Биоэнергия: технология, термодинамика

СТОИМОСТЬ БИОЭНЕРГИИ

4.1. ПОДХОД К РАСЧЕТАМ СТОИМОСТИ БИОЭНЕРГИИ

Цель экономической оценки предложений ПО использованию биО' топлива — сравнение стоимости ресурсов и необходимых усилий по их освоению с ценностью предполагаемых результатов. Методы расчетов достаточно хорошо разработаны [1, 2], что дает возможность с опреде - . ленной точностью прогнозировать издержки в отношении хорошо извест­ных процессов. Для новых процессов и продуктов, где приходится стал­киваться со значительной долей неопределенности как в отношении технологии, так и рынка сбыта продуктов, прогнозирование издержек характеризуется низкой точностью, и при строительстве заводов может возникнуть значительный перерасход средств [3]. В литературе имеется целый ряд вариантов расчетов путей производства биотоплива, при этом предполагаемый экономический эффект сильно варьирует. В коротком исследовании невозможно охватить все детали расчетов; сформулируем только основные принципы, применимые к большинству предложений. Такие принципы помогут определить основные компоненты издержек и прибыли, помогут оценить характерные черты новых предложений, а также их влияние на общую сумму издержек. Тщательный анализ из­держек по производству биотоплива часто выявляет необычную зависи­мость от некоторых факторов, таких, как налоговые льготы или креди­ты на побочные продукты.

Разбивка издержек. Издержки обычно раскладываются на такие компоненты, как сырье, эксплуатационные затраты и капитальные затраты. Материалы и некоторые эксплуатационные затраты варьируют в зависимости от хода производственного процесса. Капитальные и экс­плуатационные затраты являются постоянными, не зависящими от того, производится продукт или нет. Совершенно очевидно, что для миними­зации затрат завод должен работать по возможности ближе к полной мощности. В таблице 36 представлены различные компоненты мате­риальных, производственных и капитальных затрат при производстве биотоплива.

Относительный размер каждой из основных категорий важен во многих отношениях. Привлечь капитал бывает трудно, причем затруд-

нения возникают по мере увеличения риска и неопределенностей, связан­ных с осуществлением проекта. В развивающихся странах может воз­никнуть необходимость привлечения иностранного капитала и закупки иностранной валюты для погашения долга из получаемой прибыли. Как уже отмечалось, внедрение капиталоемких процессов бывает особенно затруднено в периоды роста цен на энергоносители и недостатка капи­тала. Исследования обычно приводят к решениям, предполагающим использование более совершенных технологий, требующих больших капитальных затрат. Примитивные, менее капиталоемкие, но более трудоемкие процессы были бы иногда желательны, но они не всегда оказываются приемлемыми для развитых и развивающихся стран.

Во многих процессах по производству биотоплива сырье, биомасса, является наиболее крупным компонентом издержек производства. Это вызывает значительные трудности, так как обычно сложно сделать что-либо для уменьшения затрат по этой категории. Необходима дешевая биомасса, не используемая при производстве более ценных продуктов. Конкуренция со стороны этих более ценных продуктов (продукты пита­ния, корма, лесоматериалы и т. д.) может лишить сырья процесс произ­водства биотоплива. Топливная промышленность очень крупная по сравнению с отраслями, производящими продукты питания, корма и другие товары, и дешевая биомасса, используемая в широком масштабе, радикально изменят судьбу последних. И наоборот, субсидирование производства биологического топлива повысит цену на биомассу, ис­пользуемую как сырье для производства продуктов питания и т. д.

Эксплуатационные расходы бывают часто малы по сравнению с ка­питальными затратами и затратами на сырье. Однако были предприняты значительные усилия по сокращению этих издержек благодаря возмож­ностям использования новых технологий, применяемых в других обла­стях, например энергосберегающие технологии, новые типы ферменте­ров, разработанных в области биотехнологии, новые процессы сепари­рования. Трудно понять причину таких интенсивных усилий по прове­дению исследований, направленных на изыскание путей сокращения эксплуатационных расходов, не сопровождающихся аналогичными усилиями по сокращению общих капитальных затрат и затрат на сырье.

Воздействие различных факторов на издержки. Основным вопросом при оценке процессов является вопрос об изменении общих издержек на 1 т биотоплива в зависимости от колебаний одной или более перемен­ных, определяющих издержки, включая издержки на сырье, производи­тельность реактора, выход продукта и т. д. Например, цены на сырье могут варьировать как по срокам, так и по районам. Моделирование издержек дает возможность определения условий, способствующих благоприятному протеканию процесса; однако было установлено, что в некоторых случаях экстраполяция компонента издержек до нуля все же не дает возможности определения благоприятных условий протека­ния процесса. Анализ издержек позволяет провести оценку предложе­ний. ’’Гибкость” некоторых параметров, необходимая для снижения общих расходов до приемлемого уровня, с технической точки зрения может быть не всегда возможна.

Чувствительность общих издержек к значениям переменных про­цесса может носить линейный и нелинейный характер. Всесторонний расчет затрат для данного процесса может оказаться крайне сложным, требующим большого числа вводимых данных. Но так как многие виды топлива не имеют промышленного значения, часто достаточно бывает дать общую картину и продемонстрировать экономические проблемы, связанные с осуществлением процесса, с помощью простых моделей.

Биологические и химические процессы производства топлива. В литературе имеются многочисленные данные [4, 5] относительно потенциальных возможностей биотехнологии в плане производства топ­лива, объемных химических продуктов и широкого диапазона высоко­ценных продуктов. И только в редких случаях [6] упоминается более высокая стоимость биологических процессов по сравнению с химиче­скими. Преимущества биологических процессов очевидны (табл. 37), однако они сопровождаются более значимыми недостатками (табл. 38). Как уже говорилось, стоимость сырья и эксплуатационные расходы при осуществлении биологических процессов в 3 раза выше, чем соответ­ствующие показатели при протекании химических процессов. Некото­рыми причинами этих повышенных затрат являются низкая продуктив­ность процессов (тонн продукта на 1 м3/ч), потребность в реакторах, устойчивых к коррозии и нетоксичных, чувствительных биологических 74

Низкая энергия активации,

Возможность осуществления многоступенчатых превращений в одном реакторе Высокий выход продукта

Универсальность в отношении использования различных видов сырья Структурная специфичность

Получение хиральных продуктов (т. е. возможность получения продуктов, не совмещаемых со своим зеркальным изображением)

Разбавление сырья

Превращение комплексных молекул

Получение пищевых продуктов, кормов и лекарственных препаратов

Таблица 38. Недостатки биологических производственных процессов

Медленное протекание реакций

Извлечение продукта нз разбавленной водной фазы

Сложные условия реакции

Требования стерильности

Предпочтительное циклическое производство

Высокая стоимость регенерации катализатора (клеток)

реакций к физическим условиям и необходимость больших количеств воды для осуществления процесса. В результате было установлено, что биологические процессы, за редкими исключениями, больше пригодны для производства высокоценных продуктов, а также продуктов, кото­рые невозможно или трудно получить при использовании ископаемого углеродного сырья. Однако такие продукты, как пищевые, этиловый спирт и уксусная кислота, предназначенные для потребления человеком, по эстетическим и политическим соображениям производятся биологи­ческим путем даже в тех случаях, когда синтетический продукт дешевле и выше по качеству.

Биологические клетки могут осуществлять многие преобразования, лежащие в основе современной химической промышленности; однако эти реакции не используются вследствие их относительно низкой ско­рости, сложности и дороговизны. Эти утверждения приводятся здесь не с целью снижения энтузиазма по поводу развития биотехнологии; ис­пользование биологических процессов только тогда будет правомерным, когда их универсальность, специфичность и сложность будут иметь мак­симальную отдачу. Биологические процессы дополняют химические про­цессы, при этом каждый процесс имеет свою собственную область при­менения.

Издержки, инфляция и растущие цены на энергию. Хотя мы еще вер­немся к вопросу будущих тенденций в случае дефицита нефти, возмож­но, здесь имеет смысл сделать несколько замечаний. В настоящее время

используются методы расчета, учитывающие существующую стоимость денег, инфляцию и различное воздействие инфляции на компоненты из­держек. Обычно считается, что стоимость предложений по источникам возобновляемой энергии становится относительно меньше в условиях инфляции и растущих цен на энергию. Даже элементы капитальных затрат не увеличиваются вслед за ростом цен. Считается, что инфляция усиливает интерес к возобновляемым источникам энергии. Этот аргу­мент обычно используется торговыми агентами, которые, продавая устройства, обеспечивающие экономию энергии, утверждают, что, уста­новив эти устройства теперь, можно сэкономить деньги в будущем. Все капитальное оборудование имеет ограниченный срок службы, и издерж­ки на техническое обслуживание и текущий ремонт сведут на нет любые преимущества, полученные во время инфляции. В период инфляции и растущих цен на энергоносители при растущих процентных ставках предложение капитала снижается. Стремительно развивающаяся инфля­ция фактически явилась следствием растущих расходов по импорту нефти. Инфляция непостоянна, и падение темпов инфляции, сопровож­даясь незначительным ростом цен на энергоносители, создает условия для выдачи ссуд под высокие ссудные проценты. Инфляция также повы­шает риск при предоставлении ссуд, при этом соответственно предпола­гается получение более высоких процентов. Прибыли от многих био­энергетических процессов являются неясными и уже представляют риск для вкладчиков.