Развитие биогазовой отрасли в Европе - Альтернативная энергетика

Ключевые слова: зеленая энергия, углеродный след, вторичные ресурсы, энергообеспечение, экономика замкнутого цикла.

Согласно оценкам МЭА, размер рынка биогазового сектора достиг 445 ТВт⋅ч в 2022 году, а темпы роста ускорятся с 19 % в 2017–2022 годах до 32 % в 2023–2028 годах. Verified Market Research оценивает размер мирового рынка биогаза в 67,53 миллиарда долларов в 2023 году, и, по прогнозам, к 2030 году он достигнет 89,86 миллиарда долларов, а среднегодовой темп роста составит 6,2 % в течение прогнозируемого периода 2024–2030 годов. Однако вполне возможно, это не учитывает маленькие установки, которые находят все большее распространение в странах Глобального Юга. Производство биогаза сконцентрировано на рынках Европы, Америки, Китая и Индии, причем на Европу приходится почти половина этого объема, и только Германия производит порядка 20 %. Китай с 2019 года активно инвестирует в реализацию крупномасштабных проектов, направленных на утилизацию городских и сельских отходов для производства электроэнергии и газа.

Согласно анализу Европейской биогазовой ассоциации (EBA), европейский биометановый сектор получит 25 миллиардов евро частных инвестиций к 2030 году. Прогнозируемые инвестиции приведут к установке 950 новых биометановых заводов по всей Европе к 2030 году, наряду с 1300 уже действующими, что добавит 6,3 миллиарда кубических метров биометановых мощностей ежегодно. Согласно оценкам, это поможет избежать почти 29 миллионов тонн выбросов CO₂ каждый год, ежегодно обеспечивая возобновляемой энергией 5 миллионов европейских домохозяйств, при этом производя 830 тысяч тонн удобрений в год.

Наиболее показателен пример Дании, являющейся лидером по внедрению возобновляемой энергии, где доля биометана в газовой сети уже приближается к 40 %, и есть планы увеличить его производство, чтобы покрыть 100 % потребности в газе до 2030 года. Это потребует инвестиций в размере 3,6 млрд евро.

В нашей статье мы попытаемся разобраться, какие используются технологии и какой смысл от внедрения данных решений.

Среднее количество биогаза, получаемого из тонны биомассы, колеблется от 83 до 185 литров. Источниками сырья для биогазовых производств обычно получаемых отходов являются всевозможные органические вещества с высоким содержанием жира, белка или сахара, кормовые отходы и остатки пищи. Но, кроме этого, данные технологии могут утилизировать бактериологически или химически загрязненные пищевые продукты, фармацевтические отходы и многое другое, что в настоящее время крайне дорого утилизировать или перерабатывать.

Технологии сегодня и завтра

Анаэробное сбраживание – это биологический процесс, при котором микроорганизмы расщепляют органические материалы в отсутствие кислорода и образуют богатый энергией биогаз. Во «влажной» версии анаэробного сбраживания перекачиваемое органическое сырье (например, отходы пищевой промышленности или навоз животных) помещается в закрытую камеру, которая поддерживается при температуре от 35–38 °С, как правило, в течение трех-четырех недель. Естественные ферментативные микроорганизмы, развиваясь в нагретой среде, расщепляют органические твердые вещества, а «метаногены» производят биогаз, состоящий в основном из метана и углекислого газа.

Биогаз состоит из смеси газов: в основном из метана (CH 4, 40–75 %) и углекислого газа (CO₂, 15–60 %). Биогаз также может содержать сероводород, воду, кремнийорганические соединения (например, силоксан), кислород, аммиак, пыль, масло и аэрозоли. Присутствие примесей в сыром биогазе в значительной мере определяется качеством использованного сырья и тем, какие технологии применялись в процессе производства.

Очистка биогаза предполагает увеличение содержания в нем метана до 90–98 %. В результате получается газ, аналогичный привычному природному газу, которым, например, можно заправлять транспортные средства. Кроме того, он может применяться так же, как и природный газ – и в промышленности, и в быту.

Если биометан предназначен для подачи в газораспределительную сеть, он должен обладать такими же свойствами, как и природный газ. Если биометан будет использоваться в качестве топлива для транспортных средств, он должен соответствовать требованиям к качеству топлива. В ЕС разработан соответствующий стандарт EN 16723-1, устанавливающий требования к биометану, подаваемому в газотранспортную сеть, а также для его использования на транспорте¹ (EN 16723-1:2016 - Natural gas and biomethane for use in transport and biomethane for injection in the natural gas network (iteh.ai)

Способы удаления примесей из биогаза выбираются индивидуально для каждой из примесей. Сероводород удаляется путем десульфуризации, что может представлять собой добавление в ферментатор гидроксида железа и/или солей железа; каталитическое окисление и адсорбцию фильтрующими материалами (например, активированным углем); щелочную обработку с биологической регенерацией детергента. При выборе метода десульфуризации решающими факторами являются требуемое содержание сероводорода в газе и методы последующего отделения CO₂.

Вода может присутствовать в биогазе из-за его насыщения паром в ферментаторе. Для удаления воды необходимо осушение биогаза. Во время конденсационного осушения биогаз охлаждается в газоохладителях или подземных трубопроводах, в процессе чего водяной пар конденсируется. При адсорбционном осушении используются силикагель, оксиды алюминия или молекулярные сита. Осушение может также производиться путем повышения давления, при этом вода не удаляется, но сокращается относительная влажность.

Возможными источниками появления силоксанов в биогазе могут быть остатки используемых в ферментаторе косметических средств, детергентов или пеногасителей с содержанием силиконов. Силикон и силоксаны, как правило, присутствуют в установках, обрабатывающих биогаз из осадка сточных вод. Осадки некоторых смазок также могут быть причиной образования силоксанов. В процессе сжигания силоксаны окисляются и образуют диоксид кремния (SiO₂), что может привести к серьезному повреждению двигателя. Согласно стандарту EN16723–1 максимально допустимое содержание этого вещества должно составлять 0,5 ppm.

Несмотря на то, что процесс образования биогаза в ферментаторе происходит без кислорода, он все же может попасть в систему, например, вместе с сырьем. Кислород также попадает в систему при добавлении воздуха для предварительной биологической десульфуризации и регенерации активированного угля во время глубокой десульфуризации. Наличие кислорода в газе может привести к возникновению проблем в газотранспортной сети, особенно в подземных системах хранения. Вышеупомянутый стандарт ЕС EN16723–1 устанавливает предельное содержание кислорода в газе в 10 ppm.

Содержание аммиака в биогазе можно уменьшить путем осушения за счет высокой растворимости аммиака в воде. Другие примеси, например, пыль, масла, аэрозоли, удаляются с помощью фильтров.

В прошлом существовали опасения, что с биометаном в газораспределительную сеть могут попадать микроорганизмы, способные вызывать проблемы в газораспределительной инфраструктуре или создавать опасность для здоровья. Однако ряд исследований показал, что обработанный биометан не содержит патогенных микробов. Микроорганизмы, остающиеся в биогазе после обработки, аналогичны тем, которые присутствуют в трубопроводах природного газа. Следует отметить, что биометан подается в газораспределительную сеть Германии с 2006 года, и ни одно из этих опасений по поводу вреда для сети не оправдалось.

Основным процессом, в результате которого происходит обогащение биогаза с преобразованием его в биометан, является отделение CH₄ и CО₂. На рынке имеется несколько технологий обогащения, которые используются и совершенствуются уже много лет.

Среди традиционных способов обогащения биогаза можно выделить мембранное разделение, различные технологии очистки (водная, физическая, химическая), короткоцикловую адсорбцию и криогенную обработку.

Способы мембранного разделения основаны на принципе разной скорости прохождения газов через мембраны. В качестве мембран можно использовать разные виды полимеров. Очистка (или абсорбция) основана на принципе растворения компонентов газа в различных жидкостях при разной температуре. Например, CO₂ лучше растворяется в воде, чем CH₄. Способы физической очистки основаны на физической растворимости компонентов газа в промывочном растворе без химической реакции. В очистке водой под давлением в качестве растворителя используется вода. CO₂ лучше растворяется в воде под высоким давлением, поэтому водная очистка, как правило, производится под давлением 4–10 бар. В процессе химической очистки некоторые газы (например, CО₂ и H₂S) вступают в обратимую реакцию с промывочной жидкостью. Вследствие этого связующий реагент или растворитель должны быть более сильными, чем при физической очистке. Как правило, в качестве детергента используется вода с добавлением моноэтаноламина (МЭА), диэтаноламина (ДЭА), метилдиэтаноламин (МДЭА) и других аминовых соединений.

Адсорбционные способы основаны на принципе различной степени сродства (избирательности) компонентов газа к определенным поверхностям (адсорбции) или проникновения в поры материала. Как правило, адсорбция усиливается при повышении давления и понижении температуры. В адсорбционных процессах обогащения биогаза для разделения газов главным образом используется изменение давления. Короткоцикловая адсорбция является проверенным способом разделения, который применяется уже много лет. Этот способ был адаптирован в соответствии с требованиями к обработке биогаза. Главным элементом в процессе разделения газов является колонна, заполненная активированным углем либо цеолитовыми или углеродными молекулярными ситами. Эти вещества отличаются большой площадью поверхности и определенным размером пор. Короткоцикловая адсорбция является периодическим процессом, при котором используется несколько колонн (как правило, от 4 до 8), которые срабатывают с небольшой задержкой, благодаря чему обеспечивается равномерное производство газа.

Криогенная обработка также представляет интерес как один из способов преобразования биогаза в биометан. Она основана на том факте, что при низкой температуре или высоком давлении происходит конденсация (переход в жидкую фазу) или повторная возгонка газа. К преимуществам криогенной обработки относятся очень высокая точность разделения компонентов газа, высокая степень чистоты и низкое значение потерь метана, а также возможность повторного использования и продажи CО₂, который может быть получен в форме сухого льда. Кроме того, криогенная обработка предпочтительна для последующего сжижения биометана. Недостатком криогенной обработки является высокая энергоемкость процесса. Кроме того, важно не допускать образования пробки CО₂ в оборудовании во время охлаждения газа. Для обогащения с использованием криогенной обработки необходима тщательная предварительная очистка биогаза.

На водоочистных сооружениях анаэробное сбраживание осадка сточных вод, как правило, происходит естественным образом, но процесс возможно улучшить с помощью современных технологий. При анаэробном сбраживании осадка уничтожаются патогены, вирусы и другие вредные микроорганизмы, уменьшается количество ила. Получаемый в результате биогаз используется для выработки электроэнергии, на транспорте и для собственных нужд. Произведенная при этом избыточная электроэнергия может быть подана в сеть для индивидуальных и промышленных потребителей.

Утилизация и переработка пищевых отходов стали серьезной проблемой в большинстве промышленно развитых стран. Производство продуктов питания является огромным бременем для планеты. Ежегодно во многих странах выбрасываются миллионы тонн бытовых пищевых отходов, на которые приходится десятки миллионов тонн выбросов СО₂. Стоимость выброшенных продуктов составляет свыше 10 млрд долларов США ежегодно, и это лишь для одной страны с развитой экономикой!

Анаэробное сбраживание пищевых отходов является наиболее предпочтительным методом их утилизации, гораздо эффективнее компостирования и, безусловно, намного лучше, чем отправка их на свалки.

Многие страны установили законодательные требования к местным властям по сбору пищевых отходов с последующей их утилизацией с помощью биогазовых установок для производства энергии и удобрений.

Когда-то производство биогаза путем анаэробного сбраживания было довольно затратным, но с развитием технологий процесс удешевляется, что позволяет предприятиям не только обеспечивать себя экологически чистой энергией, но и разнообразить свои доходы от бизнеса. Побочные продукты, возникающие при производстве биогаза, могут быть использованы в качестве органических удобрений, изготовления подстилок для сельскохозяйственных животных и т.д. Во многих случаях стоимость утилизации пищевых отходов на биогазовых установках ниже стоимости захоронения отходов.

Частные предприниматели, компании и особенно фермерские хозяйства, отмечают, что установки для анаэробного сбраживания позволяют им решать ранее неразрешимые проблемы с утилизацией отходов.

Использование анаэробного сбраживания позволяет вести бизнес более устойчиво и избегать потерь ресурсов, что приобретает значимость для бизнеса, который стремится к инвестициям акционеров. Акционеры, как правило, все больше внимания уделяют устойчивости бизнеса, и включение биогазовой установки в производственный цикл предприятия может быть способом убедить инвесторов в долгосрочной жизнеспособности бизнеса.

В отличие от ископаемых видов топлива, таких как нефть и уголь, производство биогаза не усиливает парниковый эффект, что побудило Европейский союз принять благоприятные меры для содействия использованию этого экологически чистого топлива, а это, в свою очередь, дополнительно стимулирует развитие европейского рынка биогаза.

Среди различных процессов преобразования биомассы в энергию анаэробное сбраживание является одним из наиболее удобных и экологически чистых способов, который получил широкое распространение среди европейских потребителей, благодаря чему европейский рынок биогаза на основе анаэробного сбраживания в последнее время набирает обороты.

Свалочный газ, который ранее выбрасывался в атмосферу, теперь все чаще улавливается в виде биогаза путем анаэробного сбраживания отходов на свалках.

Создается благоприятная правовая база для дальнейшего использования методов переработки отходов, что даст соответствующий импульс европейской биогазовой промышленности в целом.

Ассоциация анаэробного сбраживания и биоресурсов Великобритании недавно подытожила преимущества анаэробного сбраживания (UK's Anaerobic Digestion and Bioresources Association). Анаэробное сбраживание является экологически чистым и экономически эффективным решением для сокращения отходов. По мнению Ассоциации, переработка отходов путем анаэробного сбраживания может обеспечить около 30 % бытовой потребности Великобритании в газе или электричестве. Кроме того, этот метод способствует уменьшению количества отходов на свалках, установлению стабильных цен на энергоносители, сокращению выбросов углекислого газа, а также созданию 35 000 потенциальных рабочих мест. Сам же биогаз способствует декарбонизации транспортной системы и улучшению качества воздуха в населенных пунктах страны.

Метод анаэробного сбраживания имеет и многочисленные «неэнергетические» преимущества, например:

· Сокращение выбросов от сельскохозяйственных отходов, а также замена химических удобрений, полученных из нефтехимии;

· Сокращение значительного количества углерода и замена источников энергии, полученных из ископаемого топлива;

· Поддержка фермеров путем диверсификации их доходов, обеспечения стабильного дохода, не зависящего от колебаний мировых цен на сырьевые товары, и снижения затрат на производственные ресурсы;

· Повышение продовольственной безопасности за счет выгодного севооборота и рециркуляции основных потребностей сельскохозяйственных культур в азоте (N), фосфоре (P), калии (K) и микроэлементах за счет распространения получаемого в виде побочного продукта дигестата обратно на сельскохозяйственные угодья, заменяя потребность в произведенных из нефтехимических продуктов искусственных удобрений из-за рубежа;

· Увеличение органического вещества, улучшение структуры почвы, снижение потребности в воде, уменьшение деградации почв и стока;

· Укрепление экономики путем создания рабочих мест, особенно в сельской местности;

· Развитие низкоуглеродных технологий и опыта для экспорта на мировые рынки.

Торрефикация

Различные виды биомассы – древесная, растительная, твердые бытовые отходы – имеют разные физические свойства и химический состав. Физические свойства, такие как насыпная плотность, неправильный размер и неоднородная форма, создают проблемы при транспортировке, хранении, обработке и потоке, которые ограничивают использование биомассы для крупномасштабного производства биоэнергии. Более высокое содержание влаги и более низкое содержание энергии в биомассе снижают эффективность конверсии. Более высокая влажность в биомассе также может увеличить ее разложение (т. е. плесневение и гниение) во время хранения и транспортировки, увеличить потребление энергии при измельчении и привести к высокой изменчивости распределения частиц по размерам. Эти проблемы снижают эффективность и коммерческую целесообразность переработки биомассы.

Процесс термической предварительной обработки, известный как торрефикация, помогает улучшить физические свойства и химический состав биомассы для переработки. Кроме того, торрефикация может быть этапом предварительной обработки перед пиролизом и газификацией для повышения эффективности процесса.

В процессе торрефикации получается твердый однородный продукт с более низким содержанием влаги и более высокой калорийностью, чем сырая биомасса. Кроме того, образуются неконденсирующиеся газовые формы, в том числе СО и СО₂.

Торрефикация представляет собой медленный нагрев биомассы в инертной или кислородно-дефицитной среде в диапазоне температур 200–300 °С. Параметрами, влияющими на процесс торрефикации, являются скорость нагрева, температура реакции, среда реактора, время пребывания, атмосферное давление, гибкость исходного сырья, размер частиц и содержание влаги. Биомасса, как правило, предварительно высушивается до влажности <10 % перед торрефикацией. В процессе торрефикации влага испаряется, а некоторые водород- и кислородсодержащие органические компоненты органических соединений термически разлагаются, выделяя летучие органические соединения. В конце процесса торрефикации получается твердый однородный продукт с более низкой влажностью и более высоким содержанием энергии. Кроме того, часть гидрофильных связей теряется в процессе торрефикации, что делает торрефицированную биомассу более гидрофобной, тем самым улучшая стабильность хранения. Оставшаяся твердая биомасса содержит примерно на 30 % больше энергии на единицу массы в зависимости от степени торрефикации.

Коммерциализация технологии торрефикации идет медленно из-за проблем, связанных с конструкцией реактора и качеством конечного продукта. Различные типы реакторов, которые обычно используются для торрефикации биомассы, – это реакторы с неподвижным слоем, реакторы с вращающимися барабанами, шнековые реакторы, микроволновые реакторы, реакторы с подвижным слоем, а также с горизонтальным и вертикальным подвижным слоем. Реактор с подвижным слоем завоевал популярность среди различных конструкций торреактивных реакторов, поскольку он прост в эксплуатации и масштабировании. Кроме того, он помогает производить однородный торрефицированный продукт.

Во всем мире предпринимаются усилия по разработке технологий торрефикации, но для коммерциализации этой технологии необходимо решить много задач. Хотя некоторый прогресс в создании пилотных и промышленных торрефикационных систем уже достигнут, нужны дальнейшие исследования для оптимизации процесса торрефикации в соответствии с требованиями конечного использования. До сих пор отсутствуют данные об оптимизации торрефикационных реакторов для производства продукта с желаемым качеством для различных потребителей. Конкретные области торрефикации, особенно конструкция реактора и его влияние на получение однородного торрефицированного продукта, должны быть продемонстрированы или масштабированы в целях коммерциализации. Также важно спроектировать торрефикационные реакторы, которые могут работать с различной гетерогенной биомассой с переменным размером частиц и влажностью, поскольку это приводит к неравномерному тепло- и массообмену и образованию неоднородного торрефированного продукта, что может повлиять на эффективность процесса торрефикации. До сих пор отсутствуют данные о себестоимости производства торрефикационной продукции в опытно-промышленных и промышленных масштабах.

Сверхкритическая газификация

Сверхкритическая газификация воды – инновационная технология термохимической конверсии, в которой используется водный компонент, содержащийся в отходах. Эта технология позволяет использовать в качестве сырья исключительно широкий спектр как влажных, так и сухих отходов пищевой промышленности и сельского хозяйства. Таким образом, система не только производит устойчивую энергию, но и способствует экономике замкнутого цикла и эффективной переработке проблемных потоков отходов.

Сверхкритическая фаза создается путем помещения воды, содержащей отходы, под высокое давление (более 220 бар) и доведения ее до температуры свыше 375 С^о. Затем все органические молекулы в отходах распадаются и достигают нового равновесия в виде синтез-газа (CH₄, H₂, CO₂ и CO). Этот процесс уникален тем, что более 90 % энергетического содержания в сырье преобразуется в газ высокого давления. Производственные установки состоят из модулей, изготовляемых в промышленном масштабе, что обеспечивает стандартизацию и возможность быстрого внедрения. Предполагается, что в течение ближайших лет на таких установках в Нидерландах будет производиться до полумиллиарда кубических метров биометана в год. Комбинация производимого водорода и CO₂ позволяет получить еще более экологически чистый газ. В будущем спрос на водород будет расти, и произведенный водород также можно будет использовать напрямую. Технология предусматривает возможность хранения и/или использования СО₂ в принципиально новой форме («зеленый» углерод). Кроме того, получаемый газ уже находится под высоким давлением, что позволяет подать его непосредственно в существующую сеть высокого давления, без дополнительных затрат на компрессию газа.

Биометановые магистрали

Как уже упоминалось, биометан можно транспортировать по существующим сетям высокого давления, созданным для природного газа.

Компании-операторы газотранспортных систем способствуют развитию проектов производства биометана, поскольку последний становится важным элементом устойчивого энергоснабжения, в частности Европы.

Одной из проблем, с которой сталкиваются производители биометана, является наличие газотранспортной сети вблизи биометановых производств. При этом расположение планируемых предприятий определяется как компромисс между наличием сырья, доступной «трубы» [BV1] и близости к потребителям.

Спрос на газ сильно зависит от многих факторов. К ним относится сезонность (зимой спрос обычно больше, а летом меньше, при этом, наоборот, доступность сырья лучше летом), география (в городах спрос выше, чем в сельской местности) и даже время суток, поскольку потребность в газе может быть довольно существенной днем и относительно низкой в ночное время.

Как пример, рассмотрим развитие данной отрасли в Нидерландах, с одной стороны, лидера в области сельского хозяйства, а с другой – в развитии газотранспортной сети. Оператор национальной газотранспортной сети Gasunie Transport Services (GTS) и местные распределительные компании разработали специальную схему взаимодействия с целью создания достаточных мощностей для обеспечения потребностей производителей биометана.

Предлагаемые меры включают возможность подключения производителя к сети более высокого давления, выяснение наличия у производителя собственных возможностей создания буфера и хранения газа. При необходимости распределительная компания может предоставить хранение газа или регулировку давления. Кроме того, обеспечивается непрерывность взаимодействия с потребителями, соединение сетей распределительных компаний между собой, предоставление дожимных мощностей.

Помимо сотрудничества с местными распределительными компаниями, GTS предлагает и собственные меры – предоставление дожимного оборудования, услуги по повышению качества газа, смешиванию газа.

Процесс вхождения в клиентскую базу поставщиков биометана GTS подразумевает три элемента: технико-экономическое обоснование (ТЭО), инвестиционный договор и соглашение о подключении к сети. В большинстве случаев поставщику требуется субсидия SDE++ (схема субсидирования перехода к устойчивой энергетике) для производства экологически чистого газа. Чтобы подать заявку для ее получения необходимо представить (положительное) технико-экономическое обоснование от сетевого оператора в Нидерландское агентство по предпринимательству (RVO). По запросу потенциального клиента GTS может подготовить ТЭО. Приняв инвестиционное решение, поставщик информирует об этом GTS, после чего компания начинает работы по проектированию строительства соединительной инфраструктуры. В ходе консультаций стороны определяют объем, функциональные требования и спецификации проекта. Затем GTS направляет поставщику инвестиционный договор, подписанием которого поставщик «поручает» GTS создать соответствующую инфраструктуру для подключения к сети. Следует учесть, что срок строительства необходимого соединения может составлять два-три года. Соглашение о подключении к сети заключается между GTS и поставщиком до ввода соединения в эксплуатацию. В соглашении содержатся все необходимые технические условия для подачи газа в сеть (количество, давление, качество).

Кроме того, поставщик обязан выполнять существующие законодательные акты и следовать техническим кодексам Нидерландов, разработанным для пользователей газотранспортных сетей. Поставщик также несет ответственность за соблюдение требований к качеству газа и проведение необходимых измерений. Таким образом, поставщик биометана оказывается полноценным игроком газового рынка.

Сколько это стоит?

По мере роста интереса к возобновляемым источникам энергии фермерские хозяйства все чаще могут подавать заявки и получать углеродные кредиты. Некоторые фермы также принимают отходы извне фермы, для совместного сбраживания с навозом.

Учитывая все потенциальные преимущества, можно задаться вопросом, почему относительно немногие фермы используют эти системы. Одна из основных причин заключается в том, что анаэробные реакторы дороги в установке и эксплуатации. Капитальные затраты на создание установки для производства биогаза на ферме составляют в среднем 1,2 млн долларов США. Операционные расходы по эксплуатации установки на ферме среднего размера (250 коров) в 2022 году составляли 0,3 доллара за киловатт-час. Оборудование по превращению биогаза в биометан увеличивает расходы, но ряд исследователей полагают, что при «правильном стечении обстоятельств» эти расходы можно легко компенсировать и сделать производство биометана рентабельным². (Anaerobic Digestion Cost – Plus Gate Fees and Other Rules of Thumb (anaerobic-digestion.com)

Вероятно, экономическая целесообразность внедрения этих технологий во многом будет определяться рынком углеродных единиц.

Биогазовые системы, которые улавливают метан из отходов и превращают его в энергию и удобрения, становятся все более популярными. Однако что делать фермерам из стран Глобально Юга? Ежегодно фермы по всему миру производят миллиарды тонн навоза, большая часть которых приходится именно на бедные страны, на небольшие фермы, обладающие крайне ограниченными ресурсами. Очевидно, что во многих развивающихся странах, где продукты питания производятся в основном на небольших фермах, фермеры не могут позволить себе эту технологию и не имеют ноу-хау или подготовки для ее использования.

Это большая проблема не только для фермеров, но и для окружающей среды, поскольку сельскохозяйственные отходы загрязняют грунтовые воды и выделяют парниковые газы. В настоящее время существует громадная экологическая проблема, связанная с практиками приготовления пищи на открытом огне в Африке. Не имея элементарных древесных плит, местное население готовит пищу, сжигая крайне неэффективно большие количества дров, угля, любых других горючих веществ. Примерно 2,6 миллиарда человек во всем мире используют твердое топливо или керосин (дрова, уголь, навоз животных и т. д.) для приготовления пищи на традиционных печах, часто практически без вентиляции. Это опасная и экологически вредная практика. Но чистые альтернативы не всегда широко доступны на Африканском континенте: только 17 процентов населения в странах Африки к югу от Сахары имеют к ним доступ, по сравнению с 63 процентами в Центральной и Юго-Восточной Азии и 97 процентами в Европе. Поэтому ключевая задача в настоящее время – это разработка небольших установок для малых хозяйств и снижение их стоимости.

В связи с этим развиваются две концепции – строительство больших заводов, позволяющих производить биогаз высокого качества, который может подаваться в газовую сеть или локальные биогазовые установки, не столь совершенные, но способные удовлетворить насущные потребности по переработке отходов и снабжению фермера собственным газом. В первом случае можно привести пример Lemvig Biogas, который с 1992 года является крупнейшей биогазовой установкой в Дании. Навоз от 75 ферм, а также отходы и остаточные продукты промышленного производства используются для выработки тепла и электроэнергии. Это приводит к сокращению выбросов парниковых газов, хорошей экономии для ферм и домохозяйств, потребляющих тепло, предотвращению попадания загрязняющих веществ в окружающую среду. Из полученного биогаза ежегодно производится более 33 миллионов кВт⋅ч электроэнергии, которая продается в местную сеть. Избыточное тепло от системы охлаждения газового двигателя превышает 55 миллионов кВт⋅ч в год. Это тепло передается потребителям ТЭЦ Лемвиг. Пользователями являются более 3000 домохозяйств. Сверхсовременное предприятие готово принимать и перерабатывать самые разнообразные отходы: жировые осадки из канализационных колодцев и жироуловителей, флотационные осадки, органические бытовые отходы, отходы боен и мясокомбинатов, остатки кормов, все зерновые продукты и даже отходы ликеро-водочных заводов и многое другое³. (https://www.lemvigbiogas.com/GB.htm)

Однако такой подход требует построения дорогостоящей логистики, что возможно в богатой Европе, в регионе, где сосредоточено много сельскохозяйственных производств, но это может быть непозволительной роскошью для небольших семейных ферм Африки или Индии.

Примером другого «минималистического» подхода, направленного на удовлетворение нужд малых ферм развивающихся стран, является компания Sistema.bio.

Компания была основана в 2010 году в Центральной Мексике. Sistema.bio работает с более чем 53 200 фермами в 31 стране мира, ставя задачу обеспечить чистую энергию и устойчивые методы ведения сельского хозяйства для 100 миллионов фермеров на более чем 15 % сельскохозяйственных угодий мира мире (при этом фокусируясь на беднейших странах и регионах). В соответствии с Глобальной климатической программой («Global Climate Agenda») Sistema.bio взяла на себя обязательство оказать влияние на более чем 1,5 миллиона человек (290 000 ферм) к 2025 году, что должно привести к сокращению выбросов парниковых газов на 5 миллионов тонн, а к 2030 году сократить на 1 % ежегодные глобальные выбросы парниковых газов. Согласно годовому отчету за 2022 год, компания продала 16,452 установок и при этом заработала 6,9 млн долларов; несложные подсчеты свидетельствуют о том, что одна установка обходится менее 420 долларов!⁴(https://sistema.bio/wp-content/uploads/2022_ANNUAL-REPORTv2_web-1.pdf)

Минимальное пространство, необходимое для самого маленького реактора, составляет около 9х4 м, а минимальный объем отходов, необходимый для умеренного климата, составляет 36 литров, которые могут производить две коровы среднего размера или 5 свиней. На момент написания статьи на сайте компании отражалась информация о более 102 тысячах этих установок, которые производят 225 млн м³ биогаза в год.

Поскольку крупнейшей, как по населению в целом, так и по сельскому населению, страной с очень высокой плотностью небольших ферм является Индия, то именно там данные технологии наиболее востребованы. Согласно оценкам Мировой биогазовой ассоциации (WBA), Индия располагает примерно миллиардом тонн биомассы в год⁵. (https://www.worldbiogasassociation.org/market-report-india/).

При этом очевидно, что низкий уровень доходов индийских фермеров требует крайне экономичных, доступных и простых решений. В прошлом году компания открыла в Индии крупнейшее в мире производство компактных стандартных биореакторов и к 2030 году планирует установить в Индии миллион своих реакторов.

Это решает как вопрос доступного и зеленого энергоснабжения сельского населения, так и важнейший вопрос утилизации отходов животноводства и растениеводства: большая часть сельскохозяйственных отходов ранее сжигалась, что приводило к росту респираторных заболеваний и смертей.

И это далеко не единственный поставщик компактных и доступных решений для массового получения биогаза. Таким образом, с одной стороны, развитие технологий биогаза обеспечивает наиболее развитые богатые страны, стремящиеся перейти на возобновляемые источники, с другой – обеспечивает доступные альтернативы газификации для наиболее бедных сельскохозяйственных регионов Африки и Азии. Заслуживает внимания тот факт, что аналогично развитию электрических микросетей (microgrids, nanogrids) локального электроснабжения, нашедшему широкое применение за счет резкого снижения цены на солнечные панели и «коробочные решения» для их подключения, описанные выше решения предоставляют аналогичную возможность локального производства газа. Возможно, существующие объемы покажутся не столь значительными, но тенденции роста очевидны. Как это будет влиять на глобальные рынки газа покажет время.