РЕАКТОР В

коттедже

Десятилетняя годовщина чернобыльской трагедии, которую мы отметили в апреле этого года, наводит на грустные размышления. Огромные земли отравлены радионуклидами. Вспышки раковых заболеваний на загрязненных территориях стали чем-то привычным и само собой разумеющимся. Мы настолько свыклись с опасностью «ядерной смерти», что перестали воспринимать ее всерьез. И уже с высоких трибун раздаются уверенные голоса служителей «ядерного джинна», говорящие о том, что атомная энергетика - это приоритетное направление развития энергетической отрасли страны. В принятой парламентом энергетической программе Украины до 2010 года утверждается, что для создания независимой электроэнергетической отрасли в Украине необходимо довести долю атомных электростанций до 50-70%. Что ж, такие аргументы не лишены оснований (хотя их авторы вряд ли задумываются, какими последствиями для здоровья людей может это обернуться при современном уровне безопасности ядерных реакторов). Но давайте попробуем разобраться, только ли на энергию мирного атома стоит рассчитывать нашей стране.

Потребности Украины в обеспечении энергией возрастают. Особенно быстро это происходит в сельском хозяйстве, где все шире используются интенсивные технологии. Кстати, развитые страны затрачивают до 32% своих национальных энергоресурсов на получение сельхозпродукции (Швеция). Но доставлять энергоносители на большие расстояния в сельскую местность не всегда экономически выгодно из-за больших потерь при транспортировке. Ситуация усугубляется непрекращающимся кризисом в стране, загрязнением окружающей среды вредными отходами. Мировой опыт свидетельствует, что неплохим выходом из этой порочной ситуации является разработка технологий получения энергоносителей из вредных для окружающей среды индустриальных и сельскохозяйственных отходов, а также из биомассы сельскохозяйственных растений.

Азиатское чудо

Как это ни парадоксально, лидерами в области биогазовой технологии являются не признанные гранды мировой экономики, а бурно развивающиеся азиатские державы.

Ведущее место по производству биогаза занимает Китай. Начиная с середины 70-х гг., в этой стране ежегодно строилось около миллиона метантенков. К 1987 году их количество достигло 10 млн. штук. Сегодня КНР обеспечивает 30% национальных потребностей в энергии за счет биогаза. К 2000 году в этой стране планируется довести число метантенков до 30 млн., что позволит перерабатывать около 1 млрд. тонн отходов и производить до 500 млрд. куб. м биогаза в год (это эквивалентно 350 млн. тонн условного топлива).

Второе место в мире по производству биогаза занимает Индия, в которой еще в 30-е годы была принята первая в мире программа по развитию биогазовой технологии. На конец 1987 г. в сельских районах Индии было построено свыше 1 млн. метантенков, что позволило улучшить энергообеспеченность ряда деревень, их санитарно-гигиеническое состояние, замедлить вырубку окрестных лесов и улучшить почвы. Сегодня ежедневное производство биогаза в Индии составляет 2,5-3 млн. куб. м биогаза.

В Непале создана и активно функционирует национальная биогазовая компания.

Биогазовые установки успешно работают в восьми животноводческих хозяйствах Японии.

Биогаз в североамериканском исполнении

Может создаться впечатление, что биогазовая технология - это последняя соломинка утопающих, и развитым странам просто нет нужды прибегать к ней. Но не стоит забывать, что благосостояние нации зависит не только от уровня развития производительных сил, но и от умения рационально и бережно использовать наявные ресурсы. Пример североамериканских гигантов - США и Канады - прекрасно демонстрирует, как разумное хозяйствование и использование вторсырья позволяют экономить капиталы и людское здоровье.

Интенсивные фундаментальные и прикладные исследования по проблемам получения биогаза проводятся в США. Общее производство биотоплива (в том числе и биогаза) в этой стране в начале 80-х составляло 75 млн. тут. Сегодня в США перерабатываются в биогаз 372 млн. тонн отходов. Это составляет 1,9% общего энергопотребления США.

Крупнейшая в мире очистная станция компании «Du Fresh Eggs» работает на фермах Южной Каролины. Здесь получают биогаз, стоимость которого эквивалентна 72 тыс. кВт/ч электроэнергии.

Помимо отходов животноводства, в США научились использовать отходы растениеводства и лигноцеллюлозного производства.

Компания Reinolds, Smith&Hills Inc. в 1978 году начала заниматься проблемой биогазификации городских отходов (Помпано-Бич, штат Флорида). Программа экспериментальных исследований была успешно завершена в 1985 г. Ее результатом стала разработка технологии ReCom, которая включает сортировку и измельчение отходов, разбавление их сточными водами с последующим обжариванием их в метантенках (из тонны отходов получается 360-450 куб. м биогаза).

Не отстает от своего соседа и Канада. На конец 1987 г. в этой стране имелось несколько десятков биогазовых установок самых разных типов, размещенных в 16 центрах (частные и государственные фермы, фермерские хозяйства, научно-исследовательские институты и т.д.). Правда, производительность этих установок пока еще мала.

Канадская компания Canvirrow Consultance (г. Ватерлоо, провинция Онтарио) накопила значительный опыт в области биогазовой технологии. В настоящее время она имеет в своем арсенале более 20 модификаций этой технологии, ориентированных на переработку разнообразных отходов, получение энергии и ценной в кормовом отношении микробной биомассы.

Биогаз в Европе: промышленный вариант

Широким фронтом ведутся исследования по промышленной биогазификации и в Западной Европе. Причина этого - сильнейший экологический стресс, в котором очутились страны региона вследствие применения интенсивных технологий в промышленности и сельском хозяйстве. В некоторых странах (Голландия) отходы некуда девать, они загрязняют окружающую среду и ухудшают санитарно-гигиенические условия.

Во многих странах ЕЭС по примеру Индии и Китая приняты специальные национальные программы по биогазу, быстрыми темпами растет количество биогазовых установок, работающих на жидких отходах, и установок, перерабатывающих городские отходы (до 100 млн. куб. м в год).

В Германии лидером в области биогазовой технологии является Браушенвейгский институт технологии. Следует отметить также большие успехи этой страны в промышленной реализации биогазовой технологии. В отличие от Японии и США, в Германии в 1985 г. 90% сточных вод обрабатывалось биологическими методами.

В Англии, родине первого промышленного метантенка, с помощью биогаза в 1990 г. удалось покрыть все энергозатраты в сельском хозяйстве. В Лондоне действует один из крупнейших в мире комплексов по переработке бытовых сточных вод.

Украинская дилемма: установки для переработки отходов или энергетические фермы?

В Украине существует огромный потенциал развития биотопливной энергетики. 26 млн. сельских жителей нашей страны производят до 130 млн. тонн органических отходов в год (в пересчете на сухое вещество). В идеале из них можно получить 32,5 млрд. куб. м биогаза или 26 млн. тут. В последнее время в Украине стали разрабатываться методы переработки вредных отходов сельского хозяйства. Например, на Киевской птицефабрике уже введена в эксплуатацию опытная установка по переработке куриного помета, производящая в сутки по 20-30 куб. м биогаза с каждой тонны помета. В Сумах внедрена установка «Биогаз-301С» для переработки свиного навоза, а в Запорожье - реактор для переработки навоза КРС. Можно привести примеры и из других регионов. Однако, несмотря на перспективность выбранного направления анаэробной конверсии животноводческих отходов в биогаз, опыт работы установок показывает дороговизну, большую металлоемкость и низкую эффективность их работы. Фактически, не успев появиться на свет, они уже оказались морально устаревшими, не способными конкурировать с западными аналогами. Виной всему низкий технологический уровень нашего машиностроения.

Так что же, нам отказываться от идеи использования биотоплива? Нет, существует еще один способ получения биогаза - из биомассы. Его суть заключается в том, что сначала на определенных сельхозугодьях выращиваются растения, а затем они в виде зеленой массы помещаются в реакторы для получения биогаза. К слову, если бы все накапливаемые на Земле биоотходы превращать в энергию, то мы могли бы ежегодно получать дополнительно до 6 ТВт энергии в год. А если говорить про нашу страну, то только из соломы злаковых культур мы могли бы ежегодно получать дополнительно 2 млрд. куб. м биогаза.

В условиях плодородных земель Украины представляется перспективным направить усилия научной мысли на создание биоэнергетических хозяйств (прежде всего индивидуальных). В них бы выращивались продуктивные виды растений (например амарант, топинамбур, камыш или др.), а затем полученная биомасса (самостоятельно или в смеси с отходами сельскохозяйственного производства) использовалась бы для комплексной переработки в разнообразные виды топлива (газообразный водород, метан, твердое и жидкое топливо), а также в другие продукты с помощью гибких, экологически чистых биотехнологий. Подобная идея в мировой практике не нова. Например, в США ведутся систематические исследования в области создания таких энергетических ферм (их координирует Флоридский университет). И для Украины на этом пути могут решиться многие проблемы.

Предварительные расчеты показывают, что из 1 тонны растительной биомассы, смешанной с отходами, можно получить 350 куб. м газов (метан, водород) с энергоемкостью 2.1х106 ккал, 430 л жидкого топлива с энергоемкостью 3.08х106 ккал и твердое топливо, эквивалентное 0.2х106 ккал энергии. Таким образом, из 1 тонн такого сырья можно получить 0,1-0,4 тут, а также 0,8-0,9 тонны обеззараженных удобрений. А если учесть, что на коммунальные нужды одного человека необходим 1 млн. ккал в год, то выходит, что для удовлетворения потребностей среднестатистической украинской семьи, состоящей из трех-четырех человек, достаточно будет 3-4 тонн биомассы, выросшей на энергетической ферме. Остальная продукция биоэнергетического хозяйства может быть переработана в топливо для обеспечения хозяйственных нужд, получения удобрений и кормов для домашних животных. Сегодня в сельской местности, где особенно ощутим нынешний топливно-энергетический дисбаланс, одинаково необходимы все виды топлива: газообразное - для отопления, жидкое - для функционирования транспорта, твердое - для получения теплоносителей.

Однако для создания крупных установок по переработке биомассы и отходов в биотопливо необходимы большие затраты капитала, чего в нынешних условиях Украина позволить себе не сможет. Поэтому спасительной нитью Ариадны станет для нас разработка комплексного модульного реактора для индивидуальных хозяйств, в котором возможно получение всех видов топлива при параллельном обеззараживании отходов сельскохозяйственного производства. Научные изыскания в этом направлении ведутся уже сегодня. Ученые лаборатории биотехнологии Национального университета «Киево-Могилянская Академия» создали проект сельского коттеджа, составной частью которого является встроенный реактор для переработки биомассы и сельскохозяйственных отходов. Этот реактор способен производить все виды топлива, покрывая потребности крупного индивидуального хозяйства в энергии. Сейчас по этому проекту в Киевской области строится опытный коттедж, который станет по сути первой в Украине действующей энергетической фермой.

Таким образом, развитие альтернативной энергетики и, в частности, энергетики биотоплива сможет стать значительным подспорьем сельскому хозяйству и энергетической промышленности Украины.