Энергетические культуры
Энергетические культуры — сельскохозяйственные культуры, выращиваемые для энергетических нужд.
Виды энергетических культур
[править | править код]Традиционными энергетическими культурами являются кукуруза и сахарный тростник, которые выращиваются для производства этанола в промышленных масштабах, например в таких странах, как Бразилия и США. Они применяются для производства биоэтанола.
Выращивание энергетических трав находится в стадии исследований. Для производства биомассы предполагается использовать различные травы: канарский тростник, мискантус (серебряная трава, слоновья трава), просо прутьевидное (лат. Panicum virgatum, англ. switchgrass) и другие.
Урожайность канарского тростника составляет 5—7 тонн биомассы на гектар, урожайность мискантуса до 10—12 тонн на гектар (примерно эквивалентно 36 баррелей нефти). Выведены гибриды мискантуса с урожайностью до 60 тонн с гектара.
В России можно использовать бодяк и коровяк, которые неприхотливы к местам обитания и содержат в своем составе 7,6 %—9,6 % пиролитических масел.
Применение
[править | править код]Производство электрической и тепловой энергии
[править | править код]Багасса сахарного тростника используется в Бразилии в качестве топлива на электростанциях. В 2000 году в Бразилии было производено около 50 миллионов тонн багассы. В 2001 году в Бразилии на багассе работали электростанции суммарной мощностью 1350 МВт. Электроэнергия, производимая из багассы, продавалась по цене $0,036 за кВт·ч. Около 97 % электроэнергии Бразилия производит на гидроэлектростанциях. Во время засушливых сезонов уровень воды падает, что приводит к снижению производства электроэнергии. Применение багассы позволяет сгладить сезонные перепады в производстве электроэнергии.
В США стебли кукурузы используются для производства топливных пеллет.
Также в качестве топлива на электростанциях используются отходы сельского хозяйства: пшеничная и рисовая солома, рисовая шелуха и т. д.
В Индии ежегодно выращивается около 80 миллионов тонн бамбука. Правительство Индии учредило Национальную Миссию Бамбуковых Приложений (NMBA). С 1996 по 2006 годы в Индии была построена 101 электростанция, работающая на биомассе, суммарной мощностью 750 МВт. Всего Индии ежегодно выращивается более 540 миллионов тонн различных растений, большая часть которых в настоящее время не утилизируется.
Биогаз
[править | править код]Различные культуры могут использоваться для производства биогаза. Например, биогаз, произведённый из сахарного тростника, содержит энергии больше, чем этанол, произведённый из такого же количества сахарного тростника. Но топливо в жидкой форме более удобно для хранения, транспортировки, распространения.
Биодизель
[править | править код]
Для производства биодизеля используются растения с большим содержанием липидов. Сырьём для производства биодизеля могут быть самые различные культуры, в том числе не пищевые, например, ятрофа.
| Сырьё | кг масла/га | литров масла/га |
|---|---|---|
| кукуруза | 145 | 172 |
| кешью | 148 | 176 |
| овёс | 183 | 217 |
| люпин | 195 | 232 |
| календула | 256 | 305 |
| хлопок | 273 | 325 |
| конопля | 305 | 363 |
| соя | 375 | 446 |
| кофе | 386 | 459 |
| лён | 402 | 478 |
| лесной орех | 405 | 482 |
| семена тыквы | 449 | 534 |
| кориандр | 450 | 536 |
| семена горчицы | 481 | 572 |
| Рыжик (растение) | 490 | 583 |
| кунжут | 585 | 696 |
| Сафлор красильный | 655 | 779 |
| рис | 696 | 828 |
| подсолнечник | 800 | 952 |
| какао | 863 | 1026 |
| арахис | 890 | 1059 |
| мак | 978 | 1163 |
| рапс | 1000 | 1190 |
| олива | 1019 | 1212 |
| клещевина | 1188 | 1413 |
| пекан | 1505 | 1791 |
| жожоба | 1528 | 1818 |
| ятрофа | 1590 | 1892 |
| макадамия (орех) | 1887 | 2246 |
| Бразильский орех | 2010 | 2392 |
| авокадо | 2217 | 2638 |
| кокос | 2260 | 2689 |
| пальмовое масло | 5000 | 5950 |
| сальное дерево | 5500 [1] |
Данные The Global Petroleum Club
Таблица: Производство масла из различного сырья с одного гектара земли
9 января 2008 года в китайской провинции Гуанси стартовала программа под названием «1 миллион му био-энергетических лесов» (анг. «1 Million Mu Bio-Fuel Forest Project»). 1 миллион му равен примерно 165 000 акров. На этой площади будет высажена ятрофа. Всего в Китае 212 миллионов гектаров маргинальных земель на которых могут выращиваться биоэнергетические культуры.
Биоэтанол
[править | править код]В настоящее время большая часть биоэтанола производится из кукурузы (США) и сахарного тростника (Бразилия). Сырьём для производства биоэтанола также могут быть различные с/х культуры с большим содержанием крахмала, или сахара: маниок, картофель, сахарная свекла, батат, сорго, ячмень, и т. д.
Большим потенциалом обладает маниок. Маниоку в больших количествах производят Китай, Нигерия, Таиланд. Себестоимость производства биоэтанола из маниоки в Таиланде около $35 за баррель нефтяного эквивалента.
Лучшим климатом для производства сахарного тростника обладает Перу, страны Карибского бассейна. В больших количествах сахарный тростник могут также производить Индонезия, некоторые африканские страны, например, Мозамбик.
Этанол можно производить в больших количествах из целлюлозы. Сырьём могут быть различные отходы сельского и лесного хозяйства: пшеничная солома, рисовая солома, багасса сахарного тростника, древесные опилки и т. д.
Производство этанола из целлюлозы пока экономически не рентабельно.
По данным Департамента сельского хозяйства США (USDA) средняя урожайность проса прутьевидного в США составляет 5 тонн с гектара в сухом весе. Средняя себестоимость производства биомассы — $65,86 за тонну (в сухом весе). При цене биомассы проса прутеьевидного в $50 за тонну, себестоимость производства этанола составит $0,13 за литр. Данные получены по результатам исследований 10 фермерских хозяйств, занимающихся коммерческим выращиванием проса прутьевидного[1].
Биобутанол
[править | править код]Бутанол- C4H10O — бутиловый спирт. Бесцветная жидкость с характерным запахом. Широко используется в промышленности.
Бутанол начал производиться в начале XX века с использованием бактерии Clostridia acetobutylicum. В 50-х годах из-за падения цен на нефть начал производиться из нефтепродуктов.
Сырьём для производства биобутанола могут быть сахарный тростник, свекла, кукуруза, пшеница, маниок, а в будущем и целлюлоза.
Экология
[править | править код]Энергетические плантации биомассы предупреждают эрозию почвы, способствуют улучшению состояния окружающей среды. При сжигании биомассы на электростанции в атмосферу выбрасывается только тот СО2, который был поглощён растением во время роста.