Энергетические культуры
Энергетические культуры — сельскохозяйственные культуры, выращиваемые для энергетических нужд.
Виды энергетических культур
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
Производство электрической и тепловой энергии
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
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
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 |
| кастор | 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 | |
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
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
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
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.