Значну частину паливних потреб Україна задовольняє за рахунок природного газу, який поставляє з Росії. Для потреб населення країни разом із теплокомуненерго та бюджетними організаціями торік витрачено близько 25 млрд кубометрів газу, з яких 8,3 млрд - на опалення та підігрів води. Частину його можна замінити, використовуючи солому зернових культур, яка сьогодні є відходом сільськогосподарського виробництва, що практично не використовується. Це особливо важливо в умовах економічної кризи, необхідності імпортозаміщення та найсуворішої економії паливно-енергетичних ресурсів.
Солома - стратегічний ресурс України
Вважається, що на тонну зібраного зерна припадає приблизно тонна соломи. Щороку в Україні, залежно від погодних умов і врожаю, виробляється від 45 до 70 млн т соломи. В основному її або заорюють у землю, або, попри заборону та штрафи, спалюють безпосередньо в полі, знищуючи гумус.
Тим часом цей відхід сільгоспвиробництва є природним висококалорійним джерелом енергії: при спалюванні однієї тонни виділяється близько 3 МВт теплові енергії, тобто три тонни соломи заміняють 1000 кубометрів природного газу або одну тонну дизельного палива.
Основні переваги використання соломи як джерела енергії: висока тепловіддача, екологічно чиста й легко відновлювана енергія, яка не потребує великих фінансових витрат, у тому числі при зберіганні, великий діапазон застосування. Як побічний продукт виробництва зерна, вона є відносно дешевим видом палива порівняно з традиційними видами (газом, вугіллям, мазутом). Важливо зазначити, що солома екологічно нейтральна, оскільки не збільшує вмісту парникових газів в атмосфері.
Потенціал використання соломи в Україні величезний: мільйон тонн цієї сировини дасть змогу замінити понад 300 млн кубометрів природного газу. Та як відновлюваний енергоресурс, вона поки що використовується в Україні дуже мало. Це зумовлено цілим рядом об'єктивних і суб'єктивних причин, у т.ч. відсутністю необхідної техніки збирання та пресування в стандартні тюки й рулони.
Використання соломи в інших країнах
У європейських країнах використання соломи - це високодохідний бізнес, який вирішує проблеми сільського господарства, екології, будівництва та енергетики. Економічна вигода очевидна: собівартість тонни такої сировини в цих країнах становить близько 10 євро. Тому солома посідає важливе місце в їхньому паливно-енергетичному балансі.
Нині світовим лідером використання такого відходу сільгоспвиробництва як енергоносія є Данія. На сьогодні там функціонує понад 10 тис. фермерських котлів потужністю до 1 МВт і близько 70 великих котелень, які спалюють солому в міських системах теплопостачання. Крім того, на цій сировині працюють сім електростанцій Данії. За останні роки датська котлобудівна компанія "Пасат" продала по всій Європі тільки малих котлів (до 300 кВт) понад 120 тис. Котел потужністю 100 кВт у змозі опалювати приміщення площею до 1200 кв. м. Також широко використовують солому Австрія, Швеція, Фінляндія, Франція.
Солома використовується не тільки для одержання теплової та електричної енергії. Завдяки активним дослідженням учених багатьох європейських країн проводяться успішні роботи з одержання з неї синтетичних палив. Так, нідерландські фахівці розробили спосіб одержання автомобільного палива з соломи. Також вона може бути вихідною сировиною для виробництва біогазу та дизельного палива: з 1000 кг соломи виходить до 700 кг дизельного палива, оптова вартість тонни якого становить 450 дол. Крім біодизеля, практично на тому самому обладнанні можна виробляти й біобензин.
Підготовка соломи до спалювання
Для цього існують два ефективні шляхи, які для сільгосппідприємств дозволять повністю виключити спалювання відходів на полях, а також забезпечать створення нових робочих місць і додатковий прибуток.
Перший - використання рулонів або тюків соломи як палива для одержання теплової та електричної енергії, яка може поставлятися на розташовані поруч із місцем обробки зернових різні виробничі сільськогосподарські та побутові об'єкти. Вартість тонни "пакованої" сировини для котлів ЖКГ становить близько 300 грн.
Другий шлях - виробництво паливних брикетів або пелет, які можуть спалюватися в більш віддалених місцях. Виробництво брикетів економічно дуже рентабельне, тому що вартість їх оптових закупівель доходить до 100 євро за тонну при собівартості виробництва в 50–55 євро. Переробка соломи в пелети допомагає вирішити багато проблем - від зберігання сировини незалежно від пори року та її транспортування до автоматизації процесу завантаження в топкові пристрої котлів. Теплотворна спроможність таких пелет становить 3500–4400 ккал/кг, що порівнянно з теплотою згоряння деяких марок енергетичного вугілля.
Споживання паливних пелет у всьому світі зростає дуже швидкими темпами (близько 30–50% на рік), що пов'язано з довгостроковою тенденцією підвищення цін на вуглеводневе паливо. Так, Китай до 2020 р. має намір виробляти до 50 млн тонн пелет щорічно. Сировиною для виробництва паливних пелет можуть бути також відходи деревини та сільськогосподарських культур.
Технології спалювання соломи
Використання рулонів або тюків соломи як палива як на етапах збирання, транспортування та зберігання, так і на етапі безпосереднього застосування має певні проблеми. Це пов'язане з її неоднорідністю, відносно високою вологістю, незначним об'ємним енерговмістом, низькою температурою розм'якшення золи. І хоча зольність соломи в багато разів менше зольності вугілля, вона може приводити до шлакування топки, з чим потрібно боротися. Крім того, спалювання тюків у спеціальних топках має деякі недоліки: дорожнеча установок для спалювання, через що універсальність такого палива для споживача знижується; незручність у застосуванні через досить великі габарити.
Котли для спалювання тюків соломи поділяються на установки з періодичним та автоматичним завантаженням палива. Котли періодичної дії являють собою жаротрубні котли з великою топкою, яка оточена водяною сорочкою. Топка котла, залежно від потужності, може бути пристосована для спалювання малих, циліндричних або великих тюків. ККД роботи котла періодичної дії становить приблизно 77–82%.
Котли з автоматичним завантаженням сировини відрізняються тим, що установка включає установку безперервної автоматичної подачі соломи в котел. При цьому необхідні проміжні сховища сировини, з яких воно безперервно подається в котел. Автоматизовані котли, як правило, мають вищий ККД і менші викиди в атмосферу. Однак основна перевага неавтоматизованих котлів періодичного завантаження над автоматизованими - нижчі капітальні витрати на їхнє впровадження та вища надійність у разі застосування соломи підвищеної вологості та забруднення. Ціни для зазначених вище типів котлів однакової потужності можуть відрізнятися у 2–3 рази.
Типові котли, як правило, не пристосовані для спалювання пелет. Для цього знадобляться топки киплячого шару, сформованого самими пелетами та твердими продуктами їхнього горіння (зола й частинки коксового залишку).
Одним із застосовуваних у наших умовах різновидів циркулюючого киплячого шару (ЦКШ), який став самостійним напрямом розвитку топкової техніки, є високотемпературний ЦКШ. Багаторічна успішна робота котлів ВЦКШ давно спростувала думку, що технологія киплячого шару складна, а витрати на впровадження високі. Завдяки кропіткій роботі дослідників і конструкторів за минулі десятиліття ця технологія значно вдосконалилася. При спалюванні низькосортних видів палива застосування ВЦКШ забезпечує ККД, практично недосяжний для серійних шаруватих котлів. За останні 15 років за цією технологією введено в дію або реконструйовано понад 50 котлоагрегатів, у тому числі на різних видах біопалива.
Чому в Україні дотепер не налагоджене використання соломи
В Україні відсутня послідовна та чітка державна політика в галузі використання біопалива, у тому числі соломи. Замість цього Україна вперто спалює найдорожчий в Європі газ. Це відбувається тому, що в країні не працює механізм залучення в енергетичну галузь приватних інвесторів. У держави або в принципі не доходять руки до подібних інвестицій, або самі інвестиції вбиває корупційна складова системи нашого державного та муніципального управління.
На цей момент існує чимало бар'єрів для широкого й швидкого поширення нових енергоефективних технологій використання соломи як палива для виробництва енергії. Насамперед агропідприємства не мають у своєму розпорядженні власних (вільних) фінансових ресурсів на впровадження таких проектів, а кредитування - поки ще досить дороге задоволення для них.
Водночас ефект від використання альтернативного палива з відходів сільського господарства досить високий і полягає в такому: створення екологічно чистого безвідхідного виробництва, зниження собівартості продукції, вигідне використання рослинних відходів, економія бюджетних коштів, які виділяються на купівлю палива для муніципальних котелень (в основному природного газу), розвиток малого бізнесу, створення нових робочих місць у сільській місцевості.
***
В економіці України аграрний сектор займає одне з провідних місць, і одержувати енергію з соломи нам, як кажуть, сам Бог велів. Переробка та використання соломи дозволить організувати нову важливу високоефективну підгалузь, створити багато тисяч робочих місць (збирання сировини, її перевезення до місць переробки, виробництво пелет, проектування та виробництво технологічного обладнання для спалювання, організація системи спалювання, виробництво та використання отриманих теплоенергоресурсів). Необхідно розробити державну програму використання соломи з широкою участю наукових і виробничих установ, а також бізнес-структур.
Потрібне широке інформаційне забезпечення проблем застосування відходів сільського господарства, донесення відомостей до зацікавлених осіб та організацій, ефективне використання зарубіжного досвіду (особливо Данії), створення й розвиток спільних підприємство з виробництва технологічного обладнання і швидкого впровадження всього циклу використання соломи.
Застосування різновидів біомаси, у тому числі соломи, у масштабах регіонів - це комплексна проблема, у розв'язанні якої на основі узгоджених проектів і пропозицій повинні брати участь органи місцевої влади, професійні енергетики, виробники енергетичного обладнання та представники бізнес-структур.
Використання соломи у виробництві дасть можливість вивільнити значні ресурси природного газу та децентралізувати енергопостачання регіонів, зробивши його більш економічним і менш залежним від стану систем централізованого енергозабезпечення.