Сельскохозяйственное производство

Биоэнергетика — актуальная задача современной индустрии.

Биосинтез — преобразование солнечной энергии в химическую энергию растений  имеет большие перспективы. Содержание биомассы в биосфере огромно — 800 млрд т. Ежегодно возобновляется 200 млрд т. Методы получения энергии:- сжигание сырья растительного происхождения — дров, соломы и др.
- сжигание твердых бытовых отходов городов;
- использование растительных масел в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания;
- биоконверсия или разложение органических веществ растительного или животного происхождения в анаэробных (без доступа воздуха) условиях с образованием биогаза, этанола, бутанола и др.
- термохимическая конверсия (пиролиз, газификация, синтез) твердых органических веществ (торфа, дерева и др.) с получением «синтез-газа», искусственного бензина.

В Москве и области 16 млн жителей производят 4 млн т твердых бытовых отходов в год. Голландская компания «Гронтман» и российская компания «Геополис» строят в г. Мытищи демонстрационный полигон по переработке городских отходов. Таким образом, предполагается обеспечить электроэнергией и теплом 100 тысяч домовладений. На двух действующих полигонах в г. Мытищи и Серпухове смонтированы модули по получению биогаза и преобразованию его в электрическую и тепловую энергию. Для большей эффективности используются только чугунные трубы, а для нагрева воды в водогрейных котлах блочные экономайзеры, что в комплексе приводит к уменьшению потерь и удешевлению тепловой энергии.

В странах СНГ ежегодное производство органических биоотходов оценивается в 500 млн т (по сухому веществу), в том числе отходы городского хозяйства и промышленности — 60 млн т, осадки сточных вод — 7 млн т, отходы животноводства и птицеводства 230 млн т. Их переработка позволит получать 150 млн т у.т. пар на технические нужды и удобрение.

По заказу РАО ЕЭС в г. Переяславле-Залесском изготовлена установка для экологически чистого уничтожения твердых отходов ТЭЦ — замасленной ветоши, резинотехнических, упаковочных, древесных отходов, пленки, пластиковых бутылок и др.

Около половины населения мира в своем хозяйстве использует дрова хозяйства. Во многих крупных городах работают мусоросжигающие заводы. В Париже около 80% потребляемой энергии вырабатывается за счет сжигания отходов города. В Голландии правительство борется с захоронением отходов на полигонах путем повышенной оплаты сжигания отходов (75—105 евро/т) на специальных заводах.

В Великобритании строится электростанция мощностью 36 МВт, на которой топливом служит солома — 200 тыс. т в год. На станции в 10 МВт в качестве топлива будет использоваться подстилка для домашней птицы. В США на 1050 энергетических объектах, где в качестве топлива используется древесина, производится электроэнергия для снабжения заводов и поселков. Разводятся плантации «супердеревьев» — гибридных тополей и ив, растущих по 5 м в год. Доля дров в энергетическом балансе США намечено к 2015 г. увеличить с 1 до 15%.

В Индии созданы так называемые «биобактерии», в которых для выработки электроэнергии используются биотходы овощей и фруктов. Из них готовится паста (без добавления воды), в которую погружается медный и цинковый электроды размером 40 х 25 х 0,5 мм. «Капустная» батарея дает ток напряжением 0,2-0,7 В, «морковная» — 0,2-0,6 В, «банановая» 0,7-1,3 В.

Разработана основа технологии быстрого пиролиза биомассы. Из тонны древесных опилок можно получить 700 кг жидкого топлива. При выращивании быстро растущих плантаций биомассы с урожайностью 40 т сухой массы с гектара, можно обеспечить жидким топливом каждый район.
В странах Африки и Южной Америки с теплым климатом, но с недостатком энергоресурсов, в качестве топлива широко используются растительные масла. В этих странах масляничные культуры можно выращивать круглый год. Двигатели внутреннего сгорания могут работать на любом растительном масле — подсолнечном, рапсовом, кунжутовом и др. Автомобиль «фольксваген», работающий на рапсовом масле, расходует 4-5 л/100 км топлива. Двигатель экономичнее бензинового. Литр бензина стоит 1 долл., а масла 0,5 долл. В масле нет серы, двигатель не дает вредных выбросов. Производство масла не требует дорогостоящей переработки, как нефть. В Германии действует 15 масляных автозаправок. Стоимость литра масла — 1 марка, бензина — 2 марки.

Перспективно использование определенных растений, содержащих повышенное количество углеводородов (до 30%). Это нефтяное дерево в Азии, сирийский ватник, южноамериканское копайбу, эвкалипты в Японии, клещевина, арахис, сахарный тростник, кукуруза. В Бразилии, Индии и США из сахарного тростника и кукурузы получают этиловый спирт, используемый в смеси с бензином (газохол). Из 1 млн т соломы можно получить 100 тыс. т этилового спирта, 140 млн м3 метана и десятки тысяч тонн удобрений. На биотопливе работают автомашины в Дании. Один шофер ездил на перегоревшем масле, оставшемся после обжаривания картофеля в Макдональдсе.

В Бразилии и ряде других стран в качестве топлива используют этиловый спирт, полученный из сахарного тростника. В США на нескольких заводах из биомассы производится 6 млн т топливного спирта в год. Все большее значение во многих странах приобретает биоконверсия — разложение бытовых отходов без доступа воздуха с получением биогаза и других продуктов.

В России отходы животноводства составляют 20 млн т в год, при переработке которых можно получить 35 млрд. куб. м метана или 50 млн т у. т. Разработаны биореакторы для средних ферм и индивидуальных хозяйств. В Китае во всех крестьянских хозяйствах используются биореакторы, которые вырабатывают газ из отходов и дополнительно получают компост для удобрения.

Крупный биореактор объемом 6000 м3 работает в г. Пярну (Эстония) при свинокомплексе в 54 тыс. голов. Производство биогаза (12 тыс. м3/сут) осуществляется в метантеках. В Великобритании в г. Тетфорд действует крупнейшая в своем роде электростанция мощностью 40 МВт, где в качестве топлива используются отходы птицеферм — 400 тыс. т в год. Другая электростанция «Glandford» мощностью 13,5 МВт сжигает в сутки 260 тонн отходов птицеферм и снабжает энергией 26 тысяч индивидуальных домов.

В Австралии сточные воды подвергаются биологической очистке: в небольших бассейнах их разлагают специально подобранными микроорганизмами с выделением метана и сероводорода. Бассейны накрывают пленкой, что позволяет собрать и использовать газы 5-12 тыс. м3 в энергоустановке мощностью 200 кВт. В лаборатории возобновляемых источников энергии МГУ им. М.В. Ломоносова биомасса используется для интенсивного выращивания микроводорослей с переработкой их в жидкие углеводороды и глицерол.

В институте фундаментальных проблем РАН (Пущино, Московская область) используют синезеленую водоросль анабену для синтезирования водородного топлива. Этой водоросли для фотосинтеза необходим солнечный свет, и она может служить для преобразования солнечной энергии в энергию водорода.
Определенное значение имеет термохимическая конверсия органических веществ (торфа, древесины и др.) с получением искусственного бензина и «синтез-газа».

Таким образом, производство биоэнергии путем сжигания бытовых отходов, биоконверсии органических веществ, использование растительных масел в качестве топлива имеет большие перспективы.