Біогаз як альтернативне паливо

Біогаз як альтернативне паливо

Біогаз звалищ твердих побутових відходів

Основним фактором, що впливає на розміщення даного виду БЕР, є густота населення та фактор часу. Вплив першого фактору полягає у тому, що чим більшою є зосередженість населення в тому чи іншому місті, тим більшу кількість відходів вони будуть виробляти, отже, тим більшою буде потужність звалищ, що приймають ці відходи. Саме тому найбільшої уваги сьогодні, зокрема в Україні, привертають саме звалища та полігони ТПВ міст-мільйонерів. Фактор часу полягає у тому, що одиниця маси ТПВ, розміщена на звалищі, здатна виробляти метан протягом 20-25 років. Отже, значний енергетичний потенціал матимуть також і звалища порівняно невеликих міст, які експлуатуються досить тривалий час.

Кліматичний фактор у випадку біогазу звалищ ТПВ не відіграє значної ролі, тому що зовнішній шар відходів практично повністю ізолює "внутрішні" маси захоронених відходів від впливу довкілля.

У країнах Європи залежність обсягу звалищ ТПВ від густоти населення стає дедалі меншою внаслідок того, що ТПВ транспортуються на досить великі відстані (десятки та сотні кілометрів). З точки зору виробництва біогазу, створення таких значних за обсягом полігонів ТПВ є перспективним. Однак з точки зору споживання виробленої енергії це є негативним фактором, бо такі централізовані звалища створюються у значному віддаленні від населених місць. Проте відомо, що для успішної реалізації біоенергетичного проекту на основі біогазу звалищ ТПВ обов'язковою умовою є наявність споживача енергії (особливо, теплової) поблизу звалища. Саме внаслідок цього в межах енергетичних проектів нерідко створюються такі споживачі (наприклад, теплиці для вирощування квітів). Іншим виходом є створення енергетичних проектів з виробництва тільки електричної енергії, але такі проекти є менш рентабельними -- теплова енергія все одно виробляється, але не споживається.

Біогаз, вироблений на звалищі, можна транспортувати на певну відстань. Це здійснюється, зазвичай, за допомогою пластикових труб. За оцінками вітчизняних експертів НТУ "Біомаса" (м. Київ), біогаз звалищ доцільно транспортувати на відстань близько 3 км від звалища.

З точки зору охорони довкілля, залучення біогазу звалищ до процесів виробництва енергії є дуже важливим, тому що основним недоліком даного виду БЕР є неконтрольованість його виробництва. На жаль, ми не можемо втручатись в анаеробні процеси, що відбуваються всередині товщі накопичених відходів. Можна лише намагатись забезпечувати необхідний склад ТПВ, що потрапляють на звалище, а також організовувати ефективні технології вловлювання виробленого біогазу.. Забезпечення необхідного складу відходів полягає у запровадженні систем роздільного збору ТПВ, у яких більшість компонентів, що не розкладаються біологічним шляхом, направляються на вторинну утилізацію. З одного боку, такі системи зменшують кількість первинних природних ресурсів, що споживаються. З іншого боку, у відходах, що направляються на захо-ронення на звалищі, збільшується частка відходів, на основі яких виробляється метан (харчові залишки). Технології вловлювання утвореного біогазу полягають у розробці ефективних систем трубопроводів та свердловин, які охоплюють весь масив захоронених відходів, а також у створенні систем ізоляції поверхні звалища, що запобігає потраплянню біогазу в атмосферу.

Біогаз з осаду станцій очищення комунальних стічних вод

Даний вид БЕР також зазнає значного впливу з боку густоти населення. Дійсно, на прикладі Харківської області, можні сказати, що більш ніж 90 % енергетичного потенціалу осаду станцій очищення комунальних стічних вод належить до станцій, що приймають стічні води обласного центру. Отже, найбільш ефективним є реалізація енергетичних проектів на станціях очищення стічних вод найкрупніших міст.

Технологія виробництва біогазу, порівняно зі звалищами ТПВ, дуже відрізняється. Процес виробництва є контрольованим, і переробці підлягає той осад, що утворюється в даний час на станції'. Отже, залежно від фактору часу у випадку біогазу з осаду стічних вод не спостерігається.

Кліматичні умови не впливають на розміщення даного ресурсу, який є повністю антропогенним. Проте температурні умови значно впливають на процес виробництва біогазу. Так, у районах з суворими зимовими температурами, проекти на основі даного виду БЕР не є рентабельними, бо необхідно посилювати ізоляцію реактору, в якому йде генерація метану. Також у цьому випадку вся теплова енергія буде йти на підтримання постійної температури у реакторі, бо бактерії, що продукують метан, є дуже вразливими до змін температури (навіть незначних).

Слід відзначити, що з просторової точки зору даний вид БЕР доцільно споживати на місці внаслідок того, що самі станції очищення стічних вод є значними споживачами теплової та електричної енергії.

Природоохоронний аспект проблеми, окрім питання зменшення емісії парникових газів (тут енергетичні проекти відіграють, безумовно, позитивну роль), порушує також питання утилізації збродженого відстою стічних вод як сільськогосподарського добрива. ,Так, можливість використання збродженого осаду як органічного добрива в сільському господарстві є одним з найбільш значних факторів, що обумовлюють розвиток використання технології анаеробного зброджування на станціях очищення стічних вод. На прикладі Франції як однієї з країн з розвиненою галуззю зброджування осаду стічних вод розглянемо структуру поводження з осадом:

50-60 % використовуються як органічне добрива;

20-25 % вивозяться на звалища ТПВ;

15-20 % спалюються на сміттєспалювальних заводах.

У 2000 році в сільському господарстві використано 66 % осаду стічних вод, в 2002 р. -- 62 % зі збільшенням частки ОПСВ, що підлягають спаленню. Порівняння з даними за 1976 рік, говорить про те, що частка ОПСВ, що була використана як добриво, збіль^ шилась з 20 до 62 % у 2002 році відповідно, а обсяги ОПСВ, що були відправлені на спалювання, зменшились, відповідно, з 20,2 до 15%.

Безпосереднє ж використання органічних добрив на основі комунальних вод не є оптимальним внаслідок малого вмісту живильних елементів, які до того ж мають низьку рухомість, тобто низьку доступність рослинам. Але найбільш важливою, на наш погляд, проблемою, що була виявлена під час дослідження можливостей використання осаду стічних вод як органічного добрива, є вміст важких металів. Одним з основних джерел цього забруднення є промислові стічні води, що нерідко скидаються до міської каналізаційної мережі.

Прикладом неспроможності використання стічних вод у сільському господарстві внаслідок значного їх забруднення можна відзначити ситуацію на Бортницькій зрошувальній станції (БЗС), яка знаходиться у Київській області, де здійснювалось використання стічних вод для зрошування. Ця зрошувальна система на даний момент є найбільшою в Україні. Але у 2000 році стічні води міста були замінені на Дніпровську воду, бо полив ними був заборонений санепідемстанцією.

Відходи тваринництва

За характером розміщення за територією, відходи тваринництва є більш рівномірними, на відміну від біогазу звалищ ТПВ та осаду стічних вод, які мають значні "піки" поблизу великих міст та значення, близькі до 0, на решті території.

Основний вплив на характер розміщення відходів тваринництва за територією мають 2 фактори: тяжіння до територій з розвиненою галуззю рослинництва, яка виступає сировинною базою для тваринництва, і тяжіння до великих міст, які виступають ринком збуту виробленої тваринницької продукції.

Кліматичні умови впливають у такий спосіб: Вплив на розвиток рослинництва: чим більш сприятливими будуть умови для його розвитку, тим більшою буде харчова база для тваринництва. Проте необхідно відзначити, що у північних та західних областях України, де рослинництво є менш розвиненим, тваринництво все одно характеризується високими показниками, що свідчить про можливість переключення цієї галузі сільського господарства на інші види кормового забезпечення.

Аналогічно технології виробництва біогазу на основі осаду комунальних стічних вод, генерація біогазу потребує високоякісної термоізоляції та витрат тепла на підтримання постійної температури у реакторі.

У світовій практиці просторовий аспект використання відходів тваринництва виражається у 2-х стратегіях розвитку: німецькій та датській. Перша з них характеризується використанням відходів тваринництва в місцях їх утворення або накопичення (для потреб тих самих господарств, в яких ці відходи буди утворені), друга -- створенням централізованих біоенергетичних установок, які споживають відходи одразу кількох фермерських господарств. Німецька модель характеризується великими питомими капіталовкладеннями, внаслідок чого є ефективною лише у випадку стимулювання розвитку біоенергетики з боку держави, що характерне для Німеччини (та Австрії), або за сприятливих кліматичних умов, коли не виникає потреба метантенків складної конструкції (Італія).

Датська модель характеризується трьома принциповими перевагами порівняно з німецькою: 1) зменшення питомих капіталовкладень завдяки збільшенню одиничної потужності установки; 2) можливість когенерації (вироблення як теплової, так і електричної енергії одночасно); 3) можливість коферментації (ефекту значного збільшення питомого виходу біогазу внаслідок одночасного використання кількох видів БЕР у метантенку).

Зазначені просторові стратегії можна розповсюджувати й на інші види БЕР, які можна використовувати в технологіях метанізації.

Для території України найбільш доцільним є створення централізованих енергетичних установок. Відстань транспортування відходів тваринництва в країнах Західної Європи становить до 50-60 км. На нашу думку, для умов України ця відстань буде значно.меншою -- близько 10 км, що вже надасть змогу істотно збільшити одиничну потужність встановлюваних енергетичних проектів.

Природоохоронний аспект проблеми має аналогічне вираження, що й для осаду станцій очищення комунальних стічних вод. З одного боку, це зменшення викидів парникових газів, з іншого -- стабілізація відходів та підвищення їх живильних властивостей для застосування як добрива.

Відходи рослинництва

Як і відходи тваринництва, за характером розміщення за територією дані відходи мають суцільний характер. Враховуючи той факт, що відходи рослинництва доцільно використовувати в процесах спалювання для опалення, даний вид БЕР за умови достатнього розвитку галузі може стати основним джерелом опалення у сільській місцевості.

Основним фактором, що впливає на розміщення відходів рослинництва, є належність території до тієї чи іншої природної зони. Так, для території Харківської області характерною є чітка межа між Лісостеповою та Степовою природними зонами. Вплив цього фактору є цілком обґрунтованим, тому що залежно від природної зони зростає й площа земель, що може бути задіяна у сільському господарстві.

Наявність сільськогосподарських земель обумовлює також і другу закономірність -- зворотну залежність між енергетичним потенціалом відходів рослинництва та щільністю населення. Саме ця закономірність дозволяє визначити, забезпечення тепловою енергією сільської місцевості як найбільш пріоритетний шлях застосування даного виду БЕР.

З просторової точки зору, відходи рослинництва в умовах нашої країни найбільш доцільно використовувати безпосередньо у місці утворення. Нерентабельність транспортування на, великі відстані обумовлена незначним обсягним енергетичним вмістом даного виду БЕР.

Проблема транспортування соломи, що вирішена в країнах Заходу завдяки впровадженню технології її тюкування, у нашій країні поки що не набула значного розвитку через традиційне застосування методу подрібнення соломи комбайном та накопичення у вантажному причепі, після чого солома зберігається у снопах.

Природоохоронний аспект даної проблеми полягає у зменшенні викидів парникових газів, що полягає передусім у заміщенні викопних видів енергії.

Енергетична деревина

Використання деревини для опалення -- один з найстаріших видів енергоресурсів. У чому ж полягає відмінність між традиційними та новими шляхами використання деревини як енергоресур-су? З технологічної точки зору, це, перш за все, автономність функціонування. На відміну від традиційних печей, у які періодично необхідно завантажувати дрова, спостерігати, щоб вони не прогоріли та завчасно видаляти попіл, у сучасних установках, які здатні опалювали лікарні, школи та навіть житлові квартали, постачання деревини проходить автоматично. Це досягається шляхом гомогенізації деревини, тобто її подрібнення. Подрібнена деревина засипається в сховище, звідки за допомогою шнеку або конвеєрної стрічки транспортується безпосередньо в піч.

Основними сучасними видами енергетичної деревини є такі: відходи деревини, що утворюються на різних рівнях деревообробки -- на лісосіках, в деревообробній, меблевій та інших галузях промисловості; * відходи деревини, що була у використанні (будь-які відходи деревини, що викидаються на звалище або іншим способом виводяться з експлуатації). Найчастіше серед видів деревини цього типу говорять про старі піддони, які підставляються під певні види вантажу під час транспортування; швидкоростуча енергетична деревина.

Серед енергетичної деревини першого типу найбільшої уваги заслуговують відходи деревини, що утворюються безпосередньо на лісосіках. Серед них переважну частину складають гілки, що обпилюються зі стовбура перед його трелюванням (транспортуванням волокрм до вантажівки). У нашій країні такі відходи по завершенні лісосічних робіт скидаються до купи та спалюються безпосередньо в лісі або поблизу нього. Це робиться з метою запобігання лісовим пожежам, тому що в разі залишення цих відходів у лісі вони висихають та за наявності вогню стають причиною великої лісової пожежі. Отже, даний ресурс та сьогодні просто знищується.

Щодо відходів деревини деревообробної промисловості різних порядків, слід відзначити, що зазвичай такі відходи традиційно використовуються на тих же підприємствах, на яких вони утворилися для забезпечення власних потреб (обігрів приміщень, сушка ділової деревини). До того ж для таких відходів, як тріска та тирса, є набагато більш енергоефективні технології, такі як виробництво деревинних панелей (ДСП, МДФ) або використання у хімічній промисловості.

Стосовно відходів деревини, що була у використанні, у країнах Європи існує низка обмежуючих документів, що вимагають бути дуже уважними під час застосування цього енергоресурсу. Так, можна без застережень використовувати деревину, що під час експлуатації не зазнавала ніякого хімічного впливу (пофарбування та ін.). Саме тому найбільшою популярністю серед відходів цієї групи користуються відпрацьовані вантажні піддони. У печах з підвищеним рівнем очищення викидів в атмосферу дозволяється спалювати пофарбовані та вкриті лаком відходи. І взагалі не дозволяється спалювати відходи, що зазнали значної обробки небезпечним сполуками. Наприклад, відпрацьовані деревинні шпали, просочені креозотом для попередження гниття.

Нарешті, як швидкоростучу деревину використовують певні породи верби та тополі. Вони висаджуються на визначених площах та вирощуються протягом кількох років, після чого збираються за допомогою спеціальних видів комбайнів. Дуже поширено вирощування швидкоростучої деревини у Швеції. Досвід цієї країни передався і іншим (наприклад, Франції). Проте в цій країні віддають перевагу іншому шляху застосування швидкоростучої деревини -- очищенню стічних вод.

Кліматичні фактори відіграють лише позитивну, роль щодо розвитку даної галузі біоенергетики. Суворі зими збільшують попит на вироблену енергію та зменшують головну негативну ознаку щодо терміна окупності опалювальних установок на деревині -- відсутність експлуатації влітку. Так, значний інтерес до подібних проектів спостерігається в Канаді, особливо у її центральній частині, де зимові умови є досить суворими, забезпеченість централізованими системами опалення практично відсутня, а кількість вкритих лісом площ є дуже великою.

Щодо територіального розповсюдження галузі використання енергетичної деревини слід відзначити, що, на думку більшості експертів у галузі біоенергетики, ця галузь повинна розвиватись лише в регіонах з великою часткою залісених територій. Дійсно, в таких районах наявність такого ресурсу є повсюдною, тому він привертає багато уваги. Як результат, частина експертів під час оцінки енергетичного потенціалу деревини, наприклад, за областями України, навіть не надають уваги тим областям, які повністю або частково лежать у степовій зоні. Це стосується, наприклад, Харківської області. Проте аналіз результатів державної програми "Енергетичнадеревина" в регіоні Бретань дозволив побачити, що за правильної організації розвитку галузі, навіть у регіоні з часткою залісених земель 12 % (така ж частка і у Харківській області), галузь енергетичної деревини може отримати значного розвитку. Дійсно, створення енергетичних проектів не обов'язково розглядати як енергозабезпечення всього регіону -- треба виходити з концепції, що за рахунок конкретного лісового масиву (навіть якщо він єдиний на область) можна забезпечити енергією село, що знаходиться неподалік.

У просторовому аспекті енергетика деревини зазвичай є три-ланковою: місце утворення/накопичення деревини -- платформа (місце підготовки деревини -- її подрібнення та висушування) -- місце використання. Для великих проектів друга та третя ланка нерідко об'єднуються. Розвиток використання енергетичної деревини

у західних країнах дозволив створити нову галузь підприємницької діяльності -- забезпечення деревиною енергетичних установок. Такі підприємства мають кілька подрібнювачів деревини (як правило, кілька мобільних та стаціонарний) та вантажівки. Вони подрібнюють відходи на місці й транспортують на платформу для висушування. Якщо відходи мають.велику енергетичну щільність "великі стовбури та ін.),' їх иодрібщоють безпосередньо на платформі за допомогою більш потужного стаціонарного подрібнювача. За досягання деревиною певного рівня вологості, подрібнена деревина завантажується та транспортується до місця її споживання.

Значної уваги заслуговує природоохоронний аспект проблеми. Так, енергетична деревина може вважатись відновлюваним енергетичним ресурсом, що зменшує рівень емісії парникових газів лише за умови вторинного висаджування дерев. Так, враховуючи це зауваження, у світі однією зі значних проблем, пов'язаних з негативним впливом на довкілля, є знищення лісів, однією з причин якого є виробництво деревинного вугілля у певних країнах, що розвиваються.

Вирощування культур для виробництва біопалива

Питання розвитку вирощування сільськогосподарських культур є, перш за все, питанням управлінським і лише опосередковано залежить від географічних факторів.

З природоохоронної точки зору, розвиток використання біопалива є безумовно позитивним моментом, бо під час його спалювання утворюється значно менше шкідливих викидів. Даний вид ресурсу являє собою альтернативу викопним джерелам отримання пального. Як результат, в Україні площі, засіяні ріпаком, розширюються з кожним роком.

Проте слід сказати і про негативні ознаки вирощування культур для біопалива. Так, якщо ми беремо культури, що спеціалізовані, в основному саме на біопаливі, то виникає конкуренція ₍з використанням сільськогосподарських земель для виробництва продуктів харчування. І набагато гіршою є ситуація, якщо ми говоримо про традиційні харчові культури, які починають вирощувати для виробництва біопалива. У такому разі ми отримуємо різке підвищення попиту на ці культури, що призводить до підняття цін на них. У свою чергу, країни з низьким рівнем життя можуть стати неспроможними сплачувати за харчові культури нові, підвищені ціни. Як результат, ми маємо загострення проблеми голоду.

Отже, питання розвитку енергетичних культур, на наш погляд, є досить дискусійним.