Вооруженный конфликт на Ближнем Востоке мгновенно всколыхнул обсуждение проблемы очередного энергетического кризиса. Цены на нефть и газ пошли вверх, что создает угрозу для всей глобальной экономики. Как видим, «зеленый» энергопереход в этом плане мало что поменял. Европа, где в течение последних двадцати лет так истово расширяли долю «чистой» энергии, по-прежнему демонстрирует свою зависимость от цен на углеводороды.
И все же, именно такие события, когда по каким-то причинам нарушаются поставки ископаемого топлива, вынуждают политиков и ученых в ряде стран искать какие-то альтернативные источники энергии. Да, с ветряками и солнечными панелями сложилось не всё удачно. И не только из-за прерывистого характера их работы, но также потому, что их создание ведет к зависимости от других поставок – от поставок критически важных компонентов и материалов. Поэтому данный вариант уже не рассматривается как полноценная замена ископаемому топливу. Более подходящим является вариант, максимально приближенный к тому же ископаемому топливу по принципиально важным параметрам – физическим, технологическим и экономическим.
К счастью, такая альтернатива есть. Здесь мы опять возвращаемся к теме энергетического и технологического использования биомассы. Как ни странно, актуальность этой темы возрастает, и надо полагать, что на фоне грядущего энергетического кризиса для многих стран, зависящих от внешних поставок ископаемого топлива, ее актуальность вырастет многократно.
К сожалению, в нашей стране до сих пор сохраняется скептическое отношение к энергетическому потенциалу биомассы. Но только на обывательском уровне. Почему? Потому что, как мы уже сообщали ранее, наши ученые серьезно занимаются этой темой (в том числе – ученые из новосибирского Академгородка). И надо полагать, что работа в данном направлении рано или поздно себя оправдает даже в нашей стране, где принято полагаться на богатейшие запасы нефти и газа. Запасы эти в любом случае не вечны (о чем, кстати, постоянно напоминают представители академической науки). И что не менее важно: любая альтернатива, способная экономически конкурировать с ископаемыми углеводородами, не может не сказаться положительно на жизни людей. Особенно в том случае, если этот альтернативный вариант никак не зависит от колебания нефтяных цен на мировом рынке. Мало того, когда этот ресурс может быть у вас прямо под рукой, выступая в качестве важного подспорья для развития экономической жизни на местах. Биомасса как раз отвечает таким требованиям. Осталось только разобраться с технологиями. И это – как раз то, чему посвящают внимание наши ученые.
Напомним, что биомасса использовалась в качестве энергетического и технологического сырья достаточно давно, еще до массовой добычи углеводородов. В частности, горючий газ, с помощью которого когда-то освещались европейские города, добывался не из земных недр, а из различной органики – древесины, торфа, бурого угля и так далее (о чем мы достаточно много писали). И кто знает, если бы не были найдены богатейшие нефтяные и газовые месторождения, снабжающие углеводородами практически весь мир, основную массу топлива (твердого, жидкого, газообразного) до сих пор получали бы как раз из разнообразной биомассы. И как мы знаем, биомасса нередко выступает как некий «страховой резерв», когда возникает дефицит с нефтепродуктами. Так, например, было во время Второй мировой войны, когда часть автомобильного транспорта буквально переводили на дрова (о чем мы также писали).
Приведут ли перебои с поставками нефти и газа к росту использования таких же «альтернативных» видов топлива в наши дни или на ближайшую перспективу? И вообще: стоит ли ожидать, что биомасса постепенно вытеснит ископаемые углеводороды и другие виды ископаемого топлива?
Согласно подсчетам ученых, 80% всей биомассы суши приходится на леса и травянистые экосистемы. Растительный покров планеты составляет около двух триллионов тонн в пересчете на сухое вещество. При этом в процессе фотосинтеза ежегодно производится до 200 миллиардов тонн биомассы, энергетический потенциал которой в пять раз превышает мировое производство энергии! То есть, теоретически, данного ресурса как будто хватает для удовлетворения наших энергетических потребностей.
В настоящее время этот гигантский потенциал используется лишь частично. Так, суммарная выработка энергии на установках, использующих биомассу, на конец 2017 года составила примерно 15,5 ТВт*час. При этом, отмечают наши ученые, до сих пор сохраняется высокая доля обычного сжигания вполне качественной древесины (пригодной для других целей). В то же время практика некоторых стран показывает высокую эффективность энергетического использования биомассы, представленной отходами различных отраслей промышленности.
Отметим, что европейские страны давно уже идут по этому пути. Лидерами в данном секторе являются Австрия и Швеция, где леса занимают примерно половину территории, а древесные отходы активно используются в энергетических целях. Если в целом говорить о производстве брикетов и топливных гранул, то лидерами здесь являются США, Канада и Германия. В Канаде производство даже превышает потребление, поэтому часть топливных гранул экспортируется в Европу. В Дании наладили переработку соломы, которая позволяет производить 17 млн КДж энергии. Помимо этого, другие технологии переработки биомассы позволяют в общей сумме получать до 90 млн КДж энергии, что составляет примерно 12% от общего энергопотребления в этой стране.
Интересно, что страны третьего мира также активно включаются в освоение энергетических биоресурсов, эффективно используя сельскохозяйственные отходы. Например, в Кении 70% кофейной шелухи, образующейся в ходе обработке зерен, идет на производство топливных брикетов для бытового использования. В Индии ежегодно образуется до 500 млн. тонн растительной биомассы, энергетическое использование которой эквивалентно выработке более 17 ГВт мощности.
Что касается России, то по мнению наших ученых, из-за суровых климатических условий именно биомасса должна стать самым востребованным видом возобновляемых источников энергии (в сравнении с ветром и солнцем). Ее энергетическое использование, считают ученые, поможет (в том числе) решить проблему утилизации местных органических отходов, способных принести вред окружающей среде. Так, накопление отходов лесоперерабатывающей промышленности увеличивает пожароопасность лесов, а равно и предприятий, осуществляющих такую деятельность. Кроме того, длительное хранение сельскохозяйственных отходов приводит к их гниению и выделению токсичных веществ, что серьезно ухудшает санитарную обстановку. А их неграмотное захоронение приводит к деградации плодородного слоя почвы.
Что самое важное: наша страна – в силу своей огромной территории – обладает значительными запасами различных видов биомассы. По площади лесов Россия занимает первое место в мире. При этом более половины лесных массивов сосредоточено в Сибири, на Дальнем Востоке и на Урале. Согласно научным подсчетам, годовой прирост целесообразной для энергетического использования биомассы составляет у нас около 800 миллионов тонн. Одной лишь перезрелой древесины накапливается до 500 миллионов тонн. Кроме того, в лесоперерабатывающей промышленности на долю древесных отходов (щепа, опилки, стружка и т.д.) приходится примерно 40% от исходного сырья. В Южной и Центральной частях России, а также на юге Сибири (в регионах с развитым сельским хозяйством) сосредоточены внушительные запасы биомассы однолетних сельскохозяйственных культур.
Еще одним важным энергетическим ресурсом для нашей страны может стать торф. Во многих странах он относится к возобновляемым энергетическим ресурсам – при условии, что его годовой прирост будет превышать объемы добычи (то есть при рачительном использовании). Россия, отмечают ученые, является одним из лидеров в мире по площади болот (примерно 1,5 миллиона кв. километров). То есть запасы торфа для нужд энергетики могут оказаться значительными.
Тем не менее, в настоящее время потенциал биоресурсов в российской энергетике всё еще остается мало востребованным. Так, количество электроэнергии, получаемой за счет различных видов биотоплива, составляет у нас менее 100 ГВт*ч энергии, а тепловой энергии – около 20 тысяч ТДж, что в сотни раз уступает производству энергии из ископаемых энергоресурсов. В то же время на долю местных котельных и индивидуальных отопительных установок приходится 25% от общего производства тепла. Большая часть этих котельных до сих пор работает на традиционных видах топлива.
И все же в некоторых регионах страны уже начинают внедрять альтернативные энергоресурсы из биомассы. Так, уже реализованы проекты по переводу котельных на торф и щепу в республике Карелия, во Владимирской, Псковской и Тверской областях. Суммарная мощность мини-ТЭЦ, работающих на биомассе, в европейской части страны составляет уже примерно 100 МВт. Параллельно строятся предприятия по производству из биомассы различных видов топлива: как твердого (брикеты, гранулы, пеллеты), так и жидкого, и газообразного (биогаз).
Как мы понимаем, наиболее актуальны такие технологии для труднодоступных районов, энергоснабжение которых осуществляется за счет привозного топлива. Снижение зависимости от внешних поставок при одновременной утилизации органических отходов делает такую опору на местные энергетические источники вполне оправданной с экономической точки зрения.
При этом наши ученые подчеркивают, что традиционные способы сжигания биомассы (очень распространенные на сегодняшний день) не обеспечивают высокого КПД, что затрудняет расширение ее использования. В этой связи становится актуальным внедрение альтернативных технологий термической переработки биомассы с целью повышения ее энергетических свойств. Это как раз тот круг вопросов, которыми на сегодняшний день весьма активно занимаются сибирские ученые.
Андрей Колосов
(в статье были использованы материалы открытых научных публикаций и диссертаций сотрудников Института теплофизики имени С.С. Кутателадзе СО РАН и Национального исследовательского Томского политехнического университета)
Изображение сгенерировано нейросетью
Окончание следует
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии