Возобновляемые источники энергии

Введение

С каждым годом в России всё более остро встают вопросы энергосбережения, эффективного использования ресурсов, утилизации отходов. Количество и разнообразие отходов растёт быстрыми темпами, наряду с развитием промышленности и ростом потребления энергии. Вместе с тем, органическая составляющая отходов и особенно в сортированном виде представляет собой постоянно возобновляемый источник энергии, который может быть использован для выработки как тепловой, так и электрической энергии.
Использование органической части отходов достаточно успешно решает вопросы дефицита энергии в странах Евросоюза, в США, Японии и других развитых странах.
В России на предприятиях, заводах, фабриках также начинают внедряться программы энергосбережения, снижения вредных выбросов в атмосферу, оптимизации использования первичных ресурсов.
В научных организациях проводится поиск и исследование новых методов снижения потребляемой энергии и ее выработка из нетрадиционных источников энергии, повышения максимальной эффективности её использования, а также поиск способов утилизации отходов производства и бытового пользования.
Цель работы – изучить возможности использования возобновимых ресурсов в качестве источника энергии.

1. Традиционные источники энергии и необходимость изменения энергетической стратегии
История развития общества – это, без преувеличения, и история энергетики, причем первыми источниками энергии для преобразовательной деятельности человека были именно возобновляемые источники энергии – мускульная сила животных, ветер, реки, притоки.
Значительно позже, но в постоянно растущих объемах, человечество начало использовать запасы накопленной природой за миллионы лет энергии угля, нефти и газа, а еще позже – энергию ядерного топлива. Именно эти источники называют сегодня традиционными, или первичными. Главная особенность этих источников энергии заключается в том, что они являются источниками не возобновляемые: сожженный один кубический метр угля, нефти или газа является уже окончательно потерянным и не возобновится. Другой особенностью этих источников энергии является очень высокая плотность энергии, содержащейся в одной единице объема, и это обусловило большое удобство их использование. Поэтому именно этими источниками энергии человечество пользуется в течение последних 130-140 лет, пренебрегая другими источниками энергии. Однако в условиях постоянно
растущих объемов их использования стали проявляться в нарастающих темпах присущие им негативные явления – тепловое, химическое и радиоактивное загрязнение планеты, которые в последние десятилетия приобретают угрожающий характер.
Согласно прогнозам, запасов в недрах Земли традиционных видов топлива хватит на 40-70-100 лет для нефти, газа и уранового ядерного топлива и на 150-250 лет для угля. То есть то, что природа накапливала миллионы лет, человечество, продолжая обеспечивать свои энергетические потребности только на базе традиционных источников энергии, может их полностью «съесть» за каких-то 200-250 лет, ничего не оставив для потомков и к тому же разрушив экологию планеты.
Среди определенного круга ученых-энергетиков господствует мнение, что проблема исчерпанности традиционных источников энергии частично возможно компенсировать ядерной и особенно термоядерной энергией.
Но, во-первых, чтобы пойти таким путем, нужно перейти на новые, значительно более экономичные способы переработки урана (например, отойти от уран-плутониевого цикла, заменив его уран-ториевым, что совсем непросто, не говоря уже о том, что проблема создания термоядерных реакторов пока совсем не решена).
Во-вторых, такой путь все равно не снимет проблемы теплового загрязнения, хранения отходов и возможных аварий ядерных и термоядерных «монстров».
Таким образом, диалектика жизни снова вернула нас лицом к необходимости ускоренного привлечения нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. Есть источники, которые пока еще не задействованы в более или менее заметных размерах в общем энергоснабжении, хотя большинство из них давно известны, из которых накопленные необходимые знания и инженерно-технические решения, но которые по ряду объективных и субъективных причин длительное время «были в запасе».

2. Понятие и классификация природных ресурсов
Часть ресурсов биосферы, которые на данном уровне развития производительных сил и изученности могут использоваться для удовлетворения потребностей человеческого общества, принято называть природными ресурсами.
В настоящее время природными ресурсами называют природное сырье и топливо для производства продуктов потребления человека.
Важно отметить, что тела и явления природы становятся определенным ресурсом лишь в том случае, если в них возникает потребность. Поэтому объем природных ресурсов меняется в зависимость от района земного шара и стадии социально-экономического развития общества. Так, в первобытно-общинном обществе потребности человека и его возможности по их удовлетворению путем использования природных богатств были исключительно скромными и не выходили за рамки охоты, рыбной ловли и собирательства.
Потребности общества изменяются с развитием новых технических возможностей освоения природных богатств. Например, нефть была известна как горючее вещество еще за 600 лет до н. э., но в качестве сырья для топлива в промышленных масштабах ее стали использовать лишь в середине XIX в. Именно с тех пор нефть превратилась в реально доступный энергетический природный ресурс, значение которого неуклонно возрастало

.
До середины XX в. нефть, залегающая в донных отложениях шельфа Мирового океана, не считалась ресурсом, ибо уровень развития техники не позволял производить ее добычу на шельфе.
Лишь в 40-х годах XX в. в акваториях озера Маара-кайбо (Венесуэла) и Каспийского моря впервые началась промышленная разработка нефтяных залежей мелководья морей и океанов.
Исходя из первоочередности цели сохранить окружающую среду на нашей планете в неизменном, привычном человеку виде, следует особо отметить, что природными ресурсами для человечества являются абсолютно все ресурсы биосферы, а биота, обладающая мощнейшей средообразующей и средорегулирующей функцией, есть главный природный ресурс.
Классификация природных ресурсов по признаку исчерпаемости
Возобновляемость ресурсов природы означает их способность (или неспособность) к самовосстановлению посредством природных циклов или процессов. Исчерпаемость отражает скорость исчерпания. Для исчерпаемых ресурсов характерна высокая скорость исчерпания; для неисчерпаемых – низкая. Таким образом, критерий исчерпаемости носит относительный характер. Поэтому ряд природных ресурсов занимает промежуточное положение по отношению к данному классификационному признаку (таблица 1).

Таблица 1 – Классификация ресурсов по признакам исчерпаемости
Ресурсы
Неисчерпаемые Исчерпаемые

Возобновимые
Относительно возобновимые
Невозобновимые
Космос Травы Чистый воздух Ископаемые руды
Водные ресурсы планеты Животные Водные ресурсы в регионе Ископаемое топливо
Энергия солнца, ветра, отливов и приливов Минеральные составляющие почвы Продуктивная пахотно-пригодная почва Природно-биологические ресурсы
Климатические ресурсы
Леса со спелым древостоем Земли в естественном виде
Гравитация
Экосистемы

Как видно из таблицы, к возобновимым ресурсам относятся биологические ресурсы и минеральные составляющие почвы. В качестве источника энергии будем рассматривать биологические ресурсы.

3. Возобновимые ресурсы как источники энергии
Источниками энергии могут служить отходы пищевой промышленности.
Большая часть пищевых отходов используется в качестве корма в животноводстве.
Для получения энергии используют отходы семян, орехов, косточки плодовых. Еще в 1967 году в Калифорнии была сооружена фабрика по производству топливных брикетов из отходов семян и шелухи.
Большое внимание уделяется энергетическому потенциалу отходов сахарного тростника, получающихся при извлечении сахара, которые составляют примерно 30% массы самого сахарного тростника. Количество сухих отходов собираемого в США сахарного тростника ставляет 1,1 млн. т в год, и большая часть их сконцентрирована в штатах Луизиана, Миссисипи и Флорида. Значительные ресурсы отходов сахарного тростника имеются в  Пуэрто-Рико и  на Гавайских островах.
А.А. Серегин указывает на возможность получения энергии при переработки отходов сахарной свеклы.
Перерабатывая биомассу путем анаэробного сбраживания можно получить биогаз. В свою очередь, сжигая биогаз в котлах ТЭЦ сахарного завода или в газодизель-генераторах, можно получить электрическую и тепловую энергию.
Оптимальным сырьем в условиях сахарного завода является жом. С энергетической точки зрения свекольный жом имеет достаточный потенциал. По данным исследований с 1 тонны жома влажностью 75-82% можно получить 100 м3 биогаза. Конечно в реальных условиях эта цифра будет несколько меньше, но достаточной для того чтобы считать применение данной технологии эффективной. Например из 1 тонны навоза КРС влажностью 84-87% можно получить 60 м3 биогаза.
Также можно использовать бой свеклы и хвостики после классификатора. Добавление этих отходов может положительно повлиять на выход биогаза, но только при соблюдении четкой технологии дозирования и управляемости кислотности и рН субстрата в метантенке, потому что они имеют больший по сравнению с жомом, энергетический потенциал (с 1 тонны ботвы и хвостиков свеклы можно получить 200 м3 биогаза).
Л.С. Андреева обращает внимание, что в последние годы становится особенно актуальной во всем мире проблема переработки и рационального использования отходов кожевенного и мехового производства. Это обусловлено тем, что в процессе производства натуральных кож и пушно-меховых полуфабрикатов образуется значительное количество (30-50% от массы сырья) отходов, содержащих до 50% белковых веществ, а также много других побочных продуктов.
Значительная часть органических отходов кожевенного и мехового производства еще не нашла применения и вывозится на свалки, что, помимо материальных потерь, ведет к загрязнению окружающей среды. В данной ситуации наиболее подходящим способом переработки отходов является анаэробное метановое сбраживание.
Большой энергетический потенциал имеют отходы лесозаготовительной, деревообрабатывающей, мебельной промышленности.
Если рассмотреть дерево как объект труда, оно состоит из пенька и корневой системы (13%), ствола (64%), сучков, веток и вершины (10%), листья (4%) и коры (9%).
Валку дерева проводят отделением надземной части дерева от корневой системы. Очистив поваленное дерево от сучков и отрезав вершину, получают хлыст – две трети. Хлыст – это деловая древесина и есть основной целью лесозаготовки. Для топлива используется неликвидная древесина: вершина, сучки, ветки, пеньки, корни, кора и опилки.
В Российской Федерации растёт количество заводов по производству пеллет из древесной биомассы