Биоэнергия: технология, термодинамика

ТЕХНОЛОГИИ, ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ К ИЗМЕНЕНИЯМ СТОИМОСТИ СЫРЬЯ

Стоимость биомассы. Как было показано в главе 2, издержки по выращиванию и уборке биомассы значительно выше издержек при до­быче ископаемых видов топлива. Цены на биомассу, предназначенную для превращения ее в биотопливо, могут быть значительно выше при учете транспортных расходов, импортных пошлин, расходов на хранение прибылей. Цена на биомассу, включающая расходы по доставке, немед­ленно выключает большинство видов биомасс из производства биотоп­лива, если только эти расходы не компенсируются субсидиями. Иссле­дования в области естественных наук могут сделать очень немного для того, чтобы способствовать субсидированию (если только исследовате­ли Де становятся политиками). Многие предприятия не станут полагать­ся на такого рода субсидии при осуществлении долгосрочных капитало­вложений. Реализация излишков биомассы фермерами по цене, ие покрывающей издержки производства, и при отсутствии компенсации приведет скоро к банкротству фермеров.

Как было показано выше, наиболее важными элементами стоимости биомассы являются удобрения, машины и земельная рента; структура издержек производства биомассы (травяного силоса) показана на ри­сунке 17 (см. табл. 19 в главе 2). Земельная рента не является предме­том исследования в области естественных наук. Остаются механизация и химические средства, необходимые для обеспечения высоких урожаев и сохраняющие издержки на низком уровне. Дорогостоящая, но необхо­димая роль, которую играет современная технология, - это основная дилемма, с которой приходится сталкиваться в области биоэнергии.

По крайней мере, при трех технологиях получения биоэнергии стои­мость биомассы особенно важна. Это прямое сжигание для выработки пара и электроэнергии, спиртовое брожение растительных углеводов и экстрагирование растительных масел. В каждом случае биомасса, слу­жащая сырьем для производства биотоплива, представляет основные отрасли мировой промышленности. Используются следующие виды биомассы: древесина (прямое сжигание), зерновые колосовые и саха­роносные культуры (спиртовое брожение), семена и плоды масличных культур (производство растительных масел). Тот факт, что эти виды биомассы представляют основные отрасли промышленности, является благоприятным обстоятельством для производства биоэнергии в том отношении, что человечество имеет большой опыт в производстве этих форм биомассы в широком масштабе. Однако важные в экономиче­ском отношении аспекты использования биомассы будут вступать в серьезный конфликт с производством более дешевых продуктов, таких, как топливо.

Прямое сжигание. При прямом сжигании закупленной древесины (в промышленности или для обогрева жилья) основной компонент

издержек - стоимость самой древесины (рис. 18). Для соответствую­щим образом высушенной древесины имеются необходимые устройства для сжигания, и хотя они обычно более дорогостоящие, чем устройства для сжигания нефти, газа и угля, никаких радикальных изменений в технологии сжигания здесь не требуется. Проведенные исследования вы­явили причины загрязнения окружающей среды при сжигании древеси­ны, а также способствовали повышению эффективности процесса сжига­ния. Однако это не улучшает положения со сжиганием древесины, так как стоимость последней значительно выше стоимости ископаемого топ­лива. В Великобритании проблема может быть частично решена путем сбора древесных отходов на землях общего пользования и на пусты­рях. Часть древесины имеется в продаже в форме дешевых отходов рубки леса, разделки древесины и других остатков, являющихся ре­зультатом деятельности в различных областях лесного хозяйства. Ры­ночная цена на высушенную древесину делает невозможной конкурен­цию древесины с углем, газом или нефтью. Что могут сделать исследо­вания в плане обеспечения предложения конкурентоспособной биомассы для сжигания?

Учет отходов и остатков. Ответ на вопрос о* возможности такого учета не очень обнадеживает. Существует статистический подход, даю­щий суммарное количество остатков древесины и биомассы в националь­ном масштабе. Обычно такие подсчеты дают довольно значительные количества энергии (калориметрическая бомба, расчет на сухую био­массу). Такие исследования проводились во многих странах, включая Великобританию, США и Францию. К сожалению, статистика не указы­вает, какое количество биомассы может быть собрано в одном месте и при каких издержках. Эти цифры не могут оказаться полезными ни
при организации службы распределения древесины, ни при устройстве индивидуального дровяного центрального отопления.

Энергетические плантации. Другим подходом является организация ’’энергетических плантаций”. Высказывались предложения высаживать быстрорастущие деревья на бедных землях с последующей уборкой всей биомассы. При этом, по прогнозам, издержки производства долж­ны быть значительно меньше, чем при существующей практике лесовод­ства. Экономия обычно достигается в методах уборки. На первый взгляд эта мысль кажется перспективной. Однако в Великобритании не сущест­вует таких энергетических плантаций, предназначенных для промышлен­ного производства топливной древесины. В сущности, эта мысль была высказана перед возникновением нефтяного кризиса для оказания по­мощи целлюлозной промышленности Великобритании, где стоимость целлюлозы значительно выше, чем стоимость топлива. Но по расчетам издержки оказались слишком высокими. Отчасти причиной этому был тот факт, что быстрый рост на бедных почвах сам по себе является про­тиворечием, так как высокие урожаи могут быть получены только на плодородных почвах при интенсивных методах возделывания и внесе­нии удобрений. Полные издержки в расчете на 1 т произведенной дре­весины на таких плантациях скорее всего будут выше, чем в лесах с выборочной рубкой и самовосстановлением (как, например, в Скандина­вии и СССР), но, возможно, ниже, чем при интенсивной системе лесо­водства, когда рубки ухода проводятся в течение цикла роста. В Вели­кобритании вопрос наличия земельных угодий представляет собой наиболее сложную проблему, где исследования мало что могут сделать.

Моторный спирт. Стоимость сырья — основной элемент издержек в общей стоимости производства моторного спирта (рис. 19). Побочные продукты нередко играют решающую роль в определении степени цен-

Оплачиваемый побочный продукт

Рис. 19. Стоимость производства спир - Рис. 20. Стоимость производства расти - та из кукурузы. тельного масла.

ности процесса, и для них ведется поиск наиболее выгодных рынков сбыта. Исследования по проектированию ферментатора или повыше­нию эффективности перегонки мало что значат в производстве мотор­ного спирта, если при этом нет дешевого сырья. Такие исследования мо­гут оказать большую помощь традиционным отраслям, производящим промышленный и питьевой спирт методом ферментации. Кроме того, в случаях, когда производство моторного спирта было организовано благодаря субсидиям или другой помощи со стороны правительства, процесс превращения биомассы в спирт должен быть максимально эффективным в целях снижения общих затрат. Существует много пред­ложений по различным типам ферментаторов, перегонным кубам и теп­лообменникам, новым типам микробных реакций, альтернативным методам регенерации спирта и т. д. В других странах, где субсидирова­ние менее вероятно, необходимы очень дешевые моносахариды или легко гидролизуемые полисахариды для стабильного производства моторного спирта.

Растительные масла. Основной проблемой, связанной с исполь­зованием растительных масел, снова является стоимость производства биомассы (семян масличных культур и т. д.) (рис. 20). За последние несколько десятилетий стоимость растительных масел в реальном вы­ражении снизилась благодаря механизации, внесению удобрений и но­вым сортам. Несмотря на перспективы дальнейшего повышения уро­жаев, снижение стоимости растительных масел будет недостаточным для того, чтобы конкурировать с видами дизельного топлива, которые растительные масла могли бы заменить. Поскольку растительные масла вызыва1от закоксовывание поршневых колец дизельных двигателей, может возникнуть необходимость дальнейшей очистки масел, прежде чем они могут быть использованы в качестве топлива в карбюраторных двигателях внутреннего сгорания. Было бы более справедливо сравнить растительное масло с сырой нефтью (190 долл/т), чем с дизельным топ­ливом (240 долл/т). Их стоимость в текущих ценах (440 - 600 долл/т) не позволяет им конкурировать с традиіщонньїми видами топлива.