Ѕиомасса сельскохоз€йственных растительных культур Ѕеларуси Ц провольствие или топливо?

Ѕиомасса сельскохоз€йственных растительных культур Ѕеларуси Ц  провольствие или топливо?

¬ последнее врем€ весьма активно декларируютс€ возможности использовани€ сельскохоз€йственных растительных культур дл€ производства твердых, жидких и газообразных топлив. ѕри этом часто преувеличиваетс€ значение одного из показателей топлива или технологии без детального анализа альтернативных вариантов, что может приводить к существенным экономическим просчетам.

ѕри обосновании рациональной схемы переработки биомассы сельскохоз€йственных культур в топлива необходимо учитывать огромное многообразие химического состава растений и их отдельных частей (зерно, клубни, стебли, листь€, ботва и т.д.) и многочисленных возможностей их применени€ дл€ производства продуктов питани€, кормов, удобрений, топлив и т.†п.

¬ыбор стратегии переработки сельскохоз€йственных растений должен базироватьс€ на анализе их состава, энергий сгорани€, экономических и социальных перспектив получаемых продуктов [1].

—остав органической части сельскохоз€йственных культур дл€ производства топлив.

ќсновные компоненты (макрокомпоненты) органической части растительных культур можно условно разделить на две группы:

1.†ѕищевые (и кормовые) макрокомпоненты (ѕћ ) – углеводы (глюкоза, сахароза, крахмал), масла, белки.

2.†Ќепищевые макрокомпоненты (Ќћ ) – целлюлоза, (гемицеллюлоза, пентозаны) и лигнин.

—одержание ѕћ  и Ќћ  существенно зависит от вида сельскохоз€йственных растений, их частей и фазы вегетации. ¬ табл. 1 представлены содержани€ органических макрокомпонентов в растительных культурах в пересчете на абсолютно сухое вещество.

ѕри оценке сельскохоз€йственных культур в качестве сырь€ дл€ производства топлив их можно разделить на три группы:

1.†—ельскохоз€йственные продукты с высоким содержанием пищевых углеводов (более 60 % в расчете на сухое вещество): зерно (1-4), клубни (7,8) и т.†п., используемые дл€ сбраживани€ в производстве топливного этанола или бутанола – компонентов легких моторных топлив.

2.†—ельскохоз€йственные продукты (5,6) с большим содержанием жиров (масел) (более 25 % в расчете на сухое вещество), используемые дл€ производства компонентов дизельных топлив.

3.†—ельскохоз€йственное сырье (9-11) с большим содержанием целлюлозы и лигнина (более 50 % в расчете на сухое вещество), используемое дл€ производства твердых топлив или термической газификации с получением горючих газов (—ќ + Ќ2 + —Ќ4), анаэробного брожени€ с получением биогаза, гидролиза целлюлозы в низкомолекул€рные углеводы.

Ёнергии сгорани€ топлив

¬ табл. 2 сопоставлены усредненные теплоты сгорани€, плотности энергии в расчете на м3 топлива и средние цены топлива и энергии в российских рубл€х по данным 2011 года [2]. ѕлотность энергии минеральных топлив в 2 – 7 раз выше соответствующих величин дл€ растительных топлив. Ќо стоимость 1 √ƒж возобновл€емых топлив в 4 – 30 раз меньше стоимости углеводородных топлив и существенно ближе к стоимости 1 √ƒж угл€ и торфа. ¬полне очевиден следующий вывод: дл€ работы транспортных энергоустановок показатель плотности энергии может быть критичным и поэтому предпочтение в обозримой перспективе будет отдано более дорогим топливам с высокой плотностью энергии.

—тационарные энергетические системы в значительной мере могут использовать существенно более дешевые энергоносители из возобновл€емых сырьевых ресурсов – отходов деревообработки, переработки сельскохоз€йственного сырь€, а также соломы, стеблей, ботвы или специально выращимаемой биомассы энергоинтенсивных культур: топинамбура, мискантуса, горца ¬ейриха и т.п.

»з возобновл€емого сырь€ можно получить газообразные, жидкие и твердые топлива. —ледует иметь в виду, что при любой химической переработке сельскохоз€йственного сырь€ неизбежно происходит его энергетическа€ деградаци€.  ак следует из данных табл. 3, наименьша€ энергетическа€ деградаци€ сырь€ происходит при получении топлив естественной природной консистенции – твердых топлив (пеллеты, брикеты).

ƒобавленна€ стоимость топлив из биомассы растительных культур

ƒругим существенно важным показателем дл€ обосновани€ стратегии производства топлив из сельскохоз€йственного сырь€ €вл€етс€ добавленна€ стоимость на 1 т топлива (табл. 4). »з данных табл. 4 с полной очевидностью следует, что только затраты на сельскохоз€йственное сырье при производстве жидких топлив с высокой концентрацией энергии существенно превышают стоимость полученного топлива. “аким образом, следует говорить об убыли стоимости в процессе получени€ жидких топлив из сельскохоз€йственного сырь€. Ѕолее того, затраты на возобновл€емое сырье дл€ производства 1 т (жидкого) топлива (табл. 4) превышают или близки к стоимости 1 т углеводородных топлив. ”чет стоимости побочных продуктов в производстве жидких топлив – кормов, глицерина и т.†п. – не приводит к ревизии сделанного выше вывода о деградации стоимости, поскольку эти же продукты могут быть получены при нетопливной переработке сельскохоз€йственного сырь€. “олько производство топливных пеллет из соломы обеспечивает добавленную стоимость (табл. 4).

“опливо или продовольстие?

ѕищевые макрокомпоненты растений можно переработать в топлива и пищевые продукты. —опоставление некоторых альтернативных направлений переработки пищевого сельскохоз€йственного сырь€ представлено в табл. 5. —овершенно очевидно, что производство жидких топлив по усредненным российским ценам 2011 года имеет отрицательные показатели добавленной стоимости. ѕроизводство пищевых продуктов имеет положительные показатели добавленной стоимости, увеличивающиес€ даже при простейших механических переработках, например, зерно → мука → макароны (крупа). ѕроизводство твердых топлив из непищевых остатков сельскохоз€йственных культур характеризуетс€ положительными значени€ми добавленной стоимости.

ќчевидным представл€етс€ следующий экономически и социально обоснованный вывод:

– пищевые компоненты сельскохоз€йственных культур необходимо перерабатывать в продовольствие, но не топливо;

– непищевые и некормовые остатки сельскохоз€йственных растений (солома, стеблевые остатки зерновой кукурузы, обмолоченные початки и другие отходы растительной биомассы) €вл€ютс€ эффективным сырьем дл€ производства твердых топлив хорошего качества.

≈сть ли сырье дл€ производства твердых топлив из соломы и стеблей сельскохоз€йственных растений в Ѕеларуси?

Ќаибольший сырьевой потенциал дл€ производства твердых топлив из сельскохоз€йственных культур, веро€тно, имеют солома и стеблева€ масса зерновой кукурузы. ѕо данным ј. √оловача [3] в 2007 году валовой сбор всех видов зерна в Ѕеларуси составил 6,897 млн т, а валовой сбор соломы – 7,617 млн т. ¬аловой сбор соломы определ€лс€ с использованием коэффициента пересчета k (равен отношению массы зерна к массе соломы или стеблей), который измен€лс€ в пределах от 0,8 дл€ пшеницы до 2,2 дл€ кукурузы. “аким образом, усредненный по всем зерновым культурам коэффициент пересчета дл€ вычислени€ массы соломы составил 1,1 по данным [2]. ”читыва€ рост доли посевов кукурузы (k = 2,2) и рапса (k = 1,8) в Ѕеларуси, можно ожидать, что в перспективе усредненное значение этого коэффициент будет равным 1,2 – 1,3.

¬аловой сбор зерна в Ѕеларуси в 2011 году составил примерно 9 млн т [3] и в перспективе должен вырасти до ~ 15 млн т в 2015 году. —ледовательно, годовое производство соломы в ближайшее врем€ следует ожидать на уровне 11,0 – 18,5 (млн т)∙год–1 (при k = 1,25). ѕо данным [3] на подстилку дл€ скота, силосование, буртование, корм и запахивание расходуетс€ ~ 3,5 млн т соломы. —ледовательно, в 2012 – 2015 годах ежегодно будет производитьс€ 7,5 – 15,0 млн т соломы, которые можно будет использовать дл€ производства твердых топлив высокого качества (топливных пеллет) практически без потери массы. “акое количество твердого топлива эквивалентно 4,6 – 9,2 млн т†у.т. (тонн условного топлива) или 3,2 – 6.5 млн т†н.э. (тонн нефт€ного эквивалента), что составл€ет 15 – 30 % от ежегодного топливного баланса Ѕеларуси.

»ногда в качестве альтернативного направлени€ использовани€ соломы предлагаетс€ запахивание в полном объеме остаточной соломы дл€ повышени€ плодороди€ почв. ѕо данным [3] в 2007 году было запахано 0,428 млн т соломы, т.†е. 5,6 %. ¬еро€тно, дол€ запахиваемой соломы не должна превышать 10 %, к которым добавл€ютс€ еще и пожнивные остатки. „иста€ солома трудно разлагаетс€ в почве вследствие высокого соотношени€ элементов углерода и азота (C/N ~ 100), поскольку оптимальное соотношение дл€ разложени€ соломы микроорганизмами составл€ет C/N ~ 20 – 30 [3]. „тобы избежать снижени€ урожайности при запахивании чистой соломы вследствие понижени€ содержани€ в почве подвижного азота, необходимо существенно увеличивать долю азотных удобрений.  роме того, излишне глубокое запахивание соломы приводит к развитию масл€но-кислого брожени€ и закислению почв. “аким образом, дол€ запахиваемой соломы должна быть точно обоснована, учитыва€ отрицательные последстви€ ее неумеренного запахивани€.

 ачество топливных пеллет из соломы следует признать достаточно высоким (табл. 6), что находит отражение в их экспортной стоимости ~ 4000 RUB (или 130 долларов —Ўј) за 1 тонну. —ледовательно, экспортный потенциал соломенных пеллет Ѕеларуси можно оценить по приведенным выше данным в 1 – 2 млрд долларов —Ўј, тем более что пока еще рынок топливных пеллет из растительной биомассы не насыщен.

„то такое энергетический гектар?

¬ табл. 6 приведены усредненные показатели стоимости продукции некоторых сельскохоз€йственных культур с 1 га в расчете на урожайность в Ѕеларуси. ¬о всех случа€х стоимость пищевых продуктов в расчете на 1 га посевов выше стоимости топлив, полученных из соответствующего растительного сырь€ с 1 га. ѕроизводство топливных пеллет существенно повышает экономичность сельскохоз€йственной продукции с 1 га. —тоимость топливных пеллет из стеблей кукурузы почти эквивалентна стоимости кукурузной муки и в 1,75 раза превышает стоимость зерна с 1 га.

“аким образом, представл€етс€ экономически целесообразным выращивание растительных культур, которые обеспечивают высокий выход стеблевой массы с 1 га. “аким культурами могут быть топинамбур, мискантус гигантский, горец ¬ейриха, сильфи€ пронзеннолистна€ и галега восточна€. “опинамбур в услови€х Ѕеларуси позвол€ет получать до 20 т сухой стеблевой массы с 1 га и, следовательно, обеспечить производство топливных пеллет на 80000 RUB∙га–1 с энергетическим эквивалентом более 12 т†у.т.∙га–1.  роме того, урожайность клубней топинамбура достигает 15 т∙га–1, что позвол€ет получать высокоценные пищевые продукты и корма с потенциальной стоимостью, не меньшей чем дл€ картофел€. Ёкономически важной особенностью топинамбура €вл€етс€ возможность его выращивани€ без пересева не менее 3 лет на одном месте с незначительным снижением урожайности стеблевой массы. ƒругие интенсивно растущие культуры (например, мискантус гигантский) могут давать стабильный урожай при выращивании на одном месте без пересева более 10 лет.

“аким образом, можно считать экономически целесообразным выращивание в Ѕеларуси энергоинтенсивных культур, расходуемых в качестве сырь€ дл€ производства твердого топлива.

†††††††††††††††††††††††††††††††††† ††††††††††† √.я.  або, доктор химических наук, профессор кафедры физической химии Ѕелорусского государственного университета,

†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† ј.¬. Ѕлохин, доктор химических наук, профессор кафедры физической химии Ѕелорусского государственного университета

†Ћитература:

[1] ƒ. Ѕойлс Ѕиоэнерги€: технологи€, термодинамика, издержки. 1987. – ћ.: јгропромиздат. 152 с.

[2] agro-byrsa.ru / prices / wheat (јгроновости, агробиржа)

[3] √оловач ј.ј. »спользование соломы дл€ сохранени€ и повышени€ плодороди€ почв // www.agriculture.by / «Ѕелорусское сельское хоз€йство», є 7 (87) »юль 2009.


“аблица 1. —одержание (%) органических макрокомпонентов некоторых сельскохоз€йственных растений в фазе полной спелости в пересчете на абсолютно сухое вещество (—мирнов ѕ.ћ. јгорохими€, 1991. —. 20; по Ѕ.ѕ. ѕлешкову пересчитанные на сухое вещество).

є п/п

 ультуры

”глеводы (пищевые)

Ѕелки (сырой протеин)

∆иры (масла)

÷еллюлоза (клетчатка)

Ћигнин

«ерно

1

ѕшеница

74

16 (18)

2,3

2,8

2

–ожь

79

14 (15)

2,3

2,7

3

ячмень

75

10 (11)

2,5

6,3

4

 укуруза

77

10,5 (12)

5,5

2,3

5

–апс

21

25

43

?

6

ѕодсолнечник

7,6

24 (27)

54

5,4

 лубни

7

картофель1

77

5,9 (9)

0,5

3,6

8

сахарна€ свекла2

76

4 (6)

0,8

5,6

ƒругие

9

—тебли зерновых (солома)3

40

28 (пентозаны)

22

10

Ћисть€ зерновых полной спелости3

32

21 (пентозаны)

20

1 —одержание воды составл€ет 78 %.

2 —одержание воды составл€ет 75 %.

3 Ѕиохими€ культурных растений. ѕод ред. ≈рмакова ј.». 1958.

†“аблица 2. ”средненные теплоты сгорани€, плотности и стоимости энергии дл€ различных видов топлив.

є п/п

¬ид топлива

(сырь€)

“еплота сгорани€1, √ƒж∙т–1

ѕлотность (насыпна€),

т∙м–3

ѕлотность энергии,

√ƒж∙м–3

—тоимость топлива,

RUB∙т–1

—тоимость энергии, RUB∙√ƒж–1

1

Ќефть

40

0,85

34

12500

312

2

”голь

29

0,8

23

4000

138

3

Ѕензин

44

0,75

33

40900

930

4

–астительное масло (рапс)

39,6

0,9

35,6

31500

795

5

Ётанол

топливный

29,5

0,79

23

25000

850

6

ƒрова

20

0,5

10

600

30

7

—олома

(рулоны)

18

0,25

4,5

750

42

8

ѕеллеты

соломенные

18

0,6

11

4000

220

9

“орф

15

0,5

7,5

3500

230

1 ¬ расчете на абсолютно сухое вещество.

“аблица 3. Ёнергии сгорани€ ΔсH топлив и растительного сырь€ и деградаци€ энергии при производстве топлив из растительных культур.

ΔсH сухих

топлив, √ƒж∙т–1

—ырье

ΔсH сухого сырь€, √ƒж∙т–1

ΔсH сырь€ естественной влажности 1, √ƒж∙т–1

–асход сырь€ на 1 т топлива

m, т

Ёнергетическа€ деградаци€ 2

29,5 (этанол топливный)

картофель

16

4 (75 %)

12

1,6

рожь

16 2

13,8 (14 %)

5

2,3

кукуруза (зерно)

16 2

13,8 (14 %)

4

1,9

древесина

20

17 (15 %)

7

4,0

39,6 (рапсовое масло)

рапс (зерно)

29,4

25,3 (14 %)

3,5

2,2

18 (топливные пеллеты и брикеты)

солома

18

15,7 (13 %)

1,2

1,05

1 ¬ скобках приводитс€ содержание воды в образцах (масс. %).

2 ќценочные значени€, полученные на основании энергий сгорани€ образцов естественной влажности.

3 –ассчитываетс€ по формуле: m∙ΔсH(сырье естественной влажности) / ΔсH(1 т топлива).

“аблица 4. ƒобавленна€ стоимость 1 т различных видов топлив из сельскохоз€йственных растительных культур (¬ычислено по данным [2] за 2011 г.)

÷ена 1 т топлива, RUB

—ырье

ƒобавленна€ стоимость на 1 т топлива, RUB

—редн€€ цена,

RUB∙т–1

—тоимость сырь€ дл€ получени€ 1 т топлива, RUB

25000 (этанол топливный)

4000

(картофель)

48000 (12)*

–23000

5000

(рожь, пшеница)

25000 (5)*

0

6500

(зерно кукурузы)

26000 (4)*

–1000

31500 (рапсовое масло)

зерно рапса

13500

47250 (3,5)*

–15750

4000 (топливные пеллеты)

солома

750

900 (1,2)*

3100

* ¬ скобках приводитс€ расход сырь€ (т) дл€ получени€ 1 т топлива.

†“аблица 5. ƒобавленна€ стоимость при переработке пищевого (кормового) сельскохоз€йственного сырь€ в пищевые продукты и топливо

є п/п

¬ид сырь€

—редн€€ цена 1 т сырь€, RUB

¬ид продукции

÷ена 1 т продукта, RUB [2]

ќтношение массы сырь€ к массе конечного продукта

ƒобавленна€ стоимость на 1 т сырь€,

RUB

1

«ерно

–ожь

ѕшеница

5000

ћука

9000

1,1

4500

ћакароны

22000

1

17000

Ётанол (пищ.)

28000 1

5

3000

Ётанол (топл.)

25000

5

0

2

 артофель

4000

 артофель (пищ.)

4000

1

 рахмал

30000

5

10000

Ётанол (топл.)

25000

12

–23000

3

—векла

сахарна€

3500

—ахар

19500

5

2000

Ётанол (топл.)

25000

10

–1000

4

«ерно рапса

13500

ћасло или биодизель (ћЁ∆ )

31500

3,5

–15750

∆мых (шрот)

4500

1,4

–14400

5

«ерно

кукурузы

5500

ћука

12000

1,1

5950

 рупа

15000

1,1

8950

Ётанол (топл.)

25000

5

–2500

6

—тебли, початки кукурузы зерновой (15 % влажности)

750

“опливные

пеллеты

4000

1,2

3100

7

—олома (10 – 12 % влажности)

750

“опливные

пеллеты

4000

1,2

3100


“аблица 6. —тоимость продукции, произведенной с 1 га в Ѕеларуси (прин€то, что 31 RUB ~ 1 доллар —Ўј).

ѕродукци€

—редн€€ урожайность или выход, т∙га–1

÷ена,

RUB∙т–1

—тоимость,

RUB∙га–1

1

ѕшеница (зерно)

3,0

5000

15000

1.1

ћука

2,7

9000

24300

1.2

ћакароны

2,7

22000

59400

1.3

Ётанол (топливный)

0,6

25000

15000

1.4

—олома

3,0

750

2250

1.5

“опливные пеллеты

3,0

4000

12000

2

 укуруза (зерно)

5,0

5500

27500

2.1

ћука кукурузна€

4,5

12000

54000

2.2

Ётанол (топливный)

1,0

25000

25000

2.3

—тебли + початки

12

750

9000

2.4

“опливные пеллеты

12

4000

48000

3

 артофель

20

4000

80000

3.1

 рахмал

4

30000

120000

3.2

Ётанол (топливный)

1,6

25000

40000

4

—векла сахарна€

40

3500

140000

4.1

—ахар

8

19500

156000

4.2

Ётанол топливный

4

25000

100000

5

«ерно рапса

1,5

13500

20250

5.1

ћасло рапсовое

0,5

31500

15750

5.2

Ѕиодизель (ћЁ∆ )

0,5

30000

15000

5.3

—олома рапса

2,7

750

2025

5.4

ѕеллеты топливные

2,7

4000

10800

6

—тебли топинамбура

20

750

15000

6.1

“опливные пеллеты

20

4000

80000

  • ƒата публикации: 16.11.2012
  • 4141
ќќќ Ђƒ≈Ћќ¬џ≈ —»—“≈ћџ —¬я«»ї
ќтраслевой информационно-аналитический портал, посв€щЄнный энергетике Ѕеларуси. јктуальные новости и событи€. ѕодробна€ информаци€ о компани€х, товары и услуги.
220013
–еспублика Ѕеларусь
ћинск
ул. ул. Ѕ. ’мельницкого, 7, офис 310
+375 (17) 336 15 55 , +375 (25) 694 54 56 , +375 (29) 302 40 02 , +375 (33) 387 08 05
+375 (17) 336 15 56
info@energobelarus.by
ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

191611654
5
5
1
150
150