Таблица 8. Землепользование в Великобритании

Стоимость земельных угодий. Хотя теоретически мы располагаем земельными угодьями для проведения в жизнь идей получения биоэнергии, на практике использование этих площадей ограничивается рядом экономических и юридических факторов. Земля для производства биомассы должна быть куплена или арендована. Это является существенным лимитирующим фактором в землепользовании. Кроме того, могут существовать положения, регулирующие землепользование и предусматривающие принятие мер по охране окружающей среды и прав местных жителей.

Таблица 9. Средние цеиы на землю и размеры ренты в Великобритании в 1978 г.

В Великобритании можно свободно получить информацию о ценах иа землю и об арендной плате [5]; средние цены и арендная плата за 1978 г. показаны в таблице 9. Размеры ренты периодически устанавливаются трибуналом и обычно составляют величину порядка 1—2% стоимости земли. Хотя эти показатели не характеризуют норму прибыли на вложенный капитал, земля, в противоположность промышленному предприятию, не падает, а растет в цене. В Англии примерно 60 % общей площади сельскохозяйственных угодий находится в частном владении. Процесс получения биоэнергии, по крайней мере, в Великобритании предполагает громадные капитальные затраты на приобретение земли. В некоторых развивающихся странах проблема может быть не такой острой. Цены на землю и размеры ренты определяются рядом фак-

торов, среди которых следует назвать использование земли для различных целей, а также желание владельца земли принять участие в сотрудничестве.

Ренту выплачивают, предполагая в будущем некоторый доход. Его размер может колебаться от прожиточного минимума до уровня, дающего возможность осуществления капиталовложений. В Великобритании ежегодный доход от земельных угодий составляет более 1000 ф. ст/га для зерновых и около 50 ф. ст/га в лесном хозяйстве. Расходы в первом случае, конечно, более высокие, но и сама отрасль прибыльная; лесоводство является нерентабельным. В таблице 10 дается анализ среднего дохода и издержек в лесоводстве [6]. Приводимые факты имеют отношение ко многим предложениям по использованию и получению биотоплива, так как в Великобритании лесное хозяйство субсидируется,

Таблица 10. Средние показатели доходов и издержек Ь частном лесоводстве

Великобритании (1977 г.)

а лесная промышленность является низкорентабельной. Частное лесное хозяйство в Великобритании также субсидируется путем отсрочки наследственных пошлин на растущий лес до его созревания, валки и последующей реализации.

Морское хозяйство. Площади, теоретически пригодные для производства биотоплива, включают мировую акваторию и прибрежные водные пространства. На первый взгляд море имеет ряд преимуществ. Только небольшая часть морской среды используется в настоящее время для выраи^ивания моллюсков, морских растений и т. д. Вопрос о том, какую роль здесь может сыграть частная собственность, остается

спорным. За территориальными водами лежат обширные водные пространства, которые можно использовать для производства биотоплива. Средняя стоимость продуктов, собранных за пределами территориальных вод, в настоящее время низкая, так что здесь в меньшей степени стоит проблема конкуренции. Слабо развитой остается технология выращивания. Эта технология должна обеспечить достаточное закрепление растений в грунте и обеспечение их питательными веществами.

Несмотря на явный интерес к морскому хозяйству со стороны специалистов, мы не можем с уверенностью утверждать, что море может быть включено в категорию площадей, пригодных для производства фотосинтетического топлива. Потенциальные возможности являются большими, однако мы сталкиваемся с неменьшими проблемами. За исключением прибрежных и устьевых областей, где продуктивность биомассы очень высокая (60 т сухой массы с 1 га в год), общая продуктивность морской среды очень низка (1—2 т/га в год), что эквивалентно продуктивности пустыни. Причины низкой продуктивности не всегда понятны; их чаще все1"0 относят за счет недостатка макро- и микроэлементов. Было предложено промышленное производство бурых водорослей в открытом океане вблизи берегов .США [7]. По расчетам, урожаи бурых водорослей должны быть высокими (38 т/га в год), однако стоимость производства бурых водорослей тто сравнению с производством других форм биомассы на биотопливо будет также высокой (100 долл. на 1 т сухой обеззоленной массы) [8]. Высокая стоимость продукта в сочетании с высокой стоимостью лроцесса переработки (озо-ление в анаэробных условиях) едва ли позволяет метану, полученному из бурых водорослей, стать новым источником топлива.

2.2. УРОЖАЙ КУЛЬТУР И ФАКТОРЫ, ЛИМИТИРУЮЩИЕ УРОЖАЙ

Производство первичной биомассы, О^щее количество биомассы (в пересчете на сухое вещество), производимой в биосфере, составляет по расчетам около 110 млрд. т в год, из которых около 4 млн. т производится на обрабатываемой площади. Категории биомассы представлены в таблице 11 [3, 9]; основная ее доля приходится на леса и океаны. Бели принять среднюю теплотворную способность биомассы равной 18 ГДж/т (сухое вещество), то общая энергетическая характеристика мировой биомассы выразится величиной 2000 млрд. ГДж в год.

Средняя эффективность превращения падающей радиации равна примерно 0,04%. Малая доля этой энергии, получаемая человеком от лесного и сельского хозяйства, эквивалентяа примерно 70 млрд. ГДж; это количество энергии значительно меньше общей энергии, используемой человеком в форме топлива (около 300 млрд. ГДж). Однако лесное и сельское хозяйство представляют основную часть человеческой деятельности. С точки зрения производства энергии, результат незначитель-30

f

1^1бяица 11. Чистое производство первичной биомассы в различных условиях окружающей среды

ный, но с точки зрения производства продуктов питания и кормов для животных, он значителен.

Производство материалов с содержанием энергии, аналогичным содержанию энергии в ископаемом топливе, означало бы революцию в мировом сельском и лесном хозяйстве. Сравнение показателей содержания энергии в обычных видах топлива и в различных формах биомассы представлено в главе 1.

Урожай с 1 га. Низкая эффективность превращения энергии излучения биосферой является результатом низких урожаев растительной массы с гектара. В таблице 12 показаны урожаи, составляющие от 5 до 80 т сухого вещества с 1 га в год на площадях, покрытых раститель-

Таблица 12. Урожай фотосиитетической биомассы (включая корни) в различных условиях окружающей среды

ностью, в сравнении с урожаями от 0,01 до 2,5 т в год в океанах, пустынях и тундре [9]. Даже урожай 10 т в год дает только около 180 ГДж/га в год энергии.

Максимальное количество углеводов, полученных в результате фотосинтеза в лаборатории при красном свете, соответствует эффективности энергии превращения 27% (10 квантов/моль фиксированной СОг). В сельском хозяйстве максимальные урожаи за короткие периоды эквивалентны только примерно 10% общей видимой радиации. В течение вегетационного периода эффективность превращения энергии может упасть до 0,9-1,6 % для культур умеренного климата и до 5 % для тропических культур [9]. В условиях резкого недостатка влаги в пустынях или недостатка питательных веществ в океанах указанные значения могут снизиться в 20 раз. Растительные сообщества умеренных зон, несмотря на среднюю эффективность превращения солнечной энергии, равную примерно 1 %, в условиях интенсивного возделывания могут иметь значительно более высокий показатель эффективности.

Общая продукция фотосинтеза целиком в условиях сельского и лесного хозяйства обычно не собирается. Значительная ее часть остается на месте, перегнивает и возвращается в почву в виде питательных веществ и углерода. Продукция фотосинтеза, используемая человеком, зависит от культуры: у деревьев — стволы, у зерновых культур — зерно, у картофеля - клубни. Остальные части растений могут найти менее выгодное применение (например, солома или силос), но ценность растения определяется урожаем наиболее ценных его частей. В таблице 13

Таблица 13. Рекордные и средние урожаи осиоввых культур в США

показаны рекордные и средние урожаи основных культур в США [10]. В таблице также показан сбор сухого вещества [И]. В других странах урожаи часто ниже, чем те, которые считаются допустимыми в США. Средние урожаи пшеницы и кукурузы в основных странах-производителях приреденыс таблицах 14 и 15 [12].

Порядок показателей урожайности по обеим культурам является аналогичным, а энергосодержание собранной продукции составляет от

Таблица 14. Средний урожай пшеницы в основных

странах-производителих

Страна

Средний урожай пшеницы, т/га

Нидерланды Великобритания Франция США

Аргентина Австралия Турция

4,4 4,0 3,0 1,7 1,6 1,2 1,1

Таблица 15. Средний урожай кукурузы в основных странах-Производителях

18 до 80 ГДж/га (несоответствие данным таблицы 13 объясняется использованием иных источников информации). Средние урожаи стволовой древесины и сельскохозяйственных культур в США аналогичны и составляют от 3 до 4 т/га в год [13]. Однако деревья обычно выращивают на более бедных почвах, чем те, которые отводятся под сельскохозяйственные культуры.

Лимитирующие факторы. Большинство растений растет в среде, являющейся в какой-то степени неблагоприятной для их развития [8]. Хотя адаптация и позволяет растениям выживать в более неблагоприятных условиях, процесс ее может происходить за счет потери урожая биомассы. Считается, что растения, произрастающие в естественных условиях, обладают скорее высокой способностью к воспроизводству, чем способностью давать высокий урожай. В течение столетий человек отбирал растения, дававшие высокий урожай тех частей растения, в которых он был заинтересован. Урожай как в естественных условиях, так и в условиях, созданных человеком, связан с генетическим строением растения, а также со степенью удовлетворения его потребностей. Физи-