9.3.2. Гелиоэнергетика: биологический вариант

При биологическом варианте гелиоэнергетики использу­ется солнечная энергия, накопленная в процессе фотосинте­за в органическом веществе растений (обычно в древесине). Количество диоксида углерода, которое выделяется при сжи­гании растительной массы, равно его усвоению при росте ра­стений (так называемые суммарные нулевые выбросы).

По сей день 55% древесины, которая используется челове­ком, - это топливо, причем в странах третьего мира древеси­на сжигается в очагах для приготовления пищи и обогрева помещений. Это «установки» с самым низким КПД, который не превышает 10%. В Кении за счет этих «установок» удов­летворяется 75% энергетических потребностей, в Эфиопии и Бангладеш - 90%, в Нигерии - 80% [25].

Значительно более высоким КПД обладают ТЭС, где в ре­зультате сжигания древесины получается электроэнергия. Австрия планирует в ближайшие годы получать от сжигания древесины до 1/3 необходимой ей электроэнергии. Для этих же целей в Великобритании планируется засадить лесом око­ло 1 млн га земель, непригодных для сельскохозяйственного использования. Высаживаются быстрорастущие породы, на­пример тополь, срезку которого производят уже через 3 года после посадки (высота деревьев около 4 м, диаметр стволиков больше 6 см). В Бразилии из отходов сахарного тростника получают этиловый спирт, который используют в качестве топлива; в США работают электростанции, сжигающие отхо­ды кукурузы.

Американская компания «Дженерал электрик» использу­ет биомассу быстро растущих бурых водорослей (ежедневно с 1 га таких плантаций получается энергия, эквивалентная энер­гии 28 л бензина). Используется также планктонная микро­скопическая водоросль спирулина, способная дать с 1 га до 24 т сухого вещества в год. В этом случае организуется замк­нутая система производства энергии: зола после сжигания водорослей поступает в бассейн для многократного исполь­зования, что снижает расход элементов минерального пита­ния.

Биологическим вариантом гелиоэнергетики является по­лучение биогаза из органических остатков, в первую очередь навоза. Несложные установки для получения биогаза широ­ко распространены в Китае и Индии. Уже в 1980-х гг. в Ин­дии действовало 50 тыс. таких установок. В Германии работа­ют более 2000 биогазовых установок, в которых перерабаты­ваются органические отходы, получаемые в результате сортировки мусора. Этот же вариант энергетики представля­ет получение швельгаза, который образуется при термичес­кой обработке (пиролизе) органических бытовых отходов в специальных установках, где они в анаэробных условиях на­греваются до температуры 400-700 °С. (В этом случае затра­чивается некоторое количество тепловой энергии из тради­ционных источников.)

В мире есть опыт утилизации «свалочного» газа, который образуется в результате гниения органических отходов на свалках. Для этого в толщу свалок пробуриваются скважи­ны. В США более 30 лет назад испытана система гигантских биореакторов: дно свалки покрывается изолирующим мате­риалом, а после ее заполнения бытовым мусором она пере­крывается газонепроницаемым субстратом. Для отведения метана используются специальные трубы. В течение 10 лет органика разлагается, после чего биореактор можно исполь­зовать для новых захоронений.

В России совместно с голландской компанией «Гронтмай» испытаны две экспериментальные установки для получения «свалочного» газа. Мощность этих установок - от 70 до 80 кВт. Опыт показал, что на средних по размеру полигонах можно получать 3500-4400 МВт в год. На крупных полигонах можно получать энергии еще больше.

Таким образом, получение электрической или тепловой энергии за счет солнечной энергии - одно из самых перспек­тивных направлений нетрадиционной энергетики. По наибо­лее оптимистичным прогнозам к 2020 г. эта отрасль будет да­вать от 5 до 25% мирового производства энергии.