Биоэнергия: технология, термодинамика

АНАЭРОБНОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ

Применение метода анаэробного разложения биомассы в развиваю­щихся странах. Издержки производстра при использовании небольших реакторов определить нелегко. По имеющимся данным, начиная с 1972 г. в Китае было построено семь миллионов небольших установок [19]. Ка­питальные затраты на строительство этих реакторов, которые ненамного больше небольших навозохранилищ, составляют всего 30 долл. Рабочая сила, необходимая для сбора навоза и эксплуатации этих установок, практически ничего не стоит. Тем не менее иногда здесь возникала не­обходимость в получении субсидий со стороны правительства, а также в получении строительных материалов и технической помощи. Только треть этих реакторов считается надежными энергогенераторами [20]. В Индии, где, по имеющимся данным, число реакторов достигает 80— 90 тыс. [21], издержки гораздо выше. Небольшая деревенская установка стоит 500-700 долл., при этом наиболее дорогостоящим элементом является сама установка, а не емкость, содержащая сбраживаемую био­массу. Кроме капитальных затрат, в таких странах, как Индия, суще­ствуют еще две острые проблемы. Одна из проблем — отсутствие доста­точного количества навоза, а другая — высокие расходы по техниче - 84

скому уходу за реактором и отсутствие квалифицированных инженеров. Эти проблемы стоят настолько остро, что половина установок по произ­водству биогаза бездействует [21].

Использование анаэробного брожения на фермах Великобритании. Для изучения функционирования реакторов анаэробного брожения в развитых странах мы не располагаем достаточной информацией, что связано с небольшим числом таких реакторов [22]. Часто строительство установки мотивируется необходимостью борьбы с загрязнением, эф­фективность которой в значительной степени определяется местными условиями. Однако экономичность брожения и процесса выработки электроэнергии на ферме считается делом сомнительным [23]. Расходы, полученные на основании анализа функционирования очистной уста­новки в Ридинге, составили 45 тыс. ф. ст. на реактор емкостью 400 м3 при годовых эксплуатационных расходах 13102 ф. ст. (ставка процента 18). Стоимость произведенной электроэнергии составляла 11 600 ф. ст. Эти цифры основаны на 100 %-ном теоретическом выходе газа и 100 %-ном использовании произведенного газа; но более реали­стичная цифра — 50 %-ное использование энергии предполагает ежегод­ный убыток на ферме в 7302 ф. ст. Эти расчеты не учитывают положи­тельный эффект борьбы с загрязнением окружающей среды и возможное улучшение свойств навоза как удобрения после прохождения его через реактор.

Крупные очистные сооружения. Крупные очистные сооружения используются только в районах большого скопления населения. Функ­ционирование такой установки финансируется и осуществляется мест­ными органами управления, и полных расчетов в нашем распоряжении нет. Текущие расходы на работу лондонских очистных сооружений со­ставили 0,82 млн. ф. ст., а стоимость газа при теплотворной способности, сравнимой с теплотворной способностью дизельного топлива, составила 2,76 млн. ф. ст. [24]. При сравнении с теплотворной способностью при­родного газа эта цифра будет значительно меньше. Учет реальных капи­таловложений, которые здесь не принимались во внимание, значитель­но сократит прибыль. Тем не менее во многих районах переработка от­ходов необходима по эстетическим соображениям, поэтому имеются реакторы в городах, насчитывающих 5000 жителей и более [24]. Из 5000 очистных сооружений в Великобритании только около 300 имеют реакторы анаэробного разложения как одну из ступеней процесса пере­работки, и многие из них сжигают газ вместо того, чтобы его исполь­зовать.

Переработка городских отходов. Стоимость разложения комму­нальных отходов с использованием реакторов, аналогичных тем, кото­рые используются при переработке городских стоков, была во всех де­талях рассчитана в Уоррен Спринг Лаборатори [25, 26]. Упрощенный расчет издержек по эксплуатации реактора производительностью 1686 т/год (70 тыс. ГДж) показан в таблице 46. При расчетах прини-

малось, что биогаз должен обеспечивать энергию и обогрев установки для сортировки твердых отходов.

Как видно из таблицы, капитальные затраты составляют основную долю расходов по проекту, значительно превышающих потенциальную экономию. Для того чтобы производимый газ был конкурентоспособ­ным по сравнению с природным газом, необходимо снизить капитальные расходы на стадии разложения отходов на 3U и снизить вдвое эксплуа­тационные расходы. Таким образом, при использовании существующей технологии такое снижение затрат в целях обеспечения процесса анаэроб­ного разложения как части общего процесса удаления отходов является в высшей степени маловероятным. Аналогичные результаты были полу­чены в серии расчетов по эффективности различных методов удаления отходов, где анаэробное разложение оказывалось одним из наиболее дорогостоящих методов [27]. Результаты расчетов обобщены в табли­це 47.

Сбор метана. из перегнившей мусорной свалки, естественно, не тре­бует капитальных затрат на реактор, что определяет коммерческую жизнеспособность метода.

Сельскохозяйственные отходы. Во всех приведенных выше случаях принимается, что сырье биомассы для анаэробного брожения имеет ну­левую или отрицательную стоимость. Там, где биомасса должна закупать­ся, биогаз неизбежно становится значительно дороже. Это было подтверждено расчетами издержек в опытах по сбраживанию соломы, которую закупали как сырье по цене 27,50 долл, за 1 т (сухая масса). На основании проведенных исследований было сделано заключение, что топливный газ, полученный при использовании таких субстратов, будет относительно дорогостоящим. В настоящее время требуется снижение издержек по сравнению с теми, которые сейчас планируются для переработки растительных остатков, а также существенное улучше­ние технологии процесса брожения.

Навоз крупного рогатого скота по цене 5—6 долл/т, включая транс­портные расходы, дает биогаз в 16—20 раз дороже природного газа [29]. Однако при выдаче кредита на производство ферментативного осадка как ценного корма для скота экономические результаты резко изменят­ся, поскольку корм ценится больше, чем биогаз.