Технико-экономическая оценка эффективности от использования биотоплива в сельскохозяйственном производстве России

Арутюнов Арсен Левонович

Центральный экономико-математический институт РАН

Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН

г. Москва

Ситуация в начале 90-х, связанная с постоянным падением экономических показателей до 1999 г., определяющих сельскохозяйственное производство (т.е. падение производства продукции животноводства и растениеводства, связанных с постоянным сокращением численности поголовья крупного рогатого скота, сельхозтехники, площадей сельхозугодий, минеральных и органических удобрений и т.д.) сложилась во многом, благодаря реформирования экономики в 1992-1995 гг. Большая часть сельскохозяйственных организаций России (СХО) в эти годы были нерентабельны, т.е. экономически не эффективны, работая с отрицательным балансом, в основном из-за использования при производстве традиционных видов энергоносителей (электроэнергию, дизельное топливо и автомобильный бензин), цены и тарифы на которых росли экспрессивно и не пропорционально с темпами роста ВВП страны в эти годы.

В условиях постоянного роста цен и тарифов на традиционных видов энергоносителей, возникает вопрос о целесообразности использования биотоплива, т.е. использовать в сельскохозяйственном производстве “смешанные” виды (как традиционных, так и альтернативных) энергоресурсов, чтобы снизить тарифную нагрузку на энергоресурсы в СХО.

В настоящее время в стадии различных решений и коммерциализации находятся несколько технических процессов, направленных на получение биотопливных материалов различной природы для целей автомобильного транспорта, сельскохозяйственного производства, получения электроэнергии и тепла:

биоэтанол из крахмалосодержащего сырья;
биодизель на основе использования растительных масел;
биогаз из различных отходов органической природы;
биобутанол – процесс получения смеси ацетона и бутанола на основе использования зерна.

Целесообразность развития биоэнергетики в сельском хозяйстве России

В результате проведенных реформ начала 90-х, связанных с макроэкономическими решениями по стабилиза-ции денежного обращения, основанными на жесткой монетарной политике, с реформированием отноше-ний собственности и с неподготовленностью экономики переходного периода с 1991 по 1999 гг. начался интенсивный спад производства сельскохозяйственной продукции, что привело к резкому сокращению потребления традиционных видов энергоносителей (электроэнергии, автомобильного бензина и дизельного топлива) в сельскохозяйственном производстве России. Потребление сократилось по электроэнергии, дизельному топливу в 4,0 раза, автомобильному бензину 6,3 раза в целом в стоимостном выражении [1].

В связи со сложившейся ситуацией на рынке традиционных видов энергоресурсов, предназначенных на производственные нужды сельским хозяйством России, целесообразно смешанное использование как традиционных, так и альтернативных источников энергоносителей для значительного снижения издержек сельхозпроизводства.

В ряде стран-лидеров по производству альтернативных энергоресурсов (Бразилия, США, Канада, Китай, Индия и Европа) существуют специальные правительственные программы по переходу на биотопливо и доведению до 2010-2012 гг. долю производства и потребления биотоплива до 5-7 % в топливно-энергетических балансах выше упомянутых стран [2].

Согласно прогнозно-аналитическим расчетам Международного Энергетического Агентства (International Energy Agency, IEA) производство биоэтанола и биодизеля в США, Канаде, Европейском Союзе и в других странах, подписавших Киотский протокол по выбросам парниковых газов (СО2) в атмосферу будет неуклонно расти до 2020 года (рис.1.). При этом, также неуклонно будет расти и спрос населения на биотопливо [3,4].

Рис. 1. Мировое производство биоэтанола и биодизеля до 2020 года.

Основным поставщиком сырья для производства биоэтанола в России является сельское хозяйство (например, потенциальным источником сырья для производства биоэтанола в России является выведенные из сельхозоборота пахотные земли. Переработка органических отходов необходима также в целях защиты окружающей среды. С помощью высокорентабельных технологий при переработке органических отходов можно получить твердое, жидкое или газообразное топливо, электрическую и тепловую энергию и высокоэффективные органические удобрения (после вторичной переработки остатков). Учитывая, что до 70% территории России, в том числе около 30-35% крестьянских хозяйств, не имеют постоянного централизованного энергоснабжения [1], создание безотходных предприятий АПК существенно повысит энерговооруженность страны.

Развитие данной отрасли энергетики в России базируется на трех основных принципах: высокорентабельных промышленных технологиях, пригодных для любых климатических условий, эффективном и надежном оборудовании, востребованном на внутреннем рынке, масштабной сырьевой базе.

Потенциальной ресурсной базой органических отходов АПК по отчетным данным региональных и окружных комитетов [5] являются отходы птицеводства (яичного и мясного направлений), скотоводства (крупного и мелкого рогатого скота), свиноводства, растениеводства (зернобобовых, подсолнечника, сахарной свеклы, картофеля, овощей), перерабатывающей промышленности (мукомольной, маслобойной, сахароварения, переработки мяса, спиртовой).

Вследствие экономических реформ общая площадь пашни в стране с 1992 г. сократилось на 37 млн. га. из которых 20 млн. га. приходится на европейскую часть [7]. Производство биоэтанола может стимулировать возобновление использования этих земель. К примеру, по расчетам аналитиков из международной биоэнергетической организации [6] один завод мощностью 100 тыс. тонн биоэтанола в год, использует в среднем 300-400 тыс. тонн пшеницы, для выращивания которой требуется 100-200 тыс. га пахотных земель. Возможно также использование и других видов сырья для выработки биоэтанола, к примеру, мелассу. В России ее производится около 1 млн. тонн ежегодно. А также целесообразно использование семян рапса для производства к примеру биодизеля. В стране хорошие условия для вы-
ращивания рапса и производства рап-
сового масла для биодизельного топ-
лива. АПК России расходует в среднем 4,8 млн. тонн ди-
зельного топлива. Чтобы закрыть эту
потребность, необходимо засевать
рапсом до 12 млн. га при урожае семян
10 ц/га. При использовании технологии пря-
мого сжигания смеси отходов птице
водства и растениеводства в пароэлек-
трогенераторах сельское хозяйство
страны может получать 210 млрд. кВт. ч.
электрической и 151,1 Ркал тепловой
энергии в год.

В России были выполнены приоритетные работы по использованию ферментов в
качестве катализаторов электродных процессов. Ферменты на границе раздела фаз
электрод/электролит играют роль эффективных катализаторов переноса электрона. На
базе этого открытия разрабатываются два типа топливных элементов: ферментный и
микробный.

Принципиальной основой электрохимических генераторов электричества
(топливных элементов) является электрокатализ — ускорение процессов переноса
электронов на границе раздела фаз электронный проводник (электрод)/ионный проводник
(электролит). В современных химических топливных элементах электрокатализатором
является мелкодисперсная платина. В топливных элементах, использующих ферменты,
электрокаталитический перенос электронов осуществляется за счет явления
биоэлектрокатализа, открытого в СССР (Государственный реестр открытий СССР,
Открытие № 306). Ферменты могут ускорять электрохимические реакции за счёт прямого
«электронного контакта» между активным центром фермента и проводником за счёт
туннелирования электрона на большие расстояния.

Биологический топливный элемент (БТЭ) — это устройства, в которых
осуществляется превращение химической энергии различных веществ (например,
углеводов, спиртов и др.) в электричество в процессе биологических трансформаций.
Особая привлекательность БТЭ связана с возможностью использования в них в качестве
топлива веществ, являющимися отходами. Это обстоятельство связано с тем, что
микроорганизмы или их ферменты способны к деструкции достаточно широкого класса
низко- и высокомолекулярных соединений. Таким образом, помимо энергетической, БТЭ способны решать и экологические проблемы утилизации отходов. Биологические
топливные элементы можно условно разделить на два класса: ферментные топливные
элементы и микробные топливные элементы.

Технология анаэробного сбраживания органических отходов

Одним из наиболее эффективных направлений научно-технического прогресса в энергетике является биоконверсия органических отходов промышленности, сельского хозяйства и коммунально-бытового сектора в топливо с целью экономии высококачественных жидкого и газообразного энергоресурсов.

На крупных животноводческих комплексах, поставленных на промышленную основу, обеззараживание отходов и их последующее использование превратилось в сложную техническую проблему. Существующая наиболее распространенная система удаления отходов животноводства (внесение его без предварительного обеззараживания в почву) становится практически неприемлемой в связи с возрастающими масштабами загрязнения окружающей среды (воздушного бассейна, естественных водоемов, подземных источников), создания угрозы распространения различных эпизоотии среди животных и в ряде случаев люде. С другой стороны, животноводческий комплекс с переходом на промышленную основу ведения процесса откорма животных во все более возрастающем количестве нуждается в энергии (прежде всего в виде жидкого или газообразного топлива), проблема снабжения которой, из-за рассредоточенности животноводческих комплексов и их удаленности представляет определенные трудности.

Сооружение биоэнергетических установок (БЭУ), осуществляющих биоконверсию органических отходов путем анаэробной ферментации, позволяет полностью перерабатывать отходы не только животноводств, но и полеводства и коммунально-бытового хозяйства сельских населенных пунктов. При этом в отличие от существующих способов аэробной очистки стоков получаются качественные обеззараженные удобрения и биогаз (метан), который позволяет полностью или частично заменить жидкое и газообразное топливо путем использования его в теплогенераторах, печах и двигателях внутреннего сгорания.

К оценке эффективности БЭУ следует подходить с народнохозяйственной точки зрения, когда эффект от экономии органического топлива, повышения урожайности из-за внесения обеззараженного удобрения и улучшения качества окружающей среды оценивается не с позиций отдельного хозяйства, а с учетом интересов всей экономики и общества, для которых энергетическая, продовольственная и экологическая проблемы представляют первостепенную важность.

Таблица 1

Материальный баланс БЭУ при ферментации различных отходов

объемом 500 т/год

	КРС	Свиньи	Птица
	т/год	%	т/год	%	т/год	%
Поступление: Сухое вещество Естественная влага Добавок воды Итого:	42 214 244 500	8,4 42,8 48,8 100,0	19 75,5 405,5 500	3,8 15,1 81,1 100,0	37,5 31,5 431 500	7,5 6,3 86,2 100,0
Выход: Биогаз Сухой остаток Влага Итого	10 32 458 500	2,5 6,5 91,5 100,0	8 11 481 500	1,6 2,2 96,2 100,0	19,5 18 462,5 500	3,9 3,6 92,5 100,0
Распад органики,%	10	22,6	8	42	19,5	52

Примечание. Время экспозиции составляет: для КРС - 10 сут., для свиней - 8 сут., для птицы - 35 сут.

Что касается эффектов от получения экономии топлива за счет биогаза и прироста сельскохозяйственной продукции, то в расчетах принималось, что топливо стоит 250 долл./т у.т.,1 а продукция – 350 долл./т.2

1 В 2006 г. средняя по России стоимость 1 т условного топлива была равна: дизельное топливо 294 долл., мазут топочный 109, уголь энергетический 27,2, природный газ 12,1 [11, с. 744]. В перспективе цены на органическое топливо будут только расти.

2 Стоимость 1 т сельскохозяйственной продукции в 2006 г. составляла: зерновые 114 долл., подсолнечник 188, картофель 211, свекла сахарная 44, ягодные культуры 1150, овощи 641, в т.ч. помидоры 1092, огурцы 1192, капуста 200, лук 287 [11, с. 792].

Литература

Арутюнов А.Л. Потребление энергоресурсов в сельском хозяйстве России. Экономическая наука современной России № 1(13), 2008. С.48-49

2. Hydrocarbon Processing Journal. Vol. 85 № 3

3. International Energy Agency, www.worldenergyoutlook.org/graphs/

4. Oil & Gas Journal / Oct. 8, 2007

Панцхава Е., Пожарнов В., Шипилов М. Развитие биоэнергетики в России. Агро Рынок № 2, февраль 2007. C. 12-14

The Bioenergy International, www.bioenergyinternational.com (Международная биоэнергетическая организация)

Росстат, Российский статистический ежегодник, 2007. Москва, 2007

PAGE 1