Биотопливо

Использование биомассы в России

В России имеется огромный биоэнергетический потенциал (табл.5.3). Прежде всего, это лес, занимающий 60% территории страны и производящий ежегодно почти четверть мирового прироста биомассы. Однако вклад биомассы в потребление энергии весьма незначителен. Цифры, характеризующие этот вклад, сильно разнятся в зависимости от источника, причем речь идет не о процентах, а о разах. Если ориентироваться на официальные цифры Роскомстата, то вклад составляет около 20 млн т у.т. По экспертным оценкам потребление биомассы в России составляет не менее 70 млн т у.т.

Биоэнергетический потенциал России
Таблица 5.3 Биоэнергетический потенциал России

По данным на 2005 г., общее количество органических отходов АПК составило 624,2 млн т (225 млн т сухих веществ — с.в.) с общим валовым энергосодержанием 80,6 млн т у.т.

С появлением в России фермерских хозяйств возникла необходимость в создании достаточно простых в использовании комплексов по производству биогаза из органических отходов.

Индивидуальная биогазовая установка ИБГУ-1, разработанная Центром «ЭкоРос» (г. Москва), предназначена для безотходной переработки любых органических отходов, образующихся в фермерских хозяйствах, с получением биогаза и экологически чистых органических удобрений. Эти удобрения богаты азотом, фосфором, калием и другими необходимыми для жизнедеятельности растений макрои микрокомпонентами. Одна тонна таких удобрений соответствует примерно 80–100 тонн органических отходов (навоза). Суточный объем обрабатываемых органических отходов может колебаться от 50 до 200 кг при влажности до 85%. Суточный объем выделяемого биогаза, в зависимости от объема загружаемого органического сырья, колеблется от 3 до 12 м3. Биогаз содержит метан (55–60%) и диоксид углерода, его теплота сгорания достигает 25 МДж/м3, что эквивалентно 0,7 л мазута или 3,5 кг дров. Его можно использовать в быту для приготовления пищи, отопления помещений, сжигать в топках котельных.

Установка состоит из биореактора (рис.5.3) объемом 2,2 м3 и газгольдера мокрого типа объемом 3 м3 (рис.5.4). Установка перерабатывает в сутки навоз крупного рогатого скота от двух до шести голов (до 200 кг в сутки) или навоз 20–60 голов мелкого рогатого скота и свиней.

Схема-разрез биореактора-метантенка ИБГУ-1
Рис. 5.3. Схема-разрез биореактора-метантенка ИБГУ-1: 1 — корпус биореактора; 2 — диафрагма; 3 — рукоятка; 4, 8 — затвор;5 — шлюз для выгрузки сброженной массы; 6 — корпус тепловой рубашки; 7 — ТЭН; 9 — загрузочный люк; 10 — газовый штуцер; 11 — гребенка; 12 — вал мешалки; 13 — шнек;14 — облицовка теплоизоляции; 15 — теплоизоляция; 16 — рукоятка-крестовина мешалки; 17 — крышка биореактора

Кроме того, в качестве сырья можно использовать отходы растительного происхождения, такие как капусту, солому, стебли кукурузы и подсолнечников, а также пищевые отходы.

ИБГУ-1
Рис. 5.4. ИБГУ-1 (на переднем плане — газгольдер, на дальнем — биореактор)

Применение таких технологий дает возможность одновременно решить ряд проблем:

  • санитарно-экологическую (ликвидация и обеззараживание отходов);
  • энергетическую (получение качественного топлива — биогаза и, следовательно, тепловой и электрической энергии);
  • агрохимическую (получение высокоэффективных органических удобрений);
  • социальную (улучшение условий труда и быта населения, увеличение урожайности сельскохозяйственных культур при сокращении применения химических удобрений, ядохимикатов и средств защиты растений).

Комплект ИБГУ-1 производится серийно и в полной заводской готовности транспортируется на одном КАМАЗе с полуприцепом. Она рассчитана для работы в любых климатических условиях.

Биогазовые установки ИБГУ-1 и БИОЭН-1 выпускают АО Центр «ЭкоРос», АО «Стройтехника—Тульский завод», АО «Юргинский машиностроительный завод», АО «Заволжский авторемонтный завод».

Автономный биоэнергетический модуль для среднего фермерского хозяйства (БИОЭН-1) предназначен для безотходной, экологически чистой переработки органических отходов сельскохозяйственного производства (навоза, помета, твердых бытовых отходов, пищевых отходов, растительных остатков) в газообразное топливо — биогаз, конвертируемый далее в электрическую и тепловую энергию, и экологически чистые органические удобрения.

Состав оборудования модуля: два биореактора-метантенка по 5 м3 каждый, газгольдер мокрого типа на 12 м3. Модуль может быть также укомплектован биогазовым теплогенератором мощностью 23 кВт, электрогенератором мощностью 4 кВт, бытовой конфорочной биогазовой плитой, инфракрасными горелками на биогазе мощностью 5 кВт.

Площадь помещения, отапливаемого БИОЭН-1, составляет от 150 до 200 м2; суточное количество перерабатываемых отходов при влажности 85% — до 1 т; количество вырабатываемого биогаза (60% метана — до 40 м3/сут; количество вырабатываемой электрической энергии — до 80 кВт·ч/сут, тепловой энергии — до 230 кВт·ч/сут; количество вырабатываемых органических удобрений — 1 т/сут; собственные потребности в энергии на поддержание термофильного процесса составляют 30%.

Модуль «БИОЭН-1» может собираться в батареи из двух, трех и четырех комплектов.

Биогазовые технологии могут эффективно использоваться в любом климатическом регионе России. Причем, они дают возможность производить не только газообразное топливо, но и высокоэффективные органические удобрения, получившие торговую марку БИОУД. Высокая эффективность удобрений БИОУД объяснятся действием ауксинов (биологических стимуляторов роста растений), которые повышают биологическую активность растения, ускоряют усвоение углекислого газа и увеличивают накопление зеленой массы. Для обработки 1 га угодий достаточно 1 т БИОУД.

АО «Энерготехнология» (г. Санкт-Петербург) выпускает термохимические газогенераторы. В таком газогенераторе в результате термической переработки из биомассы получается газообразное топливо, которое может быть использовано без дополнительной очистки для сжигания в топках паровых и водогрейных котлов, в различных технологических установках для нагрева и сушки, стационарных двигателях внутреннего сгорания с получением электроэнергии, коммунальнобытовом хозяйстве для получения горячей воды и обогрева жилых помещений. Исходным сырьем для газогенератора являются любые органические отходы.

В табл.5.4 приведены характеристики биоэнергетических установок, производимых в России. Установки серийно выпускаются, срок окупаемости в некоторых случаях исчисляется месяцами, тем не менее широкого спроса на них нет. Вопросы энергоснабжения на местах часто решаются явно себе в убыток, предпочтение отдается привозным ископаемым топливам, когда под рукой имеются практически неограниченные запасы биомассы.

Биоэнергетические установки, производимые в России

Биоэнергетические установки, производимые в России
Биоэнергетические установки, производимые в России

За несколько лет в России сформировался новый для нашей страны бизнес — производство биотоплива (древесных гранул, брикетов, топливной щепи). По мнению экспертов, только в Северо-Западном регионе количество предприятий по производству такого топлива за 5 лет выросло в 10 раз. Ожидается, что через несколько лет производство топливных гранул в стране увеличится еще 3–4 раза.

Специфика нового бизнеса в том, что он ориентируется в основном на экспорт, причем если предприятия, расположенные в европейской части России, предлагают свою продукцию прежде всего в страны Скандинавского полуострова, Италию, Германию и другим европейским потребителям, то их коллеги из Сибири рассчитывают и на восточные рынки. Например, руководство открывшегося в конце 2006 г. завода по производству пеллет на базе деревообрабатывающего комбината «Енисей» (Красноярский край) планирует поставлять свою продукцию в Японию, а со временем, возможно, и на российский рынок.

По экспертным оценкам в России производится около 30 тыс. т пеллет. Однако прямое сложение производственных мощностей всех российских предприятий по выпуску пеллет дает величину почти на порядок большую — 280 тыс. т.

Производство пеллет из отходов растениеводства (соломы, стеблей, шелухи, ботвы и т.д.) может составить до 147 млн т. Ведущими Федеральными округами могут быть Южный, Приволжский, Центральный и Сибирский (выделены в табл.5.5).

Потенциальные возможности по производству пеллет и их конверсии в сингаз и водород
Таблица 5.5 Потенциальные возможности по производству пеллет и их конверсии в сингаз и водород

Южный федеральный округ способен с избытком удовлетворить потребности в топливе и энергии не только своего АПК, но и округа в целом: сельское население округа 9,7 млн чел., их потребность в обеспечении электроэнергией на современном уровне может составить (из расчета 3–4 кВт ·ч/(чел·сут)) — 14 млрд кВт·ч/год, для чего потребуется биогаза до 6 млрд м3/год, или 21% от его возможной выработки (28 млрд м3). Округ расходует в год до 3,4 млн т бензина и до 4,3 млн т дизельного топлива, для их замещения необходимо до 15,4 млрд м3 биогаза. Таким образом, только за счет производства биогаза округ в целом может также обеспечить топливом транспорт и сельскохозяйственные машины.

Россия имеет возможности интенсивного развития практически всех современных направлений использования биомассы для энергетики. Кроме того, возможен экспорт отдельных видов биоэнергоносителей, в первую очередь пеллет и транспортного этанола. Российские разработки в области технологий и оборудования по газификации и пиролизу древесины, производству этанола из сахарного и крахмалистого сырья, получению и использованию биогаза и биоводорода соответствуют мировым требованиям.