Відходи біомаси − це цінна
сировина для харчової, хімічної, переробної, легкої промисловості та в системах
біоконверсії. Використовувати її як пальне необхідно не в останню чергу. Слід
враховувати, що в процесі господарської діяльності велика кількість біомаси
залишається не використаною. Так, при заготівлі деревини та її переробці з
відходами втрачається близько 50% біомаси. До основних джерел біомаси належать:
- відходи тваринництва;
- рослинні залишки
сільськогосподарського виробництва – солома, листя, стружка;
- тверді побутові відходи
комунального господарства міст;
- промислові відходи і
побутові відходи міст.
Відходи тваринництва є одним з
найперспективніших джерел отримання енергії шляхом анаеробного бродіння в
біореакторах [3]. Вони є в будь-якому
господарстві, не вимагають попередньої обробки і сортування, їх не важко
транспортувати.
Потенціал відходів тваринництва для їх використання в системах біоконверсії з
метою енергозбереження в Україні
значний (табл.
1.1).
Таблиця 1.1
– Енергетичний
потенціал відходів тваринницького комплексу України (станом на 2007 р)
Джерело
відходів
|
Вихід
відходів,
106
т/рік
|
Вихід
біогазу,
109
м3/рік
|
Нижча
теплота
згорання
Qнр,
МДж/м3
|
Енергетичний потенціал відходів,
млн. т.
у. п./ рік
|
Велика
рогата худоба
|
58,4
|
1,46
|
23
|
1,144
|
Свині
|
4,79
|
0,124
|
21
|
0,088
|
Птахи
|
2,8
|
0,11
|
21
|
0,079
|
Всього
|
65,99
|
1,694
|
-
|
1,311
|
У коливанні поголів’я
домашньої худоби намітилася тенденція до зменшення кількості тварин у
колективних господарствах, але зростання їх кількості в індивідуальних. Таким
чином, загальна кількість виходу відходів, які можна використовувати в системах
біоконверсії, залишається майже незмінною.
Рослинні залишки – це відходи
лісопереробної галузі та відходи сільського господарства. При заготівлі лісу та
подальшій його переробці з відходами втрачається близько 50% деревини. Ця
біомаса у вигляді тирси, листя, гілок вивозиться на полігони, де гниє чи
спалюється на місці, таким чином погіршуючи екологічний стан довкілля.
У сільськогосподарському виробництві
основними залишками біомаси є солома та сіно. Для рослинних залишків
характерною є особливість сезонної відтворюваності. Пік використання їх припадає
на другу половину літа та осінь. Можливість використання рослинних залишків для
виробництва енергії залежить від характеру переважної культури, якою засівають
більші площі, і від кількості залишків, які можуть бути зібрані з одиниці
посівної площі. Польові культури дають більше рослинних залишків, ніж овочеві. У
грубому наближенні кількість рослинних залишків, що збирають, для даної
сільськогосподарської культури можна визначити шляхом множення маси даної
культури на характерну для неї частку залишку, що є відношенням сухої маси
наземних залишків до маси зібраного з польовою вологістю врожаю. Ці коефіцієнти
для основних сільськогосподарських культур становлять: пшениця - 0,47-1,75;
кукурудза - 0,55-1,20; бавовна - 1,20-3,0; цукровий буряк - 0,07-0,20.
У Вінницькій області
великий потенціал для
перероблення в біореакторах має солома, що залишається від зернових
культур (табл 1.2)
Таблиця 1.2 – Валовий збір зернових у Вінницькій області
у 2007 році
Назва культури
|
Площа збору,
тис. га
|
Об’єм зерна,
тис. тонн
|
Об’єм соломи, тис. тонн
|
Озима пшениця
|
343
|
936
|
748,8
|
Жито озиме
|
27
|
61
|
48,8
|
Ячмінь озимий
|
20
|
56
|
44,8
|
Ячмінь ярий
|
209
|
520
|
416
|
Пшениця яра
|
15
|
36
|
28,8
|
Овес ярий
|
16
|
34
|
27,2
|
Просо
|
5
|
4
|
3,2
|
Гречка
|
54
|
36
|
28,8
|
Горох
|
40
|
84
|
67,2
|
Квасоля
|
11
|
23
|
18,4
|
Всього
|
740
|
1790
|
1432
|
Полігони твердих побутових відходів (ТПВ) міст та промислових
підприємств займають великі площі, отруюють навколишнє середовище, є
розплідниками для пацюків, мишей та інших тварин. Згідно з дослідженнями [4], на
одну людину припадає близько 300…700 кг твердих побутових відходів на рік. Склад
ТПВ міст наведенo
в таблиці 1.3.
Таблиця 1.3 – Склад ТПВ міст
|
Компоненти
|
Вміст, по
масі, %
|
|
Папір
|
43,2
|
|
Метали
|
8,0
|
|
Скло,
кераміка, ґрунт
|
10,8
|
|
Пластмаси,
гума, ганчір’я
|
4,5
|
|
Харчові
й тваринні
відходи
|
23,5
|
|
Інші
відходи
|
10,0
|
|
Разом
|
100
|
В Україні 92% ТПВ міст
залишаються непереробленими, тоді як у західних країнах частка біогазових
установок з переробки даного виду сировини постійно зростає
і є досить значною (табл. 1.4).
З промислових
відходів для перероблення становлять інтерес тільки відходи харчового і
спиртового виробництва, оскільки в них велика кількість органічних речовин.
Велика кількість вологи в відходах даного типу дозволяє використовувати їх для
анаеробного бродіння в біогазових реакторах.
Таблиця 1.4
−
Виробництво біогазу на полігонах ТПВ у
деяких державах
Держава
|
Кількість установок, шт
|
Вихід
біогазу, млн.м3/рік
|
США
|
244
|
4300
|
Німеччина
|
98
|
400
|
Англія
|
33
|
178
|
Швеція
|
24
|
60
|
Італія
|
13
|
38
|
Франція
|
9
|
50
|
Данія
|
6
|
8,5
|
У Вінницькій
області зосереджена велика кількість спиртових заводів, переробка стічних вод
яких дозволить отримувати значну кількість біогазу. Вихід біогазу з 1 м3
таких відходів становить 28…30 м3. На одному заводі середньої
потужності можливо отримати за добу 24000 м3, а за рік близько 6 млн.
м3 біогазу, що дозволить зменшити витрати тільки на виробництво
спирту близько 40%.
Загальну
кількість органічних відходів, що утворюються в СНД та Україні, наведено в
таблиці 1.5. Як видно, потенціал отримання біогазу в нашій країні надзвичайно
великий. Перероблення органічних відходів в біогазових реакторах дозволило б
вирішити значною мірою енергетичну
проблему на селі та у фермерських господарствах України.
Таблиця 1.5 −
Утворення органічних відходів за масою сухої речовини (СР) в республіках СНД і
на Україні, млн. т
Галузі утворення органічних відходів
|
СНД
|
Україна
|
Тваринництво і птахівництво
|
230
|
46
|
Рослинництво
|
160
|
32
|
Тверді відходи міст
|
60
|
12
|
Стічні каналізаційні води
|
7
|
1,4
|
Відходи деревообробної, харчової і інших галузей промисловості
|
43
|
8,6
|
Кожен з видів органічних
відходів дозволяє отримати при анаеробній переробці певну кількість біогазу з
різним вмістом у ньому метану (таблиця 1.6).
Таблиця 1.6 −
Вихід біогазу і вміст у ньому метану при використанні різних видів
відходів [3, 5, 6]
Вихідна сировина
|
Вихід біогазу на 1 кг сухої речовини, л/кг
|
Вміст метану (СН4), %
|
Гній великої
рогатої худоби
|
200
– 300
|
50
|
Гній свинячий
|
340
– 480
|
60
… 75
|
Кінський гній із
соломою
|
250
|
56
… 60
|
Бадилля картопляне
|
420
|
60
|
Стебла кукурудзи
|
420
|
53
|
Солома пшенична
|
342
|
58
|
Лузга соняшникова
|
300
|
60
|
Силос
|
250
|
84
|
Трава свіжа
|
360
|
52
|
Буряк
|
430
|
84
|
Відходи моркви
|
250
|
60
|
Тирса деревини
|
220
|
51
|
Твердий осад
стічних вод
|
570
|
70
|
Фекальний осад
|
250
– 310
|
60
|
Домашні відходи і
сміття
|
600
|
50
|
|