1598005442-bd41ad96c45193b3fdd4d03a682e8790 (Биоэнергия. Технология, термодинамика, издержки. Под ред. Е.А. Бирюковой, 1987u)

УЛК 620.95 Б о й л с П Биоэиер 'технология термодииа а издержки/Пер с,л М. Ф. Пушкарева; Под ред. Е. А. Бирюковой. — Мэ Агропромиздат, 1957. '- 152 с. Запасы ископаемых источников энергии на Земле ограничены. Поэтому во многих странах ведутся поиски альтернативных источников энергии. Получение дешевой биоэнергии — один из возможных путей решения проблемы. Биотопливо можно получить путем сжигания биомассы, ее сухой перегонки, гнпролиза, ферментации, анаэробного разложения и т.

и. В некоторых странах налажено производство моторного топлива из биомассы. В настоящее время пока нет крупных экономически выгодных установок для производства биотоллива, однако интенсивные исследования, ведущиеся в этом направлении, возможно, позволят превратить биотопливо в надежный и дешевый источник энергии. Иллюстраций 22, таблиц 66, список литературы 164 названия. 3802000000 — 483 Б 123-87 035 (01) — 87 © 1984 П. Т.

Воу!ез/Ейж Иатжооб 1апцеб © Перевод на русский язык, ВО "Агропромнзпат", 1987 ПРЕДИСЛОВИЕ К АНГЛИЯСКОМУ ИЗДАНИЮ Предлагаемая книга — результат анализа преимуществ и недостатков биоэнергии. Несмотря на то что биоэнергия — возможный конкурент нефти, вопрос успешного ее использования стал предметом самого пристального внимания со стороны сотрудников нефтяных компаний, что, в свою очередь, дало толчок к проведению широких исследований в этой области. За последние сто лет не раэ высказывалось мнение о возможности получения топлива на основе переработки биологических материалов. К этой проблеме возврашались неоднократно.

В различные периоды высказывались опасения относителыпз истощения природных запасов жидких углеводородов. Возникала также проблема использования побочных продуктов сельского хозяйства. В течение 30-х годов процшого столетия, а также на протяжении последнего десятилетия пропагандировалось использование этанола и растительных масел в качестве топ- . лива для двигателей внутреннего сгорания. Однако попытки получения биоэнергии каждый раз прерывались относительным накоплением запасов нефти, что уменьшало значение таких экспериментов. В настоящее время возникла необходимость беспристрастной и объективной оценки биоэнергетических процессов. Сторонники этого направления предсказывают наступление века изобилия дешевой энергии, производимой почти без ущерба для окружающей среды, а также с использованием безьядерной технологии.

При этом они утверждают, что даже если эти процессы окажртся в настоящее время дорогостоящими, усовершенствование их и повышение цен на ископаемые источники энергии в конечном счете сделают их конкурентоспособными. Насколько эти утверждения справедливы? Можно эш дать количественное определение степени изобилия, дешевизны и чистоты биологической энергии, а также установить, когда ее производство станет рентабельным? Кроме того, нас постоянно волнует вопрос, действительно ли в наше распоряжение поступит больше первичной энергии или же биоэнергия просто будет переводить ископаемые материалы в другие виды топлива? В конечном итоге скрьпые затраты энергии, возможно, явятся причиной нерационального расходования имеющихся видов ископаемого топлива.

В предлагаемой книге сделана попытка ответить на зти вопросы. Однако, несмотря на обилие литературы, появившейся за последние годы, объем материалов по данному вопросу незначителен. Промышленное значение биоэнергетических процессов тонет в массе технических деталей. И хотя существуют утверждения об экономичности некоторых видов биотоплива, удачных промышленных установок цля его исполъзования нет. Принятие на вооружение биознергетических процессов на практике часто имело место в резулыате государственного 5 субсидирования, осуществлявшегося скорее по социально-политическим, чем по экономическим соображениям.

Энергетические и экономические расчеты проводились различными специалистами по-разному, при этом часто решающую роль играло их отношение к данному вопросу. Иногда неоправданно большое значение придается побочным продуктам биоэнергетических процессов. Такой подход по меньшей мере только усложняет понимание вопроса, оставляя читателя в недоумении относительно того, является ли биотоппиво объектом широкомасштабной промышленной разработки или оно остается только предметом надежд противников использования ядерной энергии.

При написании настоящей работы автор ставил своей задачей сформулировать по крайней мере вопросы, которые можно бьшо бы задать при обсухсденни предложений об использовании биоэнергии. Кроме квалифицированных технических описаний, необходима разбивка издержек по основным составляюшим элементам, определение воздействия на них ряда факторов, а также социальных последствий и влияния биоэнергетики на окружающую среду в долгосрочном плане.

Ответы должны быть представлены с точки зрения перспектив развития биоэнергии, а также состояния мировой экономики. Необходимы ссылки на существуюшие и применявшиеся в прошлом биоэнергетические процессы, протекающие на основе использования аналогичного исходного материала нлн характеризуюшиеся аналогичным ходом реакций.

Необходимо знать, насколько эти процессы экономичны. Биоэнергия — это дисциплина, где представления о реально существующем и возможном часто подменяют друг друга. Хотя в целом результаты настоящего исследования не являются оптимистичными, мы можем утверждать, что существуют некоторые факторы, способные изменить перспективы использования биоэнергии. Ниже дается анализ указанных факторов. Один из них — научно-иссле. довательские разработки. В книге рассматривается влияние технологических нововведений на полные издержки производства бцоэнергни.

В некоторых районах земного шара биоэнергию — еяинственно доступный вид энергии, и, подобно тому, как в прошлом ь)ы могли удовлетворять наши потребности в энергии за счет биологических источников, развивающиеся страны в течение некоторого времени смогут также удовлетворять свои потребности за счет этого вида энергии. Высказывалось мнение, что для таких стран было бы предпочтительнее совершенствовать развитие производства биоэнергии, чем следовать путем, проторенным индустриальными странами в области производства ископаемого и ядерного топлива.

Вопрос о том, согласятся ли с этим народы, полагающиеся на биологические источники энергии, является спорным. ГЛАВА ПОТРЕБНОСТЬ В БОЛЬШОМ КОЛИЧЕСТВЕ ДЕШЕВОЙ ЭНЕРГИИ 1.1. ЭНЕРГИЯ, ЭНТРОПИЯ И ПОЛЕЗНАЯ РАБОТА Роль энергии. Ежегодное мировое потребление нефти для производства энергии составляет 7000 млн. т (с пересчетом на нефть других источников энергии).

Торговля энергоносителями по обьему превосходит все прочие статьи. Значение энергии не нуждается в комментариях, так как нн один вид человеческой деятельности не может осуществляться без использования тех или других форм энергии. Любая угроза перерыва в обеспечении энергией вызывает тревогу. За последнее время такие угрозы нашли свое выражение в росте цен, эмбарго, а также прогнозах относительно появления дефицита энергетического сырья в будущем, Ответной реакцией на этн угрозы явилось повышение инте.

реса к разработке новых источников и форм энергии. Перед тем как перейти к рассмотрению одной из новых форм энергии — биоэнергии, необходимо проанализировать роль энергии в жизни и деятельности человека. В сущности, энергия в форме топлива служит для установления и поддержания упорядоченности сушествующего материального мира. Транспорт, строительство, потребительские товары и т. д. представляют собой перераспределение (упоряцочение) сырья и промышленных материалов, обеспечивая построение обшества желаемой структуры. Конечные издержки определяются не энергией, которая не создается и не уничтожается (1-й закон термодинамики), а энтропией, которая неуклонно увеличивается по отношению ко всей системе (2-й закон термодинамики) .

В ходе многих процессов, способствуюших повышению степени упорядоченности, происходит деградация высококалорийного (энергетического) топлива, а его энергия становится малоэффективной. Как в природе, так и в процессе деятельности человека осуществление созидательных изменений требует энергетических затрат. Организация и рост как таковые — энтропическн небла(оприятные процессы; они могут существовать только в сочетании с общей энтропией в про.

цессе деградации энергии. Результатом такого сочетания является полезная работа, нли создающая энергоемкие материалы, илн распределяющая 7 материальные компоненты иа благо организма, независимо от того, является ли этот организм живой или социальной формой. Как живой, так и социальный организмы требуют для своего построения и функционирования специфических видов топлива. Рост и сложность структуры и функций организмов.

Наиболее очевидное отличие живых организмов от других объектов физического мира — их сложность. Образование ископаемых отложений и история развития человеческого общества демонстрируют непрерывный характер усложнения организмов. Чем сложнее структура и функции организма, тем больше энергии требуется для его построения и жизнеобеспечения. Энергия обеспечения роста должна превышать минимальный уровень энергии, необходимый для поддержания жизнеспособности организма. Там, где обеспеченность энергией ниже минимального уровня, организм должен или адаптироваться, или погибнуть.

Там, где обеспеченность энергией выше минимального уровня, но ниже избыточного, иа скорость роста влияет ряд ограничений. Лля максимального роста энергия и другие материалы должны находиться в избытке. Эти ограничения можно продемонстрировать значительно более ярко на примере естественных организмов, чем на примере созданной человеком экономики. В последнем случае показать роль энергетических факторов в ограничении роста затруднительно.

Существует много других неконтролируемых ограничивающих факторов. Кроме того, экономика человеческого общества не связана неизменными генетическими кодами; она обладает способностью к относительно быстрой адаптации. Тем не менее человеческая деятельность также зависит от количества доступной энергии, и угроза возможного ее дефицита вызывает некоторую обеспокоенность. Характерной чертой цаже самой мелкой микробной клетки является то, что основная доля энергии, обеспечивающей ее рост, идет не на синтез энергоемких продуктов, а на правильное размещение молекул в клетках организованных групп и структур [1) .

В качестве примера можно привести процессы, происходящие в дрожжах (Яасслаготусщ сегеияае) (табл. 1). Энтальпия метаболизма расходуется в основном на увеличение выхода энтропии и в очень малой степени — на Таблица 1. Деградация энергии прв анаэробном росте дрожжей Потрсбленная глюкоза, ккал/моль ьцзз — 14,6 синтез калорийного клеточного материала. Энергообеспечение фактически достаточно для образования десятикратного количества раститель. ного материала (даже с учетом потерь при регенерации АТФ), Определенная доля энергии необходима для клеточной организации. В отношении человеческой деятельности характер использования энергии является аналогичным, т. е. основная доля энергии идет не на производство высококалорийных материалов или высокоэнергетиче-, ских структур, а на наведение порядка (упорядочение) и на установление структуры и функции.