Теоретичний матеріал до теми 8: Роль біоекономіки в розвитку енергетичного сектору

Досвід формування біопаливного ринку у світі свідчить, що найбільше значення серед поновлювальних енергоресурсів займає біомаса. Чому саме біомаса є відновлюваним енергетичним джерелом? За допомогою біохімічних та хімічних процесів біомаса може трансформована в інші види сучасного палива або у кінцеву енергію. Під час спалювання біомаси або похідних її продуктів, органічний вуглець, що є в ній, та кисень із атмосфери вступають у реакцію із утворенням двоокису вуглецю та води. Цей процес є циклічним, оскільки двоокис вуглецю, який виділився під час спалювання, може брати участь у виробництві біомаси нової.

Однією з основних переваг енергетичного використання біомаси є універсальність її та мультиваріантність. Біомаса може використана у твердому вигляді, шляхом безпосереднього спалювання (дрова, тюки соломи, тріска, гранули, брикети з біомаси), чи перетворена і використана у рідкому вигляді (біоетанол, біодизель) чи газоподібному стані (біогаз, біометан) стані.

Біомаса грає суттєву роль для забезпечення енергобалансів промислово розвинених країн: у США її частка складає 4%, в Данії – 6%, в Канаді – 7%, в Австрії – 14%, в Швеції – 16% загального споживання первинних енергоресурсів цих країн.

Біомаса ‑це органічні речовини, які утворюються у різних рослинах в результаті фотосинтезу та можуть бути використані для створення енергії, включаючи всі види рослинних відходів, рослинності, сільського господарства, деревообробної та інших галузей промисловості. У більш широкому розумінні до сучасної біомаси відносять також промислові та побутові відходи, що є не завжди рослинного походження, але для них характерні однакові принципи їх утилізації.

Згідно із діючим законодавством України, біомаса – це невикопна біологічно відновлювана речовина органічного походження у вигляді відходів лісового та сільського господарства (рослинництва і тваринництва), рибного господарства та технологічно пов’язаних з ними галузей промисловості, що зазнає біологічного розкладу, а також складова промислових або побутових відходів, що здатна до біологічного розкладу.

Але, біомаса включає не тільки відходи, а й продукти сільського та лісового господарства. При такому визначенні біомаси до неї також слід віднести найбільш поширені у практиці види біомаси, а саме: пелети/гранули, дрова, енергетична верба та тріска як паливо для ТЕЦ/ТЕС саме на біомасі, а також силос із кукурудзи як сировина для біогазових установок.

Використовуючи термін «біомаса» з позиції її потенційного застосування в енергетичній сфері, її можна систематизувати у відповідності до наведених вище трьох видів поколінь біопалива.

До біомаси першого покоління (із продовольчих рослин та їх частин) належать: солома зернових культур, відходи виробництва рослин, солома рапсу, вторинні відходи діяльності сільського господарства, біомаса із деревини, біоетанол, біодизель, біогаз стічних вод, кукурудза (біогаз), біогаз з навозу та полігонів ТПВ, енергетичні культури, торф.

Біомаса другого покоління включає непридатну в їжу (непродовольчі рослини та їхні частини) і лігноцелюлозну біомасу. Зокрема це сільськогосподарська продукція (кукурудзяні стебла, стебла інших рослин, лушпиння), відходи лісового господарства (верхівки дерев, деревні відходи, гілки), багаторічні трави (міскантус, просо, сіно болотних трав), енергетичні культури (верба або тополя) і відходи муніципальні.

Виробництво біомаси другого покоління має з одного боку переваги, і недоліки. Наприклад, дослідниками доведено, що виробництво енергетичної верби забезпечує баланс вуглецю та гумусу. Проте також варто зазначити, що при інтенсивному виробництва біомаси зазвичай потрібно більш родючі ґрунти. Тому необхідно краще оцінювати потенційний вплив вирощування біомаси для виробництва біопалива 2-го покоління на продовольчу безпеку України із урахуванням інших видів використанням необхідних ресурсів і сировини.

Біомаса третього покоління складає водорості та синтетичні речовини. Як правило, виробництво біомаси 3-го покоління не конкурує ні з продовольчими зерновими культурами, ні із землями. Проведені дослідження переконливо називають цілий ряд переваг, основними із яких є можливість штучного виробництва великої кількості водоростей у спеціальних спорудах - фотобіореакторах, при повноцінному використанні при цьому всього двоокису вуглецю з вихлопних газів, надлишкового тепла, а також рідкої фракції дігестата.

Більш того, використання водоростей як ко-субстрату, внаслідок високого вмісту вуглецю, дозволяє ферментувати речовини органічні з високим вмістом азоту амонійного. Вчені та інвестори ряду країн ретельно розглядають можливість використання повномасштабного водоростей для отримання біогазу та анаеробної ферментації.

Біомасу першого покоління та біогаз позиціонують як «традиційні види відновлювальних джерел енергії» та використовують для різних комерційних цілях. Біомасу другого і третього покоління визначаються як «нетрадиційні види відновлювальних джерел енергії». Різновиди та типи біомаси подано у таблиці 2.

Таблиця 2. Типи біомаси

Джерела походження біомаси зараз є різноманітними: сільське господарство (тваринництво і рослинництво); рибне господарство та аквакультура; деревообробна промисловість; лісове господарство; целюлозно-паперова та харчова промисловість; тверді побутові та комунальні відходи (табл. 3).

Таблиця 3. Джерела та класифікація біомаси для енергетичних потреб

Сьогодні біомасу можна використовувати для виробництва теплової, електричної, механічної енергії, рідких палив (етанол, синтетичний дизель, біодизель, метанол, біобутанол, ацетон тощо), біологічного та синтетичного газів.

Залежно від початкової вологості зібраної біомаси, технологічно її переробку розділяють на три основні напрями:

термохімічний,

фізикохімічний

біотехнологічний.

Для кожного виду ресурсів біоенергетичних застосовуються відповідні технології для виробництва енергії, газифікація, спалювання, піролізгрануляція, пресування, анаеробне зброджування, біофотоліз, крекінг, ферментація тощо. Цю енергію можна використовувати в різноманітних секторах енергетичних (житлові, комерційне і промислове опалення, електроенергія, транспорт тощо).

Таблиця 4. Паливні характеристики окремих видів біомаси

*Вміст залежить від обсягу внесених добрив

Виробництво тепла з біомаси буде конкурентоспроможним вже зараз, із використанням іноземного обладнання. Зокрема, при таких умов, як утилізація відходів власних з нульовою вартістю (наприклад, надлишки соломи в агробізнесі, відходи паперово-целюлозної промисловості на підприємстві, тощо) та використання вітчизняного обладнання, також виробництво тепла з біомаси є більш реальним, ніж з викопних палив. Однією з умов сучасного функціонування біоенергетики та ринку біопалива ефективна система економічного, адміністративного, правового регулювання економіки державою.

За рахунок використання біомаси можна замінити природний газ та інші зріджені гази, а також дизельне паливо, бензин, гас у двигунах внутрішнього згоряння. При цьому біомаса дешевша ніж газ та вугілля.

Щодо сектору електроенергії, то на відміну від енергії вітру і сонця, виробництво електроенергії з біомаси є стабільним, і більш того, потужності електрогенеруючі на біомасі братимуть участь у балансі ринку електроенергії України.

Біомаса є перспективним джерелом енергії відновлюваної як у світі, так і в Україні. Наразі біомаса займає четверте місце у світі за обсягами її використання. Протягом останніх років в Україні видно поступове зростання кількості об’єктів із встановленою потужністю для виробництва теплової та енергії електричної з біомаси.

Біомаса належить до продуктів сільського господарства і використання її різних видів в енергетичних цілях є перспективним для України, створюючи можливість сільському господарству трансформуватися від споживача енергії на виробника її. Сприятливе поєднання кліматичних умов, потенціал в аграрному секторі і доступна робоча сила роблять країну надзвичайно привабливою для розвитку біоенергетичного ринку. Розвиток ринку біоенергетики в Україні вимагає набуття позитивних змін стосовно результативності у підприємницькій діяльності разом з тим має економічну і соціальну доцільність для економіки в цілому. Економічні дослідження підтверджують, Україна, як країна з високорозвиненим аграрним сектором, має об’єктивні передумови для розвитку біоенергетики. Зокрема, наша країна має певні конкурентні переваги для нарощування обсягів біомаси для виробництва біопалива: природні умови, вигідне географічне розташування для формування експортно-орієнтованого біопаливного виробництва, вирішення ряду економічних проблем за рахунок зниження шкідливих викидів, що викликають парниковий ефект, суттєві наукові розробки стосовно виробництва сировини для біопалива. Тож Україна повинна використати потенційну можливість для значного збільшення обсягів енергетичної біомаси і створити на її основі потужну біоенергетичну галузь.