Коли говорять про біоенергетику, частіше під поняттям "біопаливо" розуміють рідкі біопалива (біодизель, біоетанол і метанол) та забувають про твердях і газоподібних. Не меншої уваги заслуговують біогаз, синтезгаз, піролізні рідини, відходи сільськогосподарської та побутової продукції, залишки переробки деревини та енергетичні рослини. Саме останні, які вирощуються для отримання енергії або палива, в найближчому майбутньому створять конкуренцію газу або дизелю. До таких рослин належать енергетична верба, тополя, багаторічні трави, ріпак, соя, соняшник, кукурудза, льон та інші.
Європейський досвід - це не тільки використання енергосировини із звалищ, відходів сільськогосподарського і деревообробного виробництва, а й спеціально вирощених швідкозростаючіх енергетичних культур. Світовий та український досвід знає чимало таких рослин - це тополя, верба, акація, топінамбур, соняшник, просо, сорго, тростина, міскантус, конопля, очерет і багато інших. Енергетичні культури можна розділити на три групи:
Однорічні трави (конопля, тритикале, сорго), які можуть бути легко впроваджені в звичайний сільськогосподарський сівооберт. З точки зору вирощування і збору вони дуже близькі до традиційних культур і можуть бути джерелом як волокон, так і палива.
Багаторічні трави (міскантус, червоне просо, двокісточнік тростинний) істотно відрізняються від звичайних сільськогосподарських культур. їх сівозміну становить 10-15 років, і вони практично не мають потреби в підготовці грунлв. Урожай збирається кожної весни з використанням звичайної сільськогосподарської техніки.
Такі трави використовуються в основному як паливо, а також можуть бути джерелом волокон невисокої якості.
- вибрати культуру, яка найбільше підходить до даного типу грунту і кліматичних умов;
- визначити, чи буде вирощування обраної культури, збір врожаю, його зберіганая, переробка і транспортування економічно доцільним в існуючих ринкових умовах;
- вибрати систему культивації відповідно до прийнятої в сьогоднішньої сільськогосподарській практиці з найменшими негативними наслідками впливу на навколишнє середовище.
Найбільш придатними для отримання твердих біопалив є швідкозростаючі енергетичні культури верба і тополя. У Швеції та Данії вони використовуються в місцевих системах опалення на заводах для комбінованого виробництва теплової та електричної енергії. На даний час існують багато станцій комбінованого спалювання вугілля з додаванням біопалива (солома, щепа), використання яких зменшує споживання викопних палив і знижує шкідливі викиди в атмосферу. На такому обладнанні можна спалювати і траву міскантуса.
В європейських країнах використання енергетичних культур є особливо популярним. Наприклад, в Данії верба вирощується на 500 гектарів сільськогосподарських земель, в той час як в Швеції плантації верби становлять до 20 тис га.
У енерголеснічестве використовують вербу Заііх, яка зазвичай густа і виростає до 5-6 м у висоту і має велику кількість пагонів. Насадження верби залишається продуктивним 25-30 років, і протягом цього періоду урожай може збиратися через 3-4 роки. Після кожного збору нові пагони зі зрізаних стебел утворюють нову гай. Приблизно після 25 років вербу викорчовують, і землі використовуються для вирощування інших рослин, або влаштовують ще одну енергорощу.
Продукцію швідкозростаючіх плантацій (ШЗП) продають у вигляді дерев'яних трісок. На сьогоднішній день в Швеції вербу збирають на площі 2500 гектарів щорічно і поставляють вербову тріску на 25 різних коге-нераційніх станцій. Після збору тріска верби має вологість до 50% і може відразу подаватися для спалювання або попередньо зберігатися кілька тижнів на майданчику і підсушуватися. У Швеції найкращий рівень врожайності на незрошуваних землях становив 12 т / га, що еквівалентно 5 т нафти.
Тріски верби не надто відрізняються від інших видів деревинної тріски, але можуть містити більше кори і вологи. Нижча теплотворна здатність абсолютно сухої верби не відрізняється від інших порід деревини і становить приблизно 18 МДж / кг абсолютно сухої речовини. У порівнянні з більшістю інших порід, деревина верби досить легка. Це означає, що вага нещільного кубічного метра тріски верби становить 120 кг і значно менша, скажімо, за вагу тріски берези -220 кг / нщ.м3, що є важливим для визначення обсягів палива, які теплова станція повинна переробити, щоб забезпечити таке ж кількість тепла.
Технічне забезпечення швідкозростаючіх плантацій
Вирощування ШЗП енергетичних культур неможливо порівнювати з традиційним лісовим або сільським господарством. Культури виявляються досить новими і відповідно вносять нові проблеми. Питання про збір врожаю був поставлений ще 15 років тому, коли були випробувані ручні системи, традиційне лісозаготівельне обладнання та модифіковані сільськогосподарські машини, проте ці експерименти не увінчалися великим успіхом. Останнім часом в цьому напрямку досягнуто значного прогресу, і в майбутньому очікується сталий розвиток цієї галузі.
Для виробництва енергії з біомаси швідкозростаючіх культур "використовуються різні збірні системи. Як правило, така система може складатися з п'яти основних вузлів: рубка, первинна транспортування, обрізання гілок і кори, подрібнення, вторинна транспортування тріски. Деякі з цих операцій можна з'єднати в одну групу , яка зробить систему більш компактною, а витрати більш низькими.
Економічно виправданий цикл вирощування залежить від декількох факторів: темп зростання насаджень, вартість посадкового матеріалу і культіваційніх операцій, вартість догляду, за насадженнями, збір і інше. Вартість збирання врожаю зменшується з ростом діаметра пагонів, оскільки збільшення деревної маси зменшує вартість рубки і перевезення.
Не слід забувати про витрати, пов'язані з переробкою сировини в паливо, його зберігання і доставку, тому що ці витрати можуть становити від 50% до 200% від початкової вартості зібраного врожаю енергетичних рослин.
На сьогоднішній день в Австрії немає розвиненого ринку біомаси як палива. Це призводить до того, що тепловим станціям, які працюють на біомасі, необхідно зберігати значну кількість запасів палива на території станції. Додаткова вартість зберігання може становити від 1 євро / ГДж до 3 євро / ГДж.
Вартість організації швідкозростаючіх плантацій енергетичної верби приведена в таблиці 3. Таким чином, з урахуванням дотацій на вирощування енергетичних культур, собівартість становить 6,7 євро / ГДж, що створює конкуренцію іншим видам біопалива.
В Англії вартість швідкозростаючіх плантацій верби становить від 1600 євро до 2800 євро за гектар, міскантуса - 2350-2650, червоного проса - 440-590 євро за гектар. Дотації на вирощування енергетичних рослин становлять відповідно: 1470-2350 євро / га для впровадження ШЗП верби і тополі; 1350 євро / га для міскантуса, а для інших ШЗП енергетичних культур - 50% вартості.
Вартість організації швидко зростаючих плантацій верби в Швеції.
[HIDE = 9,10] Малий контроль перед посадкою. 50 євро / ГДж
Обробіток землі. 110 євро / ГДж
Обрізання і посадка. 890 євро / ГДж
Внесення добрив. 130 євро / ГДж
Малий контроль після посадки. 170 євро / ГДж
Сума. 1350 євро / ГДж
Національний шведський установчий
грант (дотації). 550 євро / ГДж [/ HIDE]
Типова вартість палив в Австрії
Кора 3,2 євро / га
Деревина з енергетичних плантацій 6,4 євро / га
Тріска з лісової деревини (хутро. Подрібнення) 6,8 євро / га
Солома 7,5 євро / га
Гранули з тирси 8,6 євро / га
Тріска з лісової деревини (ручна заготовка) 11,5 євро / га
Потенціал енергетичних культур в Україні
В Україні можна вирощувати вербу на грунтах, непридатних для вирощування зернових культур. Це дасть можливість створити нові робочі місця і забезпечити роботою працівників у зимовий період. В кінцевому підсумку, енергетична верба може зайняти нішу, де вона зможе внести вагомий внесок у вирішення не тільки енергетичних, але і екологічних, проблем, пов'язаних з очищенням стічних вод ..
Впровадження швідкозростаючіх плантацій енергетичних культур в Україні знаходиться ллькі на стадії експериментальних дослідів. Існують спроби вивести нові швідкозростаючі сорти багаторічних трав, а також адаптувати відомі культури в грунтово-кліматичні умови і технології землеробства в Україні. Науково-дослідними питаннями вирощування енергетичних культур займаються співробітники Національного Аграрного Університету, компанія "Річка-біопаливо", селекцією нових сортів займаються фахівці Національного ботанічного саду ім. М.М.Гришка.
В Австрії широко застосовують переробку спеціально вирощеної зеленої маси кукурудзи, конюшини, а також відходів цукрового буряка і соняшнику. При цьому гній може взагалі не використовуватися. У згаданих країнах отриманий біогаз направляють для виробництва електричної і, до певної міри, теплової енергії.
Іншим шляхом пішли в Швеції - країні, де завдяки розвитку гідро і атомної енергетики тарифи на електроенергію порівняно невисокі. Тут збагачений біогаз - биометан -вікорістовують як пальне для автомобілів. У деяких великих містах Швеції автобусний парк повністю переведений на використання биометана. Це дало, можливість кардинально поТакі види біопального як биометан і БРП (біомаса - на рідке паливо) зараз мало використовуються або ще досліджуються, хоча ефективність їх виробництва з біомаси дуже висока. З одного гектара обробленої землі можна отримати такий обсяг біопалива, якого вистачить для подолання автомобілем достатньо значної відстані. Ефективність виробництва ріпакової олії, біодизелю та біоетанолу кілька нижча, проте цей недолік частково компенсується використанням побічних продуклв виробництва цих видів біопалива. Біометан і біоетанол придатні для бензинових двигунів, тоді як рослинна олія, біодизель і БРП, - для дизельних двигунів.
Біометан, отриманий з побічних продуклв виробництва (ріпакова макуха і солома) Витрата пального: бензиновий двигун - 7,4 л на 100 км, дизельний двигун - 6,1 л на 100 км
своєму активі модифікації як легкових, так і вантажних, автомобілів, здатних працювати на біометані. Однак застосування биометана на транспоргі не тільки сприяє збереженню 'навколишнього середовища. Розрахунки свідчать, що отриману ня біогазу зі спеціально вирощеної зеленої маси для подальшого використання як трані спортного пального найдоцільніше з пози-! цієї раціонального використання сільській господарських земель. Останню тезу чудово;
Варто додати, що виробництво біогазу є дуже ефективним процесом за умови його економічної оцінки як відносини отриманої енергії до витраченої.
Отже, можна впевнено констатувати, що рух бвропейського Союзу від певних цілей до реального впровадження нової енерготехнологій, яка базується на використанні відновлюваних джерел енергії, придбав всеосяжного, широкомасштабного характе ^ ру, причому біоенергетичним технологіям відведена особлива роль. І це цілком природно. Поки світить сонце, даючи життя рослинної середовищі, - у людини залишається реальний шанс забезпечити свою енергонезалежність в найближчому майбутньому за рахунок максимального використання біоенергетичного ресурсу, дарованого нам природою.