фотосинтеза в сельскЬм хозяйстве и лесоводстве и их низкой энергетической плотностью по сравнению с ископаемыми и ядерным видами топлива.

Анализ каждого упомянутого критерия вызывает серьезные опасения относительно жизненности предложений по получению биоэнергии, и только в исключительных обстоятельствах проблемы могут оказаться разрешимыми в течение короткого времени. Наука, однако, считает вполне возможным, что со временем биоэнергия будет играть более существенную роль в деятельности человека. К сожалению, лучшая возможность осуществить этот вариант — это вернуться к предыдущей стадии развития и значительно более сокращенному населению земного шара.

Как было показано, биологические ресурсы, используемые в настоящее время сельским хозяйством и лесоводством, относительно малы с точки зрения энергетических характеристик. Широкое использование этих ресурсов для производства энергии окажет большое влияние на другие отрасли промышленности. Следует сказать, что в истории использования энергии проходили десятки лет и века, прежде чем новые виды тошшва достигали значительной доли в общем потреблении энергии. Переход к использованию новых видов энергии происходил тогда, когда этому способствовали механизм цен и прявление новых технологий. В отношении биотоплива действия этих механизмов не наблюдалось. Использование ресурсов к тому же ограничивается многими факторами, включая солнечную радиацию, почвендо-климатические факторы, потребности в удобрениях и пестицидах, социальные факторы. Поэтому биомасса идет по высоким ценам при использовании ее для производства продуктов, иных, чем топливо; некоторые из этих продуктов, особенно продукты питания, имеют более важное значение для человека, чем промышленная энергия.

Процессы получения и использования био!у1ассы в качестве топлива представляются осуществимыми, по крайней мере, в общих чертах. На опытных установках не получали только биологический водород. Другие процессы представляются реальными при продуктивности, являющейся низкой по сравнению с продуктивностью процессов получения ископаемых и ядерных видов топлива. При современном состоянии знаний перспективы значительного повышения продуктивности этих реакций являются слабыми.

Низкая продуктивность приводит к высоким капитальным издержкам и делает биотопливо дорогостоящим по сравнению с традиционными видами топлива. Эти издержки в сочетании с обычно высокой стоимостью биомассы (сырья) делает цены на биотопливо в несколько (до 10) раз выше стоимости альтернативных вариантов. Рыночные цены на биомассу характеризуются одним из наиболее резких различий между существующим положением и прогнозами сторонников биотоплива. Значительное несоответствие существует между ценами на мировом рьш-

ке на продукцию сельского хозяйства и лесоводства и ценами,- необходимыми для обеспечения рентабельности получения биотоплива. Даже отходы и остатки редко можно получить бесплатно. Маловероятно, что энергетические плантации могут обеспечить биомассу по значительно более низким ценам, чем те, которые существуют в настоящее время.

Стремление к использованию биотоплива часто основывалось на растущих ценах на ископаемые виды топлива, в то время как стоимость сырья для производства биотоплива считалась постоянной величиной. Большая роль, которую играют дешевые виды ископаемого топлива в выращивании, уборке и переработке биомассы, ставит это утверждение под сомнение. В развитых странах произошли гро1^дные изменения с тех пор, когда древесина играла существенную роль в обеспечении энергией, и дешевая энергия стала неотъемлемой, хотя и скрытой частью почти всех видов человеческой деятельности.

Так как виды биотоплива представляют собой "разбавленные" источники энергии, они требуют больших затрат энергии при их производстве. Затраты по отношению к объему конечного продукта при производстве биотоплива значительно выше, чем при производстве ископаемой или ядерной энергии, однако энергия, необходимая для производства этих видов топлива, поступает за счет именно этих ископаемых и ядерных видов топлива. Экономия ископаемых видов топлива путем использования возобновляемых видов не бьша продемонстрирована достаточно убедительно (например, в случае спирта). Вследствие незаметного проникновения дешевых видов энергии во все сферы экономической деятельности можно легко войти в заблуждение, считая, что открыты новые, нетронутые источники энергии, в то время как фактически при эксплуатации этих источников возрастет нагрузка на традиционные источники энергии. В отношении возобновляемых видов энергии не всегда проводится анализ степени загрязнения окружающей среды, а также степень риска, связанного с их использованием; такой анализ бьш проведен недавно на примере традиционных и ядерных видов топлива. Рубка леса, например, является довольно опасным занятием. Углерод, остающийся после завершения процессов производства возобновляемых видов топлива, часто составляет значительную долю от массы сырья, усложняя удаление жидких, газообразных и твердых отходов. Большое число и малые размеры заводов по производству биотоплива усложняют проблему, связанную со степенью риска и загрязнения окружающей среды.

Социальный аспект широкого использования биотоплива является, пожалуй, более неблагоприятным в долгосрочном плане, чем результаты чистых экономических расчетов. Во-первых, возникает вопрос занятости в случаях, когда требуется увеличение производительности труда, особенно в развивающихся странах. Процессы по производству биотоплива характеризуются низкой производительностью труда. Во-вторых, производство биоэнергии требует больишх земельных площадей

для обеспечения достаточного количества сырья. Нарушение картины ландшафта и влияние на зоны отдыха, транспорт и фауну в современной ситуации вряд ли будут восприняты положительно.

Остаются особые случаи, когда биотопливо может использоваться, по крайней мере, временно и когда возможно более широкое его использование в будущем. Первый случай касается развивающихся стран, где большое число людей вынуждены восполнять свои относительно небольшие количества энергии биомассы для удовлетворения основных потребностей в топливе. Можно не сомневаться, что эти люди обратятся к более энергоемким и обильным видам топлива, если таковые окажутся в наличии. Во-вторых, есть случаи, когда биотопливо имеет как эстетическое, так и утилитарное значение; древесина и уголь буцут продолжать использоваться в качестве топлива для обогрева помещений. Последний случай определить трудно, так как он представляет скорее зло, чем благо, для национальной экономики. Это произойдет в случаях, когда излишки сельскохозяйственной продукции-.будут использоваться как низкосортное топливо. Субсидии, необходимые для предотвращения банкротства производителей биомассы, указывают на компромиссную природу такой деятельности, а также на невозможность того, что этот путь может дать стабильный или значительный источник топлива. Аналогично этому превращение отходов и остатков в топливо может осуществляться в некоторых ситуациях, однако маповероятно, что оно может иметь глобальное значение. Необходима разработка более дешевых методов удапения отходов и более эффективного их использования.

Как показало это исследование, вложение крупных сумм в развитие биоэнергетики неоправдано. Со стороны основных отраслей энергетической промышленности вполне разумно осуществлять контроль за ходом разработок в области ферментации, анаэробного разложения, производства растительных масел и термического обогащения биомассы. Предложения, которые могут внести изменения в области производства биотоплива, должны быть тщательным образом проанализированы и исследованы. За последние годы предложения по получению биологически возобновляемых видов энергии являются только небольшой частью общего числа предложений по производству новых видов, топлива. К сожапению, вьшоды относительно использования предложенных видов топлива оказались аналогичными выводам по использованию биотоплива. Вследствие сложности и разнообразия идей по использованию биоэнергии трезвая их оценка занимает много времени, в те*!ение которого могут быть затрачены большие денежные средства. В настоящее время уже имеются признаки снижения интереса к этому вопросу. Падение цен на ископаемые виды топлива, увеличение числа нерентабельных процессов производства возобновляемых видов энергии, более глубокое понимание технических проблем сыграли определённую роль в снижении интереса к этой проблеме.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие к английскому изданию..................••......5

Глава 1. Потребность в большом количестве дешевой энергии........7

1.1.Энергия, энтропия и полезная работа...................7

1.2.Масштабы, эффективность и плотность использования энергии ...11

1.3.История вопроса потребления и стоимости энергии...........14

1.4.Эффективность энергии и эффективность затрат............21

Литература......................................22

Глава 2. Продукты фотосинтеза - сырье для топлива? ............24

2.1.Солнечная радиация и наличие земельных угодий...........24

2.2.Урожай культур и факторы, лимитирующие урожай .........30

2.3.Стоимость продуктов фотосинтеза....................35

2.4.От первичных продуктов фотосинтеза к ценным видам топлива38 Литература......................................42

Глава 3. Технология получения биотоплива...................44

3.1.Сжигание....................................44

3.2.Сухая перегонка, газификация и сжижение...............47

3.3.Гидролиз и ферментация ..........................54

3.4.Анаэробное разложение...........................58

3.5.Растительные масла..............................63

3.6.Производство биологического водорода.................69

Литература......................................70

Глава 4. Стоимость биоэнергии...........................72

4.1.Подход к расчетам стоимости биоэнергии................72

4.2.Непосредственное сжигание.........................76

4.3.Термическое обогащение..........................79

4.4.Гидролиз и ферментация..........................81

4.5.Анаэробное разложение...........................84

4.6.Расгательные масла..............................87

Литература......................................89

Глава 5. Энергетические затраты при производстве биоэнергии.......91

5.1.Введение ....................................91

5.2.Затраты энергии на производство биомассы...............94

5.3.Затраты энергии на обдгащение биомассы................98

5.4.Спирт как топливо..............................102

5.5.Энергия и денежные затраты........................105

Литература......................................107

Г л а в а 6. Определение степени риска при использовании биоэнергии, ее

социальное значение и безопасность для окружающей среды...........109

6.1.Анализ степени риска...........................i ■109

6.2.Социальный аспект...............................ИЗ

6:3. Загрязнение окружающей среды . .".....................11°

Литература......................................119

Глава 7. Рынки биотоплива.............................121

7-1. Какова цена биотоплива?........-..................121

7.2.Конкуренция с нефтью, углем и ядерной энергией...........125.

7.3.Развивающиеся страны............................129

7.4.Что произойдет, когда источники ископаемого топлива иссякнут?132 Литература......................................135

Глава 8. Что могут сделать исследования?....................136

8.1.Поверхностный и всесторонний подход .................136

8.2.Технологии, чувствительные к изменениям стоимости сырья ....139

8.3.Технологии, чувствительные к изменениям капитальных затрат142 Литература................................;.....146

Глава 9. Заключение..................................147

Д. Бойлс

БИОЭНЕРГИЯ: ТЕХНОЛОГИЯ, ТЕРМОДИНАМИКА, ИЗДЕРЖКИ

Зав. редакцией В. Е. Машковский Редактор Я. И. Вяткин Художник В. А. Валит Художественный редактор/1. И. Бершачевская

Технические редакторы Я А. Зубкова, В. А. Боброва Корректор А. П. Шахрова

ИБ N"5177

Подписано в печать 11.09.87. Формат 60 X 84Vie- Бумага офсетная № 1. Печать офсетная. Гарнитура Пресс-Роман. Усл. п. л. 8,84. Усл. кр.-отт. 9,07. УЧ.-ИЗД. л. 10,01. Изд. № 564. Тираж 2100 экз. Заказ № 3078Цена 2 руб.

Ордена Трудового Красного Знамени ВО "Агропромиздат", 107807, ГСП, Москва, Б-53, ул. Садовая-Спасская, 18.

Типография № 9 Союзполиграфпрома Государственного комитета СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли, 109033. Москва, Волочаевекая, 40.

i