатывающих фабриках, а жидкие стоки и навоз перерабатываются в биогаз, представляющий собой смесь метана (70%) и углекислого газа (30%).

Попытки использовать мусор в качестве источника тепловой энергии предпринимались давно, но прогрессу в этой области мешают несколько факторов. Первый заключается в том, что мусоросжигающие печи становятся рентабельными только при большой мощности и производительности, а сами установки весьма сложны и дороги. В затраты на выработку тепла надо добавить еще и транспортные расходы по доставке мусора. Так что приблизить «утильную» энергетику к массовому потребителю в обозримом будущем не удастся.

Второй фактор имеет технологическую окраску: бытовые отходы при сжигании выделяют огромное количество вредных веществ, образующихся при сгорании пластмасс и тяжелых металлов, составляющих значительную часть всех отходов. Поэтому в состав мусоросжигающих заводов включаются весьма сложные многоступенчатые установки фильтрации и очистки. Но и это еще не все. Обычная бумага, которой в мусоре больше всего, доставляет котельщикам немало хлопот. Дело в том, что в производстве бумаги используются глина, соединения кальция, различные клеи и т.д., а они затем осаждаются на стенках печей в виде монолитов, которые удалить просто невозможно. Опыт европейских стран, прежде всего скандинавских, показывает, что получение энергии из бытовых отходов — дело малорентабельное, а строительство мусоросжигающих энергостанций больше напоминает политическую акцию, призванную вызвать одобрение многочисленных «зеленых».

За переработку жидких стоков в биогаз отвечают бактерии, подвергающие органическую массу анаэробному сбраживанию. Производительность процесса сравнительно невелика, из тонны сырья получается около 80 нм биогаза, близкого по своим характеристикам к природному газу. Простые расчеты показывают, что небольшому хозяйству с потреблением в 20 м газа в час (с учетом коэффициента загрузки 0,7–336 м в сутки) требуется перерабатывать почти 4 т жидких отходов в день! Прибавьте сюда еще стоимость (немалую) самой «биоэнергетической» установки, затраты на ассенизационный транспорт, и вывод получается неутешительный — технология еще очень «сыра» и неэффективна. Проще будет обойтись углем или топливными брикетами. По крайней мере, они так не пахнут.

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!