Евгений Панцхава - Биоэнергетика. Мир и Россия. Биогаз. Теория и практика. Монография

• Название: Биоэнергетика. Мир и Россия. Биогаз. Теория и практика. Монография
• Автор: Евгений Панцхава
• Жанр: Детская образовательная литература
• Год: 2014
• ISBN: 978-5-4365-0155-0

Предлагаемая читателю монография, прежде всего, посвящается выдающимся отечественным ученым и специалистам, стоявшим у истоков создания отечественной биоэнергетики задолго до ее активного развития за рубежом. В книге представлены зарубежные и отечественные достижения по всем современным направлениям бурно развивающейся биоэнергетики как самостоятельного сектора общей мировой энергетики, ее теоретическим основам, технологиям, оборудованию и практическому применению.

Большое внимание уделяется теории и практики природного метаногенеза как сложнейшего биологического процесса, активно участвующего в кругообороте углерода в биосфере, роли этого процесса в эволюции живого на земле, его глобальному участию в образовании ископаемых углеводородов.

Книга рекомендуется для специалистов России, работающих в указанной области, для студентов, аспирантов и преподавателей кафедр, факультетов, вузов, изучающих и развивающих отечественную биоэнергетику.

---

В России, в Сибири, есть месторождение Мессоякское – газовое поле, расположенное в вечной мерзлоте, – единственное место в мире, где обычный природный газ получают из метангидрата. Это довольно мощное месторождение, работающее уже много лет. От него проложен трубопровод до Норильска – крупного потребителя энергии. [1-42]. В отличие от вечной мерзлоты океанские запасы, как уже говорилось, состоят из двух частей: метанового льда, слой которого может превышать несколько сотен метров, и удерживаемого этим слоем газового пузыря.[1-42].

1.2. Биотопливо третьего поколения

Важным направлением в современной мировой биоэнергетике является широкомасштабное культивирование пресноводных и морских микроводорослей как продуцентов углеводородов, так и для производства дешевой биомассы.

Выращивание зеленых водорослей в современных модернизированных системах биореакторов имеют существенные практические и экономические преимущества для производства биотоплива по сравнению с традиционными культурными растениями [1-43].

Фотосинтез играет абсолютно центральную роль во всех биотопливных производственных процессах, так как это первый шаг в преобразовании солнечной энергии (света) в химическую энергию и, следовательно, в конечном счете, отвечает за управление производством их запасов необходимых для синтеза топлива: протоны и электроны (для био-Н2), сахаров и крахмала (на биоэтаноле), масла (для биодизеля) и биомассы (для BTL и биометан). Следовательно, любое увеличение продуктивности фотосинтеза будет способствовать повышению конкурентоспособности производства биотоплива в целом.

Экономическая эффективность производства биотоплив при конверсии солнечной энергии посредством фотосинтеза определяется эффективностью фотосинтеза. Наибольшей эффективностью фотосинтеза обладает сахарный тростник, использующийся для получния биоэтанола в Бразилии, и кукуруза, использующаяся в США для производства биоэтанола. Эти технологии могут быть экономически выгодными при стоимости нефти выше 40 долларов США за баррель, тогда как стоимость барреля биодизельного топлива составляет 80 долларов США. Таким образом, даже при незначительном повышении фотосинтетической эффективности ожидается значительное увеличение экономической конкурентоспособности производства биотоплив. В этом плане водорослb имеют различные преимущества по сравнению с классическими сельскохозяйственными культурами для производства биотоплива и могут быть сканированы для выделения видов с высокой фотосинтетической эффективностью.

Культивирование водорослей, не требующее использования пахотных земель и лесной древесины, открывает новые экономические возможности для производства биотоплив в засушливых регионах.

В отличие от обычных сельскохозяйственных культур, которые дают один или два урожая в год, микроводоросли имеют короткий жизненный цикл (~ 1-10 дней), что позволяет с одной и той же площади снимать несколько урожаев и даже создать непрерывный процесс.

Производство водорослей позволит значительно снизить использование воды по сравнению с культивированием обычных сельскохозяйственных культур.

В плане водоиспользования большой интерес представляют высокоурожайные морские микроводоросли, использующие морскую соленую воду и с их помощью получать водород и кислород из морской воды и использовать водород для топливных элементов с получением электроэнергии.

Биомасса водорослей может быть использована для биогазификации с получением метана (в начале 80-х годов лаборатория ВИЭ МГУ им. М.В. Ломоносова и Институтом биохимии им. А.Н. Баха АН СССР была разработана такая технология) и диоксида углерода, которые могут быть использованы для каталитического производства жидких углеводородов (биобензина, биокеросина и биодизельного топлива).

Широкие перспективы для создания высокоэффективных водорослей открывает современная генетика.[1-44].

НУЖНА ЛИ ПРОМЫШЛЕННАЯ БИОЭНЕРГЕТИКА РОССИИ, ЗАНИМАЮЩЕЙ ВЕДУЩЕЕ МЕСТО В МИРЕ ПО ЗАПАСАМ И ДОБЫЧЕ ИСКОПАЕМЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ?

В 2010 г. в России насчитывалось 33,8 млн. легковых автомобилей. Ежегодный прирост составляет 1.4 млн. шт. К 2030 г. прирост может составить 25.2 млн. шт., т. е. всего 59 млн. шт.; на 1000 чел. – 421 шт., что в 2 раза меньше, чем в США.[6]. Оптимистичный вариант совпадает с оценкой российских экспертов: 425 шт./1000 жителей [1–7].

По меркам США относительно общей численности населения в России должно быть 115.9 млн шт. легковых автомобилей.

Нижеприведенный список отражает уровень автомобилизации населения ряда стран мира, то есть показывает количество индивидуальных автомобилей в стране, приходящихся на 1000 человек. [1–8]. США – 829; 2. Испания – 608; 3. Финляндия – 591; 4. Франция – 575; 5. Литва – 541; 6. Германия – 534; 7. Великобритания – 525; РОССИЯ -249.

Средний пробег российского автомобиля – 16 700 км в год [1–9]. Средний годовой расход топлива на автомобиль 1670 л или 1252.5 к г.

В 2030 г расход топлива на прогнозируемое количество авто составит 145 млн. т или нефти понадобиться более 500 млн. т/год при 70 % выходе моторных топлив(бензина, керосина и ДТ) при крекинге нефти.

Натуральный объем продаж дизельного топлива в России в 20062010 гг вырос на 4,2 млн т, достигнув 31,6 млн т [1-10,]. Производство дизельного топлива в России в 2012 г. составило 79 млн. т. [1-11].

Прогноз максимального потребления общей суммы моторных топлив в 2017 г оценивается в 102.7 млн. т [1-12].

Добыча нефти в России по оценке Минэнерго в России в 2012 году достигнет рекордных 516–518 млн. тонн.[1-13].

Прогноз добычи нефти в России до 2030 года по макрорегионам, 600,0 млн. тонн [1-14].

Производство авиационного керосина в России составляет около 9 млн. тонн в год [1-15].

США останутся крупнейшим рынком для гражданской авиации (710 млн пассажиров на местных рейсах и 223 млн. – на международных). [1-17].

По итогам 2011 года количество пассажиров, воспользовавшихся услугами авиатранспортной системы РФ, составило около 110 млн.[1-18]. В США летает в 3 раза больше, чем все население, т. е. в Росси к 2030 г. может летать 420 млн. человек и расход керосина составит 25.7 млн. т/год (без учета ВВС) при протяжённости полета одного авиапассажира на внутренних авиалиниях 3200 км.[1-19]. Эффективность использования энергии является своего рода индикатором научнотехнического и экономического потенциала общества, позволяющим оценивать уровень его развития. Сопоставление показателей энергоэффективности экономики России с развитыми странами показывает, что удельная энергоёмкость нашего валового внутреннего продукта (ВВП) в несколько раз выше, чем в развитых странах. Уровень потребления электроэнергии в расчете на единицу сопоставимого ВВП в России выше, чем в США, в 2,5 раза, Германии и Японии в 3,6 раза. Это свидетельствует о значительных резервах экономии энергоресурсов в России, масштабы которых можно оценить ориентировочно в 40–50 % от уровня потребляемых топлива и электроэнергии. Энергоемкость ВВП превышает уровень, достигнутый в развитых странах Запада, в 3,5 раза, но это превышение неравномерно по отраслям. В сравнении с северными странами энергоемкость в российских добывающих отраслях, лесной, целлюлозно-бумажной, пищевой промышленности почти такая же, в обрабатывающих отраслях превышение до 2 раз, в производстве стройматериалов до 3–4 раз, в теплоснабжении и теплопотреблении в пересчете на 1 м2 отапливаемой площади в 4 раза. С учетом объемов теплопотребления станoвится ясно, что теплоснабжение определяет энергорасточительность экономики страны.

По данным Министерства энергетики, можно оценить затраты топлива на теплоснабжение в 450–470 млн т у.т./год (3 т у.т. на чел./год). Это половина потребления топлива в стране, т. е. столько же, сколько тратится на все остальные отрасли промышленности, транспорт и т. д. вместе взятые. Потребление топлива теплоснабжением равняется всему [1-20]. Снижение всего на 20 % потребления только газа, составляющего в топливном балансе почти 60 %, позволит сократить затраты на топливо на 1 млрд долл. США и увеличить экспортный потенциал страны на 5 млрд долл. США ежегодно. Причем увеличение топливному экспорту страны. т. е., 320 млн. т/год жидких углеводородов. экспортного потенциала не потребует разработки новых месторождений и реконструкции газопроводов от мест добычи в центр страны (2–3 тыс. км).

Удельные затраты на теплоснабжение сильно различаются по стране и составляют от 1 до 15 долл. США на 1 м2/год. Население платит около 6 млрд долл. США в год, т. е. 40 долл. США чел./год или 5 % от своих суммарных доходов.

Объем выработки тепловой энергии в России по сравнению с 1970 г. увеличился в 1,56 раза (с 1345 млн. Гкал/год до 2100 млн. Гкал/год), а количество потребленного топлива в 1,5 раза – с 280 до 420 млн. т у.т. (без учета расхода топлива на потребляемую электроэнергию), т. е. уровень энергоэффективности источников тепла практически не изменился несмотря на двукратное увеличение удельного потребления газа, значительное уменьшение доли печного и т. п. отопления.