Криобиологические сосуды > Энергия и биотехнология > Получение биомассы: технология, основанная на солнечной энергии

Получение биомассы: технология, основанная на солнечной энергии


Солнце является неиссякаемым источником энергии. Каждый год на поверхность Земли поступает 3*2024 Дж энергии, в то время как запасы нефти, природного газа, угля, урана по оцен­кам эквивалентны 2,5*1022 Дж (8*1011 т в «угольном эквивален­те»). Понятно, что менее чем за неделю Земля получает от Солнца такое же количество энергии, какое содержится во всех невозобновляемых ее запасах. Проведем иное сравнение: если бы только 0,1% поверхности Земли занимали коллекторы, ис­пользующие солнечную энергию с коэффициентом полезного действия около 10%, то были бы удовлетворены все текущие потребности в энергии в мире за год (3*1020 Дж).
Однако у солнечной энергии есть два недостатка: она по­ступает неравномерно и диффузно. Поэтому необходимо, во-первых, разработать какие-то системы накопления, так чтобы энергия была доступна по потребности, а во-вторых, создать коллекторы большой площади. Оба этих фактора накладывают жесткие, но все же преодолимые экономические ограничения на использование систем на основе солнечной энергии. Производ­ство биомассы путем фотосинтеза решает обе проблемы: во-пер­вых, коллекторы могут быть выращены из семян и, во-вторых, получаемый продукт стабилен и может храниться. Впрочем, и при получении и использовании биомассы для выработки энергии возникают свои проблемы, которые, однако, уравнове­шиваются премуществами: ее можно получать во всем мире, она возобновляется и производится в согласии — в экологиче­ском смысле — с окружающей средой.
Преимущество использования солнечной энергии, заключен­ной в биомассе, в том, что она запасается в форме органи­ческих веществ и поэтому ее можно хранить и перемещать во времени и пространстве (табл. 2.1). К недостаткам относятся малая эффективность (обычно менее 1% и редко более 2%) использования солнечной энергии при фотосинтезе, при образо­вании продукции растениеводства, диффузный, а часто и сезон­ный характер продукции и высокое весовое содержание влаги. По этим причинам для получения высококачественного, богато­го энергией сырья необходимо осуществить его сбор, перевоз­ку, удаление воды, концентрирование или же химическую или биологическую переработку и упаковку. Если же задачей яв­ляется превращение биомассы в ценные виды топлива, то ду­мать приходится не только об удалении воды и увеличении удельного содержания энергии, но и о том, как получить про­дукт, совместимый с технологией, для которой он предназначен.
Ранее основным путем использования растительного сырья в качестве топлива во всем мире (а сегодня — во многих разви­вающихся странах) было прямое сжигание главным образом древесины и — в меньших масштабах — остатков урожая и на­воза. В настоящее время на разных стадиях разработки нахо­дится ряд систем термической модификации такого сырья. Сре­ди них — установки на основе пиролиза, газификации и гидро­генизации. Отметим, что для всех этих процессов нужно сырье с относительно низким содержанием воды, а протекают они при высокой температуре. Биологические процессы обладают тем преимуществом, что для них пригодно сырье с высоким содер­жанием воды, а осуществляются они в интервале температур от 25 до 65 °С.
Сегодня для этой цели применяются главным образом са­харный тростник, кукуруза, древесина и стоки, навоз и бытовой мусор, а также отходы сельского хозяйства и промышленности: багасса, меласса, побочные продукты производства бумаги и целлюлозы.
 
Таблица 2.1. Некоторые выгоды и проблемы внедрения технологий, предназначенных для получения энергии из биомассы
 
Выгоды
Экономия энергии
Возобновляемость
Гибкость технологий и разнообразие продуктов; высокое удельное со­держание энергии в некоторых из них
Для внедрения уже разработанных технологий требуются небольшие капиталовложения; доступны при любом уровне доходов
Могут быть внедрены на основе имеющихся рабочей силы и ресур­сов
Хорошие перспективы развития био­логических и инженерных основ
Увеличивается занятость и повы­шается квалификация
Во многих случаях — умеренная стоимость
Экологическая безопасность
Не увеличивается содержание СО2 в атмосфере
Проблемы
Конкуренция за земельные и водные ресурсы
Необходимость отвода земель
На начальных этапах — трудности с оценкой запасов
Часто — сложности в оценке себе­стоимости
Нужны удобрения, земельные пло­щади и вода
Зависимость от существующих мето­дов ведения сельского и лесного хозяйства, социальные факторы
Объемистое сырье: сложности с пе­ревозкой и хранением
Зависимость от изменений климата
Малая эффективность конверсии
Сезонность