Отходы, которые превращаются в доходы

Как отечественное сельское хозяйство зарабатывает с помощью зеленой энергетики

Наша страна способна обеспечить свои энергетические потребности за счет биоресурсов. В России, по самым скромным подсчетам, — 775 млн. тонн отходов агропромышленного комплекса. Они могли бы давать до 70 млрд. куб. м биогаза и более 100 млн т высококачественного удобрения. А, учитывая, что сегодня более 2 млн га российских земель занято под, так сказать, хранение остатков сельскохозяйственной деятельности, то вовлечение этих площадей в нормальный севооборот принесло бы огромный положительный эффект нашей экономике. Помимо этого, при интенсивном развитии «зеленой» отрасли, наше государство могло бы стать крупнейшим экспортером отдельных видов биоэнергетики — к таким выводам пришли в своем исследовании эксперты AЕnergy. Они также оценили потребность страны в биогазовых заводах — это 20 тысяч предприятий. Что уже из необходимого создано и как оно у нас работает?

Три в одном

Первый российский реактор, производящий биогаз из навоза, запустили еще в 2009 году в калужской деревне Дошино. Затем в Белгородской области на базе свиноводческого комплекса заработали биогазовые станции «Байнцуры» и «Лучки». Сегодня переработку отходов жизнедеятельности коров в биотопливо активно изучают специалисты Всероссийского научно-исследовательского института животноводства РАСХН в подмосковном экспериментальном хозяйстве «Кленово-Чегодаево» — молочные продукты под этим брендом хорошо известны жителям региона. Опытную модель испытали еще два года назад, и уже тогда эксперты признали уникальность созданной во ­ВНИИЖ установки — по сравнению с зарубежными она работает в более ускоренном режиме.

Навоз в ней измельчают и удаляют из него опилки и солому. Затем, превращая его в жидкую массу, которая могла бы свободно перемещаться по трубопроводам. Ее подают в блок метанирования — реактор. Он состоит из пяти метантенков — устройств для анаэробного брожения жидкой фракции навоза. Здесь особые метанообразующие бактерии разлагают до 40 процентов навоза, образуя биогаз, состоящий из примерно равных долей метана и углекислого газа. Биогаз затем разделяют на метан, который используется как энергоноситель в производстве электроэнергии, а углекислый газ — на выращивание биомассы с участием водоросли-хлореллы.

Аналогичные западные разработки на получение метана тратят от недели до 80 дней, а российская установка, по словам ее создателей, справляется гораздо быстрее — за каких‑то полтора дня. Помимо этого, во время образования метана охлаждающая установку вода нагревается до 90 градусов — это тепло, как предлагают ученые, можно использовать для обогрева самой фермы. А то, что остается от навоза после его обработки бактериями, — качественное удобрение. Исследователи из Тимирязевской академии, работавшие с этими отходами, пришли к выводу, что они позволяют получить прибавку урожая не меньше чем в полтора раза, а по некоторым культурам отмечен пятикратный эффект.

Правда, это российское устройство оказалось далеко не всеядным, порой солому необходимо предварительно удалять центрифугой. Тем не менее, в день такой агрегат дает около 24 куб. м газа из 350 кг навоза.

1 тонна подсти­лочного помета замещает в топливном балансе до 270 куб. м природного газа или — до 240 кг жидкого топлива.

Ботву — по уму

Тем временем яранский производитель BioGasRussia разработал биогазовые установки BioSfera, управляемые искусственным интеллектом. Такое оборудование, по утверждению разработчиков, не производит ни одна компания в мире. К тому же проект предусматривает полный замкнутый цикл использования воды. Такая установка, судя по отзывам на сайте компании, вызвала повышенный интерес у российских фермеров. В частности, среди вопросов можно встретить и такие: «Возможно ли в ваших установках перерабатывать в биогаз помидорную ботву и некондиционные плоды томата?».

Среди причин, объясняющих популярность у небольших предприятий такого оборудования, эксперты называют переизбыток навоза. Свежий на поля вывозить — себе дороже: он вызывает эрозию почвы. Его хранение требует изрядных площадей, но даже затем внесение излишка этой «перезревшей» органики ведет к закислению почвы. Поэтому, выходит, оптимальнее потратиться на переработку и частично сэкономить на энергоносителях.

Не пух, но пар

Более узкую специализацию — производство энергии из птичьего помета, выбрало столичное ООО «АГК Экология». Зато спектр возможностей такого сырья оказался не в пример широк — сегодня компания разрабатывает и выпускает как установки для получения биотоплива, так и за счет него же работающие водогрейные или паровые котлы, а также целые котельные. К примеру, водогрейные котлы на помете удобны для небольших птицефабрик с выходом отходов от 10 до 70 т в сутки.

Так, по словам генерального директора «АГК Экология», доктора технических наук Александра Гарзанова, уже более шести сезонов их водогрейная котельная отапливает 16 птичников подмосковной птицефабрики «Загорский бройлер». При этом себестоимость тепла составляет 1200  руб. / Гкал при его стоимости в местных теплосетях более 2000 руб. / Гкал. А уже первый из трех паровых котлов для котельной, которую компания спроектировала для ЗАО «Приосколье», позволил этому производителю птицы ежемесячно экономить не менее 2 млн рублей.

В целом, по подсчетам Александра Гарзанова, ежегодно в России образуется свыше 17 млн. т помета, в том числе 8 млн т — подстилочного. Использование только последнего в качестве биотоплива даст ежегодный экономический эффект в 25 млрд руб. за счет экономии газа и снижения стоимости электроэнергии. Необходимые инвестиции в проект оцениваются в 90 млрд руб., а срок окупаемости — не более пяти лет. Проект предполагает создание от 80 до 100 энергокомплексов суммарной электрической мощностью до 400 МВт. Это, кстати, позволит создать и до 40 тысяч новых рабочих мест по стране.

Правда, как особо отмечает гендиректор «АГК Экология», для этого необходима дейст­венная господдержка — льготные кредиты (не более 5% годовых) на срок не менее 7 лет, льготы с/х производителям — переработчикам отходов и потребителям удобрений из них, а также налоговые «каникулы» для возврата инвестиций и кредитов.

О том, что определяющим стимулом для развития биогазовой энергетики должна стать поддержка государства, говорят в последнее время на всевозможных мероприятиях — в часности, речь об этом заходила и на последнем инвестфоруме в Сочи, и на Гайдаровском форуме, гда «застрельщиком» темы выступил глава РОСНАНО Анатолий Чубайс.

Как правило, эксперты ссылаются на опыт стран, где государство использует «зеленый тариф» для выкупа электроэнергии, производимой биогазовыми станциями. Благодаря чему, например, в Финляндии, Швеции, Австрии и Дании ее доля достигает 20 процентов.

В России на сегодняшний день уже принята программа, предусматривающая развитие этого направления отрасли, согласно которой Минэнерго РФ рассчитывает выйти к показателю в 10 процентов энергии от альтернативных источников всех видов лишь к 2030 году.

Около 770 млн тонн биоотходов в год, по статистике, составляет объем сельскохозяйственных отходов в России. Соответственно, это позволяет получить около 66 млрд куб. м биогаза, или свыше 100 млрд киловатт-часов электроэнергии.

«Забил в авто соломы туго…»

Однако российские ученые, не дожидаясь дотаций от властей, вовсю ведут работу над поиском новых видов энергии, попутно утилизируя отходы сельского хозяйства. Среди их последних достижений — экологически чистое топливо, которое получили сибирские исследователи, смешавшие бензин с… соломой.

Новое вещество называется фурфурол. Его получили сотрудники лаборатории каталитических процессов переработки возобновляемого сырья Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН совместно с коллегами из Новосибирского государственного университета. По словам сотрудника лаборатории каталитических процессов переработки возобновляемого сырья ИК СО РАН, кандидата химических наук Андрея Смирнова, добавление этого соединения, получаемого из соломы или опилок и серной кислоты, в топливную смесь, повышает ее эффективность и при этом максимально исключает выбросы токсичных газов.

Кстати, небольшая доля фурфурола содержится в сахаре, меде и некоторых других продуктах. А его запах похож на аромат ржаного хлеба. «Сейчас мы находимся на этапе наработки топливных добавок и изучения влияния производных фурфурола на основные и эксплуатационные свойства автомобильного бензина. С большой вероятностью могу сказать, что в будущем в продажу выйдет экологичная высокооктановая добавка, полученная из простой соломы», — говорит Андрей Смирнов.

Шелуха вместо угля

Еще одна инновация сибиряков — это твердое биотопливо из растительного сырья, по своим тепловым качествам близкое к бурому углю. Его созданием занимаются сотрудники Института химии твердого тела и механохимии СО РАН. В свою очередь горелки для такого сырья уже созданы Институтом теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН.

По словам старшего научного сотрудника ИХТТМ, кандидата химических наук Алексея Бычкова, в основе их разработки — все та же солома, которая при изменении ее химического состава может стать более теплотворной. Для этого ученые экспериментируют с модификацией ее структуры, уменьшая количество целлюлозы, но увеличивая содержание лигнина, обладающего повышенной теплотворной способностью. Также установлено, что еще повысить тепловой эффект соломы можно, сжигая ее не в обычных печах, а, измельчив до мелкодисперсного состояния, жечь ее как газ в факельных горелках.

«До нас твердым биотопливом практически никто не занимался. Были исследования по угольной пыли и водо-угольной суспензии, но все работы имели один ключевой недостаток — в них использовался уголь, а это невозобновляемый материал, в отличие от растительного сырья. Кроме того, некоторая часть лесного хозяйства и побочных продуктов земледелия не используется и идет в отходы. Вот их мы и способны сжигать», — говорит Алексей Бычков. В частности, источником сырья могут стать зерноперерабатывающие фабрики, элеваторы, где зерно очищается или перемалывается, и в процессе остается шелуха, которую можно перевести в топливо. Использовать его можно тут же, частично покрыв затраты на электричество отдельно взятого элеватора.

Для создания твердого биотоплива в ИХТТМ СО РАН изготовлены специальные мельницы — механоактиваторы, дробящие растительное сырье. Кроме соломы, в них можно перемалывать лесосечные остатки, образующиеся при заготовке леса, или опилки на деревообработке, а также шелуху и некондиционную древесину.

Энергия с грядки

В смежных институтах российские ученые от экспериментов с соломой перешли к выращиванию растений с заданными для энергетики параметрами — технические культуры с высоким приростом биомассы давно востребованы в Европе. Это перспективное сырье как для целлюлозной промышленности, так и для производства биотоплива. В России поиском и адаптацией этих видов занимается ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН. «По годичному набору биомассы на гектар близким к рекорду оказался Мискантус гигантеус», — рассказал старший научный сотрудник ведомства, кандидат химических наук Вадим Хлесткин.

Однако, по словам ученого, это теплолюбивое и требовательное растение, например, в Сибири в промышленных масштабах культивировать практически невозможно. Поэтому сибирские же генетики из ФИЦ ИЦиГ вывели сорт мискантуса «сорановский» и зарегистрировали его в Реестре селекционных достижений РФ (авторское свидетельство № 58540). В отличие от капризного гигантеуса, «сорановский» отлично растет в суровом климате и дает ежегодный урожай 10–17 тонн сухой биомассы.

«Наш мискантус перспективен как для бумажной, так и других отраслей промышленности, — отметил Вадим Хлесткин. — Его энергоемкость на удельный вес получилась весьма привлекательной. Основная проблема была в повышенной зольности некоторых фракций, но мы ее можем преодолеть».

Целлюлоза из биомассы мискантуса также вполне пригодна для выпуска картона, целлюлозных эфиров (загустители, клеи, суперабсорбенты), наноцеллюлозы. Возможны и более технологичные перспективные применения — производство графитового волокна, в том числе для авиационных и других композитов, а также текстильных волокон регенерированной целлюлозы — экологичного материала, который идет на смену технологически вредной вискозе.

Ил заискрил

Буквально на днях в Екатеринбурге запустили котельную, работающую на биогазе из сточных вод. Котельная, как сообщило местное МУП «Водоканал», состоит, помимо прочего, из двух десятиэтажных метантенков, где идет сбраживание иловых осадков, и девятиметрового шара, в котором стабилизируется давление газа.

Строительство комплекса продолжалось пять лет и потребовало миллиард рублей. Это вторая в России котельная на биогазе из сточных вод — первая работает в Москве. Построенный блок позволяет уменьшить опасность иловых осадков, отапливать биогазом саму станцию и может стать дополнительным источником электроэнергии для других объектов.

Из тонны биотоплива можно выработать:

• 2 Гкал тепла в виде горячей воды на нужды ГВС и отопления;
• 3  т пара на технологические нужды;
• 300 кВт электроэнергии в теплофикационном или — 600 кВт — в конденсационном режиме работы паротурбинной установки.
• от 100 до 140 кг золы — основы для производства минеральных удобрений.

Российский проект дорожной карты «ФудНет» рассчитан на срок до 2030 года. По информации замминистра сельского хозяйства РФ Елены Астраханцевой, она состоит из пяти сегментов — «умное» сельское хозяйство, ускоренная селекция, новые источники сырья, персонализированное питание и доступная органика. Семь прорывных проектов для начала движения по этой карте, как сообщила чиновник, требуют уже в 2018 году инвестиций на сумму около 900 млн руб.

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) — это одна из самых динамично развивающихся отраслей мировой энергетики. Этому, среди прочего, способствуют добровольные обязательства стран-участниц Парижского соглашения. Так, в 2016 году ВИЭ обеспечил рост мощностей в электроэнергетике. Международное энергетическое агентство прогнозирует, что до 2040 года ежегодный рост ВИЭ будет составлять от 3,6 до 5 процентов.

Из тонны жидкого ­свиного навоза получается 20 куб. м газа, а из отходов бойни или утилизируемых просроченных продуктов из супермаркета — 100‑120 куб. м. Стоимость биогазовой установки для молочно-товарной фермы на 1 тыс. голов будет составлять около 80‑100 млн руб. Это оборудование имеет сравнительно небольшой срок окупаемости — 2,5‑3 года.

Биогаз — один из самых рентабельных видов топлива. 1 куб. м биогаза эквивалентен по теплоте сгорания 0,8 куб. м природного газа, 0,6 кг бензина, 0,7 кг мазута, 1,5 кг дров или 3 кг брикетированного биотоплива. При этом не следует забывать, что сырьем для биогаза являются не дорогостоящие и дефицитные природные ресурсы, а восполняемые отходы.

Выпуск издания осуществ­лен при финансовой под­держке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям

Газета «Малый бизнес» совмест­но с Федеральным агентством по печати делает проект «Аграрная Россия. Кто нас кормит». Мы расскажем о перспективах и новейших разработках аграрного сектора нашей страны. Расскажем и о людях, которые успешно реализуют себя в сельском хозяействе, в том числе благодаря госпрограммам поддержки. Мы приглашаем к диалогу и вас, уважаемые читатели. Если вам известно о необычных разработках, присылайте свою информацию по ­адресу: volodina@mbgazeta.ru.