Коли печерна людина хотів підгодувати вогонь, він ішов до лісу по дрова. Деревина була головним енергоносієм аж до Нового часу, проте грянула промислова революція, не змусив себе чекати перший паровий двигун, який змінився двигуном бензиновим, людство звернулося до викопних вуглеводнів, потім була електрика, потім мирний атом ... І ось на зорі XXI століття Homo sapiens знову дивиться в бік лісу.
Ми не відкриємо Америки, якщо скажемо, що існування сучасного суспільства неможливе без енергоносіїв, а видобуток і розподіл цих енергоносіїв пов'язані з безліччю проблем. Є проблеми прості для розуміння: вугілля, нафта і газ нерівномірно поширені в товщі землі, і якщо державі пощастило мати хороші родовища і при цьому воно має серйозної військовою міццю, воно може «сидіти на трубі» і диктувати свої умови менш щасливим сусідам. Якщо родовища є, а армії немає, то рано чи пізно все скінчиться погано. Значна частина близькосхідних війн і революцій останніх десятиліть має виразний нафтовий запашок. Все це зрозуміло, але навряд чи можна вирішити.
Є проблеми менш явні для неекономіст, але теж залишаються проблемами. З 1970-х років світову економіку регулярно трясуть енергетичним кризам. Глобальна економічна криза 2008 року теж має серед своїх причин енергетичну складову.
Крім того, запаси вуглеводневого палива кінцеві. Різні дослідники дають різні прогнози щодо того, як скоро з землі буде викачано останній барель нафти і останній кубометр природного газу, але всі сходяться в тому, що рано чи пізно це станеться і що в міру вичерпання щодо легкодоступних покладів доведеться розробляти більш складні (наприклад, шельфові родовища, нафтоносні піски, важку нафту), а це позначиться на вартості одержуваного палива і всього, що з ним пов'язано. Тобто взагалі всього.
Ну і останнє за рахунком, але не за важливістю - не можна не відзначити серйозні екологічні проблеми.
Все це змушує думати про альтернативну енергетику, заснованої на дешевих, загальнодоступних, заповнюваних і безпечних джерелах. Сплеск інтересу до неї стався після кризи 2008 року і аварії на Фукусімській АЕС. Відомо досить багато нетрадиційних напрямків енергетики, від суто гіпотетичних (на кшталт квантових електростанцій) до таких, які активно використовуються десятиліттями. Одне з них - це біоенергетика, заснована на використанні палива біологічного (рослинного) походження.
- Ага, - скаже винахідливий читач, - це дрова!
Не зовсім дрова
Складно уявити собі автомобілі, електростанції і заводи, що працюють на дровах, чи не так? Насправді з рослинної сировини (не тільки з деревини, а й, наприклад, з масел) можна отримати досить багато різних видів палива, придатного для різних потреб.
Навіть якщо говорити про безпосереднє спалювання деревини для отримання тепла, сьогодні існує більш досконала її форма, ніж поліно: паливні брикети та гранули - пелети. Деревину (наприклад, відходи виробництва) розмелюють на борошно, висушують і пресують у формах-матрицях при підвищеній температурі, чому міститься в рослинних клітинах лігнін «цементується». Утворені гранули істотно щільніше вихідного дерева (до такої міри, що тонуть у воді), мають форму і консистенцію, зручну для зберігання і перенесення, і, що найголовніше, при спалюванні виділяють в півтора рази більше тепла, ніж звичайні дрова. А якщо деревні пелети обпалювати без доступу кисню (цей процес називається торрефікаціей), вони набувають ряд додаткових корисних якостей: не бояться вологи і цвілі, довго зберігаються, а по теплотворення наближаються до вугілля. Таке паливо не тільки ефективно, але й екологічно.
Енергія від природи
Всупереч помилкам, деревина і водорості - не найгірша джерела заповнювати енергії, ніж, наприклад, сонце. Все-таки людина жила «на дровах» кілька тисяч років своєї історії.
Існує перспективне джерело біомаси, істотно перевершує енергетичні ліси та інші плантації паливних культур. Це - водорості, так зване біопаливо третього покоління (першим поколінням вважається паливо, вироблене з харчових культур, другим - з неїстівних частин харчових рослин, з деревних відходів і рослин, спеціально вирощуваних для енергетичних потреб). Існують види водоростей, що містять в перерахунку на суху речовину до 75-85% жирів. Водорості ростуть швидко, в 20-30 разів швидше будь-якого наземного рослини, - з одного плантації можна знімати «урожай» не раз в декілька років, як у випадку з енергетичним лісом, а до 35 разів на рік. Є одне «але»: для цього водоростям потрібна висока температура води, причому відносно постійна, без перепадів. Існує і можливе рішення цієї проблеми: розміщення ємностей для вирощування водоростей при теплоелектроцентралях.
Паливні пелети виділяють при спалюванні в півтора рази більше тепла, ніж звичайні дрова, і не бояться вологи. Для спалювання пелетів використовується спеціальний пелетний котел - такі котли сьогодні широко використовуються в Європі для опалення котеджів, оскільки мають дуже високий ККД (до 95%), не вимагають спеціального обслуговування, крім рідкісного вилучення золи, компактні і практично повністю пожежобезпечні.
В принципі, пресовані тирсу в якості джерела палива почали епізодично використовувати ще в 1930-х роках, але тоді це було пов'язано не з екологічними причинами, а з Великою депресією, за часів якої просто не вистачало звичайної деревини і вугілля для опалення. Компактні пелетні котли сучасного типу з'явилися в 1980-х роках.
Інший вид палива, одержуваного з рослинної сировини, - це біодизель, який використовується в дизельних автомобільних двигунах як в суміші з традиційним паливом, так і в чистому вигляді. Біодизель в промислових масштабах отримують з початку 1990-х років, і з кожним роком його виробництво збільшується. Попереду планети всієї по виготовленню цього виду палива Німеччина, Франція, Бразилія, Аргентина і США. Крім того, біодизель може використовуватися в опалювальних печах.
В якості палива для автомобілів годиться і спирт, етиловий та метиловий, який теж виготовляють з рослинної сировини, в тому числі з деревини. Правда, звичайний двигун здатний «переварити» без наслідків не більше 10% спирту на 90% бензину, а для більш міцних коктейлів потрібні спеціальні flex-fuel-автомобілі, здатні працювати як на чистому етанолі (або метанолі), так і на його суміші з бензином в будь-яких пропорціях. У Росії такі машини в дивину, а в Бразилії, наприклад, до 2011 року їх було вже близько 15 млн, причому до 2017-му їх частка в автотранспорті країни склала 70%. На другому місці за цим показником Сполучені Штати, найбільший в світі споживач автомобільного палива всіх категорій.
А ще з рослинної маси отримують биометан, ідентичний природному газу, і біоводень, і ... Список насправді великий. Фактично з «живою» біомаси можна отримати все те, що роблять з біомаси «мертвої» (нафта, вугілля, торф, природний газ), питання в рентабельності. Колись в пошуках енергії дешевше було розробляти надра, зараз це стає все менш вигідним. До того ж, на відміну від корисних копалин, рослинна маса невичерпна - якщо не рубати природні ліси, а вирощувати нові.
виростити дерево
Незважаючи на те що в прислів'ях і приказках «виростити дерево» - це метафора чогось довгого, порівнянного з тривалістю людського життя, насправді енергетичний ліс піднімається досить швидко, вже на третій рік після закладки можна знімати перший урожай. Та й, по правді кажучи, на типовий ліс він мало схожий: швидше, на зарості надзвичайно густого чагарнику.
Для потреб енергетичного лісівництва використовують швидкорослі, невибагливі, живучі породи дерев - вербу, тополю, на півдні - акацію, евкаліпт і бамбук. Ви бачили, як обрізаний до голого стовбура тополя наступної весни обростає «свічкою» молодих пагонів? Як швидко затягуються верболозом пустирі і руїни будинків? Тоді вам повинна бути зрозуміла ідея.
Наведені далі цифри можуть варіюватися в залежності від видової приналежності рослин, клімату, використовуваної технології, але загальні принципи такі. Дерева садять дуже щільно, від 3 до 18 тисяч стволів на гектар. На третій-сьомий рік зрізають відросло пагони, ще через три-сім років повторюють цю операцію і т. Д. Одну плантацію можна використовувати 25-35 років. До речі, не треба думати, що власник такої плантації має з неї дохід лише раз в кілька років: зазвичай одночасно експлуатується кілька ділянок з різним ступенем «зрілості» дерев. З гектара знімають від 9 до 60 т біомаси. Весь процес, від посадки до порубки, механізований; зрізані гілки відразу ж перемелюють на тирсу для зручності транспортування.
Бензин, що містить певну частку етилового або метилового спирту, маркується літерами «E» і «M», при цьому число після букви вказує на відсоток вмісту доданого речовини. Так, E5 містить 5% етанолу, E50 - 50%, а E100 - це чистий спирт. Точно так же суміш звичайного дизельного палива з біодизелем маркується літерою «B», а число вказує об'ємну частку останнього.
Крім дерев для енергетичних потреб використовують і трав'янисті рослини, що дають велику кількість біомаси: кукурудзу, цукровий очерет (особливо для виробництва етанолу), ятрофу, сою, рапс (для біодизелю), слонову траву.
Найбільш показовим у плані використання як біоенергетики, так і альтернативних джерел в цілому досвід Швеції. Ще в 1970-ті роки шведський уряд взяло курс на поступову відмову від використання викопних вуглеводнів. Сьогодні частка «зелених» джерел енергії в загальному енергетичному балансі країни можна порівняти з часткою нафти і газу, а до 2020 року шведи мають намір повністю відмовитися від останніх. І це при тому, що Швеція займає одне з провідних місць в світі по енергоспоживанню на душу населення. Все більше енергетичних лісів закладають в Німеччині. Взагалі в Європі, яка споживає більше енергоносіїв, ніж видобуває, злізти з нафтогазової голки - це актуальна проблема, і інвестиції в дослідження і впровадження альтернативних енергетичних технологій там робляться значні. Прийнятий у 2008 році Європейською комісією стратегічний план з енергетичних технологій передбачає, що до 2020 року мінімум 20% усього виробленого в Європі електрики буде надходити з джерел, нині званих альтернативними, а в ряді держав, як вважають фахівці з Європейської ради з відновлюваної енергії, ця частка сягатиме 40% і третина з них припаде на біопаливо.
У тому ж 2008 році Конгрес США прийняв Акт про продовольство, охорони природи та енергетиці (який здобув популярність як «Фермерський білль»). Цей закон крім іншого передбачає субсидії, що покривають до 30% витрат на дослідження і розробку нових видів біопалива, гарантує суттєві державні кредити на відкриття підприємств біопаливної промисловості, встановлює нові податкові пільги виробникам целюлозного сировини для цих підприємств, а також виділяє щорічне фінансування на цілий ряд програм , спрямованих на впровадження та популяризацію поновлюваних джерел енергії, зокрема енергетичних лісів.
У Китаї - що характерно, теж в 2008 році - була розпочата програма «Мільйон му біоенергетичних лісів» (му - це традиційна китайська одиниця площі, що дорівнює 1/15 га). Цю територію збираються засадити кущами Ятрофа - неїстівної олійною культурою, найкращим чином придатною для виготовлення біодизеля. Взагалі в Китаї досить велика програма підтримки біоенергетики на державному рівні. Енергетичні ліси вирощують в Індії та навіть у ряді країн третього світу.
У Росії, багатою як природними лісами, так і копалинами вуглеводнями, передумов до розвитку цього напрямку енергетики не спостерігається. А шкода.
«Але», і не одне
Втім, розповідаючи про енергетичні лісах, не можна робити вигляд, що з ними все добре і райдужно і що цей чарівний диво-засіб неодмінно врятує світову економіку від усіх можливих криз. На жаль, зараз вирощування біомаси описаним чином недостатньо ефективно, щоб задовольнити енергетичні потреби цілої країни. І досвід Швеції (чиє населення всього 9,5 млн осіб - менше, ніж в одній Москві) слід приймати до відома з деякими поправками. Щоб таким способом повністю забезпечити енергією, наприклад, Німеччину, за деякими розрахунками, буде потрібно зайняти під енергетичний ліс всю її територію (яка на 20% менше шведської, при тому що населення - 82 млн).
Вихід біомаси з одиниці площі енергетичних лісів з часом можна збільшити шляхом селекції нових порід дерев і чагарників, більш відповідають даним конкретним потребам. Зрештою більшість сортів сучасних культурних рослин неабияк продуктивніше своїх дикорослих предків. Така робота ведеться, але які результати вона дасть і коли - поки передбачити неможливо.
Крім того, слід мати на увазі, що біомаса, що отримується з подрібненої деревини, не однаково підходить для виробництва різних видів біопалива. Наприклад, біодизель добувають з олійних культур, а спирт в даний час набагато рентабельніше отримувати з цукрової тростини і кукурудзи, ніж з тирси. Нарешті, далеко не всі екологи впевнені в тому, що спалювання біопалива корисніше для екології планети, ніж спалювання палива з викопних вуглеводнів.
Енергетичні ліси і біопаливо в цілому слід розглядати не саме по собі, а в комплексі з іншими поновлюваними джерелами енергії. А це енергія і сонячної радіації, і вітру, і води, що рухається, і геотермальна енергія, і безліч інших напрямків, аж до самих екзотичних. І хочеться сподіватися, що за такою енергетикою - майбутнє.
Стаття «XXI століття: пора по дрова» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №12, Листопад 2012 ).
Ви бачили, як обрізаний до голого стовбура тополя наступної весни обростає «свічкою» молодих пагонів?Як швидко затягуються верболозом пустирі і руїни будинків?
Создание сайтов Донецк
