Биогазовые технологии в России и Украине

В области биогазовой индустрии, как и во многих других областях научно-технического прогресса, страны СНГ наработали богатый потенциал, который так и не был реализован. В советские времена головным, да и единственным в Союзе центром, где разрабатывались конструкции отечественных биогазовых установок (а также прочих машин для переработки отходов аграрного производства) был Запорожский конструкторско-технологический институт сельскохозяйственного машиностроения (КТИСМ). Первые попытки создания в СССР биогазовых установок относятся к 50-м годам минувшего столетия, вторые - к концу 80-х - началу 90-х. Но и в первый, и во второй раз из-за большой разницы в себестоимости природного и синтетического продуктов (биогаз получался в пять раз дороже) работы дальше опытных образцов не продвинулись, хотя, справедливости ради, надо сказать, что даже если цену на получаемый биогаз приравнять к цене природного газа, расчетный срок окупаемости установки равнялся пяти годам.

Созданные и опробованные в России биогазовые установки способны уже в ближайшие годы кардинально улучшить экономические и социальные условия в сельском хозяйстве. Демонстрируя едва ли не рекордную для технологического оборудования окупаемость - не более полугода, они попутно решают и серьезные экологические проблемы. А феноменальные результаты, полученные в ходе разработки и испытания биогазовых технологий, обещают повышение урожайности сельскохозяйственных культур.

Ежегодно в российском животноводстве и птицеводстве образуется около 150 млн. т органических отходов. До недавнего времени эти цифры характеризовали исключительно остроту экологических проблем. По данным природоохранных служб, только в водоемы, питающие столицу, могут попадать миллионы тонн токсичных стоков. В итоге, чтобы сделать московскую воду питьевой, необходимо дорогостоящее и тоже небезвредное химическое вмешательство. Вокруг других крупных и средних городов России ситуация вряд ли намного лучше.

Еще в начале 90-х годов было подсчитано, что использование биогазовых технологий для переработки органики может не только полностью устранить ее экологическую опасность, но и ежегодно получить дополнительные 95 млн. т условного топлива (около 60 млрд. м³ метана или, сжигая биогаз, - 190 млрд. кВт.ч электроэнергии), а также более 140 млн. т высокоэффективных удобрений, что позволило бы существенно сократить чрезвычайно энергоемкое производство минеральных удобрений (около 30% от всей электроэнергии, потребляемой сельским хозяйством).

Российский центр <ЭкоРос> при поддержке министерства науки (в рамках государственной программы <Экологически чистая энергетика>) сконструировал две биогазовые установки. Первая из них (ИБГУ-1) - золотой медалист Международной выставки-ярмарки <Российский фермер> - предназначена для крестьянской усадьбы. Установка перерабатывает все органические отходы животных и птицы (5-6 коров, или 50-60 свиней, или 500-600 кур), а также все коммунальные стоки и твердые бытовые отходы (кроме металла и стекла). Модульный принцип, заложенный в конструкции, позволяет при необходимости сдваивать установки, эквивалентно наращивая производительность. Получаемый в биореакторе газ сгорает в тех же бытовых конфорках и горелках, что и обычный.

Еще более замечателен (по всяком случае, экономически) второй продукт биоустановки - жидкие органические удобрения. Технологический режим подобран так, что они получаются экологически абсолютно чистыми - без малейших следов нитритов и нитратов, болезнетворной микрофлоры и даже семян сорняков (по сравнению с обычным навозом). А в эффективность этих удобрений (1 т эквивалентна 60 т навоза, не считая указанных преимуществ), показанную в трехгодичных испытаниях на самых разных культурах (помидоры, огурцы, клубника, морковь, смородина, крыжовник и т.д.), поначалу трудно было поверить. В сравнении с обычными они увеличивают урожайность минимум в 2-4 раза. Научное объяснение этому было дано только в прошлом году. В одном из докладов на Международном симпозиуме в Санкт-Петербурге была высказана мысль о том, что в реакторе установки при определенных условиях могут синтезироваться так называемые ауксины - вещества, способствующие ускоренному развитию и росту растений. Дальнейшие исследования этого механизма, как полагают ученые, откроют возможности для заранее программируемого получения сверхэффективных удобрений. Но пока необъясненным остается еще одни приятный факт: в биогазе неизвестно куда (к счастью!) исчезает сероводород - непременный спутник разложения органики и сильнейший ускоритель коррозии металлических конструкций.

Биоустановки, действуя попутно как фабрики удобрений, за год вырабатывают их до 70 т. При этом одной тонны вполне достаточно для обработки целого гектара земельных угодий. Заводы в Туле и Кемеровской области уже выпустили первые 65 таких установок. Соответственно в этих областях, а также на Алтае и в Подмосковье начинает складываться рынок удобрений. Как показывает опыт, за полгода оборудование окупается полностью.

Согласно маркетинговым исследованиям, потребность в биогазовых установках такого типа, способных работать в любых климатических условиях, только по России на ближайшие 5 лет составит около 50 тыс. штук.

Модульный принцип, позволяющий кратно наращивать производительность, заложен и в конструкцию установки БИОЭН-1 - первой фермерской мини-теплоэлектростанции. Каждый ее модуль, рассчитанный на 25-30 коров, обеспечивает полную независимость от централизованного электроснабжения и покрывает все энергетические потребности, бытовые и хозяйственные, фермерской семьи из 5-6 человек. Первая такая установка уже работает в Солнечногорском районе Московской области. Срок окупаемости за счет продажи нарабатываемых удобрении такой же, как и в первом случае, - не более полугода. Прогнозные потребности по России - не менее 15 тыс. штук. Широкие возможности здесь открываются для заводов <оборонки>. Причем в силу довольно значительной металлоемкости оборудования перспективен не только внутренний, но и внешний рынок.

Серьезный интерес к российским биогазовым установкам уже проявили несколько стран СНГ (в частности, Казахстан и Белорусь), Объединенные Арабские Эмираты, ЮАР, а также страны Северной Европы - Дания и Финляндия. Но самое знаменательное признание российских достижений пришло из Китая - мирового лидера по освоению биогазовых технологий. С одной из китайских фирм уже достигнута договоренность о том, что она будет выпускать биогазовые установки на основе российских разработок.

Заводская цена на биоустановки усадебного и фермерского типа - соответственно 20 и 120 тыс. руб. Даже при полугодовой окупаемости они пока не имеют массового спроса. Развитие рынка сдерживается двумя факторами - недоступностью кредита, а самое главное - отсутствием частной собственности на землю и земельных банков

В области биогазовой индустрии Украина наработала богатый потенциал, который так и не был реализован. Собранные учеными дан ные легли в основу создания нескольких лабораторных и опытных установок. В частности, на птицефабрике <Киевская> была сооружена установка с объемом реактора 15 м^З, которая давала возможность путем переработки куриного помета получать 60 м^З газа в сутки. В совхозе <Россия> (Золотоношский р-н Черкасской обл.) некоторое время работала установка, представляющая собой переоборудованные очистные сооружения. Она имела объем реактора 170 м^З и производила из свиного навоза 200 м^З газа в сутки.

Можно отметить и поныне действующую малую установку, смонтированную во дворе проживающей в городе Обухове (Киевская обл.) семьи Герасимцов. Мощности этой установки (объем реактора - 2,5 м^З) хватает для переработки навоза, полученного от содержащейся на личном подворье скотины (коровы, нескольких свиней, домашней птицы), и выработки газа для бытовых нужд.

Государственное приемочное испытание успешно прошла установка КТИСМ на базе опытной молочной фермы-лаборатории, существовавшей в поселке Гребенка Киевской области при ВНИИ молочного животноводства (ныне УкрЦВТ) и служившей параллельно опорным пунктом КТИСМ. Местом для серийного выпуска этой установки назначили завод в городе Шумихе Курганской области (Северный Урал). Завод выпустил десять комплектов оборудования, однако после распада СССР финансирование прекратилось. Из выпущенных десяти установок три попали в Украину, пять - в Среднюю Азию, две - в Россию. Но внедрены они нигде не были.

Сегодня в Гребенке на месте успешно испытанной когда-то установки можно обнаружить только ржавую цистерну реактора, которая осталась не украденной по причине своих больших размеров.

Не стали <звездным часом> для биогазовой отрасли и годы украинской независимости. Действующих отечественных установок (не считая обуховской) нынче нет, КТИСМ практически не работает; из бывших 1500 сотрудников остались 60.

Окончательно умереть отечественной биогазовой мысли не дают, пожалуй, только проникающие в Украину иностранные технологические веяния, которые помогают инженерам как-то поддерживать форму. В настоящее время создана Украинская биоэнергетическая ассоциация (УБА). В состоявшемся 16 января 2001 г. учредительном собрании приняли участие представители проектных, промышленных, сельскохозяйственных предприятий, <новых> структур из 19 регионов Украины, а также Академии наук и Минагрополитики. Инициировала собрание группа энтузиастов во главе с В. Масличем - бывшим конструктором КТИСМ, возглавлявшим в свое время направление биоконверсии органических отходов. В. Маслич, избранный президентом УБА, считает, что прежде всего следует создать сеть региональных отделений в каждой области, Киеве и Севастополе, которые в свою очередь создадут <ячейки> в городах, районах и сельских населенных пунктах,чтобы идеи пропаганды методов переработки биомассы путем сбраживания проникли в массы.

По утверждению В. Маслича, гранулированные органические удобрения, которые можно получать из сброженного в биогазовых установках навоза, стоят сейчас на западных рынках очень дорого. Каждый третий американец, например, стремится покупать только ту продукцию, которая была выращена без применения <химии>, и количество таких сторонников чистой пищи постоянно увеличивается.

К сожалению, в Украине рынка супердорогих органических удобрений пока нет. Однако если заглянуть в недалекое будущее, то можно увидеть еще один стимул для переработки отходов методом сбраживания - стоки животноводческих комплексов и птицефабрик.

Одной из задач УБА будет и взятие под контроль биогазовых установок, поступающих в Украину <коммерческим путем>. Как отметил господин Маслич, в Украине их уже десятки, но <пока они учету не поддаются>. А ведь это, как ни крути, конкуренты будущим отечественным изделиям.

Финансовые вливания в биогазовую отрасль Украины пока происходят только из-за границы. Вот несколько тому примеров. УБА получила подтверждение от своих шведских партнеров о готовности выделить оборудование на сумму 2 млн. шведских крон в качестве безвозмездной технической помощи. Шведы даже согласны, чтобы конструкция этой биогазовой установки была украинской.

Таблица 2. Количество биогазовых установок, которые можно построить в Украине

С участием германского инвестора восстанавливается свиноферма в Стрыйском районе Львовской области: ферма будет оборудована биогазовой установкой.

Но особо хотелось бы сказать о голландском проекте, который разворачивается сейчас в Днепропетровской области. Финансируется он правительством Нидерландов, его целью является сооружение крупной демонстрационной биогазовой установки на свиноферме компании <Агро-Овен>. Оборудование поставляет голландская компания ВТС, проектные работы выполняет <УкрНИИагропроект>; шефмонтаж, наладку и обучение - ВТС, НТЦ <Биомасса> (Киев) и <УкрНИИагропроект>. Установка предназначена для переработки около 80 т/сутки навозных стоков от 15 тыс. голов свиней. Она включает два метантенка по 1000 м^З каждый, две когенерационные установки (газодизельные генераторы) по 80 кВт электрических и 160 кВт тепловых каждая. Метантенки представляют собой бетонные емкости, утепленные теплоизоляционным материалом и накрытые сверху пластиковой пленкой, под которой скапливается биогаз. Время удержания стоков в реакторах - 25 суток. Каждые сутки производится дозагрузка 1/25 объема метантенка с одновременной выгрузкой перебродившей массы.

В схему установки включен модуль обезвоживания сброженных стоков, который позволяет получить удобные для хранения и использования в качестве удобрений твердую и жидкую фракции. Ввод в действие этой установки позволит предприятию полностью обеспечить себя электроэнергией, снабдить теплом одно из животноводческих помещений и более чем наполовину заменить используемые минеральные удобрения сброженным навозом. Внедрение проекта улучшит экологическую обстановку в районе предприятия за счет снижения загрязненности наземных и подземных вод.

Таблица 3. Потенциал навоза, пригодного для анаэробного сбраживания в Украине

* Коэффициент доступности был введен для того, чтобы исключить из рассмотрения навоз, непригодный для анаэробного сбраживания. Он учитывает также уменьшение количества навоза, которое теряется летом, когда КРС частично находится на пастбищах. Для свиного навоза коэффициент доступности учитывает уменьшение пригодного для сбраживания навоза на фермах с гидросмывом и гидросплавом.

Государственная научно-техническая программа "Биоэнергетика" в Кыргызской Республике

Кыргызская Республика располагает значительным потенциалом конвертированной энергии биомасс. Сложная экономическая ситуация с энергоресурсами требует развития нового направления - использования энергии биомассы на получение топлива и сопутствующих ценных продуктов различного назначения. В рамках бывшего Союза это направление было выделено в единую программу <Биоэнергетика>. Создание такой программы для республики продиктовано не только режимом жесткой экономии топливно-энергетических ресурсов, но и поиском новых энергоносителей. С энергетической позиции, биомасса путем анаэробного сбраживания может служить источником получения энергоносителя (биогаза), представляющего собой смесь метана и углекислого газа. Известно, что биогазовая технология имеет эффект комплексного характера: энергетический - получение и использование биогаза; природоохранный - снижение химического и бактериального загрязнения почвы, воды, воздуха, дезодорирование атмосферы (устранение запаха); эффект от использования шлама - метановой бражки в качестве товарного продукта в виде удобрений и для получения белково-витаминных кормовых добавок.

В США и других развитых странах разработана система переработки биомассы по замкнутому циклу: получение и использование побочных продуктов, образующихся в процессе микробиологической переработки биомассы.

Создание в Кыргызстане единой программы "Биоэнергетика" позволит иметь концепцию развития нового направления, возникшего на стыке биотехнологии и энергетики и сформировавшегося в последние десятилетия в новую отрасль хозяйства и самостоятельную научную дисциплину.

Биоэнергетика будет успешно развиваться только при условии использования достижений таких научных и технических дисциплин, как химия, микробиология, биотехнология, геоботаника, физиология растений, генетика,инженерная энзимология, молекулярная биология, материало- и металловедение, машиностроение и микроэлектроника.

Успешное развитие биоэнергетики и ее внедрение в народное хозяйство республики прежде всего зависят от решения задач, связанных с интентификацией процессов конверсии органического сырья в топливо и другие ценные продукты и крупномасштабным производством самой биомассы.

Развитие направления биогазовой промышленности в любом государстве складывается из решения трех основных проблем: I - сырья; II - процесса; III - использования полученных продуктов.

Биоэнергетика Кыргызстана должна внести существенный вклад в общую энергетику и привести в ближайшем будущем к экономии топлива. Получение биогаза при использовании отходов - это только первый шаг в создании биоэнергетической промышленности, а ее возможности, как показывают современные зарубежные разработки, безграничны. Указанное направление имеет несколько ракурсов. К числу важнейших задач относится создание технологических линий, работающих в интенсивном режиме для разнообразного по химическому составу сырья и климатических зон региона.

Поэтому специалистам, создающим биогазовые установки, предстоит решить комплекс фундаментальных и конструкторско- технологических задач, а именно:

· создание машин и оборудования для сбора, хранения и предобработки сырьевой биомассы к метангенерации;

· создание реакторов или систем реакторов для проведения процесса конверсии биомассы в газообразное топливо;

· создание оборудования для полной автоматизации процессов конверсии биомассы в газообразное топливо;

· разработка систем технологического процесса с максимальным выигрышем в энергии.

Рациональное использование биогаза и шлама - одна из основных задач биоэнергетики. Для ее решения необходимо разработать оборудование для экономичного и долговременного хранения биогаза, оборудование для получения из биогаза <синтез - газа> искусственного бензина, оборудование для получения электроэнергии, тепла, использования в двигателях внутреннего сгорания и дизельных двигателях, оборудование для эффективного разделения биогаза на метан и углекислый газ и их очистки, оборудование для эффективного использования жидкого шлама в качестве удобрений, получения из шлама гранулированных удобрений, получения белково-витаминных препаратов, разработка оборудования для доочистки метановых стоков с целью получения чистой воды. Не менее интересен способ очистки газа выращенными на продуктах метанового сбраживания водорослях, которые в дальнейшем используются для получения лекарственных препаратов.

Рационально используя имеющийся опыт промышленного получения биогаза в общей системе конверсии биомассы в пищевые и кормовые продукты, можно разработать прототип будущих предприятий промышленной биоэнергетики, создать центр подготовки специалистов и передового опыта для демонстрации всем регионам Кыргызстана нового производства, предприятий безотходного производства, работающих по замкнутому циклу.

Нужно учесть, что в странах ЕЭС для решения вопросов биоэнергетики ежегодно выделяются значительные средства, причем на научные проработки расходуется до 40% от общей суммы, а на демонстрацию разработок - 30%.

Таким образом, широкий круг проблем и задач нового направления <Биоэнергетика> требует выделения его в самостоятельную Государственную научно-техническую программу с выдачей экономической эффективности каждого звена системы конверсии биомассы в топливо и другие ценные продукты и общей оценки комплексной работы по конверсии биомассы.

Головная организация по Программе - лаборатория химической технологии аминокислот Института химии и химической технологии Национальной Академии наук.

Проведение независимой общественной экспертизы результатов работы: Кыргызский союз научных и инженерных объединений.