Актуальность "зеленой энергетики" для России

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Существование современного общества построено на углеводородной энергетике. Она находится в кризисе, запасы угля, нефти, газа будут исчерпаны в ближайшее историческое время, называют срок от нескольких десятилетий до столетия.

Также существуют проблемы негативного воздействия на окружающую среду, устранения накопленного вреда окружающей среде [1-3], реабилитации территорий, техногенно загрязненных в результате добычи, переработки и транспортировки углеводородов, нормализации экологической обстановки [4-6], а также организации системы комплексного контроля за проведением природо-восстановительных мероприятий на промышленных объектах [7, 8]. Поэтому ведутся активные поиски новых источников энергии. В том числе во многих странах разрабатывается возобновляемая «зелёная энергетика». В основе «зелёной энергетики» находится выращивание высокоурожайных и энергонасыщенных сельскохозяйственных культур, в первую очередь, масличных, с последующей переработкой их на масло для использования в дизельных двигателях и переработки биомассы на спирт в качестве замены или добавки к бензину. Для выводов о целесообразности «зелёной энергетики» в России следует сравнить объёмы добычи углеводородного сырья и производства сельскохозяйственной растениеводческой продукции.

Прекрасным сырьем для производства биотоплива служат масличные культуры. Опыт производства в Нечерноземной зоне достаточно велик (на примере рапса, льна масличного, подсолнечника и других масличных) [9-15].

По данным Росстата [16], в России в 2017 году получено 410 млн. тонн угля; 546 млн. тонн нефти, включая газовый конденсат; 691 млрд. кубометров природного газа; выработано 1091 млрд. киловатт-часов электроэнергии, в том числе на ГЭС и АЭС 390 млрд. На долю возобновляемых источников электроэнергии приходится 1,1 млрд. киловатт-часов.

В сельском хозяйстве в 2017 году произведено: 135,4 млн. тонн зерна; 135,4 млн. тонн соломы зерновых культур (соотношение зерно : солома = 1 : 1); 51,9 млн. тонн корнеплодов сахарной свёклы; 16,5 млн. т семян масличных культур; 29,6 млн. тонн картофеля; 16,4 млн. тонн овощей открытого и защищённого грунта; 3,5 млн. тонн плодово-ягодных культур и винограда [16, 17].

Объекты и методы исследований.

Для сравнения и сопоставления произведённой в России продукции энергетики и растениеводства требуется приведение их к одной единице измерения. Такой единицей может быть избран джоуль - Дж и его кратные единицы: кДж (килоджоуль) = 103 Дж; МДж (мегаджоуль) = 106 Дж; ГДж (гигаджоуль) = 109 Дж; ТДж (тераджоуль) = 1012 Дж. Джоуль используют при измерениях произведенной работы, кинетической и потенциальной энергии, теплоты [18]. биотопливо бензин энергетика

Кроме джоулей, в энергетических расчетах встречаются калории, а для измерения электрической энергии используются киловатт*часы. Для перевода их в джоули воспользовались следующими соотношениями: калория международная - 1 кал = 4,1868 Дж; киловатт*час - 1 кВт*ч = 3,6*106 Дж [18].

В наших расчетах использованы справочные данные [19] по теплоте сгорания углеводородных теплоносителей - угля, нефти и газа, вычислен энергетический объём электроэнергии, произведенной на гидравлических, атомных станциях и нетиповых электростанциях, работающих на возобновляемых источниках энергии (ветровые, приливные, геотермальные электростанции, солнечные батареи и т. д.).

Электроэнергия тепловых станций в расчётах не учитывалась, она получена от сжигания угля, нефти и газа.

На основании данных по калорийности [20] рассчитаны энергетические объёмы произведенных в стране зерна, соломы, семян масличных культур, корнеплодов сахарной свёклы, картофеля, овощей, плодово-ягодной продукции, кормовых культур.

Животноводческая продукция сельского хозяйства не учитывалась, она - вторичное производное от продукции растениеводства.

Результаты исследований.

В таблице 1 представлены данные по производству в стране в 2017 году продукции энергетики и растениеводства в традиционных единицах измерения и выраженном в тераджоулях (триллион джоулей) их энергетическом объёме.

Данные таблицы 1 показывают, что всё растениеводство в лучший по урожайности 2017 год даёт только 9,09% от произведенной в стране энергии. Объём энергетики в 11 раз превосходил энергетический объём всей продукции растениеводства.

Рассматривая использование произведенной энергии, отмечаем, что на экспорт отправлено 181 млн. т, или 44%, добытого в стране угля, 401 млн. т, или 73%, нефти и нефтепродуктов, 210 млрд. м3, или 30%, газа. Всего экспортируется 49% произведенной в стране энергии. На использование для сельскохозяйственного производства приходится менее 1% выработанной в стране энергии [16].

Данные таблицы 1 наглядно показывают отсутствие в стране интереса к нетрадиционным источникам энергии. На долю нетиповых электростанций, работающих на возобновляемых источниках энергии (ветровые, приливные, геотермальные электростанции, солнечные батареи и т. д.), приходится 1,1 млрд. кВт*ч электроэнергии, или 0,007% от общего объёма произведенной в стране энергии.

Представленные данные позволяют сделать вывод, что «зелёная энергетика» не даст существенной прибавки к общему объёму энергоносителей в нашей стране, даже если использовать под производство биотоплива все сельскохозяйственные земли.

Таблица 1. Сопоставление продукции энергетики и растениеводства Российской Федерации в 2017 году

*Кормовые культуры и сено - по данным 2011 года, после этого года валовые сборы и урожайность кормовых культур перестали отражаться в статистической отчётности.

«Зелёная энергетика» перспективна для государств, бедных углеводородными энергоносителями, имеющих в условиях тёплого климата большие площади сельскохозяйственных угодий и воду для орошения.

Однако делать вывод о бесперспективности «зелёной энергетики» в России преждевременно. Следует рассмотреть возможность её применения в сельском хозяйстве.

Производственная деятельность сельскохозяйственных предприятий нашей страны сдерживается высокими ценами на энергоносители. Больше половины энергозатрат приходится на дизельное топливо, основной энергоноситель в сельском хозяйстве. В таблице 2 представлены средние по стране цены на приобретение тонны дизельного топлива, средние цены продажи сельхозпроизводителями тонны зерна, скота и птицы в живом весе, молока за период 2000-2017 годы [16, 21].

Таблица 2. Цены приобретения дизельного топлива, продажи зерна, скота и птицы в живом весе, молока

Из данных таблицы 2 чётко просматривается диспаритет цен на топливо и сельхозпродукцию, сдерживающий развитие сельского хозяйства. Стоимость тонны дизельного топлива в среднем почти в 5 раз превышает стоимость тонны зерна и в 2 раза - стоимость тонны молока. По представленным данным рассчитано количество сельскохозяйственной продукции для оплаты приобретения одной тонны дизельного топлива (табл. 3).

Для приобретения одной тонны дизельного топлива (42,7 ГДж) в среднем по стране за 18 лет выращивали, убирали, перерабатывали, хранили и реализовывали 4,89 тонны зерна (92,1 ГДж). Единица энергии в дизельном топливе стоила в 2,2 раза выше единицы энергии в зерне. Средняя урожайность зерновых по стране за 2000-2017 годы составила 21,1 ц/га. Для оплаты тонны дизельного топлива надо было вырастить зерновые культуры на площади 2,32 га. Хозяйствам имеет смысл задуматься о собственном биотопливе.

Представляют интерес энергонасыщенные масличные культуры с отработанной технологией получения из них растительного масла. Теплота сгорания 1 кг дизельного топлива - 42704 кДж, а теплота сгорания 1 кг растительного масла - 37681 кДж [19]. Многочисленные научные опыты и практические эксперименты в нашей стране и за рубежом подтвердили возможность использования растительных масел в дизельных двигателях. Отмечены и недостатки от использования растительного масла вместо солярки: снижение мощности двигателя и повышенное образование нагара в выхлопной системе. Эти недостатки устранимы за счёт поиска культур, дающих наиболее подходящее растительное масло для дизельных двигателей, разработки присадок к растительному топливу и технического регулирования двигателей под растительное топливо.

Таблица 3. Количество сельскохозяйственной продукции для оплаты приобретения одной тонны дизельного топлива

Интерес к масличным культурам в нашей стране растёт. Посевные площади увеличились с 5,5 млн. га в 2000 году до 12,6 млн. га в 2017 году; урожайность - с 9,9 ц/га до 13,1 ц/га; валовые сборы семян масличных культур увеличились с 4, 5млн. т до 16,5 млн. т [16].

Сопоставим производство растительного масла с производством нефти и дизельного топлива. В 2017 году в стране получено 5,77 млн. тонн растительного масла, добыто нефти 546 млн. тонн, произведено дизельного топлива 76,8 млн. тонн. Производство растительного масла составляет 1,06% от добычи нефти, 4,0% от оставшейся в стране нефти и 7,52% от произведенного в стране дизельного топлива. Учитывая, что на нужды сельскохозяйственного производства используется менее 1% произведенной в стране энергии, обеспечить сельское хозяйство собственным биотопливом без заметного снижения обеспечения растительным маслом населения государству по силам.

К масличным культурам есть ряд вопросов. Занимая в 2017 году 15,7% от посевных площадей, они позволили получить только 7,0% от продукции растениеводства в энергетическом выражении. Масличные культуры имели урожайность 13,1 ц/га, уступали в 2,2 раза зернобобовым культурам с урожайностью 29,2 ц/га.

Требуется новая, простая в производстве, высокоурожайная, энергонасыщенная культура. Такой культурой может стать масличный лён, существенно превосходящий по ряду показателей выращиваемый на масло рапс [22, 23]. Масличный лён способен давать в условиях Рязанской и соседних областей стабильные урожаи на уровне не менее 20-25 ц/га [21, 24-26]. Сортоиспытания подтвердили способность масличного льна сорта «Санлин» давать урожаи 25 ц/га с 42-45 %-ным содержанием масла в семенах. Выход масла - 35% от массы семян, после отжима в семенах остаётся 8-10 % жира. По содержанию белков, жиров и углеводов полученный после отжима жмых в точности соответствует сое. Солома масличного льна (соотношение солома : зерно = 3 : 1) годится для текстильной промышленности. Для получения из льна масла на биотопливо, соответствующее по теплоте сгорания одной тонне дизельного топлива, потребуется выращивание льна на площади 1,30 га, против 2,32 га под зерновые культуры для оплаты дизельного топлива. Посевные площади под масличным льном в нашей стране пока невелики.

Создание в сельхозпредприятиях производства собственного биотоплива имеет значение и для национальной безопасности. Исторически сельское хозяйство основывалось на живой тягловой силе и ручном труде крестьянства, составлявшего большинство населения России. После войн или природных катаклизмов сельское хозяйство восстанавливалось сравнительно легко. Сегодня крестьянство малочисленно, механизированное производство базируется на централизованных поставках энергоносителей. В случае военного конфликта, глобальной природной или техногенной катастрофы, мирового экономического или энергетического кризиса, разрушения или поражения компьютерных сетей централизованное снабжение села энергоносителями будет сорвано, а сельское хозяйство не сможет обеспечить население продовольствием. Собственное биотопливо может сыграть важную роль в подобных кризисных ситуациях.

Углеводородная энергетика в кризисе, поэтому ведутся разработки новых источников энергии, в том числе разрабатывается «зелёная энергетика». В нашей стране энергетический объём всей растениеводческой продукции в наиболее урожайном 2017 году составлял всего 9,1% от добытой и произведенной энергии. Поэтому «зелёная энергетика» не может дать существенной прибавки для страны в целом.

В сельском хозяйстве на фоне диспаритета цен на топливо и сельхозпродукцию производство собственного биотоплива будет экономически оправдано. Требуется повышенное внимание к производству энергонасыщенных масличных культур, перспективной культурой является масличный лён.

Собственное биотопливо сельхозпредприятий станет важным фактором выживания народа при природных, космических, военных и техногенных катастрофах, которые могут прервать централизованные поставки энергоносителей на село.

Литература

1. Виноградов Д.В., Ильинский А.В., Данчеев Д.В. Экологические аспекты охраны окружающей среды и рационального природопользования: учебное пособие. - Рязань: ФГБОУ ВО РГАТУ. - 2017. - 128 с.

2. Ильинский А.В., Виноградов Д.В., Гогмачадзе Г.Д. Комплексная нефтеэкологическая оценка загрязненных нефтяными углеводородами почв и грунтов как основа для их эффективной биологической очистки // АгроЭкоИнфо. - 2017, №1. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2017/1/st_105.doc.

3. Ильинский А.В., Кирейчева Л.В., Виноградов Д.В. Биоремедиация загрязнённых нефтепродуктами почв при помощи карбонатного сапропеля и биопрепарата «Нафтокс» // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. - 2016, № 2 (30). - С. 9-13.

4. Ильинский А.В., Виноградов Д.В., Абрамов В.В., Вегерин А.В., Гогмачадзе Г.Д. Экологические особенности биологической очистки почвогрунтов от застарелой загрязненности нефтепродуктами // АгроЭкоИнфо. - 2018, №1. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2018/1/st_124.doc.

5. Ильинский А.В., Виноградов Д.В. Особенности биологической очистки от застарелых нефтяных загрязнений почвогрунтов промышленного предприятия // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. - 2017, № 1 (33). - С. 5-11.

6. Ильинский А.В., Виноградов Д.В., Побединская Г.В., Данчеев Д.В., Гогмачадзе Г.Д. Результаты экологической оценки остаточной токсичности загрязненной нефтепродуктами почвы при проведении реабилитационных мероприятий // АгроЭкоИнфо. - 2018, №3. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2018/3/st_350.doc.

7. Ильинский А.В., Виноградов Д.В., Балабко П.Н. Некоторые аспекты обоснования системы комплексного контроля при проведении мероприятий по реабилитации техногенно загрязнённых земель // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. - 2015, № 4 (28). - С. 10-15.

8. Ильинский А.В., Виноградов Д.В., Гогмачадзе Г.Д. К вопросу повышения эффективности проведения работ по реабилитации техногенно загрязнённых земель с помощью внедрения современной системы комплексного контроля // АгроЭкоИнфо. - 2016, №3. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2016/3/st_320.doc.

9. Виноградов Д.В., Вавилова Н.В., Дуктова Н.А., Лупова Е.И. Практикум по растениеводству. - Рязань - 2018. - 320 с.

10. Виноградов Д.В., Жулин А.В. Методические рекомендации по возделыванию ярового рапса в Рязанской области // Российская академия сельскохозяйственных наук; ГУ Рязанский НИПТИ АПК). - Рязань. - 2008.

11. Виноградов Д.В. Биохимическая оценка семян масличных культур юга Нечерноземья // В сборнике: Молодежь и инновации-2009. Материалы Международной научно-практической конференции молодых ученых, посвященной 170-летию УО БГСХА. Совет молодых ученых. - 2009. - С. 28-30.

12. Виноградов Д.В., Артемова Н.А. Методические рекомендации по возделыванию масличного льна в Рязанской области. - Рязань. - 2010. - 26 с.

13. Виноградов Д.В., Бышов Н.В., Лупова Е.И. Возможность использования масличных культур в качестве сырья для производства экологически чистого топлива // В сборнике: Молодёжь в поисках дружбы Материалы Республиканской научно-практической конференции. Институт энергетики Таджикистана. - 2017. - С. 28-33.

14. Лупова Е.И., Виноградов Д.В. Технология производства яровых рапса и сурепицы в Нечерноземной зоне России. Учебное пособие. - Рязань. - 2018. - 86 с.

15. Мастеров А.С., Виноградов Д.В., Потапенко М.В., Трапков С.И., Балабко П.Н., Лупова Е.И. Практикум по земледелию. - Рязань. - 2018. - 256 с.

16. Россия в цифрах. 2018: Краткий статистический сборник / Росстат. - М. - 2018. - 525 с.

17. Статистические материалы и результаты исследований развития агропромышленного производства России. Отдел. экономики и земельных отношений РАСХН. - М. - 2009. - 32 с.

18. Чертов А.Г. Физические величины (терминология, определения, обозначения, размерности, единицы): Справочник. - М.: Аквариум. - 1997. - 335 с.

19. Итинская Н.И., Кузнецов Н.А. Справочник по топливу, маслам и техническим жидкостям. - М.: Колос. - 1982. - 208 с., ил.

20. Поспелов Г.С., Долгодворов В.Е., Жеруков Б.Х. и др. Растениеводство. Под ред. Г.С. Посыпанова. - М.: Колос С. - 2006. - 612 с., ил.

21. Поляков А.В., Сельмен В.Н. Энергетический баланс, оценка возможности перехода сельхозпредприятий на биотопливо, пути решения проблемы //Альтернативный киловатт. - 2010, № 5. - С. 6-11.

22. Авторское свидетельство РФ № 40384. Лён масличный САНЛИН / Козлов В.П., Логунов В.А., Назаров В.Г., Поляков А.В., Сельмен В.Н. Заявлено 27.11.2003. Опубликовано 25.01.2008.

23. Рекомендации. Возделывание ярового рапса на маслосемена в Нечернозёмной зоне России. - М.: ФГУ «Российский Центр сельскохозяйственного консультирования». - 2006. - 30 с.

24. Поляков А.В. Биотехнология в селекции льна: Монография. - М. - 2010. - 201 с.

25. Поляков А.В., Виноградов Д.В. Особенности и перспективы использования льна масличного сорта Санлин // Научно-практические аспекты технологий возделывания и переработки масличных культур: материалы Междунар. науч.-практ. конф. - Рязань, РГАТУ. - 2013. - С. 224-229.

26. Сельмен В.Н. Перспективы использования масличного льна для энергосбережения сельского хозяйства // Научно-практические аспекты технологий возделывания и переработки масличных культур: материалы Междунар. науч.-практ. конф. - Рязань, РГАТУ. - 2013. - С. 284-290.

Размещено на Allbest.ru