Биоэнергия: технология, термодинамика

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Широкий интерес к использованию биоэнергии был частично вызван опасениями относительно будущих запасов энергии. Возможная роль продуктов фотосинтеза как источников энергии должна рассматри­ваться на фоне основных отраслей мировой промышленности, занимаю­щихся добычей и переработкой традиционных видов топлива. Для обес­печения будущих потребностей в энергии необходимы новые крупные источники энергии. Энергия из биомассы вряд ли составит сколько-ни­будь значительную долю в общем потреблении энергии.

Существует множество мелких рынков биотоплива, но их масштаб мал по сравнению с рынками других видов топлива. Продукция биотоп - ливных предприятий стоит дороже традиционных видов топлива; иногда эти предприятия получают местные субсидии. Уровень исследований по биоэнергии не может быть оправдан наличием таких малых рынков сбыта. Необходима реальная перспектива выпуска продукции, которая в широком масштабе сможет заменить при необходимости традицион­ные виды топлива, в частности нефть.

Характеристики биологически возобновляемых видов энергии были рассмотрены как по сути, с использованием технико-экономических критериев, так и в сравнении с традиционными видами энергии. Как можно было ожидать, выводы не в пользу биотоплива при использова­нии последнего в развитых странах (при очень небольшой роли, которую возобновляемые виды энергии играют в мировом потреблении энергии). Использованные критерии включают размер ресурсов, технические воз­можности, продуктивность процесса, денежные затраты, загрязнение окружающей среды, влияние на социальные условия и перспективы ис­следования.

Все проблемы использования биотоплива в корне своем связаны с первыми двумя законами термодинамики. Ресурсы биоэнергии, до­ступные человеку, слишком малы (первый закон) и слишком "разбав­лены” (второй закон). Высокая стоимость, неблагоприятные энергети­ческие показатели, загрязнение и т. д. — все сводится к этим двум фак­там и в значительной мере считается неизбежным. Конечно, вполне воз­можно значительное повышение эффективности процессов, но мы неиз­бежно сталкиваемся с фактом незначительности объема продуктов фотосинтеза в сельском хозяйстве и лесоводстве и их низкой энергети­ческой плотностью по сравнению с ископаемыми и ядерным видами топлива.

Анализ каждого упомянутого критерия вызывает серьезные опасе­ния относительно жизненности предложений по получению биоэнергии, и только в исключительных обстоятельствах проблемы могут оказаться разрешимыми в течение короткого времени. Наука, однако, считает вполне возможным, что со временем биоэнергия будет играть более су­щественную роль в деятельности человека. К сожалению, лучшая воз­можность осуществить этот вариант — это вернуться к предыдущей ста­дии развития и значительно более сокращенному населению земного шара.

Как было показано, биологические ресурсы, используемые в на­стоящее время сельским хозяйством и лесоводством, относительно малы с точки зрения энергетических характеристик. Широкое исполь­зование этих ресурсов для производства энергии окажет большое влия­ние на другие отрасли промышленности. Следует сказать, что в истории использования энергии проходили десятки лет и века, прежде чем новые виды топлива достигали значительной доли в общем потреблении энер­гии. Переход к использованию новых видов энергии происходил тогда, когда этому способствовали механизм цен и правление новых техноло­гий. В отношении биотоплива действия этих механизмов не Наблюдалось. Использование ресурсов к тому же ограничивается многими факторами, включая солнечную радиацию, почвенцо-климатические факторы, по­требности в удобрениях и пестицидах, социальные факторы. Поэтому биомасса идет по высоким ценам при использовании ее для производ­ства продуктов, иных, чем топливо; некоторые из этих продуктов, особенно продукты питания, имеют более важное значение для челове­ка, чем промышленная энергия.

Процессы получения и использования биомассы в качестве топлива представляются осуществимыми, по крайней мере, в общих чертах. На опытных установках не получали только биологический водород. Дру­гие процессы представляются реальными при продуктивности, являю­щейся низкой по сравнению с продуктивностью процессов получения ископаемых и ядерных видов топлива. При современном состоянии знаний перспективы значительного повышения продуктивности этих реакций являются слабыми.

Низкая продуктивность приводит к высоким капитальным издерж­кам и делает биотопливо дорогостоящим по сравнению с традицион­ными видами топлива. Эти издержки в сочетании с обычно высокой стоимостью биомассы (сырья) делает цены на биотопливо в несколько (до 10) раз выше стоимости альтернативных вариантов. Рыночные цены на биомассу характеризуются одним из наиболее резких различий между существующим положением и прогнозами сторонников биотоплива. Значительное несоответствие существует между ценами на мировом рын-

ке на продукцию сельского хозяйства и лесоводства и ценами,- необхо­димыми для обеспечения рентабельности получения биотоплива. Даже отходы и остатки редко можно получить бесплатно. Маловероятно, что энергетические плантации могут обеспечить биомассу по значительно более низким ценам, чем те, которые существуют в настоящее время.

Стремление к использованию биотоплива часто основывалось на растущих ценах на ископаемые виды топлива, в то время как стоимость сырья для производства биотоплива считалась постоянной величиной. Большая роль, которую играют дешевые виды ископаемого топлива в выращивании, уборке и переработке биомассы, ставит это утверждение под сомнение. В развитых странах произошли громадные изменения с тех пор, когда древесина играла существенную роль в обеспечении энер­гией, и дешевая энергия стала неотъемлемой, хотя и скрытой частью почти всех видов человеческой деятельности.

Так как виды биотоплива представляют собой ’’разбавленные” источники энергии, они требуют больших затрат энергии при их произ­водстве. Затраты по отношению к объему конечного продукта при производстве биотоплива значительно выше, чем при производстве ископаемой или ядерной энергии, однако энергия, необходимая для производртва этих видов топлива, поступает за счет именно этих иско­паемых и ядерных видов топлива. Экономия ископаемых видов топ­лива путем использования возобновляемых видов не была продемон­стрирована достаточно убедительно (например, в случае спирта). Вслед­ствие незаметного проникновения дешевых видов энергии во все сферы экономической деятельности можно легко войти в заблуждение, считая, ф что открыты новые, нетронутые источники энергии, в то время как фак­тически при эксплуатации этих источников возрастет нагрузка на тради­ционные источники энергии. В отношении возобновляемых видов энер­гии не всегда проводится анализ степени загрязнения окружающей сре­ды, а также степень риска, связанного с их использованием; такой ана­лиз был проведен недавно на примере традиционных и ядерных видов топлива. Рубка леса, например, является довольно опасным занятием. Углерод, остающийся после завершения процессов производства во­зобновляемых видов топлива, часто составляет значительную долю от массы сырья, усложняя удаление жидких, газообразных и твердых от­ходов. Большое число и малые размеры заводов по производству био­топлива усложняют проблему, связанную со степенью риска и загрязне­ния окружающей среды.

Социальный аспект широкого использования биотоплива является, пожалуй, более неблагоприятным в долгосрочном плане, чем резуль­таты чистых экономических расчетов. Во-первых, возникает вопрос занятости в случаях, когда требуется увеличение производительности труда, особенно в развивающихся странах. Процессы по производству биотоплива характеризуются низкой производительностью труда. Во - вторых, производство биоэнергии требует больших земельных площадей

для обеспечения достаточного количества сырья. Нарушение картины ландшафта и влияние на зоны отдыха, транспорт и фауну в современной ситуации вряд ли будут восприняты положительно.

Остаются особые случаи, когда биотопливо может использоваться, по крайней мере, временно и когда возможно более широкое его ис­пользование в будущем. Первый случай касается развивающихся стран, где большое число людей вынуждены восполнять свои относительно не­большие количества энергии биомассы для удовлетворения основных потребностей в топливе. Можно не сомневаться, что эти люди обратят­ся к более энергоемким и обильным видам топлива, если таковые ока­жутся в наличии. Во-вторых, есть случаи, когда биотопливо имеет как эстетическое, так и утилитарное значение: древесина и уголь будут про­должать использоваться в качестве топлива для обогрева помещений. Последний случай определить трудно, так как он представляет скорее зло, чем благо, для национальной экономики. Это произойдет в случаях, когда излишки сельскохозяйственной продукции-.будут использоваться как низкосортное топливо. Субсидии, необходимые для предотвращения банкротства производителей биомассы, указывают на компромиссную природу такой деятельности, а также на невозможность того, что этот путь может дать стабильный или значительный источник топлива. Ана­логично этому превращение отходов и остатков в топливо может осу­ществляться в некоторых ситуациях, однако маловероятно, что оно мо­жет иметь глобальное значение. Необходима разработка более дешевых методов удаления отходов и более эффективного их использования.

Как показало это исследование, вложение крупных сумм в развитие биоэнергетики неоправдано. Со стороны основных отраслей энергетиче­ской промышленности вполне разумно осуществлять контроль за ходом разработок в области ферментации, анаэробного разложения, производ­ства растительных масел и термического обогащения биомассы. Предло­жения, которые могут внести изменения в области производства био­топлива, должны быть тщательным образом проанализированы и иссле­дованы. За последние годы предложения по получению биологически возобновляемых видов энергии являются только небольшой частью общего числа предложений по производству новых видов топлива. К сожалению, выводы относительно использования предложенных ви­дов топлива оказались аналогичными выводам по использованию био­топлива. Вследствие сложности и разнообразия идей по использованию биоэнергии трезвая их оценка занимает много времени, в течение кото­рого могут быть затрачены большие денежные средства. В настоящее время уже имеются признаки снижения интереса к этому вопросу. Па­дение цен на ископаемые виды топлива, увеличение числа нерентабель­ных процессов производства возобновляемых видов энергии, более глубокое понимание технических проблем сыграли определённую роль в снижении интереса к этой проблеме.

[1]Под странами с нерыночной экономикой подразумеваются главным обра­зом социалистические страны. — Прим. ред.