Биоэнергетика: сущность, проблемы использования, перспективы развития в РБ

Предполагается, что залежи нефти обязаны своим происхождением предкам именно этих микроводорослей. Углеводороды, вырабатываемые «ботриококкус  браунии», в основном локализованы на наружной поверхности клетки и  могут быть удалены механическими  методами. Оставшуюся биомассу можно  подвергнуть гидрокрекингу, в результате которого получают 65% газолина, 15% авиационного топлива, 3% остаточных масел.

3. Экологическая  характеристика использования биоэнергетических  установок

энергия биомасса переработка  экологический

Биоэнергетические станции  по сравнению с традиционными  электростанциями и другими невозобновляемыми  источниками энергии являются наиболее экологически безопасными. Они способствуют избавлению окружающей среды от загрязнения  всевозможными отходами. Так, например, анаэробная ферментация - эффективное  средство не только реализации отходов  животноводства, но и обеспечения  экологической чистоты, так как  твердые органические вещества теряют запах и становятся менее привлекательными для грызунов и насекомых (в процессе перегнивания разрушаются болезнетворные микроорганизмы). Кроме того, образуются дополнительный корм для скота (протеин) и удобрения.

Городские стоки и твердые  отходы, отходы при рубках леса и  деревообрабатывающей промышленности, представляя собой возможные  источники сильного загрязнения  природной среды, являются в то же время сырьем для получения энергии, удобрений, ценных химических веществ. Поэтому широкое развитие биоэнергетики  эффективно в экологическом отношении.

Однако неблагоприятные  воздействия на объекты природной  среды при энергетическом использовании  биомассы имеют место. Прямое сжигание древесины дает большое количество твердых частиц, органических компонентов, окиси углерода и других газов. По концентрации некоторых загрязнителей  они превосходят продукты сгорания нефти и ее производных. Другим экологическим  последствием сжигания древесины являются значительные тепловые потери.

По сравнению с древесиной биогаз - более чистое топливо, непроизводящее вредных газов и частиц. Вместе с тем необходимы меры предосторожности при производстве и потреблении  биогаза, так как метан взрывоопасен. Поэтому при его хранении, транспортировке  и использовании следует осуществлять регулярный контроль для обнаружения  и ликвидации утечек. При ферментационных  процессах по переработке биомассы в этанол образуется большое количество побочных продуктов (промывочные воды и остатки перегонки), являющихся серьезным источником загрязнения  среды, поскольку их вес в несколько  раз (до 10) превышает вес этилового  спирта.

Неблагоприятные воздействия  биоэнергетики на экологию:

? выбросы твердых частиц, канцерогенных и токсичных веществ,  окиси углерода, биогаза, биоспирта;

? выброс тепла, изменение  теплового баланса;

? обеднение почвенной  органики, истощение и эрозия  почв;

? взрывоопасность;

? большое количество отходов  в виде побочных продуктов  (промывочные воды, остатки перегонки).

4.  
Перспективы развития биоэнергетики в РБ

Одним из альтернативных источников топлива на основе возобновляемых биологических  источников является дизельное биотопливо из растительных масел, в том числе  из масла рапса. За последние двадцать лет в мире площади посевов  рапса расширились более чем  в четыре раза, а в Европе - в  десять раз. В странах Европейского союза общая площадь посевов  рапса составляет около 7 млн. гектаров при средней урожайности культуры более 30 центнеров с одного гектара. Планируется, что к 2015 году площадь  посевов достигнет 12 млн. гектаров. Другим перспективным топливом являются смесевые бензины, которые в качестве добавки содержат оксигенаты - кислородсодержащие соединения (этанол, метанол и метилтретил-бутиловый  эфир). В ряде ведущих стран мира работы в этом направлении ведутся  в течение последних 25 лет. Установлено, что оксигенаты повышают октановое  число топлива и улучшают характеристики горения, что позволяет сократить  вредные выбросы. Мировое потребление  оксигенатов составляет 25 млн. тонн в год, что сопоставимо с производством  автомобильного бензина в Российской Федерации. [8]

Биоэтанол производится в  основном из сельскохозяйственной продукции, содержащей углеводы. Топливный этанол не содержит воду, но содержит метанол  и сивушные масла, что делает его  непригодным для питья. Наиболее широко этанол используется в Бразилии, где более 90 процентов автомобилей  с бензиновыми двигателями работают на топливе, содержащем этанол.

Республика Беларусь располагает  около 5 млн. гектаров пахотных земель, в том числе 25 процентов из них  пригодны для выращивания рапса. Эффективное использование этого  ресурса может обеспечить в перспективе  производство 600-800 тыс. тонн дизельного биотоплива в год, то есть в значительной мере обеспечить внутренних потребителей биотопливом. За счет создания и внедрения  в производство высокопродуктивных и зимостойких отечественных  сортов рапса появилась возможность  возделывания этой культуры также и  в северо-восточных регионах республики - Витебской и Могилевской областях и расширения посевных площадей почти  в два раза. За последние 10 лет  валовый сбор маслосемян рапса в  республике увеличился почти в 5 раз  и в 2008 году составил 585,3 тыс. тонн. В 2010 году планируется довести валовый  сбор маслосемян рапса до 1 млн. тонн.

Одним из перспективных направлений  развития топливной биоэнергетики  является создание производств биобутанола - бутилового спирта, получаемого из растительного сырья и гидролизатов древесины с использованием штаммов-продуцентов  типа C. acetobutylicum. В отличие от этанола  бутанол является более качественной добавкой к бензину. Использование  современных технологий непрерывного культивирования и иммобилизованных клеток позволяет получать бутанол  с высоким выходом, достигающим  предела биологических возможностей используемых культур микроорганизмов, что обеспечивает экономическую  эффективность процесса. Поэтому  в последние годы производители  биоэтанола в Европе переходят на производство биобутанола. Республика Беларусь располагает сырьевой, материально-технической  базой и кадровым потенциалом, необходимым  для создания производства топливного биобутанола. В связи с этим представляется перспективной разработка отечественной  технологии получения биобутанола.

В последнее время в  ряде стран получило широкое развитие производство твердых видов топлива  из растительной биомассы. Так, в Финляндии  и Швеции на долю топлива из биомассы приходится до 20 процентов в общем  энергетическом балансе этих стран. Существенный прогресс достигнут в  Австрии, Дании, Германии и других странах. В Республике Беларусь из отходов переработки древесины производят топливные гранулы (пеллеты) открытые акционерные общества «Пинскдрев» и «Экогран» (г. Бобруйск). Вместе с тем ресурсы растительного сырья в республике позволяют радикально увеличить мощности по выпуску топлива из этого сырья. Помимо древесины для этого можно использовать солому зерновых культур и рапс. Расчеты показывают, что суммарный топливный ресурс биомассы неиспользуемой соломы зерновых культур в республике равен примерно 1,74 млн. тонн условного топлива, что составляет 6,2 процента от общего энергопотребления в стране в 2006 году.

Еще одним важным источником энергии является биогаз. В большинстве  развитых стран переработка органических отходов в биогазовых установках используется в основном для производства тепловой энергии и электричества  и составляет в среднем около 3-4 процента всей потребляемой энергии, достигая в отдельных странах  до 15-20 процентов. В Германии насчитывается  около 2000 больших установок анаэробного  сбраживания. В Австрии более 120 биогазовых установок с объемами реакторов  более 2000 куб. метров каждая, около 25 установок  находятся в стадии планирования и постройки.

Располагая значительным сырьевым потенциалом для производства биогаза, прежде всего отходами крупных  животноводческих комплексов и птицефабрик, Республика Беларусь пока существенно  отстает от других стран в освоении биогазовых технологий. По оценкам  Национальной академии наук Беларуси, энергетический потенциал биомассы отходов животноводческих комплексов и птицефабрик республики составляет около 450 тыс. тонн условного топлива  в год. В настоящее время введены  в эксплуатацию две установки  на республиканском унитарном предприятии  «Племптицезавод «Белорусский» (г.п. Заславль Минского района) и республиканском  унитарном сельскохозяйственном предприятии  «СГЦ «Западный» (Брестский район) с  производительностью по выработке  биогаза соответственно 1,2 и 1,7 млн. куб. метров в год. Фирмой «BIOGAS NORD» (Германия) произведены установка в г. Заславле и два биореактора объемом по 1500 куб. метров. В качестве сырья используется куриный помет (38,4 тонн / сутки) и жидкий навоз крупного рогатого скота (6,6 тонн / сутки). Завершена, но не введена в эксплуатацию установка в открытом акционерном обществе «Гомельская птицефабрика».

Начиная с 2008 года Национальная академия наук Беларуси осуществляет проект по созданию отечественных биогазовых установок. Реализация предлагаемой технологии позволит получать из органосодержащих стоков ферм крупнорогатого скота биогаз повышенной калорийности (24-26 МДж/куб. метров при содержании метана 70-75 процентов), который может быть использован  для выработки электрической  и тепловой энергии в когенерационном  блоке, и высококачественные обеззараженные органоминеральные удобрения. Проектом предусматривается создание и введение в эксплуатацию в IV квартале 2010 г. биогазовой установки общей энергетической мощностью 125 кВт по переработке 25 куб. метров навозных стоков в сутки с последующим ее внедрением на фермах крупнорогатого скота на 200-500 голов, свинофермах на 2-4 тыс. голов и птицефабриках до 50 тыс. птицы. Потребность республики в установках такого типа составляет не менее 650 единиц.

В Беларуси создана программа  мероприятий по развитию биоэнергетики. Их цель - разработка микробиологических и химических технологий получения  различных видов биотоплива и  создание их производства в Республике Беларусь. Финансироваться они будут  за счет средств республиканского бюджета, выделяемых на научную, научно-техническую  и инновационную деятельность в  установленном порядке, а также  иных источников.

Задачи программы:

· создание системы производств  дизельного биотоплива из рапсового  масла;

· совершенствование технологии получения и организация производства биоэтанола;

· разработка технологии получения  и организация производства топливного биобутанола;

· разработка технологии получения  и организация производства топливных  гранул из соломы злаковых культур  и рапса;

· создание производства печных и котельных топлив, содержащих биодобавки;

· разработка технологии и  оборудования для выработки биогаза.

В результате выполнения программы  ожидается:

· создание и внедрение  в производство 5 новых технологий, 1 нового прибора, 2 технологических  процессов;

· разработка технико-экономического обоснования производства топливного биоэтанола и биобутанола, топливных  гранул из растительного сырья, отечественных  установок для производства биогаза;

· выполнение поисковых проектов в целях исследования физико-химических, термодинамических и технических  характеристик топлива из биомассы энергоинтенсивных культур, разработка технико-экономического обоснования  целесообразности интродуцирования из мировой флоры и выращивания  в республике биоэнергетических  культур для получения различных  видов топлива;

· создание и сертификация испытательного центра по контролю качества твердого и жидкого биотоплива, предлагаемого  к использованию в Республике Беларусь для двигателей внутреннего  сгорания;

· организация производства метиловых эфиров жирных кислот в  открытых акционерных обществах  «Гродно Азот» и «Могилевхимволокно», рапсового масла на унитарном  конструкторско-производственном предприятии  «Завод по переработке масличных  культур».

Ввод в эксплуатацию 10 биогазовых установок мощностью 125 кВт позволит экономить в год  не менее 9 млн. кВт*ч электроэнергии.

Экономический эффект в целом  от реализации программы составит не менее 122 млн. долларов США в год (без  учета экономического эффекта от создания крупнотоннажных производств  биобутанола и биоэтанола). Реализация подпрограммы позволит к 2015 году обеспечить потребление дизельного биотоплива не менее 8 процентов и биотоплива для бензиновых двигателей не менее 12 процентов от общего объема топлива, используемого на транспортные нужды, экономить за счет производства топливных  гранул из соломы и отходов древесины  не менее 0,5 млн. тонн условного топлива, или около 6 процентов от общего объема энергопотребления в стране.

Развитие биоэнергетики  в РБ также предопределено следующими обстоятельствами:

1. Заинтересованность лесного  хозяйства в потенциальном крупном  и надежном потребителе большого  объема отходов, топливной и  неликвидной древесины, которые  в настоящее время не находят  сбыта;

2. Социальной выгодой,  когда в рамках создания новой  отрасли будут созданы новые  рабочие места;

3. Экологическим эффектом, т.к. будут снижены выбросы  диоксида углерода в атмосферу,  оксидов серы и других загрязняющих  веществ за счет замещения  топливного мазута.

Конечной целью развития биоэнергетики является создание собственного топливно-энергетического цикла  на возобновляемых видах биотоплива с учетом экологических и экономических  преимуществ данного направления. Технически доступный потенциал  биотоплива в Беларуси может покрыть  до 8-10% ожидаемого дефицита мощностей. Положительный опыт ряда стран, в  первую очередь Скандинавских, в  наращивании мощностей биоэнергетических  станций, говорит о том, что биоэнергетика  рано или поздно займет свое место  и в Беларуси. [5]

Заключение

Ученые считают, что если сохранятся нынешние темпы в биоэнергетике, то со временем нефть, уголь и газ  не выдержат конкуренции. В бюджете  Европейского союза на 2007-2013 гг. на развитие биоэнергетики будет потрачено до двух миллиардов евро. Отходы деревопереработки, химических производств, переработки сельскохозяйственной продукции, торфоразработок, полиграфической, пищевой и текстильной промышленностей могут быть превращены в высококачественное топливное сырье.