1598005442-bd41ad96c45193b3fdd4d03a682e8790 (Биоэнергия. Технология, термодинамика, издержки. Под ред. Е.А. Бирюковой, 1987u), страница 2

Здесь принимают участие мириады необратимых процессов, вызывая громадный рост энтропии, Анализ чистой энергии. Следствия этих простых наблюдений являются далеко идущими. Например, потребление энергии часто рассматривается с точки зрения использования высококалорийных видов топлива дпя целей обогрева и в сфере транспорта. В то время как значительные потери энергии происходят в процессе использования топлива, в немалой степени деградация энергии имеет место при очистке и транспортировке топлива, а также при строительстве установок дпя его сжигания. Лаже такие виды деятельности, как предоставление услуг, на первый взгляд не требующие больших затрат энергии, предполагают определенные косвенные расходы энергии.

Например, расходы на услуги идут в конечном счете на оплату энергоемких товаров и других услуг, требующих энергетических затрат. За последние годы не раз задавался врпрос, какое количество энергии идет на производство различных товаров и оказание услуг. Ответ на этот вопрос найти трудно, поскольку он частично зависит от формулировки самой проблемы. Один из методов, описанный Райтом [2), заключается в проведении расчетов, основанных на данных официальной статистики; расчеты дают общий расход энергии при производстве различных товаров в ряде отраслей промышленности.

Типы вводимйх ресур. сов, используемые различными авторами, достаточно ярко иллюстрируют преобладающую роль энергии в странах с развитой экономикой. При анализе чистой энергии затраты всех топливных ресурсов при производстве какого-либо предмета или его компонентов прослеживаются вплоть до потребления первичной энергии. Можно также принимать в расчет исходные энергетические затраты при производстве импортируемых материалов, так как эти затраты представляют собой потребление первичной энергии. Капитал можно относить, а можно и не относить к затратам энергии; здесь, однако, существует простая зависимость. В расчеты могут быль включены (и иногда включаются) формы энергии, представленные рабочей силой, прибылями и солнечной радиацией (например, в сельском хозяйстве) . Затраты первичной энергии„ необходимые для производства товаров и оказания услуг, получаемых человеком в качестве вознаграждения за свой труд, — не всегда компоненты энергетического анализа [3[.

Некоторые виды сырья, используе- 9 мые для производства промышленной продукции, сами по себе высоко- энергоемкие материалы. Эти виды сырья, обычно включаемые в расче. ты, могут привести к необыкновенно высоким показателям энергетических затрат. В таблице 2 [2) приводятся типичные данные по затратам и выходу энергии; при этом энергетические затраты не включают капитальные, трудовые затраты, затраты солнечной энергии и прибыли. Для сравнения приводится теплотворная способность самих произведенных товаров. Как видно из таблицы, энергия, используемая для производства продукта, может быть значительно выше, чем теплота сгорания самого продукта.

Таблица 2. Затраты энергии нв производство отдельных товаров н тепдотворнвя способность этих товаров Сахар Бумага древесная масса Соевое масло Хлопок Удобрения (в среднем) Синтетический каучук Краска Стань Медь 21 61 28 18 57 31 129 144 12 80 16,5 17,5 17,5 42 17,5 40 40 1.2. МАСШТАБЫ, ЗФФЕКТИВНОСТЬ И ПЛОТНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЭНЕРГИИ Гвбднца 3. Мировое потребление первичной энергии (1981 г ) Использование энергии в определенных целях предполагает учет трех основных факторов: наличия достаточных запасов энергии, эффективности и нормы ее использования. Продуктивность представляет собой сочетание указанных трех факторов.

Изобилие энергии. Здесь снова можно провести аналогию между живыми клетками и зкономическими системами. В качестве топлива клетки используют неорганические молекулы (хемодитотрофы), органические молекулы (гетеротрофы) илн солнечную радиацию (фотоаутотрофы). Однако источник энергии — только один из многих факторов, ограничивающих рост организмов в биосфере: часто более важные лимитирующие факторы — температура, питательные вещества, вода и болезнй, Попытки продемонстрировать годовые колебания выхода продуктов фотосинтеза в зависимости, например, от солнечной радиации обычно оказывались неудачными 14].

В природе успех в меньшей степени заключается в обнаружении скудных источннкЬв энергии, чем в адаптации к наличию избьпочных ее запасов. До сих пор существуют виды окружающей среды, например море нли пустыня, где адаптация организмов очень низкая, а использование значительной энергии светового потока очень слабое. К вопросу энергетических затрат мы вернемся позднее, так как эти затраты необходимо учитывать при оценке эффективности процессов производства топлива. Если нас волнует вопрос итоговых запасов энергии, то эти процессы должны давать больше топлива, пригодного для использования, чем то количество, которое было потреблено для осуществления этих процессов, т.

е. выход топлива должен превышать его потребление. Например, биоэнергетические процессы сложны и предполагают значительные затраты энергии; сюда могут входить скрытые затраты энергии, полученные за счет общих затрат энергии других энерго. потребляющих производств национальной экономики. Это не означает истощение других источников энергии. Нашей целью должно быть получение экономически целесообразного максимального результата от использования имеющихся запасов топлива. 10 131 60 90 19 8 308 Нефть гаэ Угопь Вода ядерное горючее Всего 2.0 0,4 0,2 6,8 Подобно этому человек всегда был окружен громадным числом различных форм энергии и лишь очень медленно учился их использовать.

Сначала получение энергии шло путем биохимического окисления готовых углеродных соединений, содержащихся в животной и растительной нише. Затем энергию стали получать путем сжигания сухой растительной биомассы (древесины) на воздухе при высокой температуре. Позднее лля получения энергии начали сжигать более концентрированные остат. ки отмерших клеток в форме угля и нефти. Наконец, человек научился использовать энергию уже не молекулярных, а атомных связей, Уровень 11 Древесина Зерновые и картофель Сахар Семена масличных культур и фрукты Нмз д Натурапьиый каучук Сырая нефть Уголь 1,5 1,6 0:,09 0,15 0,023 0,004 2,9 3,1 13 обшей потенциальной энергии всегда был высоким, ио способы ее использования отсутствовали.

Как видно из таблицы 3, мир в настоящее время потребляет огромное количество энергии [5]. Потребление энергии биомассы, т. е. древесины, навоза и т. д., в таблице не показано из-за отсутствия достоверных данных. Большое количество используемой биомассы собирается в частном порядке и не является предметом торговли. Тем не менее 1Π— 25% общего мирового потребления энергии приходится на биомассу.

Производство и торговля энергетическим сырьем значительно превышают по объему производство сырой биомассы и продуктов фо- Таблица 4. Мировое производство товаров и ископаемых видов топлива 11981 г.) тосинтеза (табл. 4) [б], Теплотворная способность нефти в 2 — 3 раза выше теплотворной способности сухой биомассы. В результате общая энергия одной только сырой нефти превышает энергию всей биомассы, получаемой промышленнтям путем в мировом масштабе.

Для поддержа. ния уровня жизни, существующего в настоящее время в развитых странах, и для достижения аналогичного уровня жизни в развивающихся странах потребуется использование разнообразных форм энергии. В главе 2 рассматривается вопрос возможностей получения достаточного количества биоэнергии из собранной биомассы. Эффективность использования энергии. Эффективность использования химической энергии организмами дпя осуществления своего роста н жизнедеятельности высокая.

Вероятно, это является резулыатом естественного отбора. Эффективность производства промышленных товаров человеком также возросла по истечении начального периода индустриютизацнн [7]. В итоге национальные уровни эффективности использования энергии в промышленном секторе сближаются [8]. Разница в использовании энергии, которая действительно существует между странами, обусловлена не столько непроизводительными 12 потерями, ск , сколько различиями в системе транспорта, характере развития промышленности, различиями в индивидуальном и промышленном использовании энергии, а также различиями в потерях при преобразовании энергии [9], Теоретические возможности повышения эффективности про мышленного использования энергии все еще знаюпельные [10], так как различные виды топлива потенциально могут выполнить намного больше работы, чем это имеет место в настоящее время.

Даже в периоды "изобилия" энергии энергосбережение стимулируется существованием оптимального уровня издержек. Для эффективного использования энергии часто требуются капиталовложения. Однако по иронии судабы в период "нехватки" энергии наблюдается и недостаток свободного капитала [11]. При подорожании энергии в результдте ее нехватки мо. жет иметь место переход к менее эффективным, но более дешевым методам ее использования. Плотность энергии. Прн определении сроков, необходимых для завершения определенной программы, большую роль играет интенсивность использования имеющихся запасов топлива.

Сложные системы требуют болыпе энергии, чем простые. При необходимости выращивания организмов в определенные сроки интенсивность подачи энергии должна быль высокой. Это требование предполагает необходимость наличия более энергоемких источников, в противном случае системы будут развиваться и функционировать крайне медленно. Сам по себе крупный источник энергии является недостаточным, он должен быть представлен в форме концентрированного топлива.

Например, человек по характеру своего метаболизма не является фотоаутотрофным организмом. Тип его питания — гетеротрофный; он использует концентрированную энергию животных и растений. Солнде — крупный источник энергии, однако вследствие большой удаленности оно может обеспечить только относительно небольшой поток энергии. Медленно растущие, неактивные, малоподвижные организмы, такие, как растения, могу~ жить за счет солнечной радиации, так как значительная площадь растения подвергается ее действию.

Для своей жизнедеятельности человек нуждается в более плотных формах энергии. Подобно этому, по мере развития технологии, в промышленности наблюдалась тенденция к использованию все более концентрированных источников энергии. Как мы увидим, прежде чем использовать солнечное тепло, необходимо превратить солнечное тепло в энергоемкое топливо. Энергетическая плотность различнтах источников энергии, используемых человеком, представлена в таблице 5. Урановая руда, несмотря на то что она может содержать менее 1% урана, имеет энергетическую плотность примерно в 500 раз выше, чем сырая нефть. Уголь — более энергоемкий источник, чем нефть (в весовом отношении энергоемкость нефти составляет 45 ГДж/т, а упзя — 29 ГДж/т) .