В ассоциации АСПЕКТ создают системы, которые смогут вырабатывать электричество с КПД 70 процентов из непищевых растительных отходов. Аналогов таким технологиям нет нигде в мире. Роснаука заключила с разработчиками госконтракт на два года, гарантирующий 150 миллионов рублей бюджетного финансирования.
Разработчики из ассоциации АСПЕКТ хотят создать действующий на непищевых органических отходах энергопрофицитный комплекс, то есть такой, который бы вырабатывал энергии больше, чем тратит, а при этом ещё и отходы утилизировал. Суть новой технологии — в получении из непищевых растительных отходов практически чистого метана, полного аналога природного газа, который потом будет сжигаться с получением электричества и тепла. Исходным сырьём являются сельскохозяйственные отходы, нетоварная древесина, а также непищевые органические отходы производства спирта и пива.
Энергоустановка будет состоять из четырёх основных блоков. Сначала исходное сырьё подвергнется так называемой механохимической переработке, затем получившуюся биомассу «съедят» ферменты. Продуктом их расщепления станет биогаз, представляющий собой смесь метана и углекислого газа и незначительный процент примесей. Биогаз поступит в мембранные сепараторы, с помощью которых из смеси будет выделен углекислый газ, а затем уже чистый метан будет использоваться как топливо для микротурбин, вырабатывающих электричество. Два типа мембранных сепараторов, позволяющих отделять метан от углекислого газа, разработаны и запатентованы в Институте нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН. Расчётная мощность будущей установки — 100 киловатт электричества и 150 киловатт тепла, но её можно варьировать в достаточно больших пределах.
Как обещают авторы, технология будет полностью безотходной. Твёрдые продукты реакции, оставшиеся от переработки сырья в биогаз, можно будет использовать как удобрение. А качество углекислого газа, выделяемого в мембранном сепараторе из биогаза, будет достаточным для производства пищевой углекислоты, которая используется, например, как стимулятор роста растений в теплицах.
Учёные говорят, что установкой уже заинтересовался по крайней мере один потенциальный заказчик — завод по производству пива Miller в Калужской области.
Амбициозный проект представляет STRF руководитель ассоциации АСПЕКТ Лев Трусов.
Справка:Трусов Лев Ильич, генеральный директор Ассоциации делового сотрудничества в области передовых комплексных технологий АСПЕКТ, доктор технических наук, профессор
Зачем стране, экспортирующей углеводороды, биоэнергетика?
— Внедрение в России технологий биоэнергетики обеспечит качественный переход к созданию сельскохозяйственно-промышленных комплексов, которые смогут сами обеспечивать себя энергией и ещё производить её на продажу. Ведь из непищевой растительной биомассы можно получать и чистый метан, аналог природного газа, и углеводородное топливо, реально не отличимое от бензина.
Да, природный газ Россия экспортирует. Но у нас в стране и сейчас только 12 процентов сельских домов газифицированы. А по прогнозам, через пять-семь лет Россия столкнётся с дефицитом природного газа. На крупномасштабные поставки в Европу и обеспечение индустриальных центров газа ещё хватит. Но обеспечение малых потребителей станет проблемой! Конечно, сегодня на бытовом уровне может показаться, что всё это не критически важно. Местные электросети в деревнях работают, «лампочка Ильича» в домах горит, а чтобы согреться, можно и печку протопить. Но одно дело — выживать, и совсем другое — развивать реальное производство сельхозпродукции. Сейчас стоимость киловатта в электросетях — два рубля, через три года, по прогнозам, будет дороже, значит, подорожают мясо и молоко (они уже сегодня неконкурентоспособны по ценам — прим. ред.). А отечественные биоэнергетические установки позволят вырабатывать электричество и газ из сырья, которое, условно говоря, валяется под ногами. Например, из отходов животноводческих ферм.
К тому же у нас огромное количество леса, непроизводственных отходов лесотехнической промышленности — сучков, опилок. Сейчас начинается приватизация лесов и угодий, значит, появятся рачительные хозяева. Они будут заинтересованы в том, чтобы отходы производства, которые, если их оставить, сгниют, тем самым снижая будущие циклы воспроизводства леса, превращать в альтернативные источники энергии. Автономные энергетические установки смогут удовлетворить потребности как в электричестве, так и в топливе, которые можно использовать как для работы, так и в быту, для проживания людей на этих делянках. Кстати, технологии получения моторных топлив из биомассы в России тоже есть, они разработаны под руководством академика Ильи Моисеева.
С чем связан выбор технологии именно ферментативной переработки биомассы? Есть тот же пиролиз, например…
— При пиролизе извлечению энергоносителей из исходной биомассы препятствует содержащаяся в ней вода, а её может быть до 50—70 процентов. Так что эта технология требует предварительной сушки сырья, что занимает много времени. А если сушить прямо в пиролитической установке, то требуются значительные энергозатраты, что снижает общий КПД. Биотехнологические процессы позволяют использовать сырьё естественной влажности.
А как будут решены трудности с подготовкой целлюлозного сырья (опилок, нетоварной древесины) к ферментативной переработке, на которые указывают эксперты?
— Группа учёных из Института биохимической физики РАН и МГУ им. М.В. Ломоносова под руководством члена-корреспондента РАН Сергея Варфоломеева разработала оригинальную технологию ферментативной обработки исходного целлюлозного сырья. Изюминка в том, что исходная измельчённая биомасса дополнительно перемешивается с добавлением особых ферментов. Как известно, структура молекулы, например, лигноцеллюлозы, очень сложная: она предстаёт в виде множества «спутанных» в клубки спиралей, поскольку её атомы образуют между собой огромное число химических связей. В результате фермент не способен что-то «откусить» и переработать. Но под влиянием интенсивной механической нагрузки часть химических связей в молекулах рвётся, спирали растягиваются, и ферментация становится возможной. Такая технология воздействия, на наш взгляд, более перспективна, чем, в частности, технология «теплового взрыва», которую разрабатывают ряд американских компаний, по которой химические связи в целлюлозе разрушают ударной волной пара.
Необходимая часть установки — газовая микротурбина. Но, насколько мне известно, такие микротурбины достаточной мощности в России не производят…
— Во-первых, пока не производят. Калужский турбинный завод приступил к подготовке серийного выпуска газовых турбин 100—200 киловатт установленной электрической мощности. А во-вторых, дефицита микротурбин на мировом рынке нет, купить их не проблема.
По оценкам экспертов, в России наиболее востребованы автономные энергогенерирующие установки мощностью от 100 киловатт до одного мегаватта. Почему вы остановились именно на стокиловаттных системах?
— Не совсем так. Наш проект предполагает модульное решение. То есть можно будет смонтировать установку по производству метана из нескольких модулей, каждый из которых будет вырабатывать газ на 100 киловатт установленной мощности, и подключить к этой комбинированной установке более мощную микротурбину.
Михаил Найдён, STRF.ru
