У чому проблема?
Один з механізмів покращення нашого довкілля, збереження природних ресурсів та зменшення викидів у повітря — відмова від використання викопного палива та пошук альтернативних джерел енергії. Активно розвивається галузь зеленої енергетики, як от вітрова або сонячна, але мінливість та непередбачуваність погоди не дозволяє налагодити достатньо стабільне енергопостачання протягом року.
Існує й ще одне джерело зеленої енергії — біовідходи. Солома, лушпиння, відходи від фермерства можуть виробляти тепло та електрику. На жаль, цей спосіб отримувати енергію в Україні суттєво недооцінений.
Заступниця голови фермерського господарства "Веселка", що у Дніпровській області, Марина Сушко, ділиться з "Рубрикою", що на підприємстві інколи втрачають врожай через велику кількість соломи, яку не мають, куди подіти:
"Наша солома залишається на полі як біодобриво, багате на азот. На полях солому ніколи не палимо. Інколи навіть втрачаємо у врожайності наступного року через велику кількість пожнивних залишків попереднього року. Для збирання соломи не маємо обладнання, і в громаді залишилось вже дуже мало свійських тварин, тому солома не має попиту", — каже Марина.
Фото Миколи Тимченка, "Рубрика"
Як виявилось, для трьох проблем — замалої частки використання зеленої енергії, високих цін на паливо та неможливості утилізації біовідходів — існує одне рішення.
Яке рішення?
Біовідходи — це золото України, яке нині викидають на смітник
За даними Дорожньої карти розвитку біоенергетики, найбільшими складовими від усієї маси біовідходів є сільськогосподарські залишки (44% загального обсягу) і енергетичні рослини (32%). Серед сільськогосподарських залишків найбільша частка припадає саме на солому зернових культур (33%) та побічні продукти виробництва кукурудзи на зерно (35%).
Структура потенціалу біомаси в Україні
Солома, як і лушпиння, є джерелом теплової енергії, технологія отримання якої вже добре опрацьована, як і технологія використання для спалювання палива, вугілля, дерева, брикету тощо. Але енергетичне використання соломи в Україні становить менше одного відсотка, а використання відходів кукурудзи та соняшника взагалі вважається незначним — паливний ресурс орієнтовною вартістю 3-4 млрд доларів в енергозалежній Україні просто не використовується.
Фото Миколи Тимченка, "Рубрика"
"Україна — єдина країна в Європі, яка «пасе задніх» у використанні біоресурсів, — пояснює доктор технічних наук, професор Валерій Федорейко. — Ми вирощуємо приблизно 100 мільйонів тонн зерна на рік, із кожної тонни якої утворюється тонна біовідходів. Якщо вилучати кожну третю тонну, як це роблять американці і європейці, абсолютно без шкоди для процесів, ми щороку отримаємо 25-30 мільйонів тонн біовідходів: елеваторні відходи, полова, солома".
Якщо заглибитись у підрахунки, можна отримати приголомшливі цифри. Три тонни біовідходів за кількістю енергії, яку вони можуть створити, еквівалентні тисячі кубів природного газу. За умови, якби виробничі потужності могли забезпечити переробку всіх біовідходів, ми отримали б енергію, еквівалентну 10 мільярдам кубометрів газу. Це третина від споживання газу в Україні за рік.
Використання таких біовідходів значно дешевше за природний газ чи вугілля. Для порівняння, три тонни качанів кукурудзи, з яких можна отримати еквівалентну кількість енергії, як з тисячі кубів газу, коштуватимуть лише 3 тисячі гривень. Така кількість газу коштує в Європі близько тисячі євро, а ми маємо можливість отримувати її менше, ніж за 100. От ще один приклад: дві тонни біовідходів за енергетичною цінністю дорівнюють тонні вугілля, проте тонна вугілля нині коштує 10-15 тисяч гривень, натомість 2 тонни соломи, як ви вже знаєте — близько 2 тисяч.
З графіку можна зрозуміти, наскільки біовідходи як паливо економічно доцільніші за природний газ та вугілля (якщо орієнтуватись на ціну для промислових споживачів). Джерело — "Рубрика"
Тож завдяки біопаливу, яке утворюється просто неба, українці можуть отримати енергію в 14 разів дешевше за газову, в 7 разів дешевшу за вугілля, або в 7-10 разів дешевшу навіть за "традиційну" зелену енергію — водневу.
"І з точки зору наявності ресурсів біопалива, Україна є цілком самодостатньою країною", — каже професор.
Що можна зробити?
Одне з рішень для громад і приватних домогосподарств — це переробка соломи в пелети. Створення таких підприємств може зменшити витрати на опалення та забезпечити теплом негазифіковані населені пункти:
"Вартість однієї лінії з виробництва пелет на даний час становить 1,07 млн грн. На балансі більшості сільських рад перебувають вільні приміщення, в яких можна розмістити такі лінії, тобто сама лінія за підтримки громад сіл коштуватиме не більше 1,2 млн грн. Підвезення сировини можна здійснювати транспортом сільськогосподарських підприємств, що функціонують в межах сіл і будуть виступати постачальниками сировини, що дозволить мінімізувати її вартість", — таку модель запропонували економісти в одній з недавніх наукових публікацій.
Ринкова вартість пелет із соломи сьогодні коливається в межах 6 тисяч грн/т, але створивши у громаді кооператив, ціну можна знизити до 2-3 тисяч грн за тонну із мінімальними витратами на доставку, адже лінії з виробництва пелет будуть розміщуватися у самих селах. Тобто одне домогосподарство, яке вкладе у створення кооперативу близько 5-7 тисяч грн, може розраховувати на екологічно чисте тверде паливо за ціною максимум 3 тисяч грн за тонну з доставкою.
Робота преса для виготовлення брикетів з соломи
Та й це ще не все. Особисті господарства можуть забезпечувати власні потреби в паливі для обігріву шляхом самостійної переробки соломи та інших решток від власного сільськогосподарського виробництва. Напівавтоматичні преси для пелет коштують в діапазоні 10-50 тисяч грн, але існують й більш доступні пропозиції. Наприклад, звичайні ручні преси за півтори-дві тисячі. З їхньою допомогою можна в домашніх умовах виробляти твердопаливні брикети з соломи зернових та зернобобових культур та опалого листя.
Голова Біоенергетичної асоціації України Георгій Гелетуха вважає, що причина, з якої населення досі не перейшло на альтернативні види палива — економічно недоцільна і невигідна модель субсидіювання газу:
"У нас не одна ціна на газ, як у всьому світі. Населення платить приблизно 8000 гривень за 1000 кубів, бюджетна сфера — 16,5 тисяч, і тільки промисловість платить повну комерційну ціну. Зараз це 20 тисяч гривень, а взимку було 40. Виходить, що для населення газ — найдешевше паливо, але насправді це не так, адже та сума, яка субсидіюється нафтогазу за те, щоб населення могло платити за газ лише 8 тисяч, — це наші податки. Зробіть комерційну ціну і всім одразу стане вигідно використовувати альтернативні джерела енергії й утеплювати будинки", — розповів експерт "Рубриці".
Фото Миколи Тимченка, "Рубрика"
Використання соломи замість газу в промисловості
Технологія для перетворення соломи в енергію в промислових масштабах в Україні вже існує і працює. Один зі зразків створили в Центрі Енергоефективних технологій Тернопільського національного педагогічного університету ім. Гнатюка під керівництвом Валерія Федорейка. Працівники кафедри приватизували полігон, щоб проводити дослідження і за 10 років плідної праці таки досягли успіхів. Винахід науковців — генератор, працює на залишках від аграрного сектору і продукує теплову енергію, яка може замінити природний газ.
Генератор-утилізатор потужністю 3000 кВт (Фото з архіву Валерія Федорейка)
Такі генератори можуть забезпечити сушіння зерна, бетону, обпалювання цегли та обігрів великих приміщень, в тому числі — теплиць.
"Саме ті галузі, звідки потрібно «забирати» природний газ та перенаправляти його на ті технології, де він необхідний. Таким чином ми диверсифікуємо дешевою енергією ринок і будемо витісняти природний газ, на фоні цього він буде дешевшати", — вважає професор.
Розміщуватись генератори-утилізатори мають на елеваторах фермерських господарств — найбільш доцільний спосіб зекономити на логістиці ресурсів. Наразі вже доступні генератори-утилізатори на 2000, 3000 та 6000 кВт. Генератор-утилізатор на 1000 кВт коштує 1,5 мільйона гривень, більшої потужності — 3-4 мільйони. Термін окупності генератора потужністю 1 МВт — три місяці! Це фантастичні техніко-економічні показники на 100% українського продукту.
Генератор не просто здатний виробляти дешеву теплову енергію, він ще й зменшує навантаження на довкілля, утилізуючи біовідходи.
Чому спалювати солому краще, ніж залишати її в полях?
Подрібнена солома, качани кукурудзи, лузга соняшника є висококалорійним біопаливом, яке не дає викидів і не створює навантаження на довкілля.
"Це так званий «зворотній фотосинтез». Коли рослина росте, вона забирає СО2 з атмосфери, а при згорянні віддає такий самий об'єм. Якщо ж ці залишки будуть просто перегнивати, вони виділять більше СО2, ніж при згорянні", — пояснює Федорейко.
Саме тому свій винахід професор називає генератор-утилізатор. Це могло б вирішити проблему зайвої соломи, наприклад, на фермі "Веселка" на Дніпропетровщині — на початку статті Марина Сушко каже, що не має куди подіти солому. Якби це або сусідні підприємства мали подібний генератор, питань з місцем для утилізації біовідходів не виникало б.
Фото Миколи Тимченка, "Рубрика"
Ще один плюс у тому, що "паливо" для такого генератора може зберігатись просто неба, підходять навіть рослинні залишки, зібрані три роки тому.
Перетворити солому на зелену електроенергію — майже вирішене питання
В перспективі від створених в Тернополі генераторів можна буде отримувати не лише теплову, а й електричну енергію. Харківський інститут проблем машинобудування НАН України вже створив зразок турбіни та компресора, які будуть перетворювати дешеву теплову енергію в дешеву електричну, цього року почнуться перші тестування системи.
Проєкт мають представити за програмою "Горизонт" в Європі. Разом з Дніпровською політехнікою Центр енергоефективних технологій готує цілий ряд проєктів з 8 науковими установами Європи для залучення "наукових" коштів в Україну.
"Ми пропонуємо ЄС наші розробки, які дозволять генерувати енергію, адекватну мільярдам кубів газу, і на сьогодні це найдешевший спосіб продукування теплової енергії", — стверджує керівник проєкту.
А це точно працює?
Авжеж, те, що добре працює за ідеальних умов "в лабораторії", не завжди можна реалізувати на практиці. Але Валерій Федорейко стверджує: подібних генераторів існує вже зо два десятки по всій Україні — більша частина у Тернопільській області, а також у Київській та Чернігівській.
"Рубрика" зв'язалась з кандидатом технічних наук Іваном Іскерським, який є головою асоціації "Зернові склади Тернопілля" та директором елеватора в місті Хоростків. Саме тут встановлені вже 4 генератори — 3 по 2 МВт і ще один, потужністю близько 3 МВт.
"Якщо наші сушарки, працюючи на газу, споживали в годину 300 м3 газу, то виходить, що за добу, використовуючи генератори-утилізатори ми економимо 7,2 тисячі кубів газу. У нас в Україні утворюється величезна кількість біовідходів, така, що ми можемо замінити весь газ для сушіння зерна, тепличних господарств, обігріву різних комплексів", — ділиться з "Рубрикою" пан Іскерський.
Цього року встановлять ще один генератор, найпотужніший, на 6 МВт. Він дозволить економити понад 500 кубів газу на годину для сушіння зерна. Новий генератор вже зведений на 80%, і коли він запрацює, підприємство повністю відмовиться від споживання газу. До речі, як і всі інші розробки, він повністю автоматизований, з використанням елементів "штучного інтелекту".
Використовують в якості "пального" тут залишки від очищення зерна та полову:
"Ми мали 500-600 тонн своїх відходів, а іншу частину купляли в сусідніх елеваторах, які не мали, куди його діти… В людей є проблема — куди подіти ті відходи? А ми їх утилізуємо: спалюємо і сушимо зерно за рахунок цього", — поділився Іскерський.
Георгій Гелетуха, голова Біоенергетичної асоціації України, каже, що фермери, які використовують біомасу для забезпечення своїх енергетичних потреб, виграють порівняно з тими, хто використовує газ:
"У 2022-му фермери частину кукурудзи лишили в полі, не зібравши врожай. Чому? Тому що вони порахували, якщо зібрати, відвезти її на сушарку, що працює на газу, то вартість газу дорівняється до вартості самого озера. Собівартість буде такою високою, що вони не продадуть потім цю кукурудзу. До 40% кукурудзи залишилися в полі зимувати просто для того, щоб вона підсохла прямо там. Це не краща практика, якість врожаю буде гірше, але й ціна нижчою. Збирали врожай лише ті, хто працював на біомасі", — наводить приклад експерт.
Які ще рішення вже існують?
В Україні є два класи нових технологій для отримання енергії. Перша — спалювання, друга — вироблення біогазу, коли цю ж саму сировину, солому, стебла кукурудзи, лушпиння соняшників, завантажують у спеціальні контейнери, додають бактерії, і за 3-4 тижні починає збиратись біогаз, який можна перетворити на енергію.
Спалювати дешевше, але, за словами Георгія Гелетухи, аграрії не дуже люблять віддавати таку сировину:
"На поля для вирощування сировини додають добрива: азот, фосфор, калій, які вбирають рослини. Саме тому рослинні залишки в якійсь кількості іноді залишають на полях, щоб повернути ці речовини знов у землю. При спалюванні ці речовини зникають. При виробленні біогазу добрива можна отримати знов і повторно використати їх на полі. Тому є тренд на створення виробництв з біометану".
"Миронівський хлібопродукт" (МХП) займається птахівництвом, м'ясопереробкою, а також вирощуванням зернових культур. Компанія ставить за пріоритет використання зеленої енергії. У 2019 році на вінницькому підприємстві МХП побудували два біогазових комплекси для утилізації відходів.
Органічні сільськогосподарські відходи МХП перетворюються в комплексах на біогаз та органічні добрива, а також дозволяють суттєво скоротити викиди парникових газів. Біогаз трансформується в теплову та електричну енергію, а органічні добрива використовуються на власних полях, що дозволяє відновлювати родючість ґрунтів.
Впевнитись, що система працює, можна розглянувши цифри. Після того, як було введено у дію першу чергу комплексу "Біогаз Ладижин" потужністю 12 МВт, зеленою енергією вдалось забезпечити близько 40% потужностей агроіндустріального кластера. Вже наступного року загальне споживання палива впало на 2,98%. Звісно, не лише завдяки виробництву біогазу: спрацювали також заходи з енергоефективності та отримання зеленого тарифу на електроенергію.
Науковиця Валерія Вовк з Вінницького національного аграрного університету називає біогазовий комплекс МХП лідером на теренах Вінниччини та всієї України у впровадженні безвідходних технологій виробництва, проте він є не єдиним вдалим прикладом. За даними НКРЕКП, станом на 01.10.2022 в Україні встановлено 64 установки, які виробляють енергію з біогазу.
Як має розвиватись біоекономіка в Україні?
В останньому дослідженні Європейського союзу наголошено, що раціональне використання біомаси на основі сучасних біотехнологій і саме спрямування потоків біомаси до кожного сектору біоекономіки, забезпечення повного виробничого циклу — від постачання до використання і торгівлі — сприятиме вирішенню проблем сталого розвитку.
У 2020 році створили дорожню карту розвитку біоенергетики України до 2050 року. У ній сказано, що у 2050 році потенціал біомаси в Україні може зрости до понад 47,5 млн тонн на рік, тобто практично подвоїтися коштом розвитку агросектору, і навіть за таких умов ми будемо переробляти лише 43% наявного на той час потенціалу біомаси. Що стосується безпосередньо соломи й сільськогосподарських залишків в цілому, частка їх використання зросте найбільше.
Запропонована в Дорожній карті структура використання біопалив в Україні до 2050 р. за їх видами, млн т н.
Георгій Гелетуха пояснює, чим спричинений таке зростання частки використання соломи:
"Якщо у Європі та США збирають по 40 центнерів біосировини з гектара, то у нас — 10. Все це через родючість землі: там використовують інші технології та інші добрива. Коли створювалась дорожня карта, то передбачалось, що ми також технологічно «підтягнемося» у сільському господарстві, тож і кількість соломи, стебел кукурудзи, соняшнику буде збільшуватись".
Ситуація, в якій аграрний сектор може цілком відмовитись від використання газу, за словами Гелетухи, цілком реальна: Україна вже заміщує 5,2 мільярда природного газу в рік саме біомасою.
За вдалих умов, ми могли б навіть експортувати біометан і стати одним з лідерів в Європі за цією позицією. Складно повірити, що поки унеможливлює це лише бюрократія:
"Питання в тому, що зараз ввели певні обмеження. Тобто, з одного боку, наче прямують до експорту метану, але є заборона на експорт природного газу і через незрозумілі неузгодженості в документах митниці, біогаз також підпадає під поняття «природного газу». Це питання можна вирішити, ухваливши пару документів, наказ і постанову Кабміну, дозволивши експорт біометану. Тоді почнеться виробництво у мільярдах кубів".
Тож рішень для держави декілька і всі вони дуже прості: змінити визначення біогазу у законодавстві та поступово припинити субсидіювання газу для населення. У такому разі частка використання біоресурсів може значно зрости, Україна зможе зміцнити свої позиції на енергетичному ринку, стати менш залежною та наблизитись ще на один крок до декарбонізації.
