Биотопливо и его польза и вред
Биотопливо получают из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности человека и животных или органических промышленных отходов. Наиболее часто производится и используется биоэтанол или просто этанол. Еще в начале 20-го века Генри Форд планировал заправлять этанолом свою модель TS, и первые дизельные двигатели могли работать на арахисовом масле. Но открытие огромных нефтяных месторождений способствовало применению бензина и дизельного топлива, и биотопливо на некоторое время было забыто. Однако повышение цен на нефть, наряду с растущей обеспокоенностью по поводу выбросов углекислого газа, снова сделали биотопливо популярным.
Добыча и использование ископаемого топлива разрушает нашу планету
На самом деле бензин и дизельное топливо – это древнее биотопливо. Но их причисляют к ископаемым видам топлива, поскольку они происходят из разложившихся растений и животных, которые были погребены под землей миллионы лет назад. Отличие биотоплива в том, что оно производится из растительного или животного сырья, полученного в настоящий момент.
Рассмотрим теперь преимущества и недостатки использования биотоплива.
Преимущества биотоплива
Мобильность по сравнению с другими альтернативными источниками энергии
В настоящее время у более «радикальных» альтернативных энерготехнологий, таких как солнечная энергетика и ветроэнергетика, есть одна большая проблема — мобильность. Поскольку солнце и ветер не имеют постоянный характер, для обеспечения больших мощностей в таких энерготехнологиях приходится использовать относительно тяжелые аккумуляторные батареи (но с совершенствованием технологий эта проблема постепенно решается). С другой стороны — биотопливо, его довольно легко транспортировать, оно обладает стабильностью и довольно большой «энергоплотностью», его можно использовать с незначительными модификациями существующих технологий и инфраструктуры.
Снижение стоимости
В настоящее время на рынке биотопливо стоит столько же, сколько и бензин. Тем не менее, в использовании биотоплива больше преимуществ, поскольку это более чистый вид топлива, он производит меньше выбросов при сжигании. Биотопливо можно адаптировать к существующим конструкциям двигателей, которое будет хорошо использоваться в любых условиях. При этом такое топливо лучше для двигателей, оно снижает общие затраты на контроль за загрязнением двигателя и, следовательно, его использование требует меньше затрат на техническое обслуживание. С увеличением спроса на биотопливо есть вероятность, что в будущем оно станет дешевле. Таким образом, использование биотоплива будет менее тяжелым для кошелька.
Возобновляемые источники
Бензин получают из сырой нефти, которая не относится к возобновляемым ресурсам. Хотя современных запасов ископаемого топлива хватит еще на много лет, они в конечном счете когда-нибудь закончатся. Биотопливо изготавливается из различного сырья, такого как навоз, отходы сельскохозяйственных культур и растений, выращенных специально для топлива. Это возобновляемые ресурсы, которые, вероятно, не закончатся в ближайшее время.
Сокращение выбросов парниковых газов
При сжигании ископаемое топливо производит большое количество углекислого газа, который считается парниковым газом и причиной удержания солнечного тепла на планете. Сжигание угля и нефти повышает температуру и вызывает глобальное потепление. Чтобы уменьшить воздействие парниковых газов, можно использовать биотопливо. Исследования показывают, что биотопливо снижает выбросы парниковых газов до 65 процентов. Кроме того, при выращивании культур для биотоплива они частично поглощают оксид углерода, что делает систему использования биотоплива ещё более устойчивой.
Экономическая безопасность для стран, не обладающих большими запасами топлива
Не каждая страна обладает большими запасами нефти. Импорт нефти оставляет существенную брешь в экономике страны. Если люди начнут склоняться в сторону использования биотоплива, то зависимость от импорта будет снижаться. Благодаря росту производства биотоплива создастся больше рабочих мест, что должно положительно отразиться на экономике страны.
Недостатки биотоплива
Ограничения региональной пригодности
Растительное сырье для биотоплива, вероятнее всего, будет выращиваться в определенных регионах. Это связано с рядом причин, главная из которых – это то, что некоторые культуры просто лучше растут в одних местах и хуже в других.
При выборе региона для производства растительного сырья надо учитывать:
- Водопользование – чем меньше воды используется для выращивания сельскохозяйственной культуры, тем лучше, так как вода является ограниченным ресурсом. Особенно это критично в более засушливых местах.
- Инвазивность – урожай, который убивает местные растения и который трудно контролировать, может поставить под угрозу биоразнообразие и серьезно повредить экосистему региона.
- Удобрения – необходимые для растений питательные вещества. Некоторые растения требуют меньше органических ресурсов, чем другие.
- Климат – в некоторых местностях просто невозможно выращивать биотопливные культуры, например, в местности с холодным или засушливым климатом.
Продовольственная безопасность
Проблема с выращиванием сельскохозяйственных культур для топлива заключается в том, что они займут землю, которую можно было бы использовать для выращивания продуктов питания. В мире с постоянно растущим населением проблема наличия земли для сельскохозяйственных целей становится все более острой.
Ограничение на изменение землепользования
При очистке земли от местной растительности для выращивания сырья удар по экологии наносится с трех сторон.
- Разрушается среда обитания животных и микроэкосистемы.
- Для очистки территории от местной растительности требуется энергия. Так что производство получается очень энергоемким и связано с большим количеством выбросов загрязняющих веществ в процессе обработки.
- Для производства культур потребуются удобрения, которые будут загрязнять почву, а через нее водные пути и всю окружающую среду.
Изменения в землепользовании для производства биотоплива имеет значительные недостатки. Поэтому для производства биотоплива лучшим решением является использование существующей земли, но это уменьшает количество земли для продовольственных целей.
Проблемы, связанные с выращивание монокультуры
Конечно, для получения большого количества урожая легче вырастить один вид культуры. Такая практика выращивания одной культуры называется монокультурой. Примеры монокультур можно найти по всему миру, выращивание одного вида стало более распространенным в последние 20-30 лет.
Выращивание одного вида урожая изменяет окружающую среду с точки зрения доступной для вредителей пищи. Например, если урожай картофеля поедается определенным вредителем, который может мигрировать только на несколько сотен метров, а картофельные поля разделены кукурузными полями, то появление вредителей на одном картофельном поле не станет проблемой, поскольку они не смогут переместиться за пределы одного поля. Однако без кукурузных полей вредитель может легко уничтожить весь урожай.
Использование же пестицидов при выращивании монокультуры для борьбы с вредителями неизбежно ведет к выработке у вредителя устойчивости к этим средствам. Как следствие, урожай будет страдать.
При обращении к генной инженерии, когда изменяется сама культура и делается устойчивой к вредителям, отпадает необходимость использования пестицидов. Отлично! Но проблема состоит в том, что скорее всего модификации культуры не спасут абсолютно от всех вредителей, и через несколько лет производители столкнуться все с той же проблемой истребления урожая.
Ключ к здоровью культур по всему миру заключается в биоразнообразии, которое означает просто наличие большого количества различных видов растений и животных. Таким образом, если один сорт картофеля приходит в упадок, то существует другой сорт картофеля, который его может заменить. Это особенно важно, когда речь идет о продовольственных культурах.
Автор: Анастасия Литвинова
(Просмотрели56 012 | Посмотрели сегодня 41 )
Источник
Современный мир страдает от дефицита энергоресурсов. В производство то и дело внедряют новые источники энергетики. Для решения глобальной проблемы используют альтернативные и малоизвестные природные ресурсы. Например, биотопливо. Оценить возможности нетрадиционного элемента поможет детальное знакомство с биотопливом.
Что называют биотопливом?
Биологическим топливом называют горючий элемент, созданный из растительного или животного сырья. В качестве сырья используют разнообразные сельскохозяйственные культуры. Например, соевые семена, сахарный тростник и т.д. В некоторых случаях для изготовления горючего задействуют органические отходы. Впервые биотопливом начали пользоваться в 70-х годах в США.
На данный момент природный источник энергии активно развивают и с успехом применяют более 40 стран. Известно несколько видов горючего элемента: жидкий, твердый и газообразный. Классификация установлена в согласии с агрегатным состоянием биологического вещества.
- Жидкий. Безопасный и экологически чистый природный ресурс, полученный вследствие переработки растительного сырья. Наиболее популярными представителями жидкого горючего является диметиловый эфир, биометанол и биодизель. Жидкое биотопливо наблюдается в двигателях внутреннего сгорания. Диметиловый эфир является источником питания автомобиля. Биодизель также может выступать альтернативным вариантом транспортного горючего.
- Твердый элемент. Старинный и европейский энергоресурс. Яркими представителями твердого биотоплива являются отходы жизнедеятельности животных (навоз, птичий помет), торф или древесина. С помощью торфяного энергоресурса отапливаются жилые помещения. Древесину используют для приготовления еды. На древесине функционируют европейские тепловые электростанции. Отходы жизнедеятельности животных также активно применяют в отопительных целях.
- Газообразный. Биоводород и биогаз- два ярких и главных представителя газообразного биотоплива. Биоводород добывается путем нагрева древесных отходов. Горючее активно используется в момент изготовления водородного топливного элемента для транспортных средств. Второй вариант биотоплива заменяет природный газ. Создается путем метанового брожения с помощью разнообразных бытовых и природных материалов (водоросли, помет, сточные воды).
Выведены три основные поколения биотоплива. К первому относят сельскохозяйственные культуры, содержащие высокий уровень целлюлозы: сою, кукурузу и сахарную свеклу. Выращивание подобных культур вредит климатическому состоянию окружающей среды. Поэтому ученые продолжают искать другие виды биотоплива.
Представители второго поколения богаты на целлюлозу и лигнин. Для производства травяной или древесной биомассы требуется много площади. Использование биотоплива в этом случае сокращает земельные ресурсы.
Горючее сырье, относящийся к третьему поколению в настоящее время усовершенствуется и дорабатывается. Главным представителем этого поколения являются водоросли, выращенные в открытых водоемах.
Многочисленные исследования ученых и создание новых методик позволяют в недалеком будущем разработать новые виды горючего биологического топлива.
В настоящем, альтернативные энергоресурсы, применяющиеся на практике, обладают рядом положительных и отрицательных качеств.
Достоинства энергоресурса
Биологический и научный интерес к природным энергетическим ресурсам возникает благодаря следующим положительным качествам продукта:
- Экономическая доступность материала. Для покупки нефти или природного газа многие страны тратят большие деньги. Экономика государства терпит убытки. Добыть биологическое топливо можно практически в любой стране. Производство горючего на местах сократит расходы на импорт зарубежных энергоресурсов.
- Мобильность. Ветряные или солярные установки предназначены исключительно для стационарного использования. Не поддаются перевозке. Биологические материалы при необходимости можно перевозить с одного региона в другой.
- Биологическое топливо является возобновляемым ресурсом. Растение и отходы животных никогда не исчезнут.
- Природный ресурс уменьшает количество выбросов парникового газа в атмосферу. Предотвращает вероятность наступления глобального потепления.
- Использование биотоплива для двигателей автомобиля уменьшает затраты на его техническое обслуживание.
В недалеком будущем работа горючего топлива будет обходиться дешевле, нежели использование бензина.
Недостатки и выбор места для взращивания продукта
Однако не следует забывать о недостатках горючего. Главными минусами природного ресурса считают:
- Климат. Некоторые климатические зоны не подходят для выращивания растительного топлива. Природный источник не растет в недрах тундры или на пустыне.
- Взращивание биомассы нарушает экосистему. Зачистка территории для посадки растений губит микросистему лесов и других местностей.
- Натуральный ресурс потребляет много воды. Поэтому разведение сельскохозяйственной биомассы в засушливых территориях является невозможным.
- Растительные культуры, используемые как топливо, в момент произрастания нуждаются в дополнительной подпитке. Некоторые удобрения для таких растений вредят экосистеме.
- Агрессивное поведение растений для топлива пагубно сказывается на аутентичной флоре и на благополучии всей экосистемы определенного региона.
Выбирать территорию для посадки растительной биомассы следует осторожно. Учитывают климатические условия местности, доступность к водным ресурсам, а также возможности регулярного удобрения посаженого сырья. В противном случае растение станет непригодным для дальнейшей переработки.
Биологическое топливо используют в разных областях жизни. Для работы транспортного средства, обогрева жилых комплексов и приготовления пищи. Несмотря на явные минусы биологический материал по сей день является востребованным и интересным для ученых источником энергетики.
Источник
Биотопливо входит в моду. Производящие его страны надеются в будущем обрести хотя бы частичную независимость от постоянно растущего в цене ископаемого топлива (нефти, угля и газа). Кроме того, считается, что использование биотоплива не должно приводить к росту содержания в атмосфере углекислого газа (CO2). Ведь количество СО2, выделяющегося при его сжигании, равно тому количеству, которое уже было изъято в ходе фотосинтеза растений, используемых как сырье для биотоплива. К сожалению, пока рост производства биотоплива приводит только к дополнительным выбросам СО2 в атмосферу. Особенно тревожная ситуация складывается в тропических районах, где ради плантаций соответствующих культур (прежде всего масличной пальмы) начинают сводить дождевые леса и распахивать саванны. Расчеты показывают, что образовавшийся «углеродный долг» (количество СО2, поступающее в атмосферу при разрушении естественного растительного покрова и сжигании топлива) огромен, а «погасить» его можно только, выращивая в этих местах культуры для биотоплива в течение десятилетий или даже столетий.
С переходом на биотопливо, которое начинает замещать традиционное ископаемое топливо, еще недавно были связаны большие надежды. Теоретически рассуждая, использование биотоплива должно привести к сокращению выбросов СО2 в атмосферу, поскольку оно, по сути, является «углерод-нейтральным». Углерод, изъятый из атмосферы в ходе фотосинтеза, просто возвращается в нее при сжигании образовавшегося органического вещества (биотоплива).
Однако выращивание соответствующих культур и производство из них топлива (например, этанола из кукурузы) само по себе требует немалых энергетических затрат: нужно вспахать землю, посеять семена, обеспечить полив и т. п. Все эти затраты, естественно, связаны со сжиганием топлива и выбрасыванием в атмосферу дополнительного количества СО2. Если суммарные энергетические расходы на производство биотоплива будут велики, то никакого ожидаемого сокращения эмиссии (выброса в атмосферу) СО2 и других парниковых газов может и не произойти.
Положение усугубляется тем, что почти все земли, пригодные для выращивания сельскохозяйственной продукции, и так уже давно распаханы. Когда часть их начинают использовать для культур, идущих на биотопливо (кукурузу или сахарный тростник для получения этанола, масличную пальму или сою для получения биодизельного топлива), то сразу же растет цена на фуражное зерно и продовольствие. А в силу глобального характера современной экономики процессы, происходящие в одной стране, сейчас же начинают затрагивать другие страны.
Крайне опасная тенденция последнего времени — это чрезвычайно быстро расширяющееся производство биотоплива в тропических районах (в Бразилии, Индонезии, Малайзии), где начинают сводить девственные леса или распахивать своеобразные бразильские саванны («кампос») — «кампос серрадос», или «серрадо» (Cerrado). Уничтожаемые биомы характеризуются необычайно высоким разнообразием фауны и флоры, служат местами обитания многих видов, находящихся на грани вымирания (например, орангутана в Юго-Восточной Азии или ягуара в Южной Америке), а кроме того, содержат огромное количество связанного углерода — прежде всего в самих растениях, но также — в органическом веществе почвы.
Следует напомнить, что в целом, в масштабах всей планеты, в растительности и почвах содержится в 2,7 раза больше углерода, чем в атмосфере. Если вырубается и сжигается древесная растительность, это сразу ведет к значительному поступлению СО2 в атмосферу. К тому же, СО2 продолжает еще в течение ряда лет (порой десятилетий) выделяться в таких местах из-за продолжающегося гниения оставшихся в почве корней и разложения имевшегося там ранее органического вещества.
«Элементы» уже писали об отрицательных экологических последствиях растущего производства биотоплива (см.: Экологически безопасное биотопливо начинает угрожать дикой природе, 19.02.2008). Недавно это проблема была снова затронута в двух статьях, появившихся в одном номере журнала Science.
Авторы первой статьи (Joseph Fargione et al., 2008) подсчитали так называемый «углеродный долг» — суммарное количество СО2, выделившегося за 50 лет как при сжигании полученного топлива, так и при его производстве, причем на всех этапах, начиная с уничтожения исконной растительности и подготовки земель для будущих плантаций. Срок в 50 лет взят потому, что этого времени достаточно, чтобы разложилась большая часть органического вещества, сохранившегося в почве от ранее существовавшей на этом месте экосистемы. Углерод, который связывался растениями, выращиваемыми для получения биотоплива, при расчете «долга» вычитался. Расчеты приведены для плантаций масличной пальмы, которые в Малайзии и Индонезии сменили дождевые тропические леса, и для плантаций сои, которые в Бразилии были разбиты на месте дождевого тропического леса или южноамериканской саванны (серрадо). «Углеродный долг» подсчитан также для полей кукурузы (выращиваемой с целью получения этанола), устроенных в США там, где еще недавно была прерия, а также для бросовых земель, на которых начинают выращивать кукурузу или многолетние травы прерий.
За исключением тех случаев, когда в качестве сырья для биотоплива используется растительность прерий, которую восстанавливают на бросовых землях, размер «углеродного долга» весьма внушителен (см. диаграмму): около 700 тонн СО2 в расчете на гектар для дождевых тропических лесов. Если же лес рос на торфяном болоте, то величина долга достигала рекордной величины — 3500 т СО2 /га. Несколько меньше (165–85 т СО2 /га) долг был для южноамериканских серрадо, превращенных в плантации сахарного тростника (сырье для получения этанола) или сои (сырье для дизельного топлива).
Зная скорость, с которой «погашается» углеродный долг при выращивании на освоенных территориях культур для биотоплива, можно рассчитать срок, в течение которого это погашение произойдет. В случае дождевых тропических лесов, превращенных в «биотопливные» плантации, это время измеряется несколькими столетиями, в случае прерий — около 100 лет, в случае серрадо 20–30 лет. Соответственно, на протяжении этого времени биотопливо, полученное с преобразованных земель, не будет давать никакой экономии по части СО2 в сравнении с обычным ископаемым топливом.
Вторая статья (Tim Searchinger et al., 2008) посвящена ситуации, сложившейся с производством биотоплива в США, где всё больше пахотных земель начинает использоваться для выращивания кукурузы с целью получения этанола. В 2004 году в США посевами кукурузы было занято около 30 миллионов га угодий, причем 11% площади — исключительно для производства этанола. Ожидается, однако, что к 2016 году около 43% земель, занятых в настоящее время кукурузой, выращиваемой для получения фуражного зерна и хлеба, будут отведены под кукурузу, выращиваемую исключительно как сырье для получения этанола. Соответственно, начнется распашка новых земель (старых залежей), и, как показывают расчеты авторов, возрастут цены на зерно. Ответом будет и рост площадей, занятых сельскохозяйственными культурами в других странах — в частности, в Бразилии, Китае и Индии.
Авторы данной работы рассчитали также выделение СО2, связанное с производством этанола из кукурузы (на всех этапах), и тоже пришли к неутешительным выводам. Пока биотопливо приводит только к дополнительной эмиссии углекислого газа в сравнении с традиционным ископаемым топливом. Для того, чтобы использование биотоплива (конкретно — этанола из кукурузы) начало положительно сказываться на балансе углерода и компенсировало дополнительные выбросы СО2, особенно значительные на начальных стадиях возделывания кукурузы, должно пройти 167 лет! Только после столь длительного культивирования растений, идущих на биотопливо, можно будет говорить о положительном воздействии его на баланс углерода в атмосфере. В течение же первых 30 лет после перехода на биотопливо суммарное количество СО2 (с учетом дополнительных выбросов), выделяющееся в расчете на километр пути автомобиля, использующего этанол, в два раза превысит количество СО2, выделяющееся при использовании традиционного ископаемого топлива.
Пока писалась эта заметка, информационные агентства сообщили: «Бывший зампред правления «Газпрома» Александр Рязанов задумал построить завод биоэтанола за 220 млн евро. Компания уже определилась с площадкой для строительства завода … Завод будет находиться в поселке Дмитровка (Тамбовская обл.) … Проект ориентирован на экспорт, ведь в России продажа биоэтанола пока нерентабельна … Пока таких производств в России нет. Это высокорискованный бизнес: велика конкуренция со стороны Бразилии, где есть более дешевый сахарный тростник, а в перспективе конкуренцию может составить Украина, где планируется производство биоэтанола из кукурузы…»
Источники:
1) Joseph Fargione, Jason Hill, David Tilman et al. Land clearing and the biofuel carbon debt // Science. 2008. V. 319. P. 1235–1238.
2) Timothy Searchinger, Ralph Heimlich, R. A. Houghton et al. Use of U.S. croplands for biofuels increases greenhouse gases through emissions from land-use change // Science. 2008. V. 319. P. 1238–1240.
См. также:
1) Экологически безопасное биотопливо начинает угрожать дикой природе, «Элементы» 19.02.2008.
2) Сайт общественной организации «Biofuelwatch», следящей за вредными последствиями производства биотоплива.
3) Видео о сведении лесов на Борнео.
4) Preserving Peatland Rainforest Saves Orangutans… and the Global Climate (статья о сведении лесов на заболоченных землях в Индонезии).
Алексей Гиляров
Источник