БИОЭНЕРГЕТИКА. Фгбу рэа минэнерго рф биоэнергетика россии в xxi веке
 Скачать 0.63 Mb.
|
|
дрожжи и барда. На 1 куб. м этанола образуется до 12-14 куб. м барды с влажностью 92-94%. Зерновую барду после брожения гидролизатов топинамбура и сладкого сорго можно выпаривать и высушивать и использовать как кормовую добавку. Спиртовые барды из других видов сырья (мелассы, гидролизного сахара, и т.д.) , как показал многолетний опыт СССР, можно подвергать термофильному метановому брожению и одновременно с биогазом получать: кормовой препарат витамина В-12, ростстимуляторы для молочнокислых бактерий, применяемых в сыроделии, высокоэффективные органические удобрения. (рисунок 5). Как показал многолетний опыт СССР применение витамина В-12 в составе премиксов к комбикормам в животноводстве и птицеводстве повышает продуктивность, снижает расход кормов, сокращает сроки откорма, сохраняет молодняк. Потребность отечественного свиноводства и птицеводства в витамине В-12 составляет 1460 кг в год. К 2020 году поголовье нужно увеличить, как минимум, в 2 раза. И потребуется 2920 кг витамина В-12, или перерабатывать до 7300 тысяч куб. м барды в год, или задействовать 55 заводов трехтысячников, -610 тысяч куб. м этанола в год. Рисунок 5 -Пример рентабельности российских технологий производства этанола и бутанола по аналогии с переработкой ацетоно-бутиловой и мелассной-спиртовой барды. (любое углеводное сырье) -►этанол, БУТАНОЛ барда / ^еар' Кормовые препараты МЕТАНОВОЕ БРОЖЕНИЕ \ БИОГАЗ X Энергия 1 удобрения ( класса «БИОУД»,) Витамин В-12 1.5-2.9 тонны/год (животноводство и птицеводство) ПРИМЕР РЕНТАБЕЛЬНОСТИ РОССИЙСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА ЭТАНОЛА И БУТАНОЛА ПО АНАЛОГИИ С ПЕРЕРАБОТКОЙ АЦЕТОНО- БУТИЛОВОЙ И МЕЛАССНОЙ-СПИРТОВОЙ БАРДЫ Технологии применения кормовых добавок хорошо известны в российской зоотехнологии. Их следует или совершенствовать, или восстановить при условии восстановления их производств, как в случае витамина В-12. Опыт развития биоэнергетики России Россия обладает серьезным промышленным опытом производства биотоплив из биомассы. СССР было первой страной в мире, которая освоила широкомасштабное промышленное производство биотоплив (биобутанола, биоэтанола, биоацетона, биоводорода и биогаза) из биомассы (меласссы - отхода сахаропроизводства из сахарной свеклы). В СССР до конца 1980-х годов прошлого столетия работало четыре ацетоно-бутиловых завода: в Грозном, Нальчике, Талице (Свердловской обл.) и Ефремове (Тульской обл.). Суточное производство на Ефремовском заводе при полной загрузке составляло до 50 т растворителей (бутанола, ацетона, этанола в их весовом соотношении 13 : 4 : 1) и до 29 тыс. м водорода, или в год: 15000 т растворителей и до 8,7 млн. м водорода. Грозненский завод давал в сутки до 74 т растворителей и 43 тыс. м водорода, или в год 22 тыс. т растворителей и до 13 млн. м водорода [1]. В 1967 г. на Ефремовском и в 1969 г. на Грозненском ацетоно-бутиловых заводах были введены в эксплуатацию цеха по производству кормового витамина В-12 методом термофильного метанового брожения жидких отходов этих производств — барды (3000 м /сут). Кроме витамина В-12 каждый цех производил в сутки до 30 тыс. м биогаза, который цел-ком использовался для производства тепловой энергии для всего производственного цикла (Рисунок 6) [1 ]. Рисунок 6- Термофильный метантенк цеха по производству кормового препарата витамина В-12 пори переработке ацетоно-бутиловой барды на Грозненском ацетно- бутиловом заводе (1969г.)  К 1970-м годам в России впервые в мире были созданы крупномасштабные промышленные производства биотоплива из биомассы: биоводорода, биометана, биобутанола, биоацетона, биоэтанола. Успешное промышленное освоение биогазовых технологий и масштабное производство биогаза на ацетоно-бутиловых заводах и на станциях «аэрации» при очистке сточных вод г. Москвы позволило к концу 1970-х годов поставить задачу широкого внедрения этих технологий в сельскохозяйственное производство СССР. Биоэнергетические установки по переработке отходов животноводства и птицеводства отечественного производства «Кобос» и БЭУ-301 в 1980 - 90-е годы эксплуатировались в России и бывшем СССР. В России с начала 1980-х годов ведущее место в направлении использования биомассы для целей энергетики, помимо газификации древесины и лигноцеллюлозных материалов, занимало развитие биогазовых технологий по производству биогаза, тепловой и электрической энергии из органических отходов сельскохозяйственного производства, пищевой и легкой промышленности, а также стоков и твердых бытовых отходов городов. В данном направлении были достигнуты ощутимые практические результаты. Научно-производственный Центр «Экорос» разработал и реализовал высокорентабельные биогазовые технологии и оборудование (биогазовые установки ИБГУ- , рассчитанные на использование в малых фермерских хозяйствах со сроком окупаемости 1-1,5 года, допускающие эффективную эксплуатацию в любом климатическом регионе России. В период 1992 - 2004 гг. выпущено и внедрено более 80 установок этого типа [1]. Во Всероссийском институте электрификации сельского хозяйства (г. Москва) была разработана высокоэффективная экспериментальная установка, основанная на принципе быстрого пиролиза биомассы, превращающая до 70% сухого вещества в жидкое или газообразное топливо с калорийностью до 5000 ккал/кг. В ее состав входит дизель-генератор, переоборудованный под совместное сжигание вырабатываемого газа и дизельного топлива, при экономии последнего до 50% [5]. Особенность, и, может быть, уникальность биогазовых технологий, основанных на термофильных режимах метангенерации, состоит в том, одновременно с биогазом, не содержащим сероводорода (что важно при эксплуатации оборудования из углеродистой стали) метаногенный консорциум создает уникальные и универсальные высокоэффектиные экологически чистые органические удобрения, которые , как показали двадцатилетние исследования ведущих эколого-почвенных Центров России и широкое практическое применение в ряде регионов страны, значительно увеличивают урожайность разнообразных сельскохозяйственных культур, повышают устойчивость растений к неблагоприятным воздействиям окружающей среды. Современная российская биоэнергетика располагает целой серией высокотехнологичных биогазовых технологий, разработанных ранее в СССР: Технология вертикального замещения поступающего сырья в метантенк - «классическая технология» (1961) (Ефремовский, Грозненский, Андрушевский, Даугавпилский цеха по производству КМБ-12; Курьяновская и Люберецкая станции аэрации г. Москвы). Разработчики: ИНБИ им. Баха АН СССР, Грозненский АБЗ, Институт бродильной промышленности, НИИПроект «Мосводоканал». Технология двухстадийного метанового брожения (1962) (опытно-промышленные испытания Грозненский АБЗ) для любых видов сырья. Вдвое увеличивает выход метана. Раз-работчики: ИНБИ им. Баха АН СССР, Грозненский АБЗ. Технология рециркуляции, до 8 раз сокращает время ферментации и до 8 раз увеличивает выход биогаза для сырья влажностью 96-98% (1965) (Грозненский АБЗ). Разработчики: Грозненский Институт автоматики, ИНБИ им. Баха АН СССР, Грозненский АБЗ. Технология рециркуляции для переработки отходов птицеводства (1985) (промышленная станция на Октябрьской птицефабрике Глебовского ППО, Истринский район, Московской области). Разработчики: инженер Андрюхин Т.Я., Октябрьская птицефабрика. Технология трехстадийной метангенерации для любых видов сырья с влажностью не более 85%. В 1.5 раза сокращает время ферментации, в 2 раза увеличивает выход биогаза и выход метана, в 1.8 раза увеличивает степень разложения исходного субстрата (1986) Разработчики: Институт микробиологии АН Арм. ССР, ИНБИ им. Баха АН СССР, ЗАО Центр «ЭКОРОС». Технология с предварительным разделением фаз исходного сырья для переработки отходов животноводства и свиноводства с влажностью 97-98%. Сокращает сроки ферментации, увеличивает выход биогаза, сокращает рабочие объемы биореакторов- метантенков. (1989) (Биоэнергетическая станция на свинокомплексе на 24 тыс. голов в колхозе «Большевик» Крымской обл. УССР). Разработчики: ВИЭСХ и ПМК Нижнегорского района Крымской обл. по Межгосударственной программе «Биотехнология».) Технология твердофазной метангенерации для переработки концентрированных осадков сточных вод с влажностью 60-80%. (1992) Разработчики: ИНБИ им. Баха АН СССР, Ака-демия коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова. Экспресс-Технология рециркуляционно-твердофазной термофильной метангенерации твердых бытовых отходов и твердых сельскохозяйственных отходов. (1986). Такая технология позволяет создать стационарные, экологически чистые и безотходные заводы по переработки ТБО за 15-20 суток вместо 30-60 лет. Полностью ликвидировать му-сорные полигоны и получать черные и цветные металлы, строительные материалы, картон, стекло, газообразное топливо-биометан и биоудобрения. Технология может быть применена для обработки твердых сельскохозяйственных отходов(солома, стебли кукурузы и подсолнечника и т.д.). (Опытно-промышленные испытания на производственной базе ЗАО Центр «ЭКОРОС») Разработчики: ИНБИ им. Баха АН СССР, ЗАО Центр«ЭКОРОС» [6]. - Технология «upslow» для метангенерации супержидких (влажность не менее 98-99%) отхо-дов животноводства, пищевой, консервной, молочной, бумажной промышленности. В несколько раз увеличивается выход биогаза и метана на единицу рабочего объема (Свинокомплекс в Вологодской обл.). Разработчики: МГУ им. Ломоносова, ВИЭСХ и НИИПроект «Мосводоканал». Успешная реализация перечисленных выше биогазовых технологий в промышленности и их оптимизация требует их отработки на модельных метантенках станций технологического тестирования. Направления развития биоэнергетики в России Россия располагает необходимыми интеллектуальными возможностями (многочисленные НИИ, Университеты, КБ и отдельные научно-производственные компании) и машиностроительной производственной базой для активного применения и использования ВИЭ в России. Для эффективного использования этой сырьевой базы и ее ежегодного воспроизводства ФГБУ «Российское энергетическое агентство» работает по следующим направлениям развития международного сотрудничества: Трансфер технологий ВИЭ с последующей локализацией производства, интеграцией с ведущими производителями оборудования и комплектующих, созданием научнопроектных центров определяющих развитие технологий, снятие лицензионных ограничений, экспорт продукции и сервисных услуг. С учётом динамики развития технологий, принятие решений о трансфере технологий должно быть принято в период не позднее 2011-2012 гг. Обмен информацией по системам диспетчеризации, модернизации электрических сетей, разработкам в области создания промышленных накопителей энергии с формированием интеллектуальных систем «производство - транспортировка - потребление», развитие технологий «умных сетей» (smart grids). Формирование единых подходов к прогнозированию, планированию и мониторингу развития ВИЭ, включая совместную реализацию пилотных проектов, крупных исследовательских программ в области ВИЭ, а также определение приоритетных направлений развития энергетической инфраструктуры. Гармонизация законодательной и нормативно-правовой базы для поддержки развития международного сотрудничества по программам, проектам, технологиям в области ВИЭ. Изучение возможности гармонизации технических стандартов. Разработка общих подходов по государственной поддержке ВИЭ (в области субсидий, налогов, поддержке кредитов и гарантий, таможенных сборов и др.). Формирование в РФ значительного сектора производства электрической энергии генераторами ВИЭ неизбежно вызовет потребность в квалифицированных кадрах. Опыт подготовки таких специалистов имеется в зарубежных странах и целесообразно согласовать программу переподготовки, обучения и включения в этот процесс ведущих инженерных ВУЗов России. Развитие НИОКР и коммерциализация инноваций. Ниже отдельные направления работ ФГБУ «РЭА» приставлены подробнее. Создание сети региональных научно-исследовательских, проектных и производственных Центров БИОЭНЕРГЕТИКИ Опыт зарубежных стран, особенно Китая, показывает, что для активного развития БИОЭНЕРГЕТИКИ кроме принятия соответствующего законодательства, стимулирующее это развитие в такой большой стране как Россия необходимо создание региональных Центров по разработке технологий, проектов и оборудования и применению ВИЭ в региональной энергетике и экономике. В качестве прообразов учебно-испытательных центров можно использовать Экспериментальные и промышленные биоэлектростанции НПО “ВСЕРОССИЙСКИЙ НИИ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА” (г. Москва), представленные на всей территории Российской Федерации. Структура и Задачи Центров: Центр - это кластер, включающий Центральную научно-исследовательскую лабораторию, конструкторское бюро, опытное машиностроительное производство, одно или несколько крупных промышленных производств ВИЭ (заводов, фабрик и т. д.), Центр обучения и подготовки кадров - биоэнергетиков (от науки до создания технологий, оборудования, и их эксплуатации); Разработка и создание прогрессивных высокоэффективных технологий БИОЭНЕРГЕТИКИ на основе достижений современной отечественной и мировой науки; Разработка, создание, испытание и производство эненргоэффективного биоэнергетического оборудования; Центры должны активно помогать развитию БИОЭНЕРГЕТИКИ в регионе, оказывать техническое содействии и помощь в эксплуатации и ремонте БИОЭНЕРГО - объектов. Центры должны иметь свои инженерно-технические мобильные бригады в каждом районе региона, где эксплуатируется БИОЭНЕРГО - оборудование. Развитие сотрудничества с предприятиями жилищнокоммунального комплекса по применению биоэнергетики для переработки коммунальных органических отходов В рамках сотрудничества стороны проводят: Полную оценку разнообразных органических коммунальных отходов для их использования в биоэнергетике; Разработку эффективных и экономичны технологий сбора, накопления, хранения, сортировки, предобработки органических коммунальных отходов в качестве эффективного сырья для биоэнергетики; Разработать государственный стандарт строительства типоразмерного ряда систем и заводов по утилизации органических коммунальных отходов, сопряженных с системами производства биотоплив и других полезных сопутствующих товаров. Разработать юридические основы ответственности сторон за безотходную, экологически чистую утилизацию отходов коммунального сектора любого города и поселка с их использование для производства биотоплив, тепловой и электрической энергии, удобрений. Создание технологий производства водородного топлива Если рассматривать развитие БИОЭНЕРГЕТИКИ в России, то с учетом полномасштабного внедрения ее в энергетику и экономику страны ВИЭ в России может полностью заменить традиционные виды топлив. Но для оставшегося мира: развитых и развивающихся стран, особенно таких, как Китай, Индия, Индонезия и др., ВИЭ вряд ли смогу покрыть даже 50% потребности в топливе и энергии. Исследования в области биохимии и молекулярной биологии природных продуцентов метана - метаногенов (самых древних живых организмов на Земле), показали, что, во- первых, они были в эпоху Архея не только продуцентами метана из космического водорода и диоксида углерода, но и продуцентами воды. Они создали первичные океаны, законсервировав значительные количество водорода в виде его оксида. Установлено, что эти организмы обладают, как минимум, двумя ферментными системами, способными выделять водород из воды. Причем они могут осуществлять этот процесс под воздействием света (работы советских ученых Панцхава Е.С., Никандрова В.В., академика АН СССР Красновского А.А.). В последние годы в таких странах, как США и Япония активно и успешно проводятся исследования по фотообразованию водорода из воды на поверхности ряда окислов металлов. Задача состоит в том, чтобы создать искусственные органометаллические фотокатализаторы, близкие по свои свойствам к ферментным системам метаногенов, образующих водород из воды. В России такие исследования имеют место быть, но в очень незначительном объеме. Если усилиями ученых будут созданы нанотехнологии по производству водорода из воды под действием света, то это открывает перед человечеством неограниченные возмо-жности производства самого эффективного, экологически чистого и «вечного» источника энергии. Разработка регламентов и стандартов для биоэнергетики Массовое развитие биоэнергетики и, в частности, производство биотоплив, особенно моторных топлив требует разработки государственных положений о регламентах и стандартах на разработку технологических регламентов на разрабатываемые технологии и оборудование производящих биотоплива и стандарты на сами биотоплива -моторные биотоплива, получаемые из разных сырьевых источников термохимическими технологиями и биотехно-логиями. Такие регламенты и стандарты должны соответствовать международным регламентам и стандартам. ФГБУ «РЭА» работает по следующим направлениям: Регламенты на производства биоэтанола и биобутанола из гидролизатов древесины, углеводно-крахмалистого непищевого сырья, из «син-газа»; Стандарты на биоэтанол и биобутанол; Технический регламент на производство биодизеля из рапсового масла и стандарт на биодизельное рапсовое топливо; Регламенты на производство биогаза из различных сырьевых источников; Стандарты на биогаз при его применении в качестве моторного топлива; Регламенты на производство биоводорода разными технологиями; Стандарт на биоводород при его использовании в качестве моторного топлива или в топливных элементах. Регламент на производство диметил - эфира и стандарт на ДМЭ - как на моторное топливо. Регламент на получение жидких углеводородов, метилового спирта при «пиролизе» или «газификации» древесины и гемицеллюлоз (солома злаковых) и стандарты на эти вещества. Подготовка специалистов в области БИОЭНЕРГЕТИКИ Широкомасштабное развитие |