ческие потребности растения — это потребности в свете, тепле и субстрате для закрепления стебля и корней (желательно, чтобы субстрат обладал ионообменными свойствами для связывания питательных веществ). Химические потребности — это потребности в воде, диоксиде углерода, кислороде и минеральных элементах питания. Факторы, ведущие к замедлению роста в благоприятных условиях окружающей среды, — это1 сорняки, болезни, вредители, сильные ветры, засоленность.и щелочность почвы, присутствие токсических соединений. В США была разработана классификация площадей [10] в соответствии с наличием лимитирующих факторов (табл. 16). Только 12% почв свободны от влияния факторов, лимитирующих беспрепятственное пополнение питательных веществ, вынесенных с урожаем.

Таблица 16. Факторы, лимитирующие урожайность в США

Ослабление действия лимитирующих факторов. Во всем мире вода считается фактором, наиболее часто ограничивающим рост растений, и орошение в значительной мере способствует повышению урожайности культур. Однако орошение стоит дорого, а грунтовые и поверхностные воды, необходимые для орошения, во многих частях мира не могут удовлетворить существующих потребностей ввиду их малых запасов. Обеспечение водой требует затрат энергии. При неблагоприятных условиях дренажа орошение вызывает серьезные проблемы, связанные с засолением; это, в свою очередь, ограничивает размеры площадей, где может проводиться орошение.

Там, где лимитирующим фактором является климат, трудно обойтись без создания дорогостоящих инфраструктур. В условиях умеренных зим могут быть использованы теплицы для выращивания ценных теплолюбивых культур. В условиях чрезмерно жаркого климата для производства тех же культур используются теплицы, оборудованные охладительными устройствами с использованием специальных испарителей [14]. Оба варианта требуют больших затрат энергии и не годятся для производства биотоплива.

Развитие технологии за последние годы облегчило до некоторой степени борьбу с сорняками, вредителями и болезнями. Тем не менее мы стоим перед необходимостью постоянной разработки новых методов. Их использование также требует расходов дополнительных количеств энергии.

Для постоянного получения высоких урожаев необходимо систематическое внесение удобрений. Основными минеральными питательными веществами являются азот, фосфор и калий. Внесение этих элементов в почву в сочетании с орошением, селекцией растений и механизацией явилось основной Причиной резкого повышения урожайности культур в текущем столетии. Производство удобрений требует затрат больши:, количеств энергии (восстановление атмосферного азота или переработка минералов, содержащих фосфор и калий). Было внесено предложение использовать остатки фосфатных руд только для нужд сельского хозяйства, тйс как ресурсы фосфатов являются даже более ограниченными, чем энергетические ресурсы [15].

Кроме факторов окружающей среды, лимитирующих урожай, существуют также человеческие факторы. Одним и:^ наиболее важных человеческих факторов является болезнь. Существенным препятствием развитию сельского хозяйства в тропиках и основным лимитирующим фактором заселения значительных территорий тропической зоны являются такие болезни, как эндемическая речная слепота и трипаносомиаз

Как указывалось выше, действие факторов, лимитирующих получение высоких урожаев, может почти всегда быть смягчено при определенных затратах. Растения можно обеспечить водой, питательными веществами, теплом, диоксидом углерода и т. д. и получить высокий урожай. Издержки оправдываются стоимостью продукции. Однако издержки могут измеряться с точки зрения энергетических затрат; к этой теме мы вернемся позднее при полной оценке энергетических затрат в сельском и лесном хозяйстве.

2.3. СТОИМОСТЬ ПРОДУКТОВ ФОТОСИНТЕЗА

Цены на биомассу. За последние годы трудности с топливом бьши практически связаны больше с его стоимостью, чем с фактическим наличием. В странах, производящих нефть, запасы последней исчерпаны не были, но эти страны ограничили поступление нефти на мировые рынки и повысили цены на нефть. Стоимость биомассы как источника топлива до сих пор не получила должного внимания, несмотря на попытки совершенствования самих процессов переработки биомассы. Предполагается, что сырье имеет низкую или "нулевую" стоимость, когда оно является побочным продуктом других сфер производства. Перед тем как решить, какая может быть или какая должна быть эта стоимость в

Таблица 17. Примерные цеиы и издержки производства биомассы в Евроле

будущем, интересно знать, какова текущая цена биомассы. Какую цену должны мы платить за продукцию лесного и сельского хозяйства?

В таблице 17 приводятся только некоторые показатели по Европе. Издержки и цены приводятся в расчете на сырую массу, сухую массу и на энергетические затраты. Стоимость производства указанной продукции (в отличие от цены) установить не Всегда просто. В некоторых

Таблица 18. Средние цены, выплачиваемые за топливо отраслями Великобритании, производящими газ и электроэнергию

случаях цена искусственная, так как она складывается с учетом субсидий и тарифов, существующих в системе ЕЭС. Однако если мы покупаем зерновые и т. д. для производства биотоплива, эти цены становятся стоимостью сырья. До сих пор ЕЭС мало шло на уступки потребителям этих материалов [16]. Стоимость энергии продуктов или равна, или выше стоимости энергии угля, нефти или газа (табл. 18), поставляемых в отрасли энергетики Великобритании [17]. Кроме того, энергия биомассы находится в форме, не пригодной к промышленному использованию.

Стоимость производства биомассы. Издержки производства травяного силоса показательны, так как этот процесс является, пожалуй, простейшим типом производства биомассы, ее уборки и хранения. Разбивка издержек производства дана в таблице 19. По заявлению сельско-

Таблица 19. Полные издержки производства силоса (1979 г.)

Статьи

Ф. ст/т сухой массы

Рабочая сила Амортизация машин Топливо Семена Удобрения Силосные добавки Строения, другие материалы Рента 60 ф. ст/га в год Всего (за исключением накладных расходов)

2,98 7,05 0,79 1,55 11,52 2,19 2,65 6,81

35,54

хозяйственной службы Великобритании анализ издержек, на основании которого были выведены эти цифры, является одним из наиболее точных (анализ проводился по данным фермерских хозяйств). По мнению фермеров, издержки не были чрезмерно высокими. Основная доля издержек приходится на удобрения, машины и земельную ренту.

Показательными являются также данные по морским водорослям (см. табл. 17), так как этот материал считается "общедоступным" и не предполагает издержек, связанных с возделыванием и внесением удобрений. Сбор морских водорослей в водах, прилегающих к европейскому побережью, частично механизирован. Однако сырая биомасса сильно насыщена водой, занимает большой объем, что затрудняет ее погрузку и транспортировку. Если издержки так велики при отсутствии специального возделывания и внесения удобрений, что произойдет, когда эти работы будут выполняться, как это имеет место в некоторых предложениях по ведению морского хозяйства?

Стоимость отходов. Заявление о возможности использования отходов при производстве биотоплива, в некотором, смысле, является противоречивым, гак как коль скоро мы начинаем использовать отходы или побочные продукты, последние перестают быть отходами и дают возможность владельцу говорить о назначении цены. Если мы располагаем отходами нашего собственного производства, возможность использования их в качестве источника топлива сводится к общей оптимизации издержек и зависит от многих факторов, включая объем этих отходов в сравнении с текущими потребностями в энергии, стоимость оборудования, необходимого для переработки этих отходов, а также влияние последних на окружающую среду.

В качестве примера отходов, существующих в значительных количествах, можно привести такие отходы, как бумага и солома. Оба вида отходов можно приобрести по цене 20 — 30 ф. ст. за 1 т, и оба вида являлись предметом широких исследований, проводимых с целью изыскания надежного процесса их переработки. С помощью физических и химических способов эти материалы могут быть превращены в широкий набор различных продуктов, потенциально более ценных, чем энергия, например бумага, сахар, спирт, фурфурол и г. д. Однако стоимость исходного материала бывает часто слишком высока для осуществления таких процессов. Экономическая проблема превращения указанных материалов в энергию стоит еще более остро. Даже такие отходы, как навоз, могут иметь цену. В рамках 20-летнего контракта цены на навоз с откормочных площадок в США составляли около 1 долл. за 1 т. Стоимость "отходов" биомассы (для производства биотоплива) составляла 6—8 долл. за 1 т при включении расходов на транспортировку [19].

Возможно, отчаявшись извлечь выгоду из "отходов", требующих оплаты, внимание было сконцентрировано на категории-отходов, удаление которых может быть оплачено, например отбросы, нечистоты, промышленные стоки. Эффективное удаление этих отходов может явиться своего рода субсидированием процессов их переработки. Утилизация отходов необходима в первую очередь с «точки зрения охраны окружающей среды, а получаемое при этом топливо может быть побочным продуктом. Экономика процессов удаления отходов и выработки энергии является сложной. Вопрос удаления отбросов и нечистот часто находится в ведении правительства, и его решение не всегда бывает основано на тех же критериях, что и решение о создании коммерческого предприятия. Кредиты компаниям, занимающимся удалением отходов, не всегда соответствуют издержкам, связанным с их удалением.

2.4. ОТ ПЕРВИЧНЫХ ПРОДУКТОВ ФОТОСИНТЕЗА К ЦЕННЫМ ВИДАМ ТОПЛИВА

Проблемы использован!1я биомассы. Растительная биомасса представляет собой проблему с точки зрения использования ее как топли-

ва. Она объемиста, обладает высокой влажностью и даже в высушенном состоянии характеризуется низкой теплотворной способностью. Ценность биомассы как топлива по сравнению с углем является низкой (табл. 20). Биомасса, содержащая бсглее ^/з воды, не будет гореть; на практике топливо, используемое для непосредственного сжигания, должно содержать менее 30% воды (по массе). Кроме того, биомасса находится в твердом состоянии, что исключает возможность получения надбавок к ценам, которые устанавливаются для жидких видов топлива.

Таблица 20. Топливная ценность биомассы и угля

С учетом этих фактов был сделан ряд предложений, направленных на повышение теплоты сгорания биомассы. Более горючие компоненты могут быть отделены или превращены химическим или биохимическим путем в ценные виды топлива.

В таблице 21 представлен типичный состав сухого растительного материала. Растения представляют собой сложную смесь различных соединений. Одни из них обладают высокой теплотворной способностью, например жиры и масла, другие занимают промежуточное положение

Таблица 21. Типичный состав растений

Компоненты

р в сухом веществе

Водорастворимые соединения (сахара, крахмал, аминокислоты, мочевина, соли аммония) Протеин

Целлюлоза и гемицеллюлоза

Лигнин

Зола

Содержание влаги

5-30 5-40 25-90 5-30 1-13

30-90% в сырой биомассе