ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Стоки, выбросы и отходы. Производство биотоплива предполагает обработку больших количеств органического вещества, что неизбежно вызовет образование больших количеств твердых, жидких и газообразных отходов. Вследствие сложности химического состава сырья и отно-
сительной простоты состава получаемого топлива не удивительно, что количество загрязняющих веществ на единицу произведенной энергии здесь больше, чем при производстве ископаемых видов топлива. Процессы должны сравниваться на основе эквивалентных количеств произведенной энергии, т. е. количества загрязняющих веществ на 1 ГДж. Значение этой проблемы оценивается недостаточно полно, так как биотопливо производится в масштабах, не сравнимых с производством ископаемых видов. Поэтому в литературе имеются противоречия. В одном источнике [3] утверждается, что биоэнергия вызывает очень мало проблем, связанных с охраной окружающей среды. Далее, в том же источнике говорится, что резкое расширение использования биоэнергии может иметь серьезные отрицательные последствия для окружающей среды вследствие плохого управления и недостаточного контроля. В настоящее время, естественно, производство биотоплива слишком незначительно для того, чтобы вызвать серьезные проблемы загрязнения.
Несмотря на то что некоторые биоэнергетические процессы представляют собой также методы удаления отходов, они неизбежно ведут к появлению других остатков, которые также должны быть удалены. Стоимость таких процессов часто представляет собой компромисс между стоимостью обработки и удалением отходов с использованием ряда методов — химических, физических и биологических. Стоки, получаемые в результате очистных процессов, также следует принимать во внимание для проведения обоснованного сравнения. Например, удаление осадка, получающегося в результате анаэробного брожения, очень дорогостоящее мероприятие. Поэтому при рассмотрении любого крупномасштабного предложения по производству биотоплива резонно будет задать вопрос, какое количество стоков и выбросов можно ожидать, какие меры потребуются для их удаления и каковы будут затраты.
Стоимость обработки сточных вод при производстве биотоплива, а также методы, используемые для этой цели, в значительной мере зависят от местоположения. Во внутренних районах, в местах скопления населения этот вид стоимости может представлять значительную долю общих расходов. В удаленных районах сбросы отходов (например, в море или в определенные места на суше) не вызывают такой отрицательной реакции. Каждый процесс производства биотоплива вызывает различные проблемы загрязнения; ниже приводятся некоторые комментарии по основным процессам.
Сбраживание сточных вод. Проблемы загрязнения, связанные с производством спирта, известны. Каждая тонна произведенного спирта может сопровождаться образованием до 15 т жидкости (в результате сбраживания и перегонки), имеющей высокую биологическую потребность в кислороде. Сброс этой жидкости в реки в Бразилии в ходе выполнения программы производства спирта имел серьезные последствия Для окружающей среды [14]. Сброс отходов в реки вызвал гибель рыб и водорослей; такой сброс эквивалентен необрабатываемым отходам,
производимым в городе с населением 200 млн. жителей. Возможные методы обработки заключаются в сооружении отстойников, аэробных и анаэробных фильтров или сбросе в море. Однако эти методы не находят широкого использования в Бразилии, вероятно, вследствие их дороговизны. Проблема удаления сточных вод возникает в Великобритании при производстве виски; был проведен ряд исследований по изысканию дешевого метода удаления отходов первичной перегонки (остатков от сброженного сусла). Эти остатки дали положительный эффект при использовании их в качестве удобрения [17]. При организации сброса необходимо наличие хорошо дренируемых почв с высоким содержанием органического вещества; при этом надо следить, чтобы сбросы с высокой биологической потребностью в кислороде не попадали в
реки. Проблема удаления стоков при производстве спирта из кукурузы решена путем их выпаривания с получением сухой барды (при наличии рынка для этого продукта).
Отходы анаэробного брожения. Анаэробное брожение представляет собой метод для обработки стоков и одновременно для производства метана. Преимущество этого метода состоит в снижении биологической потребности в кислороде жидкостей и твердых частиц. Однако только часть исходного углерода удаляется в виде метана и диоксида углерода (около 50—70 %). Остальная часть содержится в осадке, который может использоваться в качестве удобрения на соответствующих почвах в соответствующее время года. Другой метод удаления — сжигание и организация свалок мусора. Жидкие загрязняющие вещества возникают в результате предварительной обработки твердых отходов для последующего сбраживания, а также в результате обезвоживания суспензий. Размеры этих проблем пока не ясны [18]. Однако риск переноса инфекции из материала, подлежащего сбраживанию (например, экскременты человека и животных), по имеющимся данным, уменьшается.
На тяжелых, заболоченных почвах удаление сброженного осадка представляет серьезную проблему, а стоимость транспортировки в места сброса может быть значительной..Повышенная концентрация тяжелых металлов в осадке может способствовать накоплению этих металлов в почве. Сжигать осадок дорого, а мусорные свалки нежелательны по санитарным соображениям. Горючие газы, образовавшиеся в результате брожения, могут содержать значительные количества серы, вызывающей коррозию устройств для сжигания, а диоксид серы, содержащийся в продуктах сгорания, загрязняет атмосферу. Производство метана и обработка жидких стоков создают часто противоречивую ситуацию, так как для максимального производства метана и получения стока с минимальным показателем биологической потребности в кислороде требуется различное время реакции. Таким образом, здесь необходимо компромиссное решение — в интересах охраны окружающей среды следует принять более низкий выход энергии.
Сжигание и термическое обогащение. Все методы, предполагающие
сжигание биомассы, такие, как термическое обогащение, вызывают выброс в атмосферу частично окисленных и не сгоревших углеводородов, частиц, а также окислов азота и серы. Некоторые процессы дают жидкие стоки. Как жидкие стоки, так и выбросы в атмосферу, происходящие в результате сгорания и процессов термического обогащения, описаны в литературе [18]. На крупных заводах по производству топлива борьба с загрязнением имеет достаточную эффективность при соответствующих затратах. Однако при мелкомасштабном производстве борьба с загрязнением становится нереальной. Выгоды от сжигания древесины по обеим сторонам Атлантики являются хорошо известными, и эффективность переноса тепла и регулирование интенсивности сгорания явились предметом значительного внимания. Однако это регулирование осуществляется только путем изменения течения процесса сгорания. Эмиссионный фактор для окиси углерода, метана, альдегидов, бензола и полициклических углеводородов в расчете на 1 кг древесины выше при недостатке кислорода, чем при его избытке [19]. Выбросы при сжигании угля были, однако, на три порядка ниже, чем при сжигании древесины. Выброс мутагенных веществ в атмосферу при сжигании древесины в печах бывает выше, чем при сжигании угля, и всегда выше, чем при работе угольных и нефтяных промышленных бойлеров и печей [7]. Представляют проблему также твердые частицы, выбрасываемые в атмосферу; их выброс при сжигании древесины в северных городах США играет большую роль в нагревании окружающего пространства [6]. Однако можно отметить, что при сжигании древесины происходит меныций выброс серы по сравнению с углем (в отношении других форм биомасс положение может быть иным).
ЛИТЕРАТУРА
[1] Comar, С. L., Health effects of energy production and conversion, Ann Rev Energy, 1, 1976,581-600.
[2] Inhaber, H., Is solar power more dangerous than nuclear? New Scientist, 18 May 1978, 444-446.
[3] Energy from biological processes, US Office of Technology Assessment, 1980.
[4] Inhaber, H., Risk of energy production, Atomic Energy Control Board of Canada Report AECB 1119, March 1978.
[5] — Starr, C., Rudman, R„ Whipple, C., Philosophical basis for risk analysis, Ann Rev
Energy, 1,1976, 629-662.
[6J Lipfert, F. W., Dungan, J. L., Residual firewood use in the United States, Science, 219,1983,1425-1427.
[7] Allaby, M., Lovelock, J., Wood stoves: the trendy pollutant, New Scientist, 13 Nov. 1980,420-422.
[8] Rotty, R. M., Energy supply/demand and global atmospheric carbon dioxide, p. 548, in Proceedings of Symposium ‘Bio-energy B0’, April 21-24 1980, Atlanta, Georgia.
[9] Hinckley, A. D., Deforestation add CO2, in [8].
[10] Leach, G., Energy and food production, International Institute for Environment and Development, 1975.
[11] Annual Abstract of Statistics 1982, HMSO, London.
[12] Annual Report arid Accounts 1982, BP Co. pic.
[13] Poole, A., Social/economic impacts in developing countries, pp.329-530, in [6].
[14] Bazin, M., Brazil: running on alcohol, Nature, 282, 1979, 550-551.
[15] Brown, L., Food or fuel: new competition for the world’s cropland, Worldwatch paper no. 35, 1980.
[16] Van Hook, R. I., Johnson, D. W., West, D. C., Mann, L. K., Environmental effects of harvesting forests for energy, pp. 537-541, in [6].
[17] Bucknall, S. A., McKelvie, A. D., Naylor, R. E. L., The effects of application of distillery pot ale to hill vegetation and lowland crops, Ann Appl Biol, 93, 1979, 67-75.
[18] Shannon, L. J., Anath, К. P., Waste to energy systems: their nature and environmental impact, Chapter 7 in Energy and the Environment Interactions, Vol. 1, Ed. L. Theodore and A. J. Buonicore, CRC Press, 1980.
[19] Ramdahl, T., Alfheim, I., Rustad, S., Olsen, T., Chemical and biological characterisation of emissions from small residential stoves burning wood and charcoal, Chemosphere, 11, 1982, 601-611.