Бум прелой соломы

Схема получения электричества и тепла из биогаза.

Земля Нижняя Саксония считается в Германии сельскохозяйственным регионом номер один. Каждый второй бройлерный цыпленок и каждое третье яйцо в Германии имеет местное происхождение. Однако с началом мирового кризиса местные крестьяне стали отказываться от производства свинины и молока. Неподъемными стали расходы на корма и электроэнергию, слишком высокая конкуренция и падение спроса. Все это побуждает их искать новые сферы деятельности. Одна из таких сфер – производство биогаза, который, по сути, представляет собой метан, выделяющийся при работе микроорганизмов. Эта сфера является прибыльной благодаря дополнению к закону о возобновляемой энергии.

Напомним, что с июля 2004 года в Германии действует закон о новом регулировании законодательства о возобновляемых источниках энергии в системе энергоснабжения. Цель закона состояла в том, чтобы исходя из интересов защиты климата, природы и охраны окружающей среды обеспечить устойчивое развитие энергоснабжения, снизить народно-хозяйственные затраты на энергоснабжение, защитить природу и окружающую среду, внести вклад в предотвращение конфликтов вокруг ископаемых энергоресурсов и способствовать дальнейшему развитию технологий по производству электроэнергии из возобновляемых источников. Далее закон предусматривал повышение доли энергоснабжения, осуществляемого за счет возобновляемых источников энергии, минимум до 12,5% к 2010 году и минимум до 20% – к 2020 году. 6 июня 2008 года Бундестаг принял новый вариант улучшенного закона, и с 1 января 2009 года он вступил в силу. Основная идея нового прочтения закона состояла в усилении материальных стимулов в использовании возобновляемых источников энергии.

Стимулирование содействовало тому, что сейчас в Нижней Саксонии уже действует 600 установок по производству биогаза. Местные крестьяне целыми деревнями переходят на новую технологию. Стоимость одной такой установки составляет порядка 1,5 млн. евро. Для производства биогаза нижнесаксонские крестьяне выращивают кукурузу и закладывают ее зеленую массу как силос в биогазовую установку. В ходе аэробного разложения биомассы и появляются биогаз, который поступает в турбину, и как побочный продукт – удобрения. В принципе для производства биогаза можно использовать и траву, и отходы жизнедеятельности животных и человека. Наиболее эффективна с точки зрения количеств выделяемого метана сахарная свекла. В настоящее время существуют два принципиальных варианта таких установок: для жидкого сбраживания и для сухой ферментации. Применение того или иного варианта зависит от вида сырья. Как правило, навоз используется для жидкого сбраживания, а трава – для сухой ферментации. Кукурузная зеленая масса может использоваться в обоих вариантах. В Германии преобладают установки для жидкой ферментации, поскольку крестьянские хозяйства, как правило, имеют значительные запасы навоза. Однако, например, для дачных поселков более приемлем метод сухой ферментации. В этих целях в Германии даже создано акционерное общество GALaBauEnergy AG, акционерами которого являются многие дачевладельцы. Это общество уже располагает 50 электростанциями, работающими на биогазе, получаемом методом сухой ферментации. С точки зрения немецких экспертов, метод сухой ферментации перспективен и может более широко применяться для переработки и других биологических отходов.

Как правило, сейчас в Германии биогаз находит применение в децентрализованных ТЭЦ для производства электроэнергии и тепла. Биогаз может также после определенной доработки поступать в систему газоснабжения или использоваться на автомашинах с двигателем на природном газе. Преимущества биогаза очевидны и связаны с тем, что его можно производить из доступного в любом районе сырья, в том числе из неиспользуемых частей растений, и применять тут же на месте, что экономит магистральные трубопроводы и линии электропередачи. Выброс СО2 при этом фактически отсутствует. В качестве побочного продукта получаются удобрения, которые по качеству обычно выше, чем традиционный компост.

Надо сказать, что в Европе биогаз помогает сделать рентабельными даже такие учреждения, как зоопарки. В мюнхенском зоопарке Хеллабрун каждое слоновье испражнение на вес золота. Местные власти занялись сооружением в зоопарке небольшой электростанции мощностью в 40 кВт, которая будет полностью обеспечивать электроэнергией все потребности зоопарка. В пресс-службе московского зоопарка о таких европейских экспериментах наслышаны. Однако сами предпочитают развивать традиционные схемы получения доходов, такие как театр зверей, экскурсии и т.п. У москвичей даже нет сведений об объемах биоотходов своих питомцев, чтобы начать хотя бы первоначальное планирование.

Недостатки биогазовых установок связаны с высокими начальными инвестиционными затратами. Это объясняется необходимостью избежания выбросов в атмосферу соединений серы и метана. Целевое возделывание так называемых энергетических растений может войти в противоречие с экологией. Ведь для электростанции мощностью в 500 кВт требуется 300 га пахотных земель, занятых под кукурузу или другие энергетические растения.

Однако более перспективным считается производство электричества, используя биогаз с помощью топливных элементов, когда нет необходимости его сжигать – он преобразуется в электроэнергию напрямую. Следовательно, процесс происходит намного экологичнее, чем при обычном сгорании, и КПД процесса намного выше. Топливный элемент по сути дела представляет собой ячейку, в которой происходит химическая реакция между горючим веществом и окислителем, в результате которой и получается электрический ток. В этом плане топливные элементы конкурируют с аккумуляторами. Но пока проблема применения биогаза в топливных элементах не решена. Это связано с высоким требованием к качеству материалов, из которых изготовляются мембраны, к качеству газа. В этом плане пока топливные ячейки уступают любому двигателю внутреннего сгорания. Дело в том, что мембрана топливного элемента подвержена разрушениям вследствие загрязняющих веществ, которые содержатся в газах. В настоящее время исследования материалов для изготовления мембран вступили в новую фазу. Высокотемпературные элементы, как показывают опыты, гораздо менее восприимчивы к загрязненным газам, чем низкотемпературные. Сегодня эксперименты с высокотемпературными элементами типа MCFC и SOFC, по сообщению германской экономической и финансовой газеты Handelsblatt, проводятся в немецком исследовательском центре в Юлихе. Надо заметить, что до 40% биогаза состоит из окислов углерода. Это обстоятельство дало возможность немецкой фирме Hotmode выйти на рынок с топливными элементами типа MCFC, которые хорошо «переваривают» как биогаз, так и газ, выделяющийся в процессе очистки сточных вод. Для таких элементов характерна подача на катод газа (метана или биогаза), а на анод в качестве окислителя – кислорода. КПД такого элемента достигает 48%.