3. Биомасса энергиясы

Биомаңыз энергиясының табиғаты. Жаңғыртылатын энергия көздерінің бірі – биомасса энергиясы болып табылады.

Биоөнімдерінен газ тәріздес отын алу ертедегі Қытай елінде пайда болған.

Биомаңыз термині ұғымына өсімдіктердің барлық түрі, ауылшаруашылық өнімдерінің қалдықтары, ағаш өңдеу өнеркәсіптеріндегі энергетикалық құндылығы бар қалдықтар жатады және олар отын есебінде пайдаланылады [23].

Биомаңызды 2 топқа бөлуге болады:

Бірінші топқа жататындар: өсімдіктер, микроорганизмдер, жануарлар, т.б.

Екінші топқа жататындар: биомаңыздың алғашқы өнімін өңдегеннен қалған қалдықтар және адам мен жануарлардың іс-тіршілігінен қалған өнімдер.

Бірінші және екінші топтағы биомаңыздағы қорланған энергияны техникалық тиімді отынға әртүрлі жолдармен түрлендіруге болады.

Бұқтыру және ашыту тәсілдерімен (ауыл шаруашылығындағы жануарлардың және өсімдіктердің қалдық өнімдерінен) биомаңыздан биогаз және қосымша өнімдерді (витаминдер және тыңайтқыштар) алуға болады.

Биомаңыздың экологиялық жағы өте тиімді, өсімдіктер өсу барысында күн энергиясын жұтады, ал су, көмір қышқыл газдарын бөліп шығарады және фотосинтез үдерісі кезінде көміртегін түзеді, бірақ жану үдерісі жүрген кезде керісінше оттегін жұтады, жылу, су және көмір қышқыл газдарын бөліп шығарады.

Атмосферадағы С₂О және жердегі су фотосинтез үдерісі кезінде көмір сутегін түзеді, ал бұдан биомаңыз алынады. Яғни, Күн энергиясы фотосинтез үдерісі кезінде пайдаланатын өзінің химиялық күйін биомаңыз күйінде сақтайды.

Егер біз биомаңызды тиімді жағатын болсақ (химиялық энергияны босатсақ), атмосферадағы оттегі, өсімдіктердегі көміртектері реакцияға түсіп С₂О және су түзеді. Бұл үдеріс тоқтаусыз қайталанып отырады, С₂О қайта жаңа биомаңыз өндіруге жарамды.

Биомаңыздың органикалық отындарға қарағандағы ерекшелігі – оның қоршаған ортамен әрекеттесуі. Өсімдіктердің химилық құрамының ыдырауымен бөлінген заттар атмосфераға таралады. Органикалық отында ол керісінше жабық түрде жер астында қалады, оны жаққанша ол атмосфераға әсер етпейді.

Биомаңыз энергиясы болашақта жаңғыртылатын энергия көзі деп аталады. Бүгінгі таңда ол бірінші ретте пайдаланатын энергияның 14%-ын қамтамасыз етеді.

Бұл биомаңыз энергиясы дамыған елдерде тұратын халықтың үштен төрт бөлігін қамтамасыз ететін энергия көзі болып табылады.

Халық санының өсуі, органикалық отындардың азаюы, дамыған елдер үшін биомаңыз энергиясына деген сұранысты өсіріп отыр. Дамыған елдер үшін биомаңыз энергиясы бірінші реттегі энергияның 38%-ын қамтамасыз етеді, ал кейбір елдерде ол 99%-ды құрайды [24].

1 м³ құрғақ ағаш отында 10 ГДж (10 миллион кДж) энергия бар. 1 литр суды 1 градусқа қыздыру үшін 4,2 кДж жылу энергиясы қажет. Ал суды қайнату үшін 400 кДж энергия қажет, бұл 40 куб. сантиметр ағашты қажет етеді. Бірақ ашық ортада жану кезінде 50 есе көп жұмсалады. Оның түрлендіру тиімділігі 2%-дан аспайды [25].

Биомассаның энергиясы – бұл энергетикалық мақсатта биогаз және органикалық таза тыңайтқыштарды алумен, ауылшаруашылық қалдықтарын пайдаға асыру болып табылады. Қазақстанның ауыл шаруашылығында органикалық қалдықтардың жылдық шығымы шамамен 40 миллион тоннаны құрайды. осы қалдықтарды биогазды технологиялар бойынша өңдеу шамамен 18 миллиард текше метр биогаз алуға мүмкіндік береді, бұл шартты отынның 14-15 миллион тоннасына эквивалентті. Осы ресурстарды жартылай пайдаға асыру ауылға және қашықтағы тұтынушыларға алыстан әкелінетін отынды орталықтан жеткізуге деген сұранысты айзайтып, сондай-ақ жылу мақсатындағы электр энергиясының шығынын айтарлықтай азайтар еді [26].

Қазақстандағы энергия өндірісі үшін биомассаның тұрақты көзі мал шаруашылығы өнімдерінің қалдығы болып табылады. Мал және құс шаруашылығы қалдықтарының жылдық шығымы құрғақ салмағы бойынша – 22,1 миллион тонна немесе 8,6 млрд. текше метр газ (ірі қара малдың – 13 миллион тонна, қой – 6,2 миллион тонна, жылқы – 1 миллион тонна), өсімдік қалдықтары – 17,7 миллион тонна (бидай – 12 миллион тонна, арпа – 6 миллион немесе 8,9 млрд. текше метр), бұл шартты отынның 14-15 миллион тоннасына эквивалентті, мазуттың 12,4 миллион тоннасы немесе өндірілетін мұнай көлемінің жартысынан көбі [27].

Оларды өңдеудің арқасында шамамен жылына 2 миллион тонна шартты отын биогаз алуға болады. Осы газды электрогаз генераторларында өңдеу жыл сайын 35 млрд. кВт/сағат (энергияны жалпы тұтынудың жартысы, ауыл шаруашылығы үшін қажеттілік 19 млрд. құрағанда) және сонымен бір мезетте 44 миллион Гкал жылу энергиясын алуға мүмкіндік береді.

Егер биогазды электр энергиясының өндірісі үшін пайдаланса, оның өзіндік құны кВт/сағат үшін бар болғаны 0,025-0,075 доллар, ал дәстүрлі көздерден алынатын электр энергиясы кВт/сағат үшін 0,1-0,15 долларды құрайды. Сөйтіп биогаз 2-4 есе үнемдірек [28].

Биогазды технологиялар – бұл өңдеудің барынша тиімді, экологиялық таза, қалдықсыз тәсілі болып табылады. Тазарту, әртүрлі өсімдік және жануартекті органикалық қалдықтарды жою және зиянсыз етуден тұрады.

Қазіргі кезде әлемнің барлық дамыған және даму жолындағы елдері биомасса ерекшелігінің барын ескере отырып, биоэтанол өндірісінің өзіндік бағдарламаларын жасауда, соның ішінде Қазақстанның жақын көршілері Ресей мен Қытай да бар.

Қазақстан бұл бағытта да алдыңғы қатардан көріне алады: Қазақстан өсімдік шаруашылығының өнімдерін ең алдымен, «қатты бидайды» көптеп шығарады. Бірақ бізде жыл сайын ауыл шаруашылығы қалдықтары сабандар, күнбағыс қауыздары көп мөлшерде еш мәнсіз өртеледі, бұларды биоэтанол өндірісі үшін пайдалануға болатын еді.

Солтүстік Қазақстан облысында «Баско» компаниясы биоэтанол өндірісі бойынша зауытты салды – бұл «Биохим» өндірістік кешені. Сондай-ақ, энергетикадағы әлемдік үдерістерді ескеріп, Степногорскіде бар қуатты өндірістік базаны және биоэтанол өндірісіне арналған инфрақұрылымды пайдалануға да болады.

Қазақстанда ауыл шаруашылығы өндірісінің қалдықтары энергия өндірісіне арналған биомассаның тұрақты көзі болып табылады.

Оларды өңдеудің арқасында шамамен жылына 2 миллион тонна шартты отын – биоотын алуға болады.

Орман өнеркәсібінің қалдықтары да энергияның жаңғыртылатын көздері тұрғысынан қызығушылық тудырады. Қазақстан Республикасының орман қорының жалпы өрісі 23,4 миллион гектарды құрайды, солардың ішінде орман алып жатқан алқап шамамен 12 миллион гектарды құрайды, бұл республика аумағының 4,5%-ы Ресей және Түркиядан кейінгі Орталық және Шығыс Еуропа елдерінің ішінде үшінші орында.

Қазақстанның орманы үшін олардың біртекті таралмауы тән. Ағаш қорының шамамен 80%-ы елдің солтүстік және солтүстік-шығыс бөлігіне келеді және бұл қордың жартысы Шығыс Қазақстан облысының қылқан жапырақты ормандары (Шығыс Қазақстан – 47%, Солтүстік Қазақстан – 18,6%, Ақмола – 11%) [29].

Сонымен қатар, биоэнергетика үшін шикізат ретінде өсімдік шаруашылығының ресурстарын да қолдануға болады. Қазақстандағы егістік алаңы 2007 жылы 18,95 миллион гектарды құраған. Қазақстандағы өңделетін алаңның негізгі бөлігін (80,1%) астықты және дәнді-бұршақты, негізінен бидай дақылдары алып жатыр.

Энергияның жаңартылатын көздерінің шикізатын алу үшін мал шаруашылығының әлеуеті де айтарлықтай. Қазақстанның мал жайылымының жалпы өрісі 188,9 миллион гектарды құрайды, соның ішінде 184,1 миллион гектары жақсартылмаған жайылым және 4,8 миллион гектары жақсартылған (2,5%). Жайылымды жерлердің өрісі бойынша Қазақстан әлемде бесінші орында тұр.

Ірі қара мал 5,7 миллион басты құрайды, қойлар мен ешкілер – 13,4 миллион бас (76%). Ірі қара мал (3,7 миллионнан астам ірі қара және 12,4 миллион қой) климаты құрғақ қуаңды жерлерде өсіріледі, ол Қазақстанның табиғи азықтық жерінің 84%-ынан астамын алып жатыр.

Биогаз өндіру технологиясы. Қазіргі кезде дүниежүзінің көптеген елдерінде биогаз өндіретін әртүрлі техникалық қондырғылар пайдалануға және жаңа жобалар жасалуда.

Шетелдерде биогаз өндіру ауылшаруашылық саласының энергетикалық теңгерісінде алдыңғы қатарлы орын алады.

Биогаз өнімі газ тәріздес, ол әртүрлі органикалық қалдықтардың ферменттерінің анаэоборлық жолмен, ау бермей өңдеудің нәтижесінен пайда болады. Одан алынған өнімнің құрамында метан (СН₄) – 55-70%, көмір қышқыл газы (СО₂) – 28-43% және аз мөлшерде күкіртті сутегі – (Н₂S) бар.

Биогаз өндірудің кең тараған әдісі – анаэробты ашыту реактор-метатанкте немесе анаэробты бөшкелерде.