Евгений Колосов

Новая рубрика открывается статьей на весьма актуальную тему: использование биомассы в качестве альтернативного и экологически благоприятного источника энергии. На последней Ганноверской выставке Ligna+, проходившей в мае этого года, обсуждение потенциальных возможностей "энергии будущего" вызвало большой интерес.

Проблема получения энергии из биотоплива стала актуальной в последнее десятилетие и пока еще находится в стадии интенсивного обсуждения. При этом положительных сторон в использовании биотоплива очевидно больше, чем отрицательных.

За и против

Основными аргументами в пользу применения биомассы в области энергетики выступают:

• жизненно важная необходимость существенного сокращения поступления в атмосферу СО2 с целью уменьшения парникового эффекта;
• возможность альтернативного использования обрабатываемых сельскохозяйственных площадей, которые уже больше не требуются для производства продуктов питания;
• экономия ископаемых ресурсов;
• повышение надежности энергоснабжения.

В качестве контраргумента высказываются, в частности, опасения, что в случае производства растительных видов топлива сохранится нежелательная с экологической точки зрения интенсивность использования сельскохозяйственных площадей.

В настоящее время страны Европейского Союза пришли к соглашению относительно возможно более срочного использования биомассы для получения топлива, однако в действительности воплощается лишь небольшая часть проектов, направленных на практическую реализацию таких решений. Причину этого следует искать не в технических возможностях, а в экономических ограничениях. Конкурирующие жидкие виды топлива являются слишком дешевыми. При этом цены на них никоим образом не отражают истинное положение дел с экологической точки зрения. В этих ценах воплощена лишь стоимость добычи и распределения, а также доля прибыли, но не учитывается их исчерпаемость и ущерб, наносимый окружающей среде, который проявляется лишь по прошествии некоторого времени.

Однако времена меняются, и, по всей видимости, скоро биотопливо станет предпочтительным и с экономической точки зрения. Не за горами активно обсуждающееся сейчас введение международного налога на СО2 для первичных энергетических носителей ископаемого происхождения. Он должен начисляться в зависимости от теплоты сгорания и вводиться постепенно в течение нескольких лет.

Конкуренция на рынке энергоносителей

Однако чтобы выяснить истинное положение дел, необходимо поближе познакомиться с более удачливыми на мировом рынке "соперниками" биотоплива. С восстанавливаемыми носителями энергии конкурируют твердое, жидкое и газообразное топливо ископаемого происхождения, например, каменный уголь, бурый уголь, легкий мазут, тяжелое нефтяное топливо, природный газ и т. д.

Базовым значением при оценке биомассы как топлива в каждом случае используется ее энергетический эквивалент в виде теплотворной способности. Теплотворная способность зависит от вида и места происхождения растительного материала, при этом важнейшее значение имеет содержание в нем воды. Оценка биологического топлива в виде денежной стоимости нередко осуществляется косвенным образом с использованием цены на мазут EL (extra leicht – очень легкий) с определенным уровнем стандарта качества. Поэтому в таблице 1 приводятся теоретически возможные цена на биомассу с указанным значением изменяющихся цен на мазут.

Таблица 1

Если содержание энергии в мазуте, выраженное в мегаджоулях (МДж) или киловаттчасах (кВт.ч), оказывается идентичным в денежном исчислении, то считается, что цены являются эквивалентными. С учетом диапазона от 0,15 до 0,35 евро за литр – что соответствует колебаниям цен на рынке мазута в течение нескольких лет – определяются эквивалентные цены для биомассы приблизительно от 61 до 143 евро за тонну.

Однако использование такого способа для расчета стоимости твердого топлива (биомассы) из стоимости единицы энергии для жидкого энергоносителя является не совсем корректным и дает повод для неправильного истолкования, так как при этом не учитываются специфичные для каждого энергоносителя особенности его сжигания, например, различные коэффициенты полезного действия и, в частности, отличия в использовании топлива.

Применение биомассы в качестве топлива для получения тепла и/или энергии, затраченной в процессе работы, является чрезвычайно выгодным, так как в случае ее сжигания получается высокий коэффициент полезного действия. Об экологической перспективности этого вида топлива уже говорилось выше.

Биомасса, используемая в энергетических целях

Итак, если мы согласимся с тем, что биотопливо все же является перспективным энергоносителем, есть смысл остановиться более подробно на понятии биомассы как энергетического источника, потенциального энергоносителя.

Под биомассой понимают, в первую очередь, растения и части растений, содержащие целлюлозу, крахмал, масла и сахар, а также отбросы животных. Эта биомасса ценна тем, что может быть преобразована в твердый, жидкий или газообразный энергетический носитель. Самым простым способом получения горючего является механическое изменение биомассы, например, гранулирование или брикетирование древесных отходов, соломы и т. д. К физико-химическим методам получения топлива из биомассы относится экстракция, то есть получение растительных масел и углеводородов в качестве энергетических носителей. В случае термохимического метода преобразование биомассы в энергию или энергетические носители осуществляется за счет подачи тепла посредством химических реакций: процессов сжигания, газообразования и сжижения. При использовании биологических методов выработка энергии из биомассы осуществляется за счет воздействия микроорганизмов (бактерий, дрожжей, грибов). При этом получаются биогаз и этанол.

При оценке общего потенциала биомассы, используемого в энергетических целях, необходимо различать, с одной стороны, биомассу в виде отходов и отбросов, с другой стороны, биомассу, получаемую в энергетических целях с производственных площадей, с так называемых энергетических плантаций.

В сельском хозяйстве в качестве биомассы с целью получения энергии могут быть использованы отходы соломы зерновых культур, зеленых частей растений, а также древесные и животные.

В лесном хозяйстве и в деревообрабатывающей промышленности имеется большое количество остатков древесины, которые могут быть использованы с целью получения энергии. Третьим крупным источником являются органические остатки, содержащиеся в бытовом и промышленном мусоре.

К биомассе, которую можно получать на энергетических плантациях, относятся как растения, содержащие масла, крахмал и сахар, так и быстрорастущие деревья и так называемые растения группы С: например, китайский камыш (Miscanthus sinensis) и трубчатый камыш (Arundo donax).

Многие исследователи едины во мнении, что по экономическим соображениям в качестве топлива в первую очередь должны использоваться сельскохозяйственные отходы и побочные продукты, такие как тонкоствольная и оставшаяся в лесу древесина, а также солома. Лишь на втором месте по степени актуальности находятся специально выращиваемые энергетические растения, например, применяемые целиком зерновые. В последнем случае затраты на их производство могут оказаться слишком большими.

В настоящее время уже существуют технологии переработки биомассы, которые позволяют получить следующие виды топлива (рис. 1):

• древесная стружка (1);
• озимый ячмень (2);
• гранулы китайского камыша (3);
• соломенные гранулы (4);
• древесные гранулы (5);
• строгальная стружка (6).

Древесный "потенциал"

Для России из всех вышеперечисленных энергоносителей наиболее актуальна древесина и продукты ее переработки. Если говорить в масштабах планеты, то 50% получаемой древесины используется для ее сжигания. Несмотря на опасность уничтожения лесов, в общей сложности используется только небольшая доля вырастающей древесины. Во всем мире лесное хозяйство вообще охватывает только около 10% от площади лесов, таким образом, большая часть вырастающей древесины остается практически неиспользованной. Однако даже там, где осуществляется освоение лесов, практически все отходы лесного хозяйства (кора, сучья, тонкоствольные деревья) не находят никакого применения – и это статистика, касающаяся промышленно развитых стран. В России же с ее богатейшими запасами древесины и неотлаженной системой лесного хозяйствования потери от неиспользуемой второсортной древесины колоссальны.

Что же нужно сделать, чтобы изменить ситуацию? Вероятно, повлиять на положение дел может только экономическая заинтересованность лесопользователей в переработке отходов лесного хозяйства и тонкоствольной древесины.

Общая стоимость остающейся в лесу древесины как потенциального энергоносителя складывается из затрат на ее заготовку и хранение в условиях, обеспечивающих ее дальнейшее использование в качестве топлива. Заготовка осуществляется в значительной степени с применением средств ручной механизации: древесина укорачивается для удобства перевозки, затем вручную перемещается до проезжих просек (магистральные трелевочные просеки), где и складируется. После этого древесина перерабатывается в стружку. Общие временные затраты, а также стоимость работ в значительной степени зависят от задействованной площади, от вида деревьев и от конкретной местности. Если говорить о европейских ценах, то средняя общая стоимость, например, в Германии составляет примерно 5,5 евро/джоуль.

При получении древесной стружки из тонкоствольных деревьев весь производственный процесс от рубки до переработки в стружку должен осуществляться на просеках. Классические процессы состоят из рубки, подготовки и трелевочных работ; они отличаются, в основном, по степени их механизации при рубке и подготовке древесины. При этом различают:

• заготовку с использованием средств ручной механизации (пиление и подготовка осуществляются при помощи мотопилы с использованием ручной транспортировки);
• частично механизированную заготовку (подготовка осуществляется при помощи мотопилы, а при перемещении используется тросовая лебедка;
• полностью механизированную заготовку (использование харвестеров, которые за один рабочий этап способны осуществлять рубку, подготовку и перевозку).

Полностью механизированный способ, в случае достаточной загрузки техники, является наиболее выгодным с экономической точки зрения, однако здесь предъявляются сравнительно высокие требования к наличию в лесном массиве магистральных трелевочных просек и к доступности территории. Затраты на рубку деревьев, которые могут быть использованы для производства древесных стружек, сильно зависят от выбранного способа, типа деревьев, возраста леса и от конкретной территории и в той же Германии составляют от 2,5 до 4 евро/джоуль. Аналогичные затраты требуются и в случае переработки в древесную стружку промышленной древесины.

Топливная древесина также представляет собой обычный рыночный товар; нынешние цены на топливную древесину в Германии составляют от 25,5 до 35,7 евро за складочный кубометр древесины хвойных пород и от 30,6 до 46 евро за складочный кубометр древесины лиственных пород и в настоящее время сильно изменяются в зависимости от конкретного региона.

Мы не случайно привели европейские (в частности, немецкие) цены на вышеописанную продукцию. Есть смысл сравнить их с российскими и, возможно, сделать определенные экономические выводы. В следующей статье будет продолжен обзор биоэнергоносителей, которые не менее (а в некоторых случаях и более) экономически выгодны и представляют интерес для предпринимателей, интересующихся технологиями будущего.