Евгений Панцхава - Биоэнергетика. Мир и Россия. Биогаз. Теория и практика. Монография

Метангидрат образуется под давлением на глубине в порах донных осадков из органических веществ иловых осаждений, где они подвергаются анаэробному бактериальному разложению с образованием метана.[1-42]. По приблизительным оценкам, на планете хранится от 10 000 до 15 000 гигатонн углерода в виде метангидрата (гига равна 1 миллиарду).

Огромная масса запрятанного на глубине метана перекрывает по запасам все известные на Земле природные источники энергии. Вопрос только в том, как воспользоваться этим богатством?

Сегодня ещё нет отлаженной промышленной технологии добычи нового топлива.[1-42]. Соединённые Штаты, согласно перспективным расчётам, к 2020 году должны на 30 процентов увеличить потребление энергии. Готовы они использовать и метангидрат: конгресс страны отпустил 42 миллиона долларов на разработку программы включения нового топлива в энергетический баланс страны

Намечено, что к 2015 году начнётся эксплуатация прибрежных хранилищ Метангидрат.[1-42]. Особенно заинтересована в освоении добычи метангидрата Япония. Эта страна стремится освоить коммерческую, промышленную добычу. [1-42]. Бурение в Сибири и на Аляске показало концентрацию газа в порах льда от 50 до 80 процентов. Морские залежи крупнее, но там заполняемость газом равна примерно 20 процентам.

1. Метангидрат 10000

2. Уголь, нефть, газ 3500

3. Растительный мир 1400

4. Вода 980

5. Животный мир 830

6. Торф 500

7. Прочие63

Рис. 1–4. Содержание органического углерода (в миллиардах тонн) в запасах метангидрата и в традиционных резервах топлива

В России, в Сибири, есть месторождение Мессоякское – газовое поле, расположенное в вечной мерзлоте, – единственное место в мире, где обычный природный газ получают из метангидрата. Это довольно мощное месторождение, работающее уже много лет. От него проложен трубопровод до Норильска – крупного потребителя энергии. [1-42]. В отличие от вечной мерзлоты океанские запасы, как уже говорилось, состоят из двух частей: метанового льда, слой которого может превышать несколько сотен метров, и удерживаемого этим слоем газового пузыря.[1-42].

Важным направлением в современной мировой биоэнергетике является широкомасштабное культивирование пресноводных и морских микроводорослей как продуцентов углеводородов, так и для производства дешевой биомассы.

Выращивание зеленых водорослей в современных модернизированных системах биореакторов имеют существенные практические и экономические преимущества для производства биотоплива по сравнению с традиционными культурными растениями [1-43].

Фотосинтез играет абсолютно центральную роль во всех биотопливных производственных процессах, так как это первый шаг в преобразовании солнечной энергии (света) в химическую энергию и, следовательно, в конечном счете, отвечает за управление производством их запасов необходимых для синтеза топлива: протоны и электроны (для био-Н2), сахаров и крахмала (на биоэтаноле), масла (для биодизеля) и биомассы (для BTL и биометан). Следовательно, любое увеличение продуктивности фотосинтеза будет способствовать повышению конкурентоспособности производства биотоплива в целом.

Экономическая эффективность производствабиотоплив при конверсии солнечной энергии посредством фотосинтеза определяется эффективностью фотосинтеза. Наибольшей эффективностью фотосинтеза обладает сахарный тростник, использующийся для получния биоэтанола в Бразилии, и кукуруза, использующаяся в США для производства биоэтанола. Эти технологии могут быть экономически выгодными при стоимости нефти выше 40 долларов США за баррель, тогда как стоимость барреля биодизельного топлива составляет 80 долларов США. Таким образом, даже при незначительном повышении фотосинтетической эффективности ожидается значительное увеличение экономической конкурентоспособности производства биотоплив. В этом плане водорослb имеют различные преимущества по сравнению с классическими сельскохозяйственными культурами для производства биотоплива и могут быть сканированы для выделения видов с высокой фотосинтетической эффективностью.

Культивирование водорослей, не требующее использования пахотных земель и лесной древесины, открывает новые экономические возможности для производства биотоплив в засушливых регионах.

В отличие от обычных сельскохозяйственных культур, которые дают один или два урожая в год, микроводоросли имеют короткий жизненный цикл (~ 1-10 дней), что позволяет с одной и той же площади снимать несколько урожаев и даже создать непрерывный процесс.

Производство водорослей позволит значительно снизить использование воды по сравнению с культивированием обычных сельскохозяйственных культур.

В плане водоиспользования большой интерес представляют высокоурожайные морские микроводоросли, использующие морскую соленую воду и с их помощью получать водород и кислород из морской воды и использовать водород для топливных элементов с получением электроэнергии.

Биомасса водорослей может быть использована для биогазификации с получением метана (в начале 80-х годов лаборатория ВИЭ МГУ им. М.В. Ломоносова и Институтом биохимии им. А.Н. Баха АН СССР была разработана такая технология) и диоксида углерода, которые могут быть использованы для каталитического производства жидких углеводородов (биобензина, биокеросина и биодизельного топлива).

Широкие перспективы для создания высокоэффективных водорослей открывает современная генетика.[1-44].

НУЖНА ЛИ ПРОМЫШЛЕННАЯ БИОЭНЕРГЕТИКА РОССИИ, ЗАНИМАЮЩЕЙ ВЕДУЩЕЕ МЕСТО В МИРЕ ПО ЗАПАСАМ И ДОБЫЧЕ ИСКОПАЕМЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ?

В 2010 г. в России насчитывалось 33,8 млн. легковых автомобилей. Ежегодный прирост составляет 1.4 млн. шт. К 2030 г. прирост может составить 25.2 млн. шт., т. е. всего 59 млн. шт.; на 1000 чел. – 421 шт., что в 2 раза меньше, чем в США.[6]. Оптимистичный вариант совпадает с оценкой российских экспертов: 425 шт./1000 жителей [1–7].

По меркам США относительно общей численности населения в России должно быть 115.9 млн шт. легковых автомобилей.

Нижеприведенный список отражает уровень автомобилизации населения ряда стран мира, то есть показывает количество индивидуальных автомобилей в стране, приходящихся на 1000 человек. [1–8]. США – 829; 2. Испания – 608; 3. Финляндия – 591; 4. Франция – 575; 5. Литва – 541; 6. Германия – 534; 7. Великобритания – 525; РОССИЯ -249.

Средний пробег российского автомобиля – 16 700 км в год [1–9]. Средний годовой расход топлива на автомобиль 1670 л или 1252.5 к г.

В 2030 г расход топлива на прогнозируемое количество авто составит 145 млн. т или нефти понадобиться более 500 млн. т/год при 70 % выходе моторных топлив(бензина, керосина и ДТ) при крекинге нефти.