Энергия биомассы: виды и производство¶

Энергия биомассы — это вид возобновляемой энергии, получаемой в результате переработки органических материалов растительного и животного происхождения. К биомассе относятся древесина, сельскохозяйственные отходы, навоз, органическая часть твёрдых коммунальных отходов, а также специально выращиваемые энергетические культуры. Энергия биомассы считается углеродно-нейтральной: при сжигании выделяется примерно столько же диоксида углерода, сколько растения поглотили в процессе фотосинтеза.

¶Виды биомассы

Биомасса классифицируется по происхождению и агрегатному состоянию.

• Древесная биомасса — дрова, щепа, опилки, кора, лесосечные отходы. Наиболее распространённый вид твёрдого биотоплива.
• Сельскохозяйственная биомасса — солома, стебли кукурузы, лузга подсолнечника, рисовая шелуха, жмых.
• Энергетические культуры — быстрорастущие растения (ива, мискантус, тополь), выращиваемые специально для энергетических целей.
• Жидкие и газообразные отходы — навоз, птичий помёт, осадки сточных вод, органическая фракция ТКО.
• Отходы пищевой промышленности — барда, жом, патока.

¶Способы производства энергии

Преобразование биомассы в энергию осуществляется тремя основными направлениями: термохимическим, биохимическим и механическим.

¶Термохимические методы

• Прямое сжигание — традиционный способ получения тепла и электроэнергии. Используется в котельных и на ТЭС. КПД современных установок достигает 30–40 %.
• Пиролиз — нагрев биомассы без доступа кислорода при температуре 400–600 °C. Продуктами являются древесный уголь, жидкое биотопливо (биомасло) и горючий газ.
• Газификация — частичное окисление биомассы при высокой температуре с получением синтез-газа (смесь CO и H₂). Синтез-газ используется для выработки электроэнергии или синтеза жидкого топлива.
• Торрефикация — «холодный обжиг» биомассы при 200–300 °C, повышающий её теплотворную способность и гидрофобность.

¶Биохимические методы

• Анаэробное сбраживание — разложение органики бактериями без доступа кислорода. В результате образуется биогаз, состоящий на 50–70 % из метана. Применяется на животноводческих комплексах и полигонах ТКО.
• Спиртовое брожение — сбраживание сахаров и крахмала дрожжами с получением этанола. Используется для производства биоэтанола — добавки к бензину.
• Биофотолиз — разложение воды водорослями под действием света с выделением водорода (находится на стадии исследований).

¶Механические методы

• Брикетирование и пеллетирование — прессование измельчённой биомассы в топливные гранулы (пеллеты) и брикеты. Повышает плотность энергии и упрощает транспортировку и автоматизацию сжигания.

¶Биотопливо

Продукты переработки биомассы делятся на три поколения:

• Твёрдое биотопливо — дрова, щепа, пеллеты, брикеты, древесный уголь.
• Жидкое биотопливо — биоэтанол (заменитель бензина), биодизель (из растительных масел), биомасло.
• Газообразное биотопливо — биогаз, синтез-газ, биоводород.

Биотопливо первого поколения производится из пищевых культур (кукуруза, рапс, сахарный тростник), второго — из непищевого сырья (целлюлоза, лигнин), третьего — из водорослей.

¶Применение

Энергия биомассы используется в нескольких секторах:

• Теплоснабжение — котельные на щепе и пеллетах для отопления жилых домов и производств.
• Электроэнергетика — биогазовые электростанции и ТЭС на биомассе. По данным IRENA, в 2023 году мировая установленная мощность биоэнергетики составляла около 150 ГВт.
• Транспорт — биоэтанол добавляется в бензин (в России — до 10 %), биодизель — в дизельное топливо.
• Промышленность — использование биогаза для технологических нужд, производство биопластиков и биоудобрений.

¶Преимущества и ограничения

К достоинствам биоэнергетики относят возобновляемость сырья, снижение выбросов парниковых газов по сравнению с ископаемым топливом, утилизацию отходов и создание рабочих мест в сельских регионах.

Ограничения связаны с низкой энергетической плотностью сырья, сезонностью заготовки, логистическими затратами на транспортировку, а также конкуренцией за землю с пищевым производством. При неустойчивом лесопользовании сжигание древесины может приводить к деградации экосистем.

¶Ситуация в России

В России биоэнергетика развита умеренно. Основные направления — сжигание древесных отходов на целлюлозно-бумажных комбинатах, использование биогаза на животноводческих предприятиях и экспорт древесных пеллет. По данным Минэнерго, доля биоэнергетики в энергобалансе страны составляет менее 1 %. Крупнейшие производители пеллет расположены в Архангельской, Иркутской областях и Красноярском крае. Потенциал сектора оценивается в 30–40 млн тонн условного топлива в год за счёт отходов лесозаготовки и сельского хозяйства.