Александр Проценко - Энергетика сегодня и завтра
Трудно удержаться, чтобы не прокомментировать последнее анекдотичное сообщение: если каждый японец съест 10 килограммов мандаринов, то Япония получит всего лишь 70 кубометров бензина!
В поле зрения ученых попали не только растения, но и бактерии. Недавно при изучении микроорганизмов, вызывающих пурпурное цветение воды в канадском озере Саскачеван, обнаружено образование «нефтеподобных» углеводородов. Главную роль играют при этом сообщества серных бактерий, живущих в озере. Цепочка превращений, осуществляемых в ходе фотосинтеза с помощью различных бактерий и приводящих к «бактериальной нефти», непроста. В ней участвуют и сероводород, и сера, и глюкоза, и даже серная кислота. В процессе преобразований возникают также различные пигменты, благодаря которым вода озера и приобретает красный цвет.
Исследователи подсчитали, что гектар этого водоема может дать в год больше бионефти, чем гектар суши, засеянный наиболее урожайными растениями. Кроме того, для получения бактериальной нефти не нужно занимать ценные сельскохозяйственные угодья.
По мнению французских биологов, в качестве заменителей нефти перспективны одноклеточные водоросли «ботриококк». Если их выращивать в больших баках, снабжая углекислым газом и минеральными солями, то гарантирован высокий урожай углеводородов.
Используя дизельные фракции нефти, фосфорную кислоту, аммиак и некоторые другие вещества, можно осуществить биосинтез высококачественных кормовых дрожжей — «фермозин». Одновременно получается очищенный нефтяной дистиллят — компонент дизельного топлива. Таков технологический процесс, разработанный советскими специалистами в содружестве с учеными из ГДР.
Вернемся от бактерий к растениям. Наибольший опыт в промышленных масштабах по получению автомобильного топлива из растений имеет Бразилия. В 1975 году там была принята национальная программа по производству спирта из сахарного тростника. Уже тогда в стране таким способом производилось 600 тысяч кубометров спирта — этанола. Этаноловое топливо по многим характеристикам сближается с метанолом — спиртом, получаемым из природного газа или угля.
Их положительные свойства — высокое октановое число, обеспечивающее отсутствие детонации в двигателе, и возможность эффективного сжигания даже обедненной горючей смеси.
Недостатки — пары этанола и метанола нередко закупоривают трубопровод, у них высокая теплота парообразования, они склонны расслаиваться при малых концентрациях в смесях с бензином, и у них вдвое меньшая теплотворная способность, чем у бензина.
Проведенные в нашей стране испытания бензометанольного топлива, сообщает журнал «Автомобильный транспорт», показали, что двигатели ЗИЛ-130 при добавке 14–17 процентов метанола могут работать без переделок. Подобным образом и добавки этанола к бензину до 20 процентов также не требуют переделки и специальной регулировки. Неудивительно, что бразильские специалисты связывают с «биобензином» большие надежды.
Всего за пять лет к 1980 году производство этанола в Бразилии выросло до 4 миллионов тонн, а еще через два года достигло 6 миллионов тонн. Далее через 5–6 лет намечалось почти удвоить производство. Однако бразильская программа не была выполнена. Узким местом, как и следовало ожидать, оказалась сырьевая база — сахарный тростник.
Чтобы вводить новые дополнительные мощности, нужно было каждый год осваивать под сахарный тростник 300–350 тысяч гектаров земли. Эта программа вошла в противоречие с необходимостью иметь площади под иные сельскохозяйственные культуры. Другим тормозом является все же высокая стоимость этилового спирта. Судя по всему, пока не пришло время растительного бензина — нужно повысить урожайность «бензиновых» культур, улучшить КПД фотосинтеза.
Если час бионефти еще не пробил, то биогаз уже широко используется во многих странах. Само слово «биогаз» давно пишется без кавычек.
В сельском хозяйстве на животноводческих фермах, птицефабриках, полях образуется большое количество органических отходов. Они могут стать хорошим удобрением, однако для этого их почти всегда следует предварительно обработать.
Оказалось, что предварительную обработку орготходов очень удобно совместить с процессом так называемой биоконверсии или анаэробной ферментации. Существуют несколько групп бактерий, ферментирующих органические отходы в биогаз и шлам.
Процесс ферментации протекает в специальных бакахметантанках, в которые подаются тепло, вода и органические отходы. Биогаз состоит из метана (50–70 процентов) и углекислого газа.
Шлам — остаток процесса биоконверсии — прекрасное обеззараженное удобрение. Одна его тонна эквивалентна 3–4 тоннам (!) азотно-фосфорных удобрений, выпускаемых промышленностью.
Поскольку процесс идет за счет жизнедеятельности бактерий, необходимо питать их углеродом и азотом, соотношение которых должно быть равно 20:30. Это соотношение в отходах животноводства в 2–3 раза меньше, а полеводства — в 2–5 раз больше. Поэтому для соблюдения нужной пропорции в животноводческие отходы нужно добавлять растительные остатки.
При анаэробной ферментации из килограмма сухого органического вещества можно получить от 0,3 до 0,7 кубометра биогаза. Оптимальная длительность процесса — от 10 до 20 суток.
Производство биогаза наиболее распространено в развивающихся странах. Однако в последние годы в ФРГ, Франции, Италии, Швейцарии вступили в эксплуатацию около 100 биогазовых установок. В КНР же их число достигает нескольких миллионов. По мнению специалистов, в европейских странах в ближайшие годы могут получить развитие только очень простые установки, не требующие специального подогрева и потому более дешевые.
Дальнейшее совершенствование установок призвано решить сразу три задачи: получить биогаз, превратить отходы в высокоэффективные удобрения и обеспечить чистоту полей и воздуха. При переработке уничтожаются различные возбудители заболеваний человека и животных.
Доктором экономических наук Н. Синяком оценен возможный вклад биогаза в топливный баланс нашей страны. Если охватить такими биоустановками 50 процентов всех отходов, то энергия биогаза составит около 20 миллионов тонн условного топлива.
Вместо заключения
Рассказ об Энергетической программе СССР закончился, но осуществление и совершенствование ее продолжаются. Ведь она не только директивный документ, определяющий развитие энергетики страны до 2000 года.
В одном из ее разделов даже подчеркивается, что она должна пересматриваться каждые пять лет. Энергетическая программа — это не только постоянно обновляющаяся стратегия, но и философия развития энергетики.
В чем основной смысл и цель этой философии? Пожалуй, лучше всего ответить так: постоянный рост энерговооруженности человека, умноженный на энергичную политику энергосбережения.
Об экономии энергии заботятся не только у нас в стране, но и во всем мире, так что здесь вопросов нет.
А вот по поводу необходимости постоянного роста энерговооруженности человека точки зрения расходятся.
Многие специалисты-энергетики, прогнозисты и социологи считают, что народам промышленно развитых стран достаточно увеличить энерговооруженность вдвое, и основные цели человечества в обеспечении уровня жизни будут достигнуты.
Подобная точка зрения имеет за собой некоторые основания. Для человечества наступили трудные времена.
Энергия стала дорогой, и ее невозможно добывать такими темпами, как ранее. Даже атомная энергетика не спасает положения. Она не так дорога, как энергетика на органическом топливе, и надолго сможет удовлетворять потребности человека. Но она недешева, требует больших трудовых и материальных затрат.
Осуществление Энергетической программы потребует немалого напряжения и активных действий, которые под силу молодым. И Уренгой, и Ямбург, и Канско-Ачинск, и Нерюнгри, и гиганты атомной энергетики немыслимы без молодежи.
Однако взглянем на будущее оптимистичнее. Ведь впереди — создание различных станций нового типа на возобновляемых и органических источниках энергии, более совершенных атомных энергетических установок. Затем придет очередь термоядерных «котлов», над которыми работают сейчас ученые всего мира. А дальше наверняка появятся какие-то новые источники энергии, о которых пока можно только фантазировать. Может быть, это будут мезонные станции или какие-то виды аннигиляционной или гравитационной энергии. Таковы задачи, которые будут решать молодые инженеры и конструкторы следующего века, нового тысячелетия.
Ясно одно — человек всегда будет стремиться обладать возможно большим количеством энергии, расширяющим его власть над природой и обеспечивающим движение вперед. Не всегда наука и техника дадут ему возможность получить энергию во все возрастающих объемах. Иногда могут возникать и долго длиться периоды «энергетического застоя» — замедленного поступательного движения. Однако новые открытия и изобретения помогут человечеству сделать очередной качественный скачок и пойти к новым достижениям еще более быстрыми шагами.
