Экономические и экологические аспекты внедрения биогазовой технологии переработки органических отходов животноводства в Республике Саха (Якутия)

Современные проблемы энергетики могут быть решены только при рациональном использовании всех существующих на Земле и околоземном пространстве источников топлива и энергии. Истощение запасов нефти и традиционных энергоресурсов, рост цен на них и обострение экологических проблем обусловили глобальный интерес к разработке и использованию биогазовой технологии для получения механической, тепловой, электрической энергий и биоудобрений. Биогазовая технология может быть использована для переработки многих видов органических отходов, навоза, сточных вод, отходов сельскохозяйственных культур и производства, улучшая экологическую обстановку местности. Тот факт, что животные неполно усваивают энергию растительных кормов и более половины этой энергии уходит в виде навоза, позволяет рассматривать последний не только как ценное сырье для органических удобрений, но и как мощный возобновляемый источник энергии [1, с.14].

Как известно, наша страна имеет огромные территориальные границы, исходя из этого, обладает различными климатическими условиями.

Основная часть биогазовых установок, в настоящее время расположена в зонах России с умеренным климатом, что является основным фактором для размножения метанобразующих бактерий. В районах Сибири и Дальнего Востока применение биогазовой технологии является весьма затратным, в связи с низкими температурами в зимний период времени, что сказывается на дополнительных затратах для применения данной технологии.

В данной статье рассмотрена возможность применения биогазовой технологии по переработке отходов животноводства Республике Саха (Якутия), как региона Дальнего Востока России с низкой температурой. Соотношение зимнего и летнего периода в республике равно 7:5. В настоящее время ни на одной ферме в республике не внедрена технология переработки отходов, что наносит значительный урон окружающей среде. Республика обладает огромной территориальной площадью, в виду этого возникает проблемы дефицита энергетических мощностей, недостаточного уровня централизации электроснабжения, теплоснабжения и газоснабжения, а также транспортного сообщения между населенными пунктами. В весенне- летне- осенний период в некоторые населенные пункты невозможно добраться автомобильным или водным транспортом.

В республике основная часть поголовья крупного рогатого скота приходится на крестьянские (фермерские) хозяйства и личные хозяйства населения. Согласно статистическим данным на 1.08.2014 г. на территории Республики Саха (Якутия) имеется следующее количество сельскохозяйственных животных (рис. 1).

Рис. 1. Количество сельскохозяйственных животных в Республике Саха (Якутия), тыс. голов

Биогаз — газ, получаемый водородным или метановым брожением биомассы. Метановое разложение биомассы происходит под воздействием трёх видов бактерий. В цепочке питания последующие бактерии питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих [2, с.8].

Выход биогаза подсчитывается в литрах или кубических метрах на килограмм сухого вещества, содержащегося в навозе (помете). Для расчетов количества биогаза получаемого из отходов животноводства Республики Саха (Якутия) сначала было подсчитано, какое количество сухого вещества содержится в 1 кг навоза (помета). Для расчетов использовалась стандартная методика определения количества сухого вещества при влажности 80–90 %. По результатам подсчетов было получено, что из 1 кг навоза можно получать в среднем 0,04 м³ биогаза, из навоза свиньи 0,06 м³, из птичьего помета 0,07м³ и из конского навоза 0,03 м³.

В процессе брожения органических отходов животноводства, в биогазовых установках, выделяется биогаз, а также мы получаем переработанное органическое сырье — эффлюент. Эффлюент представляет собой удобрение, повышающее общее качество земель и увеличивающее урожайность, поскольку оно содержит ряд органических веществ, которые вносят вклад в увеличение проницаемости и гигроскопичности почвы, в то же время, предотвращая эрозию и улучшая общие почвенные условия. Органические вещества также являются базой для развития микроорганизмов, которые переводят питательные вещества в форму, которая легко может быть усвоена растениями. Практика показывает, что урожайность растений при применении эффлюента в качестве удобрения значительно повышается [3, с.58].

Таким образом, имея средние значения выхода биогаза из 1 кг сырья и количества среднесуточных отходов сельскохозяйственных животных, мы можем получить следующие данные, которые представлены в таблице № 1.

Таблица 1

Количество выхода биогаза из отходов различных видов животных по Республике Саха (Якутия) в день

Как мы видим из таблицы, ежегодный прирост биомассы в виде отходов животноводства республики составляет 9888752 кг в день. При пересчете данного показателя в месяц мы получим 296662 тонн отходов и в год — 3 559 950 тонн. Данные отходы не подвергаются переработке и наносят колоссальный вред на окружающую среду и участвуют в образовании парникового эффекта поскольку навоз является источником 65 % выбросов закиси азота, парниковый эффект которого в 296 раз превышает парниковый эффект двуокиси углерода [4, с. 176]. При их переработке мы можем получить 140 341 040 м3 биогаза в год.

Биогаз, как и альтернативный вид энергии имеет следующие эквивалентные показатели: из 1 м³ биогаза получают 2 кВт электроэнергии, 0,8 м³ природного газа; 0,84 л дизельного топлива; 0,74 л бензина; 1,5 кг дров (в абсолютно сухом состоянии).

При условии обеспечения всех фермерских (крестьянских) хозяйств республики установками по выработке биогаза, можно ежегодно получать следующие эквивалентные показатели биогаза (табл. 2).

Таблица 2

Выход биогаза и его эквивалентные показатели по Республике Саха (Якутия) в год

Как мы видим из таблиц, ежегодный прирост биомассы в виде отходов животноводства республики составляет — 3 559 950 тонн, что эквивалентно: Природному газу в объеме 112273018,9 м3, дизельному топливу — 117886669,8 литров, бензину — 103852542,5 литров, дровам для топки в печах — 210511910,4 кг или электроэнергии в размере 280682547,2 кВт.

При переработке отходов, также получаем основной продукт — эффлюент в количестве 7911002 литров в день. При пересчете в год получим 2 887 515 730 литров высококонцентрированного органического удобрения.

Поскольку биогаз является побочным продуктом при переработке отходов животноводства с помощью биогазовой технологии, при расчете экономической части основную часть прибыли берет на себя эффлюент. Если предположить, что 1 литр удобрения можно продавать за 10 рублей, то в год получим 28 875 млн. рублей.

Таким образом, мы видим важность использования биогазовой технологии в Республике Саха (Якутия):

-        с экологической стороны — применение позволит утилизировать отходы животноводства и сократить выбросы в атмосферу парниковых газов — метана и CO2, повысить плодородность почв

-        с экономической стороны — продажа переработанного отхода (эффлюента) позволит получать высокую прибыль, а также применение биогаза, как альтернативного топлива для двигателей внутреннего сгорания позволит жителям сэкономить на затратах на топливо.

Литература:

1.                  Российское энергетическое агентство, Развитие рынка биотоплива в мире и в Российской Федерации — 2012 г.

2.                  Баадер В., Доне Е., Бренндерфер М. Биогаз: теория и практика. — М.: Колос, 1982. — 148 с.

3.                  Веденев А. Г., Веденева Т. А., ОФ «Флюид» Биогазовые технологии в Кыргызской Республике. — Б. Типография «Евро», 2006. — 90с.

4.                  Глобальные изменения на Земле. Изменения климата [Интернет-портал] URL: http://www.ecolife.ru/ (дата обращения: 20.04.2015).