Техника - молодёжи 1982-07, страница 44

«УРОЖАЯ» СОЛНЦА

Действительно, самая мощная батарея на Земле, которая не только собирает, но и запасает лучистую энергию, — это бесчисленное множество фотосинтезирующих растений. Их общая биомасса составляет около 800 млрд. т. Для сравнения приведем аналогичный показатель ископаемого топлива, то есть законсервированных в земных недрах продуктов фотосинтеза доисторических времен, — примерно 900 млр^. т.

Вспомнив о зеленых растениях, ученые по-новому взглянули на них. Теперь стало модно именовать их как «биологические конверсионные системы», то есть системы, осуществляющие преобразование солнечной энергии в энергию химических связей органических веществ. Особо подчеркивается, что эти биосистемы работают на таких неограниченных природных ресурсах, как солнечный свет, углекислый газ и вода. К тому же они представляют собой постоянно возобновляемый источник энергии, поскольку их биомасса, расходуемая в качестве пищи или топлива, рано или поздно снова превращается в первоначальные продукты — воду и углекислоту. Еще одно большое достоинство растений заключается в том, что при их топливном использовании окружающая среда не загрязняется вредными отходами.

Наиболее ценный в топливном отношении компонент растительной биомассы — целлюлоза — является самым распространенным органическим веществом на Земле. Ее ежегодное производство растениями оценивается примерно в 10¹¹ т. Основной поставщик целлюлозы — леса. Согласно проведенным в США расчетам древесная масса, ежегодно нарастающая на 500 млн. акров лесных угодий, может дать «зеленой» энергии порядка 12% от общего энергопотребления страны. Средняя продукция древесины в мире составляет 3 м³ с гектара. При совершенствовании ведения лесного хозяйства можно добиться еще большего «урожая» (до 8 м³/га). Для этих же целей были проведены специальные исследования и выбраны наиболее быстрорастущие и перспективные породы деревьев: тополь, эвкалипт, платан, ива.

Однако целлюлозу дают не только деревья. Другими ее источни ками служат сельскохозяйственные культуры и водная растительность. Из первых можно назвать кукурузу, подсолнечник, сорго, сахарный тростник и другие наиболее быстро растущие. Так, по данным американских специалистов, кукуруза после снятия початков ежегодно дает около 2,3 т зеленой массы на

гектар, что в энергетическом выражении составляет 3,5Х Х10⁷ кДж/га. В Мировом океане, занимающем 71% всей поверхности нашей планеты, возможности получения биомассы еще выше. Например, распространенная у морского побережья крупная бурая водоросль макроцистис может давать от 450 до 1200 т сырой массы на гектар водной поверхности. К тому же водоросли «работают» С более высоким КПД, чем наземные растения: эффективность использования гелиоэнергии у них варьирует от 1—5% в обычной обстановке до 20—30% при специально создаваемых условиях.

Таким образом, имеются вполне реальные перспективы получения в ближайшем будущем огромного количества растительной массы для нужд человека. Остается, однако, прежняя проблема: ее низкая калорийность. Здесь возможны различные пути. Древесину, например, можно измельчать и прессовать в брикеты, что повышает содержание энергии на единицу веса до близкой к углю величины. Но это все-таки хоть и модифицированный, но тот же старый путь прямого сжигания целлюлозы. В то же время существуют более эффективные способы ее использования — переработка и другие виды горючего: твердое (древесный уголь), жидкое (метиловый и этиловый спирт), газообразное (водород и метан). Их теплота сгорания значительно выше, чем исходного продукта: если древесина содержит 16 кДж энергии на грамм, то метан — 50, а жидкое топливо — 24—35 кДж/г (энергетическая характеристика нефти, для сравнения, равна 42 кДж/г).

Основными способами переработки биомассы в другие виды топлива являются: пиролиз (термическое разложение в отсутствие кислорода), гидрогенизация (извлечение кислорода путем пропускания водорода под давлением при высокой температуре) и ферментация (сбраживание под действием микроорганизмов). Выбор способа переработки зависит от вида биологического сырья. Например, если это свежая растительная масса, то она подвергается анаэробной (бескислородной) ферментации с образованием горючего газа метана.

Следует отметить, что на один из продуктов переработки биомассы — этиловый спирт (этанол) — возлагаются в настоящее время особые надежды. Правда, его использование в качестве топлива не является принципиально новым: еще перед второй мировой войной автомашины в Европе работали на своеобразном «коктейле» из этилового, метилового спирта и бензи

на. Этанол может получаться в результате сбраживания углеводов (сахаристых и крахмалистых веществ) под действием специальных культур дрожжей (спиртовое брожение). Этот способ считается особенно перспективным для стран, производящих сахар. Так, в Бразилии проводится в жизнь обширная программа по замене дорогой импортной нефти этиловым спиртом, получаемым путем сбраживания углеводов растительного происхождения. Скажем, после обработки сахарного тростника остается вязкая масса — меласса, примерно на 60% состоящая из сахарозы и других сахаристых веществ. При сбраживании мелассы получается этанол. Расчеты показывают, что одна тонна сахарного тростника может дать 65 литров 96-процентного этилового спирта. К разряду перспективного сырья относят также маниоку (кассаву), сорго, сладкий картофель, скорлупу кокосовых орехов. Предполагается, что к

( *

Сравнительная оценка биомассы растений и запасов естественного горючего.

ОЕ>ЩА<Л ЬИСМЛАДА ТЖЛИЕНИИ \\А ^Е/И/IF

0!>И УИАСС А ИСКЦЛЛКМОГО

тогмиеи

600 м/вя.гп

900 M/iRflin

1990 году этанол будет составлять 50% всего жидкого топлива Бразилии.

Этанол ничто не мешает добывать и другим путем — в результате химического превращения целлюлозы в глюкозу (гидролиз под действием химических агентов или высокой температуры) с ее последующим сбраживанием. Этот способ намечено осуществить в Австралии, где источником целлюлозы послужит древесина эвкалипта, а гидролизующим агентом — соляная кислота.

До сих пор речь шла об использовании непосредственно самих растений. Однако понятие «биомасса» трактуется шире: оно охватывает не только растения, но и получаемое из них вторичное сырье. В частности, сюда входят некоторые виды промышленных и бытовых отходов. Так, ценным источником энергии могут служить отходы деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. В ряде

41