В мире все больше говорят о необходимости замены нефти, угля и газа на биотоплива. Отголоски уже доходят и до России, где, впрочем, пока немногие понимают, что же это такое на самом деле. В прессе иногда можно встретить рассказы о чудесных веществах, совершенно не загрязняющих окружающую среду и более эффективных, чем бензин, керосин и дизельное топливо.
Речь, как правило, идёт о более высокотехнологичных продуктах, получаемых из сельскохозяйственных культур или отходов переработки растительного и животного сырья. Сторонники говорят, что биотоплива меньше загрязняют атмосферу, а противники возражают, что при сгорании биотоплив выделяются те же продукты, что и при сжигании ископаемых топлив. Действительно, в процессе сгорания и тех, и других топлив образуются, главным образом, углекислый газ, вода и несколько примесей, многие из которых являются вредными: моноксид углерода, оксиды азота, углеводороды и т.п. Наибольшее внимание обычно уделяется вредным компонентам выхлопа и одному из виновников парникового эффекта - углекислому газу.
Одним из главных преимуществ биотоплив называют сокращение выбросов парниковых газов. Это, однако, не означает, что при сгорании биотоплив образуется меньше диоксида углерода. При сгорании биотоплива в атмосферу возвращается углерод, который ранее поглотили растения, поэтому углеродный баланс планеты остаётся неизменным. Ископаемые топлива - совсем другое дело: углерод в их составе миллионы лет оставался "законсервированным" в земных недрах. Когда он попадает в атмосферу, концентрация углекислого газа повышается. В том, что касается вредных выбросов, биотоплива несколько выигрывают у нефтяных. Большинство исследований показывают, что биотоплива обеспечивают снижение выбросов моноксида углерода и углеводородов. Кроме того, биотоплива практически не содержат серы. Вместе с тем, несколько увеличивается выброс оксидов азота, вдобавок, при неполном сгорании многих биотоплив в атмосферу попадают альдегиды. Но, в целом, по уровню вредных выхлопов биотоплива выигрывают у нефтяных.
Видов топлив из биомассы предлагается великое множество. Это и биогаз - метан, получаемый за счет разложения органических остатков (например, навоза) бактериями, и твердые топлива, но больше всего разговоров идет о биотопливах для автомобилей: этаноле и "биодизеле".
Использование спиртов в качестве топлива для автомобильных двигателей - давно не новость. Разработчики первых двигателей внутреннего сгорания уделяли спиртовым моторам не меньше внимания, чем бензиновым. Спирты имеют высокие октановые числа - более 100 единиц, но меньшую по сравнению с нефтяными топливами теплоту сгорания (при сгорании топлива выделяется меньше энергии, мощность падает, а расход топлива увеличивается).
Начало крупномасштабной добычи нефти сделало применение спирта в качестве моторного топлива невыгодным. Спиртовые топлива стали нишевым продуктом: например, на метиловом спирте работают двигатели мотоциклов для спидвея и многих спортивных картов. Спиртовое автомобильное горючее пользуется определённой популярностью в Бразилии, где нет больших запасов нефти, но зато есть идеальные условия для выращивания сахарного тростника и производства из него дешевого спирта.
Наибольшее внимание сейчас уделяется именно этиловому спирту. В лентах научно-технических и экономических новостей сообщения о планах по строительству новых заводов появляются чуть ли не каждый день. В США сахарный тростник не растет, поэтому главным источником биоэтанола должна стать кукуруза. Ряд стран планируют наладить экспорт биоэтанола в США и другие государства, заинтересованные в переходе на спиртовое горючее. Бразилия планирует к 2025 г. заменить тростниковым спиртом до 10% потребляемого в мире бензина.
Бензиновые двигатели, в общем случае, не годятся для использования спиртового топлива, хотя конструктивные изменения для перевода их на спирт минимальны. Часто удается ограничиться использованием стойких к спиртам материалов и установкой элементов для отделения водяного конденсата. В настоящее время многие ведущие автопроизводители выпускают универсальные двигатели, способные работать на бензине, спирте или их смесях. При использовании смесей бензина с небольшим количеством спирта (до 10%) топливо, как правило, подходит и для обычных бензиновых двигателей.
Российская Федерация, наряду с большими запасами ископаемого органического топлива, обладает значительными запасами возобновляемых топливных ресурсов и источников энергии: геотермальной, солнечной, ветровой, океанической, энергии биомассы и пр.). Технический потенциал возобновляемых источников энергии (ВИЭ) составляет порядка 5 млрд.тонн/год условного топлива, превышающий почти в 5 раз объем потребления всех топливно-энергетических ресурсов России; экономический же потенциал составляет порядка 270 млн.тонн условного топлива (у.т.) или 25% от годового потребления ресурсов в стране. Непрерывное удорожание традиционного органического топлива и связанная с этим процессом проблема загрязнения окружающей природной среды активно стимулирует развитие ВИЭ. Во многих развитых странах идет интенсивный поиск альтернатив органическому топливу, где ВИЭ придается большое значение. В этих же странах объем энергии с использованием ВИЭ достиг 10% от общего объема энергопотребления и продолжает непрерывно расти. В то же время в России этот показатель составляет около 1%.
Распоряжением Правительства РФ от 28.08.03 № 1234-р утверждена «Энергетическая стратегия России до 2020 года», где одним из приоритетных направлений в энергетике является освоение ВИЭ. При этом необходимо отметить, что важность использования ВИЭ в РФ обусловлена как необходимостью диверсификации доступных источников топлива, так и стоящими перед Россией задачами в области охраны окружающей среды.
Рассматривается проект создания в регионах РФ экологически чистых ВИЭ на базе вихревых ветровых установок (ВВУ) и вихревых гидравлических теплогенераторов (ВГТ), способных в будущем стать основой автономного электроснабжения и теплоснабжения жилых домов и ферм, пользователей объектов отдаленных от центрального электропитания, а также в качестве аварийного источника (в стихийных ситуациях) электрической энергии на основе вихревой энергетики ветра (мобильной) как альтернативного источника энергии. Создание автономных ВВУ малой и средней мощности, эффективно работающих в низкоскоростных воздушных потоках (среднегодовая скорость ветра 2-5 м/сек), характерных для почти 70% территории России, может эффективно использоваться гражданами России со средними доходами. В докладе обсуждается проблема комплексного использования солнечной и ветровой энергии, а также энергии биомассы в решении проблем развития инфраструктуры городов и поселков в РФ.
На долю возобновляемых источников энергии приходится 21% выработки на калининградском ОАО «Янтарьэнерго», в ведении которого находится крупнейшая в России ветровая электростанция – Куликовская ВЭС, расположенная на побережье Балтийского моря неподалеку от курортного городка Зеленоградск. При этом Мурманская область располагает широким набором нетрадиционных и возобновляемых источников энергии (энергия солнца, ветра, малых рек, морских приливов и волн и др.), которые в определенных условиях могут составить конкуренцию традиционным источникам энергии или выгодно дополнить последние, принося ощутимый экономический эффект.
Таким образом, необходимо развивать биотехнологии и осуществлять поиски новых видов чистого топлива, для чего у России есть все возможности.
3 Утилизация отходов
Человечество прошло длинный путь эволюции в отношении организации уборки мусора. И если сейчас существует и активно применяется множество эффективных способов уборки бытовых и промышленных отходов, то облик городских улиц и тротуаров до сих пор оставляет желать лучшего.
Самая сложная проблема – переработать отходы, включающие в себя множество компонентов. Ярчайший тому пример – изношенная автомобильная шина. Множество идей, множество методов было предложено по ее переработке: и измельчить в крошку, и добавить в асфальт, и растворить в растворителях, и переработать в регенерат, и сжечь. Но все эти методы имеют свои недостатки. Да, резина хорошо горит, но все знают, насколько черным бывает дым от горящего колеса. К тому же при горении из покрышки выделяется энергия как от 5–8 кг нефти. Но на изготовление покрышки уходит около 50 кг нефти. Совсем неравноценная замена.
Существует метод термической деструкции органических отходов в среде перегретого водяного пара практически при атмосферном давлении и температуре 400–500°С. Как продукты переработки получаются металлический корд, горючий газ, жидкая фракция горючих углеводородов и технический углерод. При этом не требуется дорогостоящего измельчения отходов до мелкодисперсного состояния.
Установка по переработке резиновых отходов относится к четвертой категории опасности, то есть ее воздействие на окружающую среду минимально. Санитарно-защитная зона такого предприятия должна быть около 50 м. Фактически выбросов при данной технологии быть не должно, поскольку процесс закрыт.
Перспективы развития метода очень большие. Разработка и строительство такого рода оборудования будет и дальше развиваться.
Осадки сточных вод городских сооружений и станций аэрации – это требующие утилизации. Они представляют собой,массовые и распространенные отходы благоприятную среду для развития патогенной микрофлоры и токсичны по причине содержания солей тяжелых металлов, распадающихся на ионы. Поэтому осадки относятся к категории биологически опасных отходов, подлежащих размещению на специальных полигонах. Между тем на очистных сооружениях накапливается огромное количество иловых осадков, которые переполняют иловые карты очистных сооружений.