Аграрный бизнес

Начиная с 50-х годов ведется интенсивное изучение возможностей производства топлива из биомассы. Уже сейчас некоторые виды промышленности используют биомассу в небольших масштабах в качестве источника энергии.

Так, успешно прошла испытания газификационная установка для производства газа с низкой теплотой сгорания из ореховой скорлупы.Оценочная стоимость получаемого газа равна примерно 1 долл. за 109 Дж, что составляет менее половины стоимости природного газа, сжигаемого на ореховой фабрике. Фирмы, экспортирующие зерно, использует в качестве топлива стержни кукурузных початков, при этом она гарантирует круглогодичную поставку такого топлива и предлагает фермерам более высокие цены во внесезонный период. Одновременно поднимается вопрос о создании чисто энергетических предприятий на «основе биомассы», предназначенных специально для решения топливных проблем.

Согласно существующим оценкам, на фермах при севообороте и уплотненной посадке высокоурожайных пород деревьев, таких, как тополь и эвкалипт, на 10% неиспользуемых в настоящее время лесных массивов и пастбищных угодий можно получать ежегодно 4,75-1018 Дж тепловой энергии. Производство большего количества энергии из биомассы связано с решением некоторых технических проблем, в том числе с проблемой предотвращения загрязнения окружающей среды.

Отходы сельского хозяйства и леса, городские отходы, навоз животных могут оказаться дополнительными источниками энергии и использоваться в качестве сырья для производства жидкого и газообразного топлива.

В работах, посвященных исследованию ресурсов сырья, получаемого из биомассы, приводятся детальные сведения и результаты исследований потенциальных возможностей сбора биомассы в лесоводческих фермах. Однако в литературе недостаточно освещены проблемы, связанные с качеством сырья. Авторы настоящей работы попытались восполнить этот пробел и в доступной форме изложить вопросы, касающиеся современных ресурсов отходов сельского хозяйства и леса.

Кроме того, в работе даются определение и оценка потенциальных ресурсов биомассы, которая может быть получена из отходов леса и сельского хозяйства, а также производится оценка общего количества энергии, которая может быть получена из имеющихся ресурсов биомассы в масштабе регионов страны. При этом значение каждого вида отходов как источника энергии одевается с учетом стоимости производства энергии и транспортных расходов.

Сельскохозяйственные отходы представляют собой часть сельскохозяйственных культур, которая остается на поле после сбора урожая, собираемого в процессе сортировки, очистки и подготовки к переработке. При вспашке грунта сельскохозяйственные полевые отходы обычно остаются в нем (без каких-либо дополнительных затрат), а отходы, собираемые на складах, либо продаются в качестве корма для скота, либо уничтожаются.

Выбор растений для анализа производится на основании результатов предыдущих исследований технологии их биопревращений или с учетом возможности специального их выращивания для использования в качестве сырья с целью производства энергии. (Сено или пастбищная трава не рассматривались, поскольку весь их урожай обычно собирается и используется.)

Сезонное распределение отходов отобранных видов сельскохозяйственных культур определялось умножением теряемых отходов на процент сезонной доступности в каждом квартале года. Возможность использования сельскохозяйственных отходов в качестве сырья для производства энергии в какой-то степени зависит от их сезонной доступности. Сезонную доступность сельскохозяйственных отходов необходимо учитывать, поскольку длительное хранение этих громоздких продуктов с малой плотностью стоит дорого и приводит к ухудшению их качества.

Уровень загрязнения окружающей среды при сжигании соответствующего топлива зависит от содержания в нем азота и серы. Согласно немногочисленным данным, в деревьях содержится менее 1,5% азота и менее 0,1% серы. В различных видах сельскохозяйственных культур содержание азота колеблется от 0,4% в пшенице до 4,5% в рисе. Что касается содержания серы, то в рисе оно меньше 0,2%, а в пшенице меньше 0,16%, т.е. меньше, чем азота и серы в угле. Растения, как правило, содержат примерно одинаковые количества серы и фосфора.

Данные о содержании питательных веществ колеблются в довольно широких пределах. Это связано, по-видимому, с использованием результатов, полученных в различных лабораториях, а также с тем, что концентрация питательных веществ зависит от части растения, в которой они определяются, возраста и условий выращивания. Содержание кальция, фосфора, калия и магния, очевидно, не достигает таких количеств, которые могли бы отрицательно сказаться на процессе производства энергии; получаемая же зола может быть использована в качестве удобрения. Естественно, производство энергии будет эффективнее при меньшем количестве в сырье влаги и золы. В деревьях влага составляет примерно 55%, а зола около 2,5% и меньше.

Вместе с тем в сельскохозяйственных культурах содержание влаги часто превышает 55%, особенно в мясистой части, а также в листве, например, картофеля, сахарной свеклы и сахарного тростника. В угле содержание влаги может достигать 30%.

Содержание золы в сельскохозяйственных культурах колеблется от 4% в рисе до примерно 20% в сахарном тростнике. В различных видах деревьев азота, серы, влаги и золы меньше, чем в сельскохозяйственных культурах, однако благодаря высокому содержанию лигнина древесина отличается большим энергосодержанием.

На основании данных по изучению заготовок леса в юго-восточных сосновых лесах остается около 80% биомассы. Энергия годовых отходов, образующихся на деревообрабатывающих заводах, составляет более 74-1016 Дж, что эквивалентно 17,7 млн. м3 нефти, или примерно 1,2-2,0% годового потребления нефти в стране. Тем не менее общее количество отходов сельскохозяйственных культур более чем в шесть раз превышает количество отходов леса. Из 16 сельскохозяйственных растений, выбранных для оценки, пшеница, кукуруза и соевые бобы дают 35% доступных отходов.

В отличие от отходов леса, которые доступны практически в течение всего года, доступность отходов сельскохозяйственных культур зависит от времени года. Зимой некоторые виды сельскохозяйственных культур доступны по всей стране. Доступность отходов отдельных видов сельскохозяйственных культур в различные сезоны и разных регионах неодинакова.

Поэтому для успешного использования отходов в производстве биотоплива, нужно обеспечить их правильное хранение, особенно в зимний период. Для этого утепляют стены хранилищ, используя пенопласт или другие теплоизоляционные материалы, что позволяет повысить качество сырья и увеличить экономическую эффективность производства.