https://www.high-endrolex.com/35

—пособы сокращени€ энергозатрат в пищевой промышленности: опыт —Ўј

 —пособы сокращени€ энергозатрат в пищевой промышленности: опыт —Ўј

»зменени€ в сельском хоз€йстве, законодательстве и поведении каждого человека могут привести к сокращению объемов энергии, затрачиваемой на производство продуктов питани€, и уменьшению количества парниковых газов, выбрасываемых в атмосферу.

Ѕолее 50 лет ископаемые виды топлива и удобрени€ играли ключевую роль в мировом производстве и распределении продуктов питани€. ќтношени€ между пищевой и энергетической отрасл€ми промышленности были вполне гармоничными, однако сейчас они вступают в новую эру. ќбъемы производства продовольственных товаров посто€нно растут Ц это приводит к еще более активному использованию ископаемых видов топлива и азотистых удобрений, что €вл€етс€ причиной глобального потеплени€, загр€знени€ рек и океанов и массы других бедствий. ¬ то же врем€ многие страны пытаютс€ найти способ сократить энергетические потребности Ц особенно потребность в ископаемых источниках энергии.

¬ то врем€ как транспорту, электростанци€м и строительству в последнее врем€ удел€лось много внимани€ как отрасл€м, где назрела необходимость сократить объемы энергопотреблени€, пищева€ промышленность часто остаетс€ в тени. ¬ —Ўј около 10% от общих затрат на электроэнергию расходуетс€ на производство, переработку, обработку и хранение продуктов питани€ растительного и животного происхождени€. Ёто по-насто€щему большой кусок Ђэнергетического пирогаї.

»сследование механизмов производства пищевых продуктов через призму энергетики поможет раскрыть новые возможности усовершенствовани€ имеющегос€ законодательства, изобретени€ инновационных технологий и поиска новых режимов питани€, которые в будущем могли бы решить проблемы продовольственного и энергетического снабжени€. ѕредприн€тые меры также сделают здоровее как человеческий организм, так и всю экосистему.

ѕ–»Ќ÷»ѕ Ђ— ѕќЋя Ц Ќј —“ќЋї Ќ≈Ё‘‘≈ “»¬≈Ќ

ѕростые вычислени€ показывают, что производство продовольственных товаров €вл€етс€ чрезвычайно неэффективным процессом. –ост растений абсолютно непродуктивен с точки зрени€ энергосбережени€: в процессе фотосинтеза, как правило, менее 2% процентов поступающего солнечного света преобразуетс€ в запас энергии.  огда растительна€ пища потребл€етс€ крупным рогатым скотом или птицей, эффективность составл€ет 5-10% и 10-15% соответственно. ѕопада€ на стол к человеку, гов€дина или м€со птицы преобразуетс€ в энергию, хранимую в гликогене Ц основном запасном углеводе человека, откладывающемс€ преимущественно в клетках печени и мышц.

— учетом того, сколько солнечного света ежедневно поступает на поверхность «емли, низка€ эффективность не кажетс€ такой большой проблемой. ќднако если прин€ть во внимание ограниченность водных и земельных ресурсов, избыточность удобрений, легкодоступность ископаемого топлива и растущие объемы выброса парниковых газов, низка€ эффективность становитс€ просто пугающей. ќбъем энергии, затрачиваемой на производство продуктов питани€, гораздо больше количества энергии, которое мы получаем при их потреблении.

ћасштабы потреблени€ просто поражают, если прин€ть во внимание все население планеты. Ќоминальное энергопотребление молодого, ведущего активный образ жизни мужчины в момент времени составл€ет около 125 ватт, что равн€етс€ 2500 калорий в день или 10000 британских тепловых единиц (Ѕ“≈). “аким образом, 312 миллионов американцев потребл€ют с пищей около 1 септиллиона Ѕ“≈. ƒл€ производства 1 единицы пищевой энергии требуетс€ 10 единиц энергии, высвобождаемой при сжигании ископаемого горючего. Ёто значит, что дл€ обеспечени€ продовольствием всего населени€ страны необходимо 10 септиллионов Ѕ“≈, что составл€ет 10-ую часть от общего годового энергопотреблени€ —Ўј в 100 септиллионов. ≈сли общественность хочет уменьшить объемы потребл€емой энергии, нужно найти способ сократить соотношение расходуемой и вырабатываемой энергии.

ƒл€ обеспечени€ пищевой энергией семи миллиардов людей требуетс€ примерно 25 септиллионов Ѕ“≈ в год Ц это всего лишь 5% от годового глобального объема энергопотреблени€. Ёто не значит, что все остальные страны расходуют энергию более эффективно. Ёто объ€сн€етс€ тем, что более миллиарда людей голодает, еще миллиард находитс€ под угрозой голодани€, а остальные просто не потребл€ют так много энергии. 

—ущественный рост пищевой промышленности стал возможен благодар€ внедрению инновационных технологий Ц таких, как тракторы с дизельным приводом, электрические оросительные насосы, а также удобрени€ и пестициды, произведенные на основе природного газа и нефти. ѕо сравнению с серединой 20-ого века урожайность буквально Ђвзлетела до небесї, и число работников, задействованных в сельском хоз€йстве, увеличилось соответственно. Ќедорога€ энерги€ (преимущественно получаема€ с помощью переработки нефти) также поспособствовала развитию транспортных сетей, которые существенно облегчили процесс распределени€ Ц благодар€ этому в разгар зимы мы имеем на столе овощи и фрукты, выращенные в самых отдаленных уголках мира. Ѕольше энергии тратитс€ на хранение и приготовление пищи.

 огда цены на ископаемые виды топлива были низкими, а людей не интересовало загр€знение окружающей среды или выбросы углекислого газа, мало кого заботили счета за электроэнергию.  —ейчас цены возросли, и мы стали больше задумыватьс€ о вли€нии жизнеде€тельности человека на природу, поэтому нам необходимо изменить соотношение производимой и затрачиваемой энергии. ¬ таких странах, как —Ўј, малоэффективное использование ресурсов может даже ухудшить ситуацию, поскольку все больше и больше людей переезжают в районы, аграрна€ инфраструктура которых может обеспечить продуктами лишь малую часть посто€нно растущего населени€. ¬ таком случае, еще больше энергии затрачиваетс€ на то, чтобы сделать местные земли плодородными с помощью удобрений и орошени€ или чтобы доставить продукты  с отдаленных рынков.

јналогичные мировые тенденции будут только обостр€ть существующие проблемы. ѕо прогнозам, численность населени€ «емли к 2050 году составит более 9 миллиардов человек. ќбъемы потреблени€ пищи и энергии на человека возрастут соответственно: в частности, когда люди станов€тс€ богаче, они потребл€ют больше м€са, производство которого более энергоемко, чем других продуктов.  лиматические изменени€, в свою очередь, подразумевают снижение урожайности из-за засухи, наводнений, проникновени€ соленой воды в водоносные слои, повышени€ температур (которое приведет к снижению эффективности фотосинтеза во многих районах) и усиление конкуренции с культурами, предназначенными дл€ производства биотоплива. “аким образом, специалисты предсказывают, что к 2050 году объемы продовольственной продукции должны будут удвоитьс€.

ћ≈—“Ќќ≈ ‘≈–ћ≈–—“¬ќ Ц Ќ≈ ѕјЌј÷≈я

  сожалению, обзор наиболее попул€рных решений проблемы обеспечени€ продовольствием через призму энергетики показывает, что они не всегда эффективны. Ќапример, в последнее врем€ особой попул€рностью движение так называемых Ђlocavoresї Ц людей, которые питаютс€ лишь местной пищей, стрем€сь таким образом сократить объемы энергии, затрачиваемой на транспортировку продовольстви€ или высокотехнологичные сельскохоз€йственные методики.  ампании в пользу продуктов местного производства призывают жителей покупать товары на близлежащих фермерских рынках или соседних хоз€йствах аграрных сообществ.

ѕредпочтение местных товаров импортируемым может быть экономически выгодным, а развита€ сеть поставок продовольстви€ может оказатьс€ весьма полезной в случае войны или засухи. ќднако местные фермеры иногда используют малоплодородные земли дл€ выращивани€ нетипичных культур, что требует большого количества химикатов и больших энергозатрат на орошение Ц при этом урожайность все равно остаетс€ на низком уровне.  ак ни странно, при перевозке продуктов питани€ на тыс€чи километров иногда расходуетс€ не так много энергии, а св€занные с ней выбросы углекислого газа и вред, наносимый окружающий среде, гораздо меньше.

Ќапример, разведение овец в Ќовой «еландии, где животные пасутс€ на богатых пастбищах (трава на которых растет лишь за счет дождевой воды и без помощи удобрений или искусственного орошени€), и дальнейша€ транспортировка в ¬еликобританию требует гораздо меньше  энергозатрат, чем выращивание овец в стране с использованием энергоемких методик.  роме того, высокотехнологичные агрокомплексы с выровненными земельными участками (чтобы минимизировать потери воды и утечку удобрений), тракторами с системой навигации GPS(дл€ оптимизации расхода топлива и контрол€ полноты насаждений) и пол€ми, засаженными генетически модифицированными культурами (созданными так, чтобы поглощать минимум воды) могут оказатьс€ гораздо более производительными, чем кучка разрозненных ферм, неэффективно использующих энергию и воду, но расположенных ближе к дому.  —пециалисты —тэнфордского университета пришли к выводу, что крупное сельское хоз€йство производит меньше парниковых газов благодар€ усовершенствованию системы выращивани€ и сбора урожа€ и эффекту масштаба.

¬ертикальное фермерство (высокоавтоматизированное агропромышленное производство), а также выращивание водорослей в качестве фуража Ц две технологии, наход€щиес€ на стадии разработки Ц также обладают потенциалом получени€ еще больших объемов биомасс, чем местные хоз€йства. Ќекоторые попул€рные решени€ в области альтернативной энергетики даже обостр€ют проблему обеспечени€ продовольствием. Ќапример, такие продукты, как кукуруза, со€, сахар и пальмовое масло, используемые в качестве сырь€ дл€ производства биотоплива, порождают нездоровую конкуренцию на пахотные земли и пресную воду.

¬ 2010 году в —Ўј около 120 тыс€ч квадратных километров Ц более четверти всех земель, зан€тых под выращивание  зерновых Ц было отведено на производство сырь€, из которого было получено 48 миллиардов литров этанола. Ётот показатель будет расти, так как власти штатов будут стремитьс€ следовать государственному мандату, согласно которому к 2022 году 20% от общего объема жидкого транспортного горючего должно быть представлено биотопливом.

ѕ≈–≈–јЅќ“ ј ќ“’ќƒќ¬

Ќесмотр€ на все проблемы, св€занные с использованием энергии в пищевой промышленности, все же есть повод дл€ оптимизма. Ѕлагодар€ современным инноваци€м, законодательному регулированию, возникновению новых рынков и изменению поведени€ каждого человека мы сможем изменить соотношение потребл€емой и производимой энергии, сократив таким образом выбросы парниковых газов и см€гчив последстви€ негативного вли€ни€ на окружающую среду. ѕервым шагом должен стать отказ от использовани€ зерен культурных растений дл€ производства крахмалосодержащего спирта Ц весьма распространЄнной технологии в —Ўј в данный момент.  «ерно предназначено дл€ человека и животных, а на создание этанола или синтетического топлива должны идти лишь грубые, древообразные части растений.

јмериканское законодательство содержит дл€ этого все необходимые предпосылки. “ак, ѕостановление об энергетической независимости и безопасности страны, прин€тое  онгрессом в 2007 году, предусматривает, что к 2022 году дол€ потребл€емого биотоплива должна составить 136 миллиардов литров в год, 60 из которых будут произведены из целлюлозных частей растений. ѕоследнее предписание €вл€етс€ признанием власт€ми того факта, что зерно не может решить все энергетические проблемы. ѕо оценкам экспертов, из злаковых культур, выращиваемых на  имеющихс€ в наличии пахотных земл€х по всей стране, может производитьс€ лишь около 57 миллиардов литров биотоплива в год Ц в противном случае будет поставлена под угрозу продовольственна€ безопасность государства.

ќднако стремление увеличить масштабы производства биотоплива приводит к тому, что производители все чаще прибегают к зерну в качестве сырь€, поскольку обработка растительных остатков требует больших финансовых и энергозатрат. «а множество столетий природа сделала целлюлозные части растений достаточно прочными, чтобы они не расщепл€лись. ƒл€ их расщеплени€ нужно обратить всп€ть природный процесс, а дл€ этого необходимы ферменты, производство которых в промышленных масштабах весьма недешево. “ем не менее, даже эти технологические затруднени€ можно преодолеть, ведь биотопливо на основе целлюлозы может стать существенным подспорьем энергетике страны и позволит освободить значительные территории дл€ выращивани€ других культур.

≈ще одним способом преодолени€ неравенства в соотношении пища-энерги€ €вл€етс€ переработка отходов сельскохоз€йственного производства. ѕродукты жизнеде€тельности домашнего скота могут стать подход€щим исходным сырьем. –аньше фермеры, выращивающие разные сорта растений и развод€щие скот, использовали навоз на пол€х вместо химических удобрений. Ќа нынешних крупных фермах выращиваютс€ лишь несколько культурных сортов и используютс€ специфические технологии кормлени€ скота, поэтому така€ система замкнутого цикла потер€ла свою актуальность.  оличество навоза, производимое большими скотоводческими хоз€йствами, значительно превышает уровень местного спроса на него, а доставка на крупные фермы по всей стране экономически невыгодна.  роме того, образующиес€ навозные €мы служат источниками парниковых газов и токсичных отходов. “ем не менее, эти €мы €вл€ютс€ весьма Ђэнергетически насыщеннымиї, и их очень много по все стране: в —Ўј производитс€ более миллиарда тонн навоза в год. 

јнаэробные биореакторы и микротурбины могут преобразовать этот навоз в биогаз, сжигание которого даст около 2,5% от общего энергопотреблени€ страны и позволит сократить объемы попадающих в атмосферу парниковых газов. ƒанна€ технологи€ может стать дополнительным источником дохода дл€ фермеров: ученые ведущих аграрных институтов занимаютс€ поиском способов внедрени€ технологии анаэробного сбраживани€ в фермерские хоз€йства. Ќебольшой немецкий поселок ёнде, жители которого сотрудничают с ‘ранком ћитленером из  алифорнийского университета в городе ƒэвис, производит столько биогаза дл€ отоплени€ и приготовлени€ пищи, что стал независимым от национальной газопроводной сети. ¬ласти могут способствовать установке большего количества биореакторов и турбин, предоставл€€ фермерам займы с низкими процентами и временное освобождение от налогов на недвижимость (оборудование), обеспечива€ доступ к необходимой информации и организовыва€ обучающие семинары, чтобы потенциальные пользователи знали, как работают данные технологии.  роме того, необходимо создать так называемую Ђсистему чистого измерени€ї, котора€ учитывает отданную в сеть электроэнергию во взаиморасчетах с электроснабжающей организацией.

≈ще одним видом отходов, с помощью которого могут сократитьс€ объемы энергии, затрачиваемой на производство продуктов питани€, €вл€етс€ углекислый газ, выбрасываемый теплоэлектростанци€ми (работающими на угле) через дымовые трубы. ≈го можно использовать дл€ выращивани€ водорослей, служащих пищей, кормом или топливом, избежав таким образом необходимости применени€ традиционных сельскохоз€йственных технологий. 

Ќекоторые люди уже начали употребл€ть водоросли в пищу, а несколько сетей ресторанов используют водоросли в качестве загустител€. Ћипиды в водоросл€х также можно переработать в биодизельное топливо, которое используетс€ в домашнем хоз€йстве и сжигание которого не производит большого количества углекислого газа. ќстатки водорослевых биомасс обычно представл€ют собой белки и углеводы, которые могут стать полноценной заменой корму дл€ домашнего скота и сократить расход зерновых культур. Ќекоторые разновидности водорослей произрастают в слабоминерализованной или соленой воде, что исключает необходимость использовани€ пресной.

„астный сектор, национальные лаборатории Ц как, например, Ќациональна€ лаборатори€ возобновл€емой энергии Ц а также “ехасский университет (ќстин) и  алифорнийский университет в —ан-ƒиего провод€т активные испытани€ и организуют экспериментальные программы. ’от€ промышленное производство и переработка водорослей €вл€етс€ делом далеко будущего, их потенциал требует дополнительных исследований и помощи со стороны правительства.

—ќ¬≈–Ў≈Ќ—“¬ќ¬јЌ»≈ —»—“≈ћџ ќ–ќЎ≈Ќ»я

ѕростое применение инновационных сельскохоз€йственных технологий, которые уже были усовершенствованы в ходе проведени€ многочисленных испытаний, при более широком распространении может существенно сократить разницу между потребл€емой и производимой энергией.  апельное орошение, например, дает больше урожа€ на единицу жидкости, позвол€€ сэкономить водные ресурсы и энергию, необходимую дл€ ее прокачки. “радиционные оросительные установки Ц разбрызгиватели на цапфах, создающие Ђиноземногої вида зеленые круги посреди коричневых пустынь (и легко видимых с высоты птичьего полета) Ц чрезвычайно неэкономичны, они разбрызгивают воду в воздухе, где больша€ ее часть просто испар€етс€.

 апли, которые все же достигнут  растений, скорее всего, упадут на листь€ и стебли, только увеличив таким образом потери на испарение. ¬ стандартной установке капельного орошени€, длинные отрезки узких труб укладываютс€ в р€д под землей и доставл€ют воду пр€мо к корн€м растений. »сследователи из университета јйовы подсчитали, что если бы местные фермеры использовали капельную систему орошени€, они бы сократили расход воды на 40%, а потребление электроэнергии Ц на 15%. Ќекоторые крупные поставщики аграрного оборудовани€ предлагают эти системы, которые, будучи использованными, могут сэкономить тыс€чи мегаватт-часов в год по всей стране. √осударственные стимулы, а также штрафы за нерациональное использование воды также могут поспособствовать оперативному внедрению данной технологии.

Ѕольшое будущее и у системы нулевой обработки почвы (также известной как Ђсистема no-tillї).  ќна позвол€ет уменьшить повреждение почв за счет того, что грунт не распахиваетс€, а покрываетс€ слоем измельченных растительных остатков (мульчей), куда и высеваетс€ зерно. Ётот менее агрессивный способ обработки земли позвол€ет сократить энерго- и трудозатраты, уменьшить расход воды, предотвратить эрозию, а также снизить уровень высвобождаемых парниковых газов.  Ћидером по освоению данной методики €вл€етс€ јргентина: более половины фермерских хоз€йств используют эту передовую технологию. »нформирование фермеров о достоинствах системы нулевой обработки может осуществл€тьс€ с помощью служб распространени€ сельскохоз€йственных знаний по всей стране.

¬ыравнивание почвы с помощью лазерного нивелира предотвращает эрозию, снижает расход воды и сокращает потери удобрений. Ѕольшинство полей имеют небольшой уклон, что приводит к неравномерному распределению воды и скапливанию удобрений в отдельных точках. „тобы оросить весь участок, фермерам приходитс€ буквально заливать его водой, излишек которой попадает в местные водные пути. ¬ыравнивание почвы позвол€ет уменьшить объемы энергии, затрачиваемой на прокачку воды, а также количество удобрений.

ѕо€вление тракторов, комбайнов и другой техники, оснащенных глобальной системой навигации GPSЦ уже стандартного оборудовани€, предлагаемого производител€м Ц привело к по€влению так называемого Ђточного земледели€ї, использование которого повышает продуктивность и снижает энергозатраты. —истема GPS позвол€ет фермерам рассчитать посадку различных культур буквально до сантиметров и помогает сократить нерационально используемые площади, врем€ и топливо. ’от€ модернизаци€ фермы среднего размера может обойтись в 10000 долларов, ученые из университета ѕердью подсчитали, что выгоды перевешивают затраты. ¬о-первых, существенно снижаетс€ расход топлива. ¬о-вторых, с помощью GPS можно провести диагностику состо€ни€ почвы и подобрать оптимальное количество удобрений, которое варьирует на различных участках пол€.  роме того, работу в поле можно продолжать и в темное врем€ суток, а также во врем€ дожд€ или тумана, когда видимость ухудшаетс€ Ц что также приводит к росту производительности.

»«ћ≈Ќ≈Ќ»≈ ѕ–»¬џ„≈  ѕ»“јЌ»я

—окращение пищевых отходов также может изменить отношение энергии, затрачиваемой на производство продуктов питани€, к энергии,  получаемой человеком с пищей. ¬ —Ўј ежегодно выбрасываетс€ до 25% производимого продовольстви€, что составл€ет 2,5% от годового энергопотреблени€ страны Ц это больше, чем объемы энергии, полученные от производства этанола в 2011 году или энергии, котора€ будет произведена в 2030 году, когда ограничени€ на бурение во внешней зоне континентального шельфа будут сн€ты. ”меньшение количества выбрасываемой пищи приведет к сокращению энергопотреблени€ и выбросов парниковых газов в ближайшие несколько дес€тилетий, и даже может оказатьс€ эффективнее дорогих и спорных решений в области энергоснабжени€, которые были предложены законодател€ми.

ћногие методики сокращени€ пищевых отходов можно примен€ть уже сегодн€. ¬место плохо продуманной системы указани€ сроков годности на этикетках, используемой последние несколько дес€тилетий, можно инвестировать в разработку диагностики скорости порчи продуктов. ярким примером служат специальные чернила в составе упаковки, которые чувствительны к изменени€м температурного и временного режимов: если пища слишком долго хранилась в неподход€щих услови€х, этикетки на ней мен€ют цвет. ћолодые компании производ€т такие этикетки, которые помогут сохранить множество продуктов питани€, выбрасываемых магазинами из бо€зни отравить покупателей. ƒанна€ методика также позволит сократить число случаев пищевого отравлени€, св€занного с употреблением несвежей пищи. Ѕолее строгие требовани€, предъ€вл€емые к температурным услови€м хранени€ продуктов на складах компании-производител€, могут дать розничным торговцам и потребител€м представление о возможных рисках порчи товара.

»зменение привычек питани€ и отношени€ к еде тоже может оказатьс€ эффективным. –естораны должны перестать подавать гигантские порции, а люди должны отказатьс€ от фуршетов и шведских столов. ћы можем изменить наш режим питани€ и хот€ бы частично отказатьс€ от м€сных продуктов (производство которых требует больших энергозатрат) в пользу фруктов, орехов, овощей,  бобовых и зерновых культур. “акое поведение не требует особых усилий Ц оно требует нового образа мышлени€ и в результате даже может привести к экономии денежных средств.

 ак показала Ђзелена€ї революци€ 40-70-х годов 20-ого века, существенные изменени€ могут произойти сравнительно быстро, за несколько дес€тилетий. –езультаты этих изменений могут даже превзойти наши ожидани€. ќднако возможны и непредвиденные ситуации: за годы крупномасштабного производства продуктов питани€ обострилась проблема ожирени€ и климатических изменений. ќдних технологий недостаточно; со времен первой Ђзеленойї революции проблема голодающих стран осталась нерешенной. √арантией сокращени€ энергозатрат в пищевой промышленности €вл€етс€ всеобщее стремление изменить отношение к еде и привычки питани€, а также усовершенствовать соответствующее законодательство. Ќет причин предполагать, что нова€ Ђзелена€ї революци€ будет чем-то отличатьс€ от предыдущей.

ScientificAmerican(€нварь 2012), перевод с английского Ц Ќаталь€ ѕристром


  • ƒата публикации: 30.01.2012
  • 3571
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