Файл: Виготовлення.pdf

35
позбувається, має намір або повинен позбутися шляхом утилізації
(видалення)».
Окрім цього, у законодавстві не зазначено, що до альтернативних або відновлювальних джерел енергії належить сировина енергетичних рослинних культур та продукція сільськогосподарського виробництва.
Тобто, виходячи із визначення біомаси поданого в законодавстві, біомасою не вважають найбільш поширені її різновиди, зокрема рослинні залишки сільськогосподарського виробництва (солома, листя, стружка тощо) та лісопереробної галузі (дрова, тріска тощо); сировину енергетичних рослинних культур (енергетична верба, міскантус тощо) та продукцію сільськогосподарського виробництва (силос кукурудзи та
інших зернових культур), оскільки ці види біомаси не можна кваліфікувати як «відходи». А відтак, отриману енергію, не можна вважати енергією біомаси.
Рослинні культури та продукцію сільськогосподарського виробництва, які є джерелом енергії, відповідно до законодавчих документів потрібно класифікувати як нетрадиційні джерела та різновиди енергетичної сировини. До них належать «сировина рослинного походження, тверді пальні речовини, інші природні та штучні джерела й різновиди енергетичної сировини, зокрема нафтові, газові, газоконденсатні й нафтогазоконденсатні вичерпні, непромислового призначення та техногенні родовища, важкі сорти нафти, природні бітуми, газонасичені води, газогідрати тощо, виробництво (видобуток) і переробка яких передбачає застосування новітніх технологій і які не використовуються для виробництва (видобутку) традиційних різновидів палива».
Паливо, отримане (видобуте) з нетрадиційних та поновлювальних джерел і енергетичної сировини (включаючи біомасу), є сумішшю традиційного палива й альтернативного, склад якого визначається технічними нормативами як моторне паливо, а законодавчими документами – як альтернативне. До того ж, альтернативними різновидами твердого палива є продукція та відходи сільського господарства
(рослинництва й тваринництва), лісового господарства та технологічно пов’язаних галузей промисловості, а також гранули, брикети, деревне вугілля та вуглиста речовина, виготовлені з цієї продукції та відходів, що використовуються як паливо; органічна частина промислових та побутових відходів, а також гранули та брикети, виготовлені з них.
Паливо вважають альтернативним, якщо це підтверджено документом

36
про його ідентифікацію, що видається уповноваженим органом виконавчої влади в порядку, визначеному Кабінетом Міністрів України. Державне агентство з енергоефективності та енергозбереження видає свідоцтво про належність палива до альтернативного та для встановлення цього проводить експертизу й забезпечує ведення реєстру альтернативних різновидів палива [60].
У законодавчих документах зазначено, що різновиди палива, виготовлені із біомаси, є біопаливом: «…тверде, рідке та газове паливо, виготовлене з біологічно відновлювальної сировини (біомаси), може використовуватися як паливо або компонент інших різновидів палива».
Окрім цього, визначено поняття «тверде біопаливо», а саме : це тверда біомаса, що використовується як котельно-пічне паливо, зокрема дрова, торф тирса, тріска, солома, інші сільськогосподарські відходи, гранули та брикети, виготовлені з біомаси, деревне вугілля та вуглиста речовина.
Отже, аналіз законодавчих документів [12, 60, 65–70] свідчить про наявність джерел, у яких подано визначення таких термінів:
«альтернативна енергетика»,
«альтернативні джерела енергії»,
«відновлювальні джерела енергії», «нетрадиційні джерела та різновиди енергетичної сировини», «біомаса», «альтернативні різновиди палива»,
«тверде біопаливо». За нашою оцінкою, не всі різновиди біомаси можна кваліфікувати як джерела відновлювальної енергії. До альтернативних або відновлювальних можна віднести лише частину біомаси, яку можна кваліфікувати як відходи лісового, сільського, рибного господарства та технологічно пов’язаних із ними галузей промисловості. Найбільш використовувані джерела біомаси, включаючи сировину рослинного походження, частину продуктів, що підлягають біологічному розкладанню, та біологічні залишки зазначених галузей, становлять більш широке поняття – «нетрадиційні джерела енергії та різновиди енергетичної сировини».
До того ж, необхідно чітко визначити, які різновиди біомаси є джерелом відновлювальної енергії.
По-перше, це необхідно для виконання зобов’язань України щодо використання енергії, отриманої з відновлюваних джерел, для досягнення цілей енергетичного співтовариства, визначених Директивою 2009/28/ЄС
[12].
Державною цільовою економічною програмою енергоефективності й розвитку сфери виробництва енергоносіїв з відновлюваних джерел енергії

37
та альтернативних видів палива на 2010–2015 роки передбачено, що частка енергоносіїв, отриманих з відновлюваних джерел енергії та альтернативних різновидів палива, у енергетичному балансі держави становитиме на 2015 рік не менш ніж 10 %. У редакції проекту оновленої
«Енергетичної стратегії України на період до 2030 року» цей показник визначений дещо інакше. До 2030 року передбачено збільшити лише частку відновлюваних джерел енергії (далі – ВДЕ) у загальному балансі визначених потужностей приблизно до рівня 10 % до 2030 р, що за базовим сценарієм становить близько 6 ГВт у рамках Європейського енергетичного співтовариства до 2020 року, у жовтні 2012 року Україна взяла на себе зобов’язання досягти рівня 11 % ВДЕ в структурі валового кінцевого енергоспоживання.
По-друге, це потрібно, щоб ідентифікувати операції суб’єктів господарювання, які виробляють теплову енергію із біомаси, та тих, що виробляють енергію з відновлювальних джерел, що відповідно до законодавства звільняються від оподаткування. Отже, виробники теплової енергії, які використовують біомасу як джерело енергії, повинні розрізняти теплову енергію, вироблену на установках за допомогою використання нетрадиційних джерел енергії, та енергетичну сировину, вироблену на установках, де використовується енергія біомаси, яку можна кваліфікувати як відходи і, відповідно, уважати джерелом відновлювальної енергії.
Крім того, у Законі України «Про теплопостачання» прослідковується неточність щодо визначення термінів. Нещодавній досвід довів, ця неточність створює незручності під час проходження процедур пов’язаних
із процесом містобудування, необхідних для реалізації проектів виробництва теплової енергії на установках, де використовується відновлювальні джерела енергії.
Зокрема, неточною є класифікація різновидів енергоносіїв (джерел енергії), що є енергоносіями (ст. 1 зазначеного закону): «…органічне паливо, електроенергія, нетрадиційні та поновлювані види енергії, вторинні енергетичні ресурси» подані як перелік, що дає підстави вважати ці джерела енергії різновидами.
Відповідно, біогаз та біомасу, які названо нетрадиційними та поновлювальними різновидами енергії (Закон України «Про альтернативні джерела енергії»), уважають органічним паливом, оскільки «органічне па- ливо» та «нетрадиційні та поновлювальні різновиди енергії» різні поняття.
Такий висновок є неправильним (якщо біомасу не вважати органічним

38
різновидом палива, то її потрібно класифікувати як неорганічну речовину, а це помилка з огляду на хімічні властивості біомаси), хоча він і випливає
із визначення енергоносіїв у Законі «Про теплопостачання». Однак саме це зазначено у листі Біоенергетичної асоціації України до Міністерства регіонального розвитку, будівництва та житлово-комунального господарства: висловлено прохання скасувати категорію складності об’єктів із генерації біоенергії, через те, що нібито біомаса й біогаз не є органічним паливом.
Щоб унеможливити різне тлумачення терміну «органічне паливо», потрібно змінити пояснення терміну «енергоносії» у законі України «Про теплопостачання» таким чином, щоб поділ джерел енергії на відновлю- вальні та не відновлювальні став традиційним. Відповідно, необхідно створити умови для того, щоб мати всі підстави вважати біомасу та біогаз, які мають органічне походження, альтернативними джерелами енергії.
Таким чином, у законодавчих документах подано декілька визначень терміну «біомаса». Біомасу розглядають як біологічно відновлювальну речовину органічного походження, а також органічну частину промислових та побутових відходів і як альтернативний різновид палива та альтернативне й відновлювальне джерело енергії. Виробництво теплової енергії із біомаси, як альтернативного джерела енергії, здійснює альтернативна енергетика; рослинні культури та продукцію сільськогосподарського виробництва, які є джерелом енергії, відповідно до законодавчих документів класифікують як нетрадиційні джерела та різновиди енергетичної сировини. Паливо виготовлене з біомаси, називають біопаливом. Усі ці визначення використовуються в законо- давчих документах України, але не завжди як взаємозамінні поняття.
Відсутність єдиної термінології, класифікації, стандартів стосовно таких понять. як «біомаса», «біопалив» і «біоенергія» та не адаптованість її до Директиви 2009/28/ЄС не сприяє розвитку біоенергетики в Україні.
3.2
Перспективи
використання
рослинних
відходів
для
виробництва твердого біопалива
Розподіл біомаси по території країни є також нерівномірним. У північно-західних областях України переважає деревна біомаса, а відходи сільського господарства незначні. Південно-східні та центральні області, де розвинене сільське господарство, значними є обсяги біомаси з його відходів. Економічно доцільним є використання рослинних і деревних

39
відходів, що ґрунтується на використанні дешевих здебільшого неліквідних відходів, яких в Україні є достатньо: зернові висівки та лушпиння – до 6 % від бункерної маси зерна; облущені качани кукурудзи
– до 20 % від бункерної маси зерна; абрикосові кісточки та горіхова шкаралупа – 100–120 тис. тонн за рік; яблучні вичавки – 0,5–0,9 млн. тонн за рік; виноградні вичавки – приблизно 200 тис. тонн на рік; лушпиння соняшника – 1,5–2 млн тонн на рік та тощо.
Спалювати солому для отримання тепла досить складно, оскільки вона неоднорідна за вологістю, енерговміст її малий, а температура плавлення золи незначна [76, 77]. Значними є перспективи використання соломи зернових культур, кукурудзи та соняшника для виробництва брикетів (табл. 3.1.) [54, 56, 58, 64, 72, 78–80, 85].
Таблиця 3.1.Основний потенціал рослинних відходів в Україні
Різновид палива
Енергетичний потенціал, млн. т. у. п./рік
Солома зернових культур (без кукурудзи)
5,6
Стебло, початки кукурудзи на зерно
2,4
Стебло, лушпиння соняшника
2,3
Останнім часом у Європі запроваджують нові технологічні операції, під час застосування яких використовують як паливо солому [5]. Солому спалюють (найбільш вивчений і комерційно розвинений процес), газифікують (перебуває на стадії розвитку) і піролізують (досліджуеться)
[5]. Потрібно зауважити, що солома є одним з найдешевших поновлюваних джерел енергії з високою теплотворною здатністю [62,63].
Для виробництва твердого біопалива використовують кукурудзу, яку збирають під час фази воскової стиглості за допомогою звичайного кормозбирального комбайну. За такого способу збирання качани і стрижні подрібнюють, що дає змогу використовувати їх для виробництва твердого біопалива – брикетів, гранул тощо.
Соняшник збирають [74, 78] за допомогою зернових комбайнів зі спеціальними пристосуваннями, які дають змогу зрізати стебла на висоті
10–20 см, подрібнювати їх на відрізки і розкидати по полю, а насіння, вимолочене з кошиків, натрапляє в бункер. Кошики теж або подрібнюють і розтрушують по полю, або збирають в накопичувач і використовують як корм для тварин.
Промислові (технічні або ненаркотичні) коноплі – однорічна

40
лубоволокнувата рослина родини Cannabis, яку вирощують для одержання волокна і насіння. З усіх частин рослини найбільш цінним є стебло, яке становить близько 60–70 % загальної сухої маси.
Коноплі – найбільш відновлюване джерело енергії. Їхньою головною особливістю є велике накопичення деревини: з 1 га вони дають значно більше деревини, ніж лісові породи за один рік. Так, річний приріст сосни становить 2,5 м
3
з 1 га, тоді як для конопель, за середньої врожайності
50 ц/га соломи, – 5–6 м
3
, а в разі великих урожаїв – удвічі більше [81].
Як деревина, стебла конопель належать до твердого різновиду палива.
Як енергетичне паливо, конопляна сировина має низку переваг, оскільки основна її частина – органічні речовини, які мінімально забруднюють навколишнє середовище порівняно з мінеральними та іншими різновидами палива. За хімічним складом стебла конопель складаються головним чином із целюлози – 30–60%, лігніну – 20–30%, воску – 1–1,5 %, цукристих речовин до 8 азотистих (4–5 %) і пектинових (6–16 %).
Важливим джерелом сировини відходів для виробництва брикетів є стебла бавовнику й багаття. Багаття – це відходи первинної переробки стебел конопель і льону після пропускання їх через коноплемʼяльні машини, де подрібнена деревовидна частина стебла відокремлюється від пенька. Довжина частинок конопляної костриці становить 10–70 мм
(лляної – 55 мм), ширина – до 3 мм і товщина – 0,2–0,3 мм. Їхня середня щільність – 100 – 120 кг/м
3
Подрібнені стебла бавовнику залишаються після збору бавовни. У стеблах бавовнику, так само, як і в деревині, міститься багато органічних сполук. Під час просихання стебел бавовнику внаслідок біологічного й кліматичного впливу вміст у них водорозчинних речовин зменшується.
Уміст вичісок, клоччя та інших грудкуватих включень в багатті льону, конопель і дроблених стебел бавовнику за малого не перевищує 4 %.
У великих містах
України щорічно збирається приблизно,
120,0 тис. м
3
опалого листя та скошеної трави які необхідно утилізувати, переробивши біопаливо.
Розрахування кількості відходів сільськогосподарських культур.
Сільськогосподарські відходи розподіляються на рослинні й тваринні
[40, 43, 51, 60]. Рослинні – це залишки рослин після використання необхід- ної частини сільськогосподарської культури під час збору врожаю та його промислової переробки. Використовують два різновиди таких відходів – сільськогосподарського виробництва й переробної промисловості.

41
До перших належать відходи, що залишаються після збору врожаю сільськогосподарських культур: солома злакових культур, стебла соняшнику і кукурудзи, бадилля овочевих культур тощо.
До других – залишки переробної промисловості: лушпиння, полова, шкірка та ін.
Сільськогосподарське виробництво є потужним джерелом утворення відходів, що становить собою біомасу, придатну для виробництва енергії
[44]. Основними різновидами цієї біомаси є солома різних культур, відходи вирощування соняшника, кукурудзи та деякі інші. Енергетичний потенціал біомаси мають солома злакових культур та ріпаку, стебла, кошики та лушпиння соняшнику, стебла та стрижні початків кукурудзи на зерно.
Базовими для оцінювання енергетичного потенціалу відходів сільського господарства є статистичні дані щодо валового збору сільськогосподарських культур [72, 73].
Під час визначення кількісних показників рослинних відходів використовують поняття «коефіцієнт відходів». Коефіцієнт відходів (K
r
) – це питомий показник кількості відходів певної сільськогосподарської культури або, іншими словами, – це відношення сухої маси наземних залишків до маси зібраного з урахуванням польової вологості врожаю (для зернових культур – зерна, для соняшника – насіння). Оскільки вихід рослинних залишків прямо пропорційний щодо рівня врожайності культури, коефіцієнт відходів – досить консервативний показник.
За даними, наведеними в [44, 72, 73], встановлено значення коефіцієнтів відходів для різних культур (табл. 3.1.).
Теоретично можливий (або теоретичний) енергетичний потенціал біомаси – її максимальний обсяг, що може бути утворений. Визначається як добуток урожайності культури на відповідний коефіцієнт відходів [44].
Таблиця 3.2 – Коефіцієнти для розрахування обсягів відходів сільськогосподарських культур
Cільськогосподарська культура
Коефіцієнт відходів, К
r
Коефіцієнт технічної доступності, К
t
Коефіцієнт енергетич- ного використання, К
е
Пшениця
1,0 0,5 0,1–0,5 (залежить від залишку)
Ячмінь
0,8 0,5
Інші зернові
0,8 0,5
Ріпак
2,0 0,7 1,0
Кукурудза на зерно
1,5 0,7 0,7
Соняшник
2,0 0,67 1,0

42
Коефіцієнт технічної доступності (K
t
) – це частка загальної кількості рослинних залишків і відходів та інших різновидів біомаси, що фактично може бути зібрана, тобто
є доступною для подальшої обробки/застосування. Коефіцієнт визначається так. Висота стебел зернових культур обумовлюється їхнім сортом і кліматичними умовами місцевості, на якій вони ростуть. Поширеною технологією збирання соломи є тюкування, за якого втрачається 35 % зібраної соломи [5]. Таким чином, коефіцієнт технічної доступності становить 0,65.
Для розрахування приймаємо дещо менші (консервативніші) значення коефіцієнтів, щоб правильно визначити кількість відходів. Отримаємо технічно доступний (або технічний) енергетичний потенціал біомаси – частку теоретичного потенціалу, можливу за наявного рівня розвитку техніки й технологій. Коефіцієнт визначають як добуток значень теоретично можливої кількості відходів і коефіцієнта їхньої доступності.
Коефіцієнт енергетичного використання (K
e
) – це частка фактично зібраного обсягу рослинних залишків і відходів та інших різновидів біомаси, яку використовують для виробництва енергії. Визначається, переважно, виходячи з потреб сільського господарства щодо необхідного обсягу соломи, яку використовують здебільшого як підстил і грубий корм для великої рогатої худоби (далі – ВРХ). Для обрахування обсягів соломи, необхідної для потреб ВРХ, чисельність поголів’я множать на нормативні потреби споживання (0,9 т соломи на кількість худоби протягом року) [46,
55].
Віднімаючи від загального обсягу технічно доступної соломи зернових культур (пшениця, ячмінь, інші зернові) кількість соломи для потреб худоби, отримуємо обсяг надлишку соломи, яку можна використати для виробництва енергії: відношення цього залишку до загального обсягу технічно доступної соломи зернових культур в першому наближенні становить коефіцієнт енергетичного використання соломи.
Консервативно оцінюючи потенціал можна зауважити, що тільки половину обсягу соломи, яку не застосовують для потреб тваринництва, можна використовувати як енергетичну сировину.
Для різних місцевостей величина цього коефіцієнта може суттєво змінюватись, коли власної соломи для потреб тваринництва не вистачає або надлишок соломи більший за середній по Україні. Отже, економічно доцільним (або економічним) є енергетичний потенціал– частка технічного потенціалу, у якому ураховано критерії економічної