§6. Биологические источники энергии

Биомасса представляет собой весьма широкий класс энергоресурсов, включающий древесину, отходы лесной и деревообрабатывающей промышленности, сельскохозяйственные и бытовые отходы.

Энергетическое использование биомассы возможно через сжигание, газификацию, биохимическую переработку. Однако следует учитывать, что некомпетентное использование древесной биомассы наносит большой ущерб окружающей среде: это и обезлесивание и опустынивание земли в Африке и сведение тропических лесов в Южной Америке.

С другой стороны, использование древесины с возобновляемых плантаций является примером получения энергии от органического топлива с нулевым суммарным выбросом углекислого газа.

Древесное топливо

В связи с подорожанием ископаемого топлива, в частности нефти, возрождается интерес к лесу как стабильному источнику топлива.

Лес произрастает очень медленно. Его восстановление длится 50 – 70 лет. В то же время «культурный» лес, за которым ухаживают, который подкармливают удобрениями, растет в 2 – 3 раза быстрее.

В настоящее время создаются специальные плантации быстрорастущих пород ивы, тополя, европейского каштана, эвкалипта – так называемые «агролеса». Экспериментальные плантации в США и Ирландии дают до 70 т сухой массы древесины с 1 га в год.

Использование древесного топлива наиболее целесообразно путем его газификации с последующим сжиганием генераторного газа в газовой турбине или в двигателе внутреннего сгорания.

Процессы газификации дерева и дальнейшего использования газа наиболее экологически чистые, т.к. дерево не содержит серы и тяжелых металлов, создающих угрозу отравления окружающей среды.

Биологические отходы

В сельском хозяйстве и городском быту образуется большое количество биологических отходов. В крупных городах они сжигаются на мусоросжигающих заводах, весьма дорогих и вредных для атмосферного воздуха комплексах.

Более рациональной является биологическая переработка отходов. Так, одна тонна сухого вещества биоотходов способна дать до 600 м³ биогаза с теплотворной способностью 8570 ккал/м³, что более чем в 2 раза выше теплотворной способности природного газа.

В соответствии с известной технологией биоотходы (навоз, растительные и бытовые отходы) загружаются в герметичные реакторы, куда добавляются ферменты и биологические препараты, ускоряющие разложение биомассы.

Получающийся биогаз (преимущественно метан) после очистки направляется на бытовое потребление, на отопление или используется в двигателях внутреннего сгорания. Налажен серийный выпуск модульных биогазовых установок, перерабатывающих 30 м³ биоотходов в сутки с получением 750 м³ биогаза.

Продукт переработки биологических отходов – компост – является одним из самых ценных сельскохозяйственных удобрений.

Другие источники

Существуют проекты крупномасштабного производства водорода с помощью бактерий, пищей для которых служат некоторые виды водорослей, например, быстрорастущие синезеленые водоросли. Расчеты российских и японских ученых показывают, что всю энергетику города с миллионным населением может обеспечить один лишь водород, выделяемый бактериями, питающимися синезелеными водорослями на плантации площадью всего 17,5 км².

Другой проект предусматривает выращивание в океане быстрорастущих гигантских водорослей келп, легко перерабатываемых в метан для энергетической замены природного газа.

Значительный интерес представляет такой вид биогаза, как сероводород, растворенный под давлением в морской воде. При подъеме насыщенной сероводородом морской воды на поверхность из нее можно извлечь газ и разложить его на водород – ценное топливо и серу – сырье для многих производств.

В заключение следует сказать, что биота является источником не только дешевой и чистой энергии, но и неисчерпаемым источником новых идей, которые реализуются в науке и технике. Так, при создании в США нового, абсолютно взрыво- и пожаробезопасного источника света была использована технология выработки света светлячками – хемолюминесценция, заключающаяся в том, что насекомые выделяют два вещества – люцифераз и люциферин, при реакции которых друг с другом и по очереди с кислородом высвобождается энергия в виде света.

Глава 10.

ОСНОВЫ БИОПОЗИТИВНОСТИ ЗДАНИЙ И

СООРУЖЕНИЙ

§1. Особенности конструктивных и технологических решений

По характеру воздействия на природу здания и сооружения делят на бионегативные (наносящие вред природе), бионейтральные и биопозитивные (способствующие развитию природы).

Обычно здания массовой застройки являются бионегативными, что выражается в создании различного рода помех в экосистемах: прерываются энергетические потоки, уменьшаются или полностью исключаются экологические ниши, нарушается обмен популяционной информацией. Площадь и толща земли, занятой под строительство, практически полностью исключается из круговорота веществ. В связи с этим при разработке конструктивных решений зданий и сооружений необходимо использовать все доступные способы уменьшения давления на природную среду:

• не отторгать земли, пригодные для сельскохозяйственного, лесохозяйственного и рекреационного использования;

• не закрывать или минимально закрывать поверхность земли;

• не создавать под поверхностью земли непроницаемых экранов, чтобы не нарушать процесс естественного испарения и движения ливневых и грунтовых вод, не препятствовать деятельности почвенных организмов;

• возвращать в естественное состояние участки территории после окончания эксплуатации здания, сооружения;

• выполнять все наружные поверхности стен и кровли озеленяемыми;

• исключать внесение в природную среду загрязнений от эксплуатируемого объекта;

• утилизировать отходы;

• использовать источники возобновляемой энергии.

Наиболее важным является сохранение почвенного покрова. Эту проблему можно решить, размещая здания и сооружения выше поверхности земли, под землей, на неудобьях, на шельфе, под водой и т.д.

Если позволяют природно-климатические условия, все здания должны быть максимально озеленены с размещением растительности как на стенах, так и на крыше.

Подземные элементы конструкции зданий не должны вызывать изменение естественного состояния грунта, его плотности и водопроницаемости.

При разработке различных проектных вариантов необходимо обязательно учитывать экологические требования к технологии и организации строительства. Они заключаются в следующем.