Енергетичний баланс біомаси Телеполіса
Справжній потенціал єдиного відповідного замінника нафти - Частина II
Біомаса, так! "Тому що він є регенеративним і невичерпним" - принаймні так йдеться на веб-сайті німецького лобі з біомаси. Однак слід зазначити, що біомаса може бути регенеративною, але вона лише частково невичерпна. Якщо, наприклад, ви зможете з’ясувати, яка рослина має найкращий енергетичний баланс, а потім вирощувати її у всьому світі, ця монокультура стане катастрофою як для грунту, так і для флори та фауни. Біомаса повинна бути забезпечена належним бюджетом. Як ти це робиш?
У випадку біомаси енергетичний баланс - це енергія, яку ви отримуєте з неї, мінус енергія, яку ви в неї вкладаєте: дизель для тракторів та транспорту, добрива, можливо енергія для перетворення в газ чи рідину тощо. Але перш ніж ми з цим розберемося, спочатку слово про придатність терміну загалом.
Біомасу часто критикують за такий поганий енергетичний баланс. Порівняно з іншими відновлюваними джерелами енергії, це, безумовно, правильно:
Вітрогенератор виробляє багато разів енергію, необхідну для його виробництва, будівництва та утилізації. Навіть фотоелектрика легко генерує в 5 разів більше енергії, ніж їй потрібно. У випадку з етанолом, навпаки, він стає дефіцитним; Що стосується етанолу з кукурудзи, то навіть часто стверджують, що енергетичний баланс у деяких випадках навіть негативний. Джерело: Власні оцінки на основі різних досліджень.
Часто кажуть, що вугільна електростанція або атомна електростанція могли б зробити ще краще: в той час як вітроелектростанція в вигідному розташуванні окупається за енергію менш ніж за рік, а фотоелектрична окупається за кілька років, вугільна або атомна електростанція генерує Енергія менше ніж за місяць. Це правда, поки хто ігнорує той факт, що вугільна або атомна електростанція поглинає величезну кількість невідновлюваних ресурсів. Дедалі дефіцитніший ресурс ніде не включений до розрахунку.
Візьмемо приклад вугільної електростанції з типовим коефіцієнтом корисної дії близько 35%, тобто близько двох третин енергії, що міститься у вугіллі, витікає невикористаною як відпрацьоване тепло. Отже, ви завжди вкладаєте в 3 рази більше енергії на звичайну вугільну електростанцію, ніж це має сенс у підсумку. Якщо взяти цей факт до уваги в так званому енергетичному балансі, то буде «-3». Тоді найпізніше стає зрозумілим, що ми вкладаємо в такі електростанції більше енергії, ніж вони виробляють, коли вугілля не вистачає.
Настав час нафти. Згідно з доповіддю від листопада 2003 року, сьогодні ви отримуєте в 17 разів більше енергії, видобуваючи нафту, ніж інвестуєте. Однак 100 років тому EROI (Енергетична віддача інвестицій) становила 100. Тенденція різко падає.
Інакше йде справа з відновлюваними джерелами енергії: тут використовуваною енергією є переважно сонячна енергія, тобто невичерпна за людськими мірками. Ми не закінчимо сонце, якщо побудуємо більше фотоелектричних систем. І вітер дме не менш сильно над Німеччиною, оскільки тут встановлено 14 000 турбін.
Чим більше ми переходимо на відновлювану сировину (NawaRo), тим кращим стає наш "макробаланс": Ми все одно мали б продукцію, хоча ми витрачаємо менше сировини. Термін NawaRo стосується біомаси в цілому, а не лише для енергетичних цілей. Наприклад, якщо ви робите опори електроенергії з дерева, а не з бетону або сталі, ви значно зменшуєте викиди CO2:
Біомаса пов'язує CO2 та інші елементи з атмосфери. Вони завжди виділяються знову під час гниття або спалення, але лише в тій же кількості, що була зв’язана. Тому біомаса є СО2-нейтральною. Це потрібно пам’ятати, говорячи про «викиди» біомаси. Для порівняння: коли ми спалюємо викопне паливо, ми виділяємо в 150 000 разів більше СО2, ніж природним чином пов’язано таким чином, оскільки кількість вугілля, газу та нафти, яку ми щорічно споживаємо, накопичується за 150 000 років.
Тому порівняння між енергетичним балансом відновлюваних джерел енергії та невідновлюваних джерел енергії є абсолютно оманливим. Якщо одного разу у нас закінчаться ресурси, ми більше не зможемо експлуатувати ці звичайні електростанції. Але чим більший парк електростанцій працює з відновлюваними джерелами енергії, тим більшою є основа для подальшого зростання без викопного палива. Таким чином, «гора сміття» зменшується в широкому сенсі: цінні ресурси, такі як сира нафта, зберігаються, а утворюється менше відходів (СО2 тощо).
Перший крок у цьому напрямку також робиться, коли біоматеріали змішуються з викопними матеріалами. Подібно до того, як біопаливо сьогодні вже змішується з викопним паливом, вугільні електростанції можна частково спалювати деревиною та соломою. У своєму дослідженні "Біоенергетика: молодь для Німеччини", проведене в 2004 р., Інститут Öko підрахував, що без великих технічних зусиль можна додати до 10% біомаси. Потрібно було б переустановити лише конвеєрні стрічки та подібні елементи інфраструктури для біомаси.
В Англії перші заявки вже надійшли від операторів електростанцій, які хочуть спалити оливкові та пальмові зерна на додаток до вугілля. Залишки оливки (так званий "оливковий пиріг"), а також інші фруктові зерна та залишки вже спалюють на деяких електростанціях на півдні Європи. І біомасу можна використовувати не тільки на звичайних вугільних електростанціях, але і на нових установках IGCC (вугілля як міст до майбутнього відновлюваних джерел енергії).
Інші електростанції зараз повністю налаштовані на біомасу, наприклад, соломотрова установка потужністю 36 МВт в Елі/Англія. Солома має майже нейтральний енергетичний баланс. Чи варто взагалі спалювати солому, чи не краще було б імпортувати обрізки фруктів з Південної Європи? Або ще краще: чи не можна уникнути транспортних втрат, спалюючи залишки фруктів на півдні Європи?
Яка рослина має найкращий енергетичний баланс?
Це правда: Не варто вирощувати «солому» (зерно) як енергетичну культуру. Але ви цього взагалі не робите - не потрібно, бо солома у великих кількостях доступна як відхід сільського господарства. Іншими словами: ви можете або орати під надлишком соломи - у багатьох регіонах соломи більше, ніж потрібно для годування тварин - у полі, або спалювати її для отримання енергії. Останнє має більш економічний сенс; перший повертає цінні речовини в грунт, щоб він не вимивався. Але якщо ви спалите біомасу, ви все одно можете використовувати попіл як добриво.
Отже, ви можете бачити, що сам розрахунок енергетичного балансу рослини говорить не про все. Крім того, наявні показники енергетичного балансу не обов'язково є надійними, оскільки транспортні маршрути, наприклад, неможливо розрахувати. Не дивно, що надійні оцінки важко знайти, оскільки ви не можете визначити всі параметри.
Тим не менше, варто порівняти оцінені енергетичні баланси різних енергетичних культур, оскільки, крім щільності енергії, це ключовий параметр для рішення, чи корисним буде вирощування певного виду біомаси та її транспортування на певну відстань. Під назвою FairBioTrade МАЕ встановило завдання 40, щоб точно дослідити, коли варто торгувати, якими видами біомаси і як це можна підтримати.
Як видно вище, етанол, виготовлений з деревини, має кращий енергетичний баланс, ніж етанол, виготовлений з кукурудзи. Чому ви взагалі вирощуєте кукурудзу як енергетичну культуру? Питання можна розширити, оскільки найвищі врожаї приносять дуже специфічні, швидко зростаючі породи деревини, такі як тополя та верба. Однак пальми та очеретяні трави (Міскантус) навіть кращі. Зараз уже на пенсії телевізійний журналіст і автор Франц Альт відомий як прихильник тези, що китайський очерет може покрити все наше енергопостачання. Він вважає врожайність 30 т сухої речовини з гектара/рік, що відповідає 14000 літрам мазуту з гектара/рік. Оцінка експертів з енергетики Дітера Зайфріда та Вальтера Вітцеля, які вважають можливий урожай максимум трохи менше 12000 літрів, із середнім значенням нижче 10000, є ще більш консервативною. Але принаймні: це було б удвічі більше, ніж з Віденом та Паппельне.
Тоді чому б не виростити китайські плантації очерету замість швидко зростаючих лісів? Згідно з американським дослідженням, етанол, виготовлений із кукурудзи, має енергетичний баланс 121%, а от очерету - 3,430%. У Німеччині люди менше покладаються на етанол (як добавку до бензину), а більше на ріпакову олію (дизель). Але чому ви вирощуєте ріпак, коли теоретично врожай очерету набагато кращий?
Ну, з одного боку є критики міскантусу. Практичні недоліки міскантусу стали очевидними за останні кілька десятиліть. як доктор Герман Хансен, консультант з біоенергетики в спеціалізованому агентстві з відновлюваних джерел сировини, пояснив це на запит Telepolis. По-перше, на відміну від ріпаку, Міскантус - це багаторічна рослина, тобто до збирання врожаю потрібно кілька років, і лише через роки ви отримуєте найвищий урожай. (Однак доктор Хансен говорив про максимальну врожайність близько 20 тонн на рік, що на 33% менше, ніж у Франца Альт.) Однак при ріпаку ви отримуєте найвищий урожай щороку - при природних коливаннях.
У цьому відношенні плантація міскантуса схожа на плантацію тополі, яка вимагає планування та збереження сили. Однак, на відміну від лісів та полів ріпаку, урожай є проблемою для Міскантуса, оскільки рослина збирається навесні, коли грунт досить вологий. Якщо машини заглиблюються занадто глибоко в землю, вони розчавлюють коріння. Таке ущільнення ґрунту, як правило, є потенційною проблемою у сільському господарстві, включаючи ріпак, каже д-р. Гансен, адже коли восени збирається дощ під час збору врожаю, машини залишають глибокі сліди на полях. Однак це ущільнення ґрунту під час збору врожаю не є меншою проблемою для однорічних рослин, оскільки ґрунт у такому випадку зазвичай знову розораний.
Подібні перешкоди можна зустріти і з оліями: наприклад, пальмова олія має набагато кращий енергетичний баланс, ніж ріпак. На жаль, у Німеччині важко вирощувати пальми, а транспорт із більш південних широт ставить баланс у перспективу. Ви також відмовляєтесь від своєї енергетичної незалежності, коли імпортуєте все. У Німеччині ріпак можна вирощувати на відведених землях, і якщо використовувати всю рослину - а не лише насіння - енергетичний баланс відповідно збільшується.
Суть біомаси: вона повинна бути різноманітною, тобто вам потрібно вирощувати різні рослини, щоб біомаса залишалася стійкою. Слід уникати монокультур. Ви повинні побачити, як можна використовувати раніше невикористовувану біомасу - від органічних відходів до невикористаних залишків деревини та соломи - для отримання енергії.
Вражаючі прориви?
Ще три останні події не повинні залишатись без згадування, але вони не будуть далі оцінюватися тут, оскільки вони є настільки ж спекулятивними, як і вражаючими.
Перший розвиток стосується водоростей у солоних ставках, що створюються в пустелі. За підрахунками NREL, ці водорості вироблятимуть стільки біодизеля на пустельній площі порядку 38000 км 2 - менше десятої частини загальної площі пустелі в США - що США більше не потребують сирої нафти як палива (тому мазут включено). Якщо цей метод виявиться ефективним і не спричинить забруднення навколишнього середовища (наприклад, засолення ґрунтів у пустелі внаслідок випаровування), це розширить площу, придатну для використання з біомасою, великими пустельними територіями. Дослідники впевнені, що всі екологічні проблеми можна вирішити.
Про другий розвиток подій у американській пресі повідомляється багато під жахливим написом Oil from Everything (Краще індичка в резервуарі, ніж голуб на даху). Видобувати газ з біомаси та біовідходів можна було давно, але мета тут - прискорити природний процес видобутку нафти - відходи можна перетворити на біодизель за кілька годин. Після того, як американський журнал Discover виявив процес у 2003 році, був великий інтерес, але спорудження першої великої системи було довгим часом, і влітку 2004 року журнал повідомляв лише про затримку через будівельні дефекти.
Пілотна установка, яка перетворює 7 тонн залишків птиці на нафту, викликала великі сподівання, і прес-секретар преси Джулі Гелфанд з відновлюваних джерел енергії сказала Telepolis, що новий завод, який переробляє більше 200 тонн на день, затверджений (грудень 2004 р.) На 80% зайнятий видобутком нафти за 15 доларів за барель.
Третій розвиток стосується цілих рослин. Ми пам’ятаємо: з ріпаком ви використовуєте лише насіння. Однак весь енергетичний баланс можна збільшити, якщо стебла, листя тощо використовувати також енергійно. Тут цікава фірма Choren з Німеччини. Вона розробила технологію, яка може обробляти не тільки цілі рослини, але й змішані рослини, тобто вам не потрібні монокультури (як у ріпаку), ви можете просто скосити луг.
Поглинач енергії або джерело енергії? Макробаланс
Якщо нам вдасться стабільно розвивати біомасу, нам, мабуть, доведеться змінити весь свій спосіб життя. Щоб це було зрозуміло, нам потрібно поглянути на наші харчові звички.
Автори "Меж зростання" підрахували, що сьогодні на вирощування риби витрачається більше енергії, ніж у кінцевому підсумку отримує риба. Подібна ситуація і з сільським господарством: ми накачуємо стільки добрив, що наші поля генерують менше енергії, ніж ми інвестуємо. Швейцарське дослідження показало, що ви отримуєте приблизно на 20% менше врожаю в органічному землеробстві, але ви використовуєте 50% енергії. Мова йде не лише про саму енергію, а про всі ресурси, які стають дефіцитними. Приклад: острів Науро - прославлений в 2001 році біженцями, яких Австралія розмістила там після того, як їх не пустили до країни як іммігрантів, - місячний пейзаж; деградація фосфату там робить острів непридатним для життя.
Американський автор Річард Меннінг пропонує іншу точку зору. Він описує, як американці їдять тонни цукру та білка в The Oil We Eat. Від цього у них діабет та ожиріння. Тож сільське господарство Сполучених Штатів з’їдає багато добрив, хімікатів та енергії, щоб хворіти на американців. У Німеччині баланс лише трохи кращий.
Що також говорить Меннінг: Що стосується енергетичного балансу, має сенс не лише відмовитися від м’яса, але і перейти на дичину. Ці тварини живуть на рослинах, які не особливо корисні для людини - як риба в морі. Енергетичний баланс тварин і риб негативний лише в тому випадку, якщо ви розводите їх.
До того ж: якщо ми не вкладемо стільки зерна в розведення тварин, багато землі буде вільним під енергетичні культури. Ми були б здоровішими завдяки чистішому навколишньому середовищу та більш дружній для людей їжі.
Крейг Морріс перекладає для Petite Planète. (Крейг Морріс)