28

Міністерство аграрної політики та продовольства України

Аграрно-економічний коледж Полтавської державної аграрної академії

ЕНЕРГЕТИЧНІ РОСЛИНИ

В УКРАЇНІ:

ПРОБЛЕМИ, МОЖЛИВОСТІ,

ПЕРСПЕКТИВИ

Робота представлена на конкурс:

«Природне землеробство України – шлях до здоров'я і добробуту нації»

За напрямом «Організаційно-економічні та правові проблеми

органічного виробництва та шляхи їх розв’язання»

Роботу виконала:

РЕКАЛО Олена Миколаївна,

студентка Аграрно-економічного коледжу

Полтавської державної аграрної академії

Науковий керівник:

КАЛІНІЧЕНКО Антоніна Володимирівна,

д.с.-г.н., професор,

Директор навчально-наукового інституту

інформаційних та інноваційних освітніх

технологій Полтавської державної

аграрної академії

Полтава – 2011

ЗМІСТ

ВСТУП ………………………………………………………………………………… 3

РОЗДІЛ 1. ПОТЕНЦІАЛ ЕНЕРГЕТИЧНИХ РОСЛИН……………………………....6

1. Вирощування енергетичних культур ………………………………… 6

2. Використання біомаси у якості палива

РОЗДІЛ 2. ЕКОЛОГІЧНІ ЗАСАДИ ВИРОЩУВАННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ

КУЛЬТУР……...............................................................................................................12

РОЗДІЛ 3. ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА БІОПАЛИВА………………………..14

ВИСНОВКИ …………………………………………………………………………. 21

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ…………………………………………..... 23

ДОДАТКИ …………………………………………………………………………… 24

ВСТУП

Кожного року земна поверхня поглинає 5,2 – 1023 Дж сонячної енергії. Всі створені людиною енергосистеми світу виробляють лише незначну частину цієї енергії. Першість із засвоєння і накопичення енергії Сонця по праву належить рослинам. У біомасі суші рослини становлять 2400 млрд. т, тоді як загальна маса всіх тварин і мікроорганізмів — 23 млрд. т. Саме тому, дослідження можливостей використання рослин у якості енергетичної сировини викликає все більшу зацікавленість людства.

Одне із найважливіших завдань сьогодення полягає у тому, що суспільство повинно визначитись у ставленні до біомаси з енергетичних рослин та їх місці у сучасному сільськогосподарському виробництві, у першу чергу органічному землеробстві. А виробникам біопалива важливо по-новому оцінити, енергетичний потенціал сільськогосподарських культур та на потенційно новому рівні з використанням еколого-економічних критеріїв обґрунтувати доцільність їх вирощування. Адже новітні технології переробки біомаси дозволяють перетворювати її енергію і в рідкий стан, зокрема етанол та бутанол, і в твердий – брикети, пелети, і в газоподібний — біогаз, метан.

Енергетичний потенціал наявної в Україні біомаси у тому чи іншому вигляді, становить ≈ 24 млн. тонн умовного біопалива на рік. Проте використовується нині він лише на два відсотки [5]. Біомасу вигідно вирощувати в різних регіонах нашої країни, особливо на сільськогосподарських землях низьких класів, де вирощування інших культур є недоцільним. При вирощуванні енергетичних культур затрати в перерахунку на еквівалент енергії у десятки разів нижчі, порівняно з вартістю енергоносіїв, отриманих з традиційних джерел. Поза сумнівом, науково-обґрунтоване виробництво енергетичних культур може мати позитивний ефект не тільки з економічної точки зору, а й відповідно на збереження та відтворення екосистем. Крім того, плантації окремих енергетичних культур можуть додатково використовуватися для утилізації стоків та вирішення цілої низки інших проблем, пов’язаних із забрудненням довкілля, ерозією ґрунтів, а також мінімалізації тенденцій глобального потепління. І, нарешті, «енергетичні» місцевості отримають значну кількість робочих місць і нові податки у місцеві бюджети.

Нині людство відчуває дуже гостру потребу у продовольстві. Як відомо, на даний момент кількість голодуючих людей у світі становить близько 1 млрд. чоловік. Тому надзвичайно актуальною проблемою як у нашій країні, так і за кордоном є проблема забезпечення населення якісними з одного боку, а з іншого – економічно вигідними для виробника продуктами харчування, для виробництва яких потрібні величезні енерговитрати. Особливо значні обсяги енергії витрачаються в процесі обробітку ґрунту, при видобутку корисних копалин та мінеральних ресурсів, у той час як певна її кількість концентрується у біомасі урожаю. Причому кількість енергії, що витрачається на виробництво та переробку продукції рослинництва та тваринництва іноді перевищують енергію, що сконцентрована у врожаї. Тому постає питання про місце біоенергоконверсії у органічному землеробстві, а також можливість отримання біоенергоносіїв, які могли б бути екологічно максимально не шкідливими для біосфери та рентабельними для виробництва.

Вченими доведено, що енергетична вартість продуктів харчування з ростом потреб людства і розвитком технологічних процесів споживання енергії буде невпинно зростати [ 2]. Запаси природного палива Планети є вичерпними та весь час зменшуються, тому потрібно шукати альтернативні джерела і технології виробництва енергії з відновлювальних ресурсів. Так як бензин, дизельне пальне і електроенергія не є дешевими та екологічно чистими носіями енергії, доцільно використовувати рослинну сировину та її відходи. У працях багатьох науковців висловлюється негативне ставлення до вирощування «енергетичних культур» у нашій країні, адже це шкодить родючим чорноземам України [1]. Це абсолютно вірне твердження й було б мабуть дивним, якби хтось пропонував засадити наші найкращі ґрунти на 100% вербою чи міскантусом. Проте при вмілому та науково-обґрунтованому відході до використання та висаджування таких рослин на деградованих, забруднених чи непридатних до сільськогосподарського використаннях землях, яких у нас, нажаль, чимала кількість, можна було б отримати значний еколого-економічний ефект. На нашу думку, такий підхід не тільки не протирічить основним принципам екологічного землеробства, а разом із дослідженням технологій утилізації залишків аграрного виробництва рослинного та тваринного походження, навіть є окремим науковим напрямком екологічної біоенергоконверсії. Для розробки нетрадиційних технологій рослинництва та фітоенегретики необхідно об’єднатися селекціонерам, генетикам і біотехнологам для створення новітніх форм рослин з високою активністю фотосинтезуючого апарату та здатністю утворювати біомасу необхідної якості за умов їх невимогливості до умов живлення.

Згідно з прогнозами змін інтенсивності використання сільськогосподарських угідь, землеробство в усьому світі все більше буде орієнтуватися на вирощування енергетичних культур в якості сировини для промисловості і локальної енергетики [3].

Актуальність роботи полягає в тому, що нами досліджувалися екологічно безпечні шляхи використання біомаси у енергетичних цілях.

Метою роботи є зниження витрат традиційних енергоносіїв у аграрному виробництві за рахунок визначення екологічно безпечних форм виробництва та використання біомаси у енергетичних цілях.

Об’єктом дослідження є шляхи отримання біоенергії з рослинницької сировини на аграрному підприємстві (див. акт впровадження – дод. А).

Реалізація поставленої мети передбачає розв’язання таких завдань: 1) дослідити теоретичні основи вирощування енергетичних культур та їх місце у органічному землеробстві; 2) представити способи використання біомаси у енергетичних цілях; 3) продемонструвати важливість біоенергетики у сучасних умовах.

Наукова новизна роботи полягає в розробці науково-обгрунтованих підходів до застосування біоенергетики у рамках органічного землеробства.

Особистий внесок дослідника. Автор роботи приймав безпосередню участь в дослідженнях, обробляв результати, формував висновки.

Структура наукової роботи: вступ, 3 розділи, висновки, список використаних джерел, додатки. Основні наукові результати апробовано та викладено у тезах доповіді у збірнику матеріалів VIIІ щорічного міждисциплінарного семінару «Студентські роботи за науковою тематикою кафедри інформаційних систем і технологій Полтавської державної аграрної академії», листопад 2011 (див. додатки Б, В).

Розділ 1 потенціал енергетичних рослин

1.1. Вирощування енергетичних культур

Забезпечення енергоресурсами є важливим стратегічним моментом ефективного розвитку держави. Тому виходом з екологічної і економічної кризи, що утворилася в Україні, є використання відновлювальних джерел енергії. І зараз важливо звернутися до світового досвіду по використанню нетрадиційних видів палива.

«Зелене паливо» – так інколи називають палива рослинного походження, є енергетичною сировиною, для отримання якого потрібна «зелена» біомаса. Проте чим більше говорять про біоенергетику, тим частіше під поняттям «біопаливо» розуміють рідкі біопалива (біодизель, біоетанол і метанол) та забувають про тверді та газоподібні. Однак не меншої уваги заслуговують біогаз, синтез-газ, піролізні рідини, відходи сільськогосподарської та побутової продукції, залишки та переробки деревини. Саме енергетичні рослини, які вирощуються для отримання енергії чи палива, в найближчому майбутньому створять конкуренцію газу чи дизелю. До них належать такі харчові рослини, як пшениця та цукрова тростина, нехарчові – енергетична верба, тополя та багаторічні трави, ріпак, соя, соняшник, кукурудза, льон та інші.

Термін «енергетичні плантації» вживається для визначення плантацій твердих порід деревини, що швидко зростають в початковий період і розмножуються шляхом зрізання й пускання паростків з пеньків. велика кількість культур була досліджена для потенційної можливості використання їх в якості енергетичних культур, але тільки невелика кількість досягла комерційного рівня і вирощується на великих площах. Попит на такі культури призвів до їх клонування з більш придатними характеристиками та показниками, такими як стійкість до морозів, засухи, шкідників та енергетичної цінності [6].

Найбільш сприятливі швидкозростаючі культури для отримання твердих біопалив – це верба та тополя. У Швеції та Данії вони збираються і використовуються в місцевих системах опалення на заводах для комбінованого виробництва теплової та електроенергії [6]. На сьогодні існує немало станцій комбінованого спалювання вугілля з додаванням біопалива (солома, тріска), використання яких зменшує споживання викопних палив, та шкідливі викиди в атмосферу.

Вирощування плантацій енергетичних культур в Україні знаходиться тільки на стадії експериментальних дослідів, і то — в невеликій кількості [4].

Здійснюються спроби вивести нові швидкозростаючі сорти багаторічних трав, а також адаптувати відомі культури до ґрунтово-кліматичних умов та технологій землеробства в Україні. Науково-дослідними питаннями вирощування енергетичних культур займаються співробітники Національного аграрного університету, компанія "Ріка-біопаливо", селекцією нових сортів займаються фахівці Національного ботанічного саду ім. М. М. Гришка. Особливу популярність завоював щав-нат (щавель гібридний овочево-кормовий сорту Румекс), який одержав широке визнання, насамперед, як енергетична рослина, що має всі оптимальні характеристики для виробництва біопалива [2].

До енергетичних рослин також належать верба, міскантус, вільха, акація. Маючи майже удвічі більший щорічний приріст біомаси у порівнянні з деревиною і у півтора рази більшу теплотворну здатність, їх можна вважати одним із важливих видів поновлювання твердого палива. Собівартість отримання сухої речовини таких культур у межах 150-200 грн./т і питома теплота згорання більше 3000 ккал/кг роблять паливо цих культур конкурентоздатним в порівнянні з іншими видами палива. Неабияку енергетичну цінність мають луб’яні культури. Біомаса швидко зростаючих енергетичних культур може бути використана як сировина у хімічній промисловості для виготовлення целюлози і метанолу, а також як відновлюване паливо. Сучасний стан земельно-ресурсного сільського господарства України дає змогу на спеціально відведених низькопродуктивних або деградованих сільськогосподарських угіддях, непридатних для вирощування сільськогосподарської продукції закладати енергетичні плантації швидкого обороту (табл. 1).

Економічна вигідність вирощування плантацій енергетичних рослин:

1. Низькі енергетичні витрати на обробіток при вирощуванні (мала потреба у гною та пестицидах).

2. Низькі витрати праці забезпечують швидку окупність інвестиції.

3. Висока продуктивність.

4. Можливість застосування стандартних машин як для передпосівного обробітку ґрунту, так і для посадки, а з незначними пристосуваннями – й для збору біомаси.

5. В перспективі – необмежений ринок.

6. Можливість вирощування на значних площах.

7. Безпечність для довкілля (екологічний аспект).

Таблиця 1