Биогаз и потепление

Проблема альтернативной энергетики, в частности, использования возобновляемых ресурсов вызывает тем больше интереса, чем все более очевидным становится факт глобального потепления.

Только что, в марте 2009 года, в Копенгагене прошла международная конференция, на которой 2500 делегатов из 80 с лишним стран большинством голосов приняли шесть ключевых предварительных рекомендаций. Ниже мы приводим краткую выдержку из них.

«Последние наблюдения подтверждают: эмиссия парниковых газов возрастает в соответствии с худшим из возможных сценариев или даже еще быстрее. Климатическая система вышла за рамки естественных колебаний параметров, в которых были сформированы современные социальная и экономическая системы. Эти параметры включают в себя глобальную среднюю температуру поверхности планеты, повышение уровня моря, динамику океана и ледников, закисление океана и экстремальные климатические события. Существуют серьезные основания считать, что отмеченные тенденции ускорятся и приведут к повышению риска внезапного или невозвратного изменения климата. Нет и не может быть оправдания бездействию, потому что у нас есть множество средств и подходов: экономических, технологических, поведенческих, управленческих, которые способны эффективно противостоять изменениям климата. Однако их нужно энергично и широко использовать для проведения социальных изменений, необходимых для перехода к безуглеродной экономике». Таким образом, участники конференции полностью поддерживают гипотезу антропогенного потепления.

Есть и альтернативное мнение, которого придерживаются не только многие ученые (в том числе такие известные, как физик Фримен Дайсон, академики РАН метеоролог Ю.А. Израэль, географ В.М. Котляков), но и политические деятели. Например, чешский президент Вацлав Клаус в то время, как в Копенгагене участники конференции обсуждали антропогенные выбросы парниковых газов, создал «Пражский клуб» для защиты гипотезы о естественных причинах глобального потепления. По его мнению, никакой научной дисциплины о климате нет, а миф об антропогенном характере его изменения навязывает человечеству эксперты, которые обслуживают влиятельные группы, рассчитывающие использовать проблему климата для извлечения прибылей в виде дивидендов от торговли квотами на выбросы парниковых газов, продвижения альтернативной энергетики и производства биотоплива. Действительно, ни для кого не секрет, что сейчас производство энергии альтернативными методами обходится дороже, нежели при использовании нефти, природного газа или урана, а чтобы обеспечить соответствующим предприятиям рентабельность, правительства многих стран выплачивают им всевозможные субсидии и дотации, что несколько затемняет экономический результат их деятельности, а саму экономику делает неустойчивой.

Однако есть энергоноситель, доступный без всяких дотаций, использование которого могло бы принести выгоду как в экономике, так ив деле защиты окружающей среды. Это биогаз, основная компонента которого — метан, образующийся при разложении органических веществ в анаэробных условиях, то есть в отсутствии кислорода. До недавнего времени его основными источниками были отходы: навоз домашнего скота, стоки промышленных предприятий, бытовой мусор и осадки сточных вод. Сейчас к ним добавились так называемые энергетические растения, которые специально выращивают для последующего сбраживания и получения биогаза. Про эти растения — разговор особый, а что касается отходов, то, поскольку их так и так приходится перерабатывать, попутное извлечение горючего оказывается неким дополнительным бонусом. Если же правы сторонники гипотезы антропогенного потепления, то утилизация метана полезна для борьбы с глобальным изменением климата. Ведь по степени парниковости он раз в двадцать превосходит углекислый газ (считается, что при концентрации в 200 раз меньшей, чем у углекислого газа, метан обеспечивает 19% парникового эффекта), а связанные с отходами деятельности человека выбросы этого газа составляют 10—15% от естественных.

О том, как надо получать и использовать биогаз, «Химия и жизнь» писала не раз и не два (см., например, №12 за 1983, №1 за 1988 год). Напомним вкратце принцип устройства установки. Биогаз образуется в два этапа. Сначала бактерии превращают углеводы, белки и жиры в органические кислоты (масляную, пропионовую, уксусную и другие). Попутно получаются водород, спирты, углекислый газ, аммиак, сероводород и другие вещества. Затем в работу включаются другие микроорганизмы — метанобразующие археи, — которые и завершают процесс минерализации. То есть для стабильной работы реактора нужно большое разнообразие участвующих микроорганизмов. Некоторая часть отходов иногда остается неразложенной, и из нее получается неплохое удобрение. Выходы биогаза часто достигают 5—15 кубометров на кубометр перерабатываемой органики.

Весь процесс идет в метантенке или анаэробном реакторе, в котором имеются устройства для отвода газов, перемешивания смеси, подачи нового сырья и удаления переработанного осадка. Метан составляет от половины до двух третей объема получаемого биогаза, остальное — углекислый газ и мизерные примеси: сероводород, водород, кислород, азот. Этот газ можно сжечь на месте, а можно очистить и направить в газовую сеть либо расфасовать по баллонам. Существует возможность использовать и метан, и углекислый газ совместно: для этого биогаз следует нагреть с водяным паром, получив синтез-газ, который затем превратить в синтетическое моторное топливо.

Объемы же возможной добычи биогаза велики. Например, в 1989 году суточная мощность станций очистки московских городских стоков составляла 100 тысяч м³, а общее количество метана, которое можно извлечь из московских свалок оценивалось в 30 млрд. м³ (см. «Химию и жизнь» 1989 №4). Не менее масштабны возможности сельского хозяйства. Из тонны навоза можно получить 55 м³ биогаза с содержанием метана 65%. При поголовье скота на 2007 год по данным Росстата (21,5 млн. голов крупного рогатого скота, 16,1 млн. свиней и 21 млн. овец и коз) и производстве навоза этими животными за время содержания в стойле (соответственно 5, 1 и 0,5 тонны), всероссийский ресурс биогаза составил бы более 7 млрд. м³. Это примерно 2% от всего годового потребления голубого топлива на территории России, общей стоимостью около 23 млрд. рублей (если считать в европейских ценах, действовавших в начале 2009 года).