Всего за 99.9 руб. Купить полную версию
Предлагаемая анаэробная переработка отбросов имеет преимущество по сравнению с аэробной, поскольку не только способствует их утилизации, но и позволяет параллельно решать топливную проблему путём выработки горючего биогаза. Присутствующие в исходных мусорных экскретах тяжёлые металлы (свинец, ртуть, кадмий, мышьяк) в процессе анаэробного сбраживания превращаются в сульфиды, нерастворимые в воде, и поэтому нетоксичные. Известно, что в процессе анаэробного сбраживания погибают болезнетворные микроорганизмы и яйца гельминтов, присутствующие в отбросах. Наконец, выработка биогаза приводит к утилизации метана, который в ином случае выделяется из стоков и свалок в атмосферу, создавая угрозу парникового эффекта.
Известно, что сбор и улавливание метана рекомендованы положениями Киотского протокола. Таким образом, выработка биогаза решает сразу несколько самых насущных проблем цивилизации: энергетическую, экологическую, а также косвенно - проблему голода в странах третьего мира. Биогаз производится не из пищевых продуктов, а из отходов.
К мусорным экскретам, способным генерировать биогаз, относятся осадки бытовых сточных вод и активные илы водоочистных сооружений, фекальные массы, пищевые отбросы, а также навоз и помёт сельскохозяйственных животных и птицы, который выгодно подвергать метаногенезу, прежде чем увозить на поля.
Следует отметить, что современные технологии производства биогаза сложны и требуют больших затрат [56]. Их массовое применение эффективно пока только в высокоразвитых странах.
Рис. 2.3.6. Выход биогаза из различных мусорных экскретов [33]
Например, в Швеции еще в 1991 году правительство выделило 120 миллионов крон на исследование, создание и показ биотоплива (технического спирта и биогаза) для транспортных средств. В 2000 году в Германии существовали 850 биогазовых фабрик - маленького фермерского масштаба и крупного промышленного, - оказывающих благотворное влияние на экономику страны. В последующие годы планировалось создание ещё нескольких сотен новых биогазовых фабрик. В 1997 году в странах Европейского Союза была учреждена программа THERMIE, поддерживающая концепцию энергетической переработки бытовых, индустриальных и сельскохозяйственных стоков. После этого исследования биогаза пережили второе рождение.
Например, в Индии в ближайшем будущем планируется создание до 38 миллионов метаногенных биореакторов, работающих на бытовых отходах, для газификации сельских частных хозяйств; предполагается использование энергии биогаза в промышленности.
В России потенциальным пользователем подобных разработок может стать сельское хозяйство, в том числе частный сектор, животноводческие и птицеводческие комплексы и мясоперерабатывающая промышленность, водоочистные сооружения.
Китай на сегодняшний день является мировым лидером по внедрению технологии производства биогаза в сельских районах. Более 31 млн. китайских семей уже установили биогазовые установки в своих домах, и эта цифра продолжает стремительно расти, увеличиваясь ежегодно на несколько миллионов. Суммарный выпуск биогаза составляет 10,2 млрд. м³/год (эквивалентно 13,5 млн. т условного топлива), что ставит КНР на уверенное первое место в мире по этому показателю [32].
Анализ причин китайского феномена убеждает, что это, во многом, заслуга грамотной и сбалансированной системы государственной поддержки. Первые попытки развития биогазовой энергетики Китай сделал ещё в 1958 г., когда появилась программа комплексного использования биогаза для утилизации навоза и улучшения санитарных условий в селе. Однако первые серьёзные шаги китайского правительства, осознавшего выгоды от использования этого ресурса, как механизма модернизации сельского хозяйства, были сделаны в середине 1970-х годов. Именно тогда в сельских районах "Поднебесной" стали появляться установки переработки канализационных стоков, получившие название "китайский купол" (см. рисунок 2.3.7.). Всего было построено более 6 млн. таких установок.
На сегодняшний день китайский биогазовый комплекс развивается при непосредственной поддержке государства. Начиная с 2003 г., в стране действует семилетняя "Национальная программа развития сельской биогазовой энергетики" - масштабный проект, призванный увеличить число семей, использующих биогаз, до 40 млн. Уже через полгода после реализации этой программы 30 % крестьянских хозяйств использовали биогазовые технологии для минимизации своих затрат на тепло, электроэнергию и удобрения. Кроме этого к 2010 г. построено около 4тысяч крупных биогазовых станций, функционирующих на основе отходов животноводческих ферм, а доля сельхозпредприятий, использующих биогазовые технологии, выросла до 52 %.
Китайские власти всерьёз рассчитывают на биогаз как на существенный источник электроэнергии для сельских районов. К 2030 г. удастся полностью обеспечить деревенских жителей электроэнергией и теплом собственного производства. Ожидания китайских властей подкрепляются постоянно растущими инвестициями в отрасль.
Анализ российского сельскохозяйственного сектора показывает, что биогазовые технологии не только экономически оправданы, но и могут создать условия для более интенсивного развития сельского хозяйства РФ, решить проблему отходов АПК и слабого развития энергетической инфраструктуры в сельских районах [58].
Агропромышленный комплекс России сегодня сталкивается с проблемой утилизации огромного количества отбросов и отходов. Чаще всего они просто вывозятся с территорий ферм и складируются. Это приводит к проблемам закисления почв, отчуждению сельскохозяйственных земель (более 2 млн. га сельскохозяйственных земель заняты под хранением навоза), загрязнению грунтовых вод и выбросам в атмосферу метана - парникового газа. Если на государственном уровне ставится задача интенсивного развития сельского хозяйства с высоким уровнем эффективности и глубины переработки, эту проблему необходимо решать.
Согласно планам Правительства РФ, установленная мощность электрогенерирующих установок на биогазе и биомассе к 2020 г. должна вырасти в 5,5 раз по отношению к сегодняшним показателям - до 7850 МВт [33]. Однако существенных шагов пока не предпринято и участие биогазовой энергетики в программе надбавок к цене оптового рынка затруднено в силу технологических причин - обычно электроэнергия и тепло установок когенерации используется для собственных нужд и не продаётся в сеть, а реальных альтернатив этой системе поддержки не предложено.
Подводя итог обсуждению, можно сделать выводы, что отходы агропромышленного комплекса (АПК), которые необходимо утилизировать, сами по себе являются существенным энергетическим ресурсом, так как с разной степенью эффективности возможно получение биогаза почти из всех видов сельскохозяйственных отбросов и отходов. Таким образом, развитие биогазовой энергетики - это не только возможное решение проблемы избавления от мусорных экскретов, но и ещё решение энергетических проблем сельского хозяйства.
Существуют следующие проблемы: большая часть регионов с развитым сельским хозяйством, соответственно, с высокой концентрацией ресурсов для производства биогаза (Белгородская область, Краснодарский край, Алтайский край и др.) являются энергодефицитными, и энергоснабжение сельхозпроизводителей здесь осуществляется по остаточному принципу [34]. Во всех сельскохозяйственных регионах существует проблема низкой степени доступности объектов энергетической инфраструктуры, в частности, только 37 % крупных и средних сельхозпроизводителей имеют доступ к сетевому газу.
Суммарный энергетический потенциал отходов АПК РФ в количественном выражении достигает 81 млн. т условного топлива. Суммарные потребности экономики могут быть обеспечены, если весь биогаз будет перерабатываться на когенерационных установках. Это позволит на 23 % удовлетворить потребности в электроэнергии, на 15 % - в тепловой энергии и на 14 % - в природном газе или же полностью обеспечить сельские районы доступом к природному газу и тепловой мощности [34].
Помимо сказанного выше, биогазовая энергетика - это ещё источник дешёвых комплексных органических удобрений, которые образуются как побочный продукт при производстве биогаза. В целом для сельского хозяйства такие дешёвые и доступные удобрения - это интенсификация производства и повышение конкурентоспособности отечественной продукции. Для фермера - независимость от конъюнктуры закупочных цен на рынке минеральных удобрений и высокие урожаи.
Такие разработки являются не только эффективными бизнес-проектами, но и должны стать неотъемлемым элементом государственной политики в отношении села. Ведь как показал китайский опыт развития биогазовой энергетики, подобные технологии могут стать не только источником инноваций, но и методом повышения уровня жизни в сельских районах.