Энергетика сегодня и завтра

Литр нефти за два литра молока

Ни в одной отрасли нет стольких технологических тайн, как в сельском хозяйстве. С точки зрения энергетика, здесь происходят интереснейшие преобразования различных видов энергии. Многочисленные биохимические и химические взаимодействия в конце концов приводят к созданию пищевых продуктов, дающих калории человеческому организму в виде белков (мясо), углеводов (крахмал, глюкоза), жиров (масло). Совокупность всех этих процессов очень сложна, и многие из них или не могут быть воспроизведены человеком без помощи живой природы, или полученный искусственный продукт энергетически еще очень дорог.

Казалось бы, довольно простое дело — вырастить растение. Почти каждый, даже не связанный с сельским хозяйством, или сажал деревья, или выращивал цветы, овощи. Но когда речь идет не об огороде, а об индустриальном растениеводстве или животноводстве, то возникает множество сложнейших проблем. В каждой технологической цепочке — свои секреты и тонкости, свои возможности по экономии энергии и повышению эффективности ее использования. Только после длительных лабораторных исследований и опытно-промышленных работ отыскивается оптимальный вариант получения какого-либо продукта. Непросто повысить коэффициент полезного действия сельскохозяйственного производства, обеспечить больше качественной продукции при наименьших затратах энергии и труда.

Справедливости ради нужно сказать, что, например, в химической промышленности не меньше потоков энергии и веществ, чем в сельском хозяйстве, причем все детали и элементы промышленных агрегатов человек здесь должен придумать и сотворить сам. В сельском же хозяйстве во многих звеньях основательно трудится природа, облегчая заботы человека. За миллионы лет она достигла такого совершенства, что улучшить что-нибудь существенно очень сложно. И тем не менее человек продолжает познавать ее секреты, открывать новое в давно, казалось бы, известном.

Например, общепринято, что растительные клетки ассимилируют двуокись углерода только через фотосинтез. Когда на растения воздействует солнечный свет, то фотоны поглощаются молекулой порфиринового кольца, состоящего из атомов углерода, водорода, азота, кислорода. В центре кольца находится атом магния. Так устроено хлорофилловое зерно. Кстати, кислород в гемоглобине крови переносится гемом, в котором в такое же порфириновое кольцо вставлен атом железа.

Продолжим путь по энергетической цепочке растения. Энергия поглощенного светового кванта передается электронам, находящимся на внешних электронных орбитах, на более высоких энергетических уровнях. Эта энергия хлорофиллового зерна запускает длинную цепочку биохимических реакций. На выходе цепочки синтезируется глюкоза, состоящая из шести молекул углерода и такого же количества молекул воды. Отсюда происходит название, данное глюкозе и некоторым другим «сладким» веществам, — углеводы. При данной реакции фотосинтеза выделяется и свободный кислород.

Итак, общепринято, что синтез глюкозы совершается в растениях лишь подобным образом. Однако недавно датским исследователем А. Миллером была высказана гипотеза, что синтез может осуществляться не только за счет солнечного света, а и благодаря тепловой энергии.

Сверху зеленый лист нагревается солнцем, снизу он охлаждается при испарении влаги. Возникает разность температур. Термоэлектрические преобразователи, которыми могут быть биологические мембраны, инициируют ток, вызывающий химические превращения. Если предположение А. Миллера оправдается, то можно и нужно будет разрабатывать новые пути интенсификации синтеза углеводов и повышения КПД этого процесса. Могут появиться, например, и новые направления тепличного растениеводства. С процессом фотосинтеза и его КПД связан более общий вопрос о производительности всего сельского хозяйства.

Действительно, чтобы повысить эффективность использования энергии в сельскохозяйственном производстве, нужно проследить, куда она направляется сейчас.

В сельском хозяйстве трудно определить, где кончается энергетика и начинается агрономия, селекция, борьба за урожайность. И все же попытаемся выделить энергетическую составляющую.

Сельское хозяйство забирает около одной десятой всех добываемых природных энергетических ресурсов — около 160 миллионов тонн условного топлива. С учетом косвенных затрат энергии на различную продукцию и машины для сельского хозяйства эта величина существенно больше. Только для производства аммиака, используемого непосредственно или при получении азотных удобрений, затрачивается около 20 миллионов тонн условного топлива. Так что общая величина энергии, отдаваемой производителям сельскохозяйственных продуктов, скорее близка к 250–300 миллионам тонн условного топлива.

Сколько же энергии получает страна взамен? Мы не ошиблись — именно энергии. Основные «кирпичики», из которых состоят продукты сельского хозяйства, — углеводы и жиры — это топливо организма. Правда, когда его не хватает, в организме в качестве топлива могут использоваться и белки. Поэтому ценность или объем сельскохозяйственной продукции можно выражать в энергетических единицах — килокалориях или даже тоннах условного топлива. Сделаем такую оценку двумя способами.

Первый способ — по потребностям. Человек потребляет в день в среднем 2 тысячи килокалорий, а в год — 700 тысяч. Значит, все население страны 270 миллионов человек — потребит за год 200 триллионов килокалорий пищи, то есть около 30 миллионов тонн условного топлива.

На самом деле, если оценивать объем пищевых продуктов по их производству, эта цифра явно занижена.

Двести миллионов тонн зерна с калорийностью 200 килокалорий на килограмм — это основная часть сельскохозяйственной продукции, дающая 500 триллионов килокалорий. Затем сто миллионов тонн картофеля добавляют еще 80 триллионов килокалорий. Мясо и молоко дают около 50 триллионов. А еще сахарная свекла, подсолнечник, овощи, фрукты. Всего получится около 700 триллионов килокалорий, или 100 миллионов тонн условного топлива.

Что же получается? Потребляется 30 миллионов тонн условного топлива, а производится 100 миллионов. Конечно, цифры приближенные. В подсчетах допущены п различные неточности. Ведь значительная часть зерна используется как корм в самом сельском хозяйстве для получения мяса, молока, птицы, япц. Так что часть зерна учтена как бы дважды. Но как бы то ни было, в стране производится сельскохозяйственной продукции по крайней мере в полтора раза больше, чем потребляется. Думаю, что действительная разница еще больше.

Причины две. Во-первых, часть продукции сельского хозяйства используется не для продовольственных, а для технических нужд, во-вторых, очень большая часть просто теряется при транспортировке, первичной переработке, хранении, продаже, потреблении.

О потерях мы поговорим позже, а сейчас подсчитаем энергетический коэффициент полезного действия всего сельского хозяйства. Вкладывается в него 300 миллионов тонн условного топлива, а производится в нем 100 миллионов. Значит, КПД — 30 процентов.

Правда, до потребителя доходит в два раза меньше — скажем, всего 50 миллионов. Тогда КПД равен 15 процентам. Это очень высокая величина. На самом деле мы пока не учли основной энергетической составляющей — цепочки «солнце — фотосинтез — углеводы».

Над атмосферой земного шара мощность светового потока на квадратный метр — 1,4 киловатта. Для района Москвы при учете длительности светового дня, потерь в атмосфере и облаках в зависимости от географической широты эта величина почти в 10 раз меньше — всего 0,15 киловатт на квадратный метр. Если принять эту величину как среднюю для всей территории СССР, то получим, что 200 миллионов гектаров пашни за вегетационный период получают количество тепла, равное 100 миллиардам тонн условного топлива. Напомним, что продукция сельского хозяйства эквивалентна 100 миллионам тонн, то есть в тысячу раз меньше. Таким образом, усредненный КПД преобразования солнечного излучения в продукцию сельского хозяйства равен всего 0,1 процента. Куда же исчезает живительная сила солнца?

Энергобаланс при выращивании растений выглядит приблизительно следующим образом:

— из всего потока солнечной энергии на листья попадает только 20–30 процентов;

— КПД фотосинтеза в полевых условиях — 1,5–2 процента;

— от трети до половины полученной энергии растение тратит на собственные нужды и благодаря дыханию обеспечивает нормальный ток воды через собственные органы, совершает работу по преодолению сопротивления почвы;

— из полученной растительной массы богатые энергией семена или плоды составляют около половины;

— еще 10–30 процентов урожая теряется из-за поражения насекомыми и болезнетворными микроорганизмами.

Учет перечисленных потерь объясняет обнаруженную тысячекратную разницу между количеством поступающей солнечной энергии и ее долей, утилизованной в сельскохозяйственной продукции. Задача сельскохозяйственного производства — уменьшить эти потери.

Подведем промежуточный итог. Сельское хозяйство получает от солнца 100 миллиардов тонн, условного топлива, от топливного комплекса — еще 300 миллионов тонн, а энергоемкость производимой им продукции эквивалентна всего 100 миллионам тонн. Мы разобрались, куда «исчезают» 100 миллиардов тонн солнечного топлива, теперь посмотрим, на какие цели тратятся 300 миллионов тонн прямых энергетических затрат.

Мы уже подсчитали биоэнергетический КПД. Без учета вклада солнечной энергии он оказался равным 10–15 процентам, то есть на каждую пищевую килокалорию затрачивается 7-10 килокалорий первичного топлива.

Для производства 1 килограмма мяса необходимо истратить 12 килограммов условного топлива. Литр молока можно получить, израсходовав пол-литра нефти, а для производства килограмма наиболее ценной части молока протеина — потребуется 25–30 килограммов условного топлива.

Во многих развивающихся странах с хорошим климатом биоэнергетические коэффициенты полезного действия существенно больше. Для некоторых же культур растениеводства они превышают единицу. Например, в Судане при выращивании сорго на каждую затраченную калорию энергии получают 14 пищевых калорий, а в Заире при культивировании маниоки биоэнергетический КПД еще больше — 37. Ясно, почему достигаются такие большие величины? Все делает сама природа. Человеку только остается снять плоды. При использовании примитивных орудий труда затраты энергии на уборку урожая невелики. Может быть, имеет смысл повсеместно перестроить сельское хозяйство в духе минимизации энергозатрат?

Нет, делать так нельзя. Главный и решающий недостаток примитивных немеханизированных систем — очень низкий выход продукции с единицы площади земли и очень низкая производительность труда.

Как раз для достижения высокой урожайности и производительности труда и необходим значительный рост энерговооруженности, которая характерна для современных агропромышленных комплексов.

Вернулись мы к общеизвестной истине. Но вопросов остается много. Какой должна быть эта энерговооруженность? Должна ли она расти или нужно стремиться ее снижать, достигая необходимых результатов другими способами?

Увеличивать или уменьшать?

Агропромышленный комплекс страны потребляет около 160 миллионов тонн условного топлива, если не учитывать расход энергии на коммунально-бытовые нужды и косвенные энергетические затраты. Поскольку основные затраты энергии прямо или косвенно связаны с пашней, удобно анализировать удельную величину — затраты энергии, отнесенные на 1 гектар.

В СССР они равны 0,8 тонны условного топлива, а в Соединенных Штатах 0,4. Значит, в США энергопотребление на гектар в два раза меньше. Возможно, здесь сказывается неодинаковый подход к вычислению затрат.

Ведь среди специалистов идут споры, что включать в энергозатраты по сельскому хозяйству, а что нет? Но есть и объективные причины, обуславливающие превосходство США. Так, у американцев лучше, чем у нас, используются энергетические средства. У них создана разветвленная сеть качественных дорог. Сельское хозяйство США отличается более высокой загрузкой сельскохозяйственной техники, и ряд технологических процессов перенесен в город, где дешевле и экономнее обходится и ремонт сельскохозяйственных машин, и приготовление кормов, и заготовка строительных деталей и комплексов. Следует отметить, что по разным причинам энерговооруженность гектара пашни в одних странах мира побольше (Япония, Англия), в других — поменьше (Австралия).

Из 160 миллионов тонн условного топлива, которые потребляются непосредственно в агропромышленном комплексе нашей страны, более одной трети — 65 миллионов тонн — расходуется на машинах, ведущих полевые работы. Еще столько же расходуется на транспорте и в различных тепловых процессах типа сушки. Все это составляет 35 процентов от всего потребления жидкого топлива в народном хозяйстве.

Такова основная составляющая сельскохозяйственных энергозатрат. Увеличить ее в будущем, скажем, в два и даже в полтора раза практически невозможно. Значит, механизация сельского хозяйства имеет предел?

Некоторые специалисты, смешивая понятия энерговооруженности и энергозатрат, склоняются именно к такой точке зрения. Называются цифры оптимальной энерговооруженности, превышать которые, по их мнению, нельзя. Другие специалисты говорят о «биологическом земледелии» как о панацее для сельского хозяйства, отвергают применение химикатов, призывают использовать только «чистою» энергию — солнечною, ветряных мельниц, гидротурбин.

В 1982 году на Филиппинах в Маниле была проведена «Международная конференция по химии и снабжению человечества пищей: новые перспективы». По мнению ученых, курс на механизацию и химизацию сельского хозяйства продолжает оставаться эффективным.

Дело в том, что благодаря ему во многих развитых (заметьте, не развивающихся) капиталистических странах себестоимость сельскохозяйственной продукции снизилась за последние годы в полтора-два раза.

И все же какие пути дальнейшего развития сельского хозяйства оптимальны? Ведь проблема сложнейшая.

За 40–50 ближайших лет нужно увеличить мировое производство пищи вдвое — примерно на столько же, на сколько оно выросло за последние 10–12 тысяч лет.

Конечно, не беспочвенны рассуждения об отрицательном влиянии машин и химикатов на окружающую среду и даже на качество продуктов. Наконец, совершенно очевидно, что нужно в максимальной степени использовать биологические и энергетические возможности природы. Но отказываться от индустриализации сельского хозяйства, от превращения его в агропромышленное хозяйство — значило бы сделать серьезную ошибку.

На этом пути не обеспечить ни нужной производительности труда, ни необходимого объема производства. Ведь количество сельского населения падает. Например, по оценкам демографов, в городах в ближайшие годы будет жить три четверти населения СССР.

Несмотря на существенные успехи сельскохозяйственного машиностроения, мы еще значительно отстаем от США в энерговооруженности полей. Мощность всех видов машин у нас составляет лишь примерно 300 лошадиных сил на 100 гектаров. Поднять ее — важная задача. Причем существен не просто количественный, но качественный рост этой техники, внедрение ее новых видов.

Совершенствование сельскохозяйственных машин имеет прямое отношение к затратам энергии. Сроки службы сельскохозяйственной техники сейчас заметно меньше 10 лет — на треть ниже нормативных. В результате до 40 процентов выпускаемых машин идет на восполнение преждевременно выбывших. Соответственно возрастают косвенные энергозатраты. Они уже сравнимы с прямыми и основными.

А что делается с формально прямыми затратами чя? с расходом жидкого топлива? Казалось бы, тут ситуация лучше — и претензии не к машиностроителям. Удельные расходы топлива на тракторах неплохие, вполне на уровне современной техники — 170–200 граммов на лошадиную силу в час. Примерно такие же показатели в США. Но ведь в среднем расход энергии на гектар пашни у нас в два раза больше. Одна из причин — худшее состояние техники и дорог. Кроме того, нет четкого технически обоснованного нормирования в расходе топлива, отсутствует сильная заинтересованность в его экономии.

Приведу один пример. В сельской местности функционировали до недавних пор различные организации — сельхозтехника, сельхозстрой, совхозы. Установленные нормы расхода бензина в них различались вдвое (!) — от 106 до 210 граммов на тонно-километр. А ведь каждое ведомство пользовалось одними и теми же дорогами, марками машин, бензозаправочными станциями.

До каких пределов можно снизить расходы топливу на полевых работах? Идей и предложений по решению данной проблемы великое множество. Но прогресс осуществляется медленно. И причины в большинстве случаев как будто бы объективные. Давайте познакомимся с ними.

Ноль-обработка

Для уменьшения энергетических затрат при эксплуатации сельскохозяйственной техники выгодно поднимать ее единичную мощность. Но при этом наряду с выигрышами. Так, если двухсотсильный «Кировец» весил одиннадцать тонн, то, став трехсотсильным, он потяжелел на полторы тонны. И это не случайность — аналогичная история произошла и с минским трактором, и с плугом «Труженик». Короче, сельскохозяйственная техника утяжеляется при повышении ее единичной мощности. Соответственно повышается и расход материалов.

Экономия металла — задача решаемая. Металлоемкость некоторых тракторов, выпускаемых в мире, иногда почти в 1,5 раза ниже. Но беда даже не столько в большом расходе металла.

За каждый проход по полю тяжелого машинного агрегата слой почвы, попадающий под его колеса, уплотняется на глубину 70–90 сантиметров, и вместо нужных сельскохозяйственным культурам мелких комочков земли образуются крупные глыбы. По данным американской газеты «Еженедельник фермера», если по полю, засеянному яровым ячменем, пройдет сельскохозяйственная машина, то урожай снизится с 67 до 39 центнеров на гектар. Таким образом, сэкономив в потреблении топлива почвообрабатывающей техникой и, конечно, выиграв в производительности труда, мы проиграли в энергии, накопленной в урожае. Где же выход? Есть ли он?

Сразу же скажем — предлагаемые и применяемые решения еще не оптимальны. Нужно еще искать лучший вариант. Может быть, поставить машины не на две, а на три, пять осей? Или, оставив две оси, увеличить количество колес, как это сделано во французском тракторе «вандель»? А может быть, вернуться к опыту предков?

Пусть машины будут только косить, как косили наши деды-прадеды, и перевозить массу на тока, обмолачивать же урожай станут мощные молотилки, установленные на стационарном пункте. Некоторые специалисты считают, что в этом случае по сравнению с обычной комбайновой технологией затраты труда снижаются вдвое, а расход топлива — на 15–20 процентов.

Оппоненты возражают. Ведь таким жаткам придется перевозить не только зерно, как комбайну, но также колосья и стебли, и нагрузка на почву снова увеличится.

В ответ выдвигается проект передвижных трубопроводов со сжатым воздухом. Предлагается также растянуть на земле капроновую ленту, сложить на нее урожай, а потом подтянуть ее механизмами, стоящими на краю поля.

А обработка почвы? Может быть, попробовать применить реактивный роторный плуг? Мотыги на вращающемся валу поочередно врезаются в землю и помогают своей реакцией перемещаться трактору. Некоторые специалисты утверждают, что усилия при пахоте можно уменьшить с помощью самозатачивающихся лемехов.

Другие предлагают надевать на лемеха пластмассовые сменные накладки, уменьшающие трение. В конце концов можно сконструировать трактор на воздушной подушке.

А может быть, вообще не надо вспахивать? Пусть будет ноль-обработка! Только сеять и убирать, не трогая корнеобитаемый слой.

Разными путями движется конструкторская мысль.

Один из перспективных путей — шире сделать захват машин. За считанные проезды проводится культивация или сев. При широкозахватной технологии необходимо создать комбайны, способные за один проход выполнить ряд операций. Одна машина заменяет несколько идущих вслед друг за другом. Это улучшает положение, но не намного — ведь утяжеляется трактор, происходит дополнительное уплотнение почвы.

Проблема остается открытой, решенной частично.

Идет поиск новых будущих технологий.

Еще в 1931 году московский инженер Правоторов предложил новую оригинальную технологию обработки почвы, которая сейчас привлекает все большее внимание специалистов. Представим, по обе стороны большой и длинной «грядки» проложены дорожки или рельсы.

По ним движется П-образный мостовой кран, с которого и осуществляется обработка почвы, уход за растениями.

Механизмы приводятся в действие с помощью электроэнергии. Тем самым можно высвободить десятки миллионов тонн жидкого топлива.

На одном кубанском экспериментальном сельскохозяйственном поле применили подобный мост. Урожай увеличился в полтора раза, а при искусственном поливе — втрое. Но у метода Правоторова есть существенные недостатки — большая металлоемкость, привязка к колее.

Как и во многих других областях производства, вряд ли найдется одно-единственное решение, удовлетворяющее всем требованиям растениеводства. Затраты энергии на пахоту и времени на обработку почвы и полив составляют более половины всех затрат. Поэтому закономерен интерес к ноль-обработке почвы — только сеять и убирать. Неплох и промежуточный метод — безотвальная пахота.

При безотвальной пахоте (это не ноль, а минимальная обработка, когда плугом только подрезается слой земли) затраты энергии в полтора-два раза меньше, чем при обычной традиционной пахоте. Безотвальная вспашка экономит много жидкого топлива. Конечно, применять ее нужно с оглядкой, с учетом местных условий.

Например, в районах с влажным климатом все же предпочтительнее полная пахота с оборотом пласта. А в засушливом климате минимальная обработка почвы дает прибавку урожая до 20 процентов. Почему это так?

Часть энергии, взятой растениями у солнца, уходит на прокачку воды и работу корневой системы. Минимальная обработка по-разному влияет на содержание влаги и структуру почвы. В некоторых условиях влага — это главное, и потому безотвальная система дает заметную прибавку.

Следует также учитывать, что если не перепахивать землю, то для уничтожения сорняков нужно резко увеличить дозу гербицидов. Но на производство гербицидов тоже требуется энергия, и выигрыш вроде бы уменьшается. И все же общий расход энергии сократится на 20 процентов. Игра стоит свеч. Во-первых, 20 процентов — это огромная экономия. А во-вторых, при производстве гербицидов мы не должны расходовать дефицитное жидкое топливо: можно обойтись газом, электроэнергией АЭС и другими источниками.

Если говорить не только о сиюминутной выгоде, а и о дальней перспективе, то безотвальная вспашка пока чуть ли не единственный способ предотвратить эрозию почвы. Надо уже сейчас думать о сохранении среды, дающей жизнь растениям, иначе в сельском хозяйстве может сложиться тяжелая ситуация.

Нежелательно было бы вскоре столкнуться с проблемой создания искусственной почвы. Между тем опасность истощения земли, резкого падения ее плодородия вполне реальна.

В среднем за 10 лет на каждый гектар пашни вносится около 4 тонн органического вещества (в том числе и за счет естественных процессов), а теряется за счет эрозии почти в десять раз больше — 30 тонн. С 1920 года потери гумуса (органического вещества почвы) в южных черноземных районах составили 24 процента. Подобные опасные явления происходят во всем мире. Земледелие продолжает жить взаймы у природы за счет усиленного расхода энергии солнца, накопленной в пахотном слое.

При использовании минимальной обработки почвы удается не только снизить затраты энергии, а и существенно замедлить эрозию почвы, и в этом ее большой смысл.

Обработка почвы — вещь очень деликатная, и небольшое технологическое усовершенствование иногда способно дать значительный энергетический выигрыш.

Приведем один поучительный пример.

Гектар влаголюбивого риса поглощает за сезон 20–80 тысяч кубических метров пресной воды! На возделывание риса уходит около 15 процентов речного стока планеты. Однако только третью его часть забирают растения, остальная вода расходуется впустую — испаряется или уходит в почву.

Многолетние исследования, проведенные в Краснодарском крае, показали: чтобы надежно сократить расход воды, надо выровнять поверхности делянок чеков, на которых высажен рис. Если перекос плоскости чеков увеличится, например, с 5 до 10 сантиметров, то расход воды возрастет вдвое. Но дело не только в излишнем поливе. Резко колеблется урожайность. При отклонении поверхности чеков от среднего уровня на 3 сантиметра урожай составляет около 60 центнеров. Но когда перекос достигает 10 сантиметров, урожай падает вдвое.

Задача ясна — для сокращения затрат воды и, следовательно, расхода энергии нужно максимально выровнять поверхность чеков. На помощь планировщикам и водителям машин-скреперов пришли ученые Новочеркасского инженерно-мелиоративного института. Они установили посреди чека гелий-неоновый газовый лазер. Лазерный луч направляется на фотоприемник, прикрепленный к машинам мелиораторов. По показаниям прибора-индикатора водители управляют высотой рабочего органа скрепера, проводящего планировку поверхности. Предпосевные работы можно вести и ночью. В результате благодаря увеличению «горизонтальности» уменьшились затраты энергии на полив воды, а урожайность поднялась на 10 центнеров с гектара.

От фитотрона к теплице

Есть ли предел урожайности? В древности земледелец собирал с гектара всего по 3–4 центнера зерна. С появлением железного плуга урожай поднялся почти вдвое.

В начале 70-х годов средний сбор по стране составлял 18 центнеров с гектара. В то же время на Кубани удавалось получать 32–35 центнеров с гектара. А рекордного сбора добились в Киргизии. В пересчете на гектар он составил 126 центнеров!

В фитотроне при 16-часовом освещении и 70-суточном вегетационном периоде получают урожаи до 500 центнеров с гектара. Конечно, можно перейти на выращивание культур и в фитотронах, но это будет дорогостоящее дело.

Ведь сегодняшний исследовательский фитотрон — очень дорогое сооружение: герметичный бокс, искусственные освещение и почва, регулирование состава воздуха по влажности и содержанию С02, исключение различных болезнетворных бактерий, специальная подготовка семенного материала.

Пока в искусственных условиях — в специальных теплицах — выгодно выращивать только отдельные виды овощей. (Упрощенные фитотроны и называются теплицами.)

В 1929 году во Франции была запатентована ветроэлектростанция, одновременно являющаяся оранжереей.

А несколько лет назад в Испании, под Мадридом, этот проект воплотился в жизнь. Над участком земли площадью 20 гектаров была на некоторой высоте натянута прозрачная пленка. В центре гигантской теплицы поставили трубу высотой 200 метров. В ней смонтировали турбину мощностью 100 киловатт. Разогретая за день теплица должна создавать воздушную тягу и ночью, а инфракрасное излучение, проходящее через облака, не даст остановиться турбине и в пасмурный день. Получаемую электроэнергию можно использовать для освещения теплицы.

Хотя энергии производится маловато, подобными устройствами заинтересовались страны с жарким климатом и большими свободными площадями — Саудовская Аравия, Марокко. Однако остается неясным, насколько рентабельна сама теплица. Сомнения вызывают ее постоянный поток ветра, нерегулируемость температуры, неконтролируемость состава воздуха.

Между тем для эффективного выращивания растений в теплице нужно регулировать температуру, газовый состав воздуха и его влажность, а также структуру и состав почвы. В перспективе все больше сельскохозяйственной продукции будет производиться в условиях, приближающихся к фитотронным. Теплицы по мере совершенствования также постепенно приблизятся к фитотронам.

Однако не надо забывать, что в фитотроне главная задача одна — получить максимум урожая. Этой цели подчинены все средства. Соответственно суммарные затраты энергии могут быть очень высокими. А теплицы промышленные предприятия. В них необходимо соизмерять затраченную энергию с полученной нищей. Так что перенимать фитотронные достижения следует с оглядкой: «А сколько это потребует энергии?»

По-видимому, первые теплицы у пас в стране появились на Соловецких островах, заселенных россиянами много веков назад. Цветущее хозяйство возникло в этих краях! Внушительный Соловецкий кремль. Белоснежные громады соборов. Крепостные башни. Каналы. Холод. Низкие синие тучи. Суровая природа Севера. И дымящие заводы — кирпичный, угольный, алебастровый.

Предприимчивые соловецкие монахи завели также в XVI веке оранжереи для выращивания овощей. И не обычные, а с энергосберегающей технологией их обогрева.

В теплицы поступало отходящее тепло воскобелильного заведения, производящего свечи для монастыря.

Поныне одна из главных задач при сооружении теплиц — поддерживать в них нужный температурный режим.

Любители зимнего отдыха в горах знают: на пути в красивейшее место Кавказа — Домбай — вдоль асфальтовой дороги на Карачаевских взгорьях длинными бесконечными рядами тянутся теплицы. Еще когда они строились, у многих возникал вопрос: зачем в этом теплом солнечном краю такое необозримое поле стекла? Лишь первая очередь тепличного комбината «Южный» включает миллион квадратных метров теплиц.

Вопросы множились, и когда проезжавшие замечали табличку с надписью: «Моспромстрой». При чем тут московские строители? Напрашивалась догадка: наверное, овощи выращиваются для столицы.

Действительно, значительная часть урожая, особенно в межсезонье, с ноября по март, предназначается для столицы. Овощи нужны круглый год, и зимой выращивать их можно только в парниках, иногда даже в пленочных.

Щедрое южное солнце, а на полях Карачаево-Черкесии оно горячо греет и зимой, позволяет сэкономить топливо. Между тем в среднем почти 70 процентов стоимости тепличных овощей — это стоимость сожженного топлива. Прикинем, сколько энергии сберегается в комбинате «Южный».

Сравним балансы по топливу. На обогрев одного гектара зимних теплиц требуется от 2 до 3 тысяч: тонн условного топлива в год и 300–600 тысяч киловатт-часов электроэнергии на освещение. За счет южного солнца экономится 500 тонн топлива. При средней урожайности овощей 30–40 килограммов с квадратного метра получаем, что на выращивании каждого килограмма овощей сберегается около 1,5 килограмма топлива!

Конечно, это много, очень много. Но, может быть, весь этот энергетический выигрыш растеряется при перевозке овощей в центральные районы? Оказывается, далеко нет.

При транспортировке по железной дороге энергетические затраты составляют 0,01-0,015 килограмма условного топлива на 1 тонно-километр. При перевозке на 2000 километров затратится 0,02-0,03 килограмма условного топлива на 1 килограмм овощей.

Автотранспорт дороже: затраты возрастут десятикратно и составят примерно 0,3–0,4 килограмма топлива.

Но они все равно существенно меньше, чем энергосбережение благодаря использованию в теплицах солнечной энергии. Правда, если учесть все затраты и провести сравнение в рублях, то экономия в денежном выражении, особенно в случае автоперевозок, не выглядит столь впечатляющей.

Сейчас в нашей стране около 3 тысяч гектаров зимних теплиц. Расходуется на них в год около 7 миллионов тонн условного топлива. А тепличное дело набирает силу.

Качественная продукция овоще-бахчевого хозяйства должна равномерно поступать на стол потребителя в течение года. С учетом возможностей хранения и климатических условий для этого в теплицах нужно производить около 25 процентов овощей. При норме потребления 150 килограммов (с учетом бахчевых культур) количество теплиц нужно увеличить в восемь-десять раз. Тогда они станут потреблять 60 миллионов тонн условного топлива.

Это много, потому что в недавно построенном комбинате «Тепличный» в Ивановской области тратится 3000 тонн условного топлива на гектар, что в 6–7(!) раз превышает количество энергии, приносимой солнцем в летний период.

В то же время это и не так много, потому что 60 миллионов тонн — всего пятая часть тепла, выбрасываемого конденсаторами электростанций СССР. Только АЭС страны в 1990 году сбросят примерно 100 миллионов тонн условного топлива. Отработанное тепло АЭС можно использовать в тепличном хозяйстве, применив водонаполненную кровлю. При этом методе на хорошо герметизированные стеклянные панели подается горячая вода, стекающая тонкой пленкой. Если система водной циркуляции хорошо отлажена, то теплицы становятся как бы конденсаторами турбин.

Конечно, метод приемлем не всегда и не во всех районах страны. Вода забирает часть солнечного света, требуется дополнительно очищать ее, тщательно ухаживать за кровлей. Чем ниже температура сброса, тем выше металлоемкость системы обогрева. Для кипятка нужно в 3–5 раз меньше труб и радиаторов, чем для просто горячей воды.

Если от турбин АЭС отбирать для теплиц пар необходимых параметров, то на выработке электричества это практически не скажется. При АЭС можно с большой экономией энергии развернуть мощное тепличное хозяйство. В одном из постановлений вообще запрещается строительство теплиц на органическом топливе в европейской части СССР вблизи строящихся или действующих атомных электростанций. К сожалению, эта правильная мера не всегда соблюдается.

Чтобы тепло не рассеивалось впустую, в теплицах применяют теплозащитные экраны, специальное остекление и алюминиевые профили, обеспечивающие герметичность. Они оснащаются автоматизированными системами управления микроклиматом, калориферными системами обогрева.

Если теплица или парник оборудуются для обогрева системой циркуляции воздуха, то можно использовать избыточную солнечную энергию. Нагретый днем воздух продувается по специальным каналам сквозь почву или термоаккумулятор, отдающие запасенное тепло по ночам.

Подавляющее большинство предложений по энергосбережению рождается из детального и даже придирчивого анализа технологического процесса.

Проанализировав циркуляцию воды и воздуха в теплице, специалисты Квебекского университета в Канаде предложили обогревать не все пространство парника, а лишь часть его, непосредственно примыкающую к растениям. Для этого вдоль грядок можно прорыть траншеи метровой глубины. Днем они покрыты полиэтиленовой пленкой, под ней воздух накапливает и сохраняет тепло.

На ночь, когда становится холодно, полиэтиленовую пленку заменяют алюминиевым полиэфирным «пледом», теплоотдача через который значительно выше, и растения по соседству с траншеей обогреваются излучаемым теплом. Площадь для теплицы при этом методе увеличивается, но затраты энергии на обогрев, утверждают канадские специалисты, уменьшаются в несколько раз.

Основной «хлеб» растений — свет. Посмотрим, какие энергосберегающие ресурсы имеются здесь.

Наука об искусственном освещении — светокультура — находится на стыке биологии и электротехники.

Она может очень многое дать как растениеводству, подсказав оптимальные условия для выращивания урожая, так и энергетике, предложив способы минимизировать расход энергии.

Приведем один пример. Московский тепличный комбинат, построенный в 1972 году, расходует 250–280 тысяч киловатт-часов электроэнергии в год, а на комбинате «Тепличный», созданном в последнее время в Ивановской области, электроэнергии расходуется в три раза больше — 600–700 киловатт-часов на гектар. Не будем сразу обвинять проектировщиков или тех, кто работает в тепличных хозяйствах. Ведь условия выращивания растений могут очень различаться по многим причинам.

Например, средняя естественная освещенность зависит как от географического расположения, так и от «утепленности» теплицы. Нужно учитывать также температурные условия района. Неодинакового количества света требуют и разные виды овощей. Рассаду необходимо освещать в два раза больше, чем взрослые растения. Причин разного расхода электроэнергии может быть много, И все же разница в три раза слишком велика.

Для жизнедеятельности растения необходимо чередовать периоды освещенности с периодами пребывания в Темноте. Длина светового дня должна быть от 8 до 14 часов в зависимости от вида растения и периода созревания. Эти факты общеизвестны. А вот менее известный факт: экспериментально установлено, что фотосинтез лучше совершается при освещении с меняющейся интенсивностью. В совхозе «Тепличный» Челябинской области установили осветительные лампы на каруселях, вращающихся с небольшой скоростью в горизонтальной плоскости. Урожай собирается такой же, как и при непрерывном освещении 8-12- часовой длительности, а расход электроэнергии в несколько (!) раз меньше.

Преобразование неорганических веществ, воды, углекислоты в углеводы и кислород под действием солнечного света — механизм очень сложный. Он не понят еще до конца и на молекулярном, и на клеточном уровне.

Фотосинтез очень чувствителен ко многим параметрам внешней среды, и для выявления оптимума требуются точные эксперименты. К сожалению, проводятся они не всегда тщательно, и это часто служит источником ложной информации.

Например, однажды в прессе промелькнуло сообщение, будто достаточно было установить в теплицах одного из совхозов красные светофильтры на осветительные лампы, и урожай повысился в полтора-два (!) раза. Конечно, растение любит красный свет. Ведь именно поэтому его преобладающий цвет зеленый. Но зачем устанавливать красный фильтр?

Если из видимого солнечного «белого» света извлечь одну компоненту, в данном случае красную часть спектра с длиной волны от 600 до 700 микрометров, то «белое» сменится на «дополнительную» окраску. Дополнительный цвет к красному — зеленый. Растение зеленое именно потому, что из солнечного излучения оно интенсивно поглощает красную компоненту и отражает «дополнительную».

Отсюда вовсе не вытекает, что для роста растения полезно отсекать часть солнечного спектра. А кроме того, дешевых идеальных фильтров нет, а в применяемых частично поглощаются все длины волн.

Растение действительно любит красный свет. Что это значит? Число квантов света на единицу энергии красной части спектра больше, чем в сине-фиолетовом диапазоне, поскольку энергия кванта с увеличением длины волны падает. Но ведь и более «энергичные» кванты также могут осуществлять акты фотосинтеза, хотя и с меньшей эффективностью. Так зачем же их отсекать?

Интересные соображения я нашел в статье доктора биологических наук Б. Гуляева. Он пишет, что, если всего 20 процентов красных лучей заменить на синие, существенно увеличится скорость поглощения листьями углекислого газа. Зеленые лучи лучше проникают сквозь листву и обеспечивают энергией листья нижних ярусов.

Очень чувствительны к световому спектру процессы, от которых зависит развитие растения. При полном отсутствии «синих» и «зеленых» фотонов можно выращивать только листовые формы типа салата.

Можно сделать вывод, что для всех высших наземных растений идеальным источником света является солнце. В видимой части спектра его излучение у земной поверхности содержит около 30 процентов синих лучей и примерно по 35 процентов зеленых и красных. Создать лампы, которые имели бы такую спектральную характеристику, пока не удается. Наилучшими «солнцеподобными» параметрами обладают пока люминесцентные лампы разного вида. И все же предпринимаются попытки улучшить естественный солнечный свет.

Для покрытия теплиц предлагается использовать но стекло и не обычную полиэтиленовую пленку, а фоторедуцирующую. Механизм редуцирования света примерно такой же, как и в люминесцентных лампах. В пленку введены люминофоры, которые переводят коротковолновую ультрафиолетовую часть спектра в видимую часть, тем самым как бы несколько увеличивая силу солнца в этой части. Сообщается, что фоторедуцирующая пленка позволяет увеличить урожайность различных культур на 10–60 процентов.

Вряд ли имеет смысл отвергать предлагаемый способ сразу. Ведь «испытания проведены в различных климатических зонах страны». Но для понимания физики и биологии процесса следует помнить, что ультрафиолетовая часть спектра энергетически составляет не более 20 процентов от видимой. И даже если половину ее преобразовать в видимую часть, то общая энергия видимого света увеличится не более чем на 10 процентов. А ведь для растений полезен и ультрафиолет, который отсекается фоторедуцирующей пленкой.

Согласно детальным исследованиям в растениях имеются вещества, активно поглощающие ультрафиолетовые лучи. Обнаружено, что добавка таких лучей к световому потоку вызывает более интенсивный рост и развитие растений. Связь света, температуры и фотосинтеза очень сложная и разная для разных культур.

Вот передо мной графики, показывающие зависимость между интенсивностью фотосинтеза и температурой. Это — кривые с горбом. Значит, существует оптимальная температура. Ниже ее и выше ее фотосинтез идет хуже.

Для каждой освещенности — своя кривая. Скажем, для 15 градусов фотосинтез максимален при освещенности 20 тысяч люкс. Если в этих условиях освещенность увеличить в полтора раза, ничего не изменится. Вероятно, фотосинтез даже ухудшится, а количество затраченной энергии увеличится. Этот пример я привожу как раз для того, чтобы показать, насколько сложны механизмы фотосинтеза и как осторожно нужно относиться к различным экспериментам и рекомендациям.

Основное сырье для создания биомассы — вода и углекислый газ. Интенсивность фотосинтеза возрастает при увеличении концентрации углекислого газа в атмосфере. Полезность такой подкормки зависит и от температуры, освещенности, наличия влаги. Как видим, связь очень многопараметрическая, особенно если учесть, что существует еще зависимость от вида растений, состояния почвы.

Некоторые главные связи изучены, разработаны оптимальные технологические приемы. Когда же не учитываются те или иные факторы, неизбежен отрицательный результат.

Например, углекислый газ подается в теплицы из специального устройства, в- котором сжигается природный газ, и если температура в теплице начинает расти выше оптимальной, то, несмотря на увеличение концентрация углекислого газа, фотосинтез уменьшается. Значит, природный газ сжигают зря.

Иногда же углекислый газ подают прямо от котельных агрегатов, обогревающих теплицы, не проводя никакой его обработки, что приводит к еще худшим последствиям. Ведь в продуктах сгорания, кроме углекислого газа, содержатся окислы серы и азота, этилен, пропилен, формальдегид, которые задерживают рост растений.

По оценкам английского института парниковых культур, ущерб из-за загрязнений тепличной атмосферы в Англии составляет 2 миллиона фунтов стерлингов в год. Что же делать?

Особо действенных рекомендаций нет. Желательно использовать малосернистое топливо, тщательно регулировать горелки. По-видимому, целесообразно воспользоваться методами, которые разработаны энергетиками для очистки отходящих газов или для снижения концентрации окиси азота.

Есть еще один путь — вывести специальные сорта растений, устойчивые к токсичным веществам.

Но это уже взгляд в далекое будущее, когда человек, возможно, уже и не будет производить токсичных веществ. Если говорить о будущем, то давайте лучше помечтаем вместе с биологами.

По их мнению, не вся сельскохозяйственная продукция будет производиться в крупных агропромышленных комплексах. Специалисты из научного центра биологических исследований АН СССР в Пущине, занимающиеся программой «Экополис» (экология города и его пригородов), считают, что частично город может самообеспечиваться продуктами питания, используя свои ресурсы энергии.

В препринте «Экополис. Введение и проблемы» говорится, что даже превращение в заповедник одной десятой части суши позволит сохранить лишь половину фондов мировой фауны. Распахиваются новые земли, а города территориально все больше «расплываются». Какой же выход?

Авторы исходят из того, что каждый горожанин, сознается он в этом или нет, мечтает общаться с природой. Город же изолирует людей от нее. И вот немного фантазии. «Представьте небольшой город, который частично обеспечивает жителей продуктами питания. Солнечная и тепловая энергия, выделяющаяся на его территории, направлена на выращивание пищевых или технических растений. Урожаи в городской черте могут быть даже выше, чем в естественном растительном сообществе. Поможет и дополнительное тепло, и подкормка растений углекислым газом. Наружная часть стен многих домов представляет собой фотосинтетическую пластину.

Труба ТЭЦ служит вертикальным каркасом и источником тепла для оранжереи. Снаружи она напоминает застекленную башню».

А где же природа? Совсем близко. Через город текут ручьи, около них буйствует жизнь. На месте привычных газонов раскинулись луга с медоносными и прочими травами. В городе идет сенокос.

Мандариновый бензин

Общая масса «живого» вещества на земле (растительного, животного, бактериального) — 2500 миллиардов тонн. Ежегодно воспроизводится 400 миллиардов тонн, из которых несколько менее половины — растительность.

Лишь одни леса дают прирост около 25 миллиардов тонн. Уже в 70-80-е годы человечество расходовало около одной десятой древесного прироста, а к 2000 году эта величина может вырасти вдвое. Особенно быстрыми темпами идет уничтожение влажных тропических зарослей, составляющих половину всех лесов мира. Подсчитано, что при нынешнем темпе их вырубки (30 гектаров в минуту) тропические джунгли могут исчезнуть через 100 лет.

Леса нашей страны, составляющие четверть древесного фонда планеты, расходуются более экономно.

Тревога о лесе связана не только с тем, что в тропиках на их месте возникают пустыни. Самое опасное — на наших глазах исчезают зеленые легкие планеты. Ведь леса в результате фотосинтеза усваивают наряду с фитопланктоном определенную часть выделяющегося в атмосферу углекислого газа и возвращают ей кислород.

При ежегодном сжигании 12 миллиардов тонн условного топлива в атмосферу выбрасывается около 50 миллиардов тонн углекислого газа и потребляется 30 миллиардов тонн кислорода. Это одна пятая часть кислорода, поставляемого планете фотосинтезом, и уже сейчас Северное полушарие Земли подпитывается потоком кислорода из тропиков. Тем не менее пока доля кислорода в атмосфере не уменьшается. Почему?

Во-первых, велико его общее количество в атмосфере, вес которой равен пяти триллионам тонн. А во-вторых, по-видимому, существует еще один источник кислорода, помимо фотосинтеза. Американские ученые, основываясь на спектрографических наблюдениях с космического корабля «Аполлон-16», пришли к заключению, что водяные пары в верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолетового излучения разлагаются на кислород и водород. Так что пока кислородное голодание нам не грозит.

Если содержание кислорода в атмосфере практически не меняется, то выброс в атмосферу углекислого газа приводит к медленному росту его содержания. По оценкам одних специалистов, увеличение его концентрации вдвое может привести к повышению средней температуры атмосферы на 2–3 градуса. Правда, другие ученые считают, что одновременное повышение запыленности атмосферы будет тормозить рост ее температуры. Однако если средняя температура повысится на 2–3 градуса, климат в ряде районов земли существенно изменится, что нанесет вред растениеводству. «Нет, — говорят оппоненты, — повышение концентрации углекислого газа вызовет бурный рост растительности, как это бывало в истории земли в прошлые геологические эпохи, и это компенсирует ущерб, связанный с изменением климатических зон».

Иногда повышение температуры однозначно связывают и с таянием льдов Антарктиды, и с повышением уровня воды в океане. Не все разделяют и эту точку зрения. Согласно противоположному мнению при потеплении увеличится влажность воздуха над океаном и Антарктидой, а это вызовет рост осадков в виде снега. В результате снежно-ледяная шапка Антарктиды начнет расти, а не таять.

Так или иначе, ждать манны небесной от возрастания концентрации углекислого газа не следует. Стоит задуматься о том, как ограничить его поступление в атмосферу. Предлагаются различные методы связывать углекислоту, переводить ее в твердые вещества. Пока практическая их реализация не стоит на повестке дня. Но будем помнить о грозящей опасности.

Несколько сот миллионов лет назад начался интенсивный процесс образования угля, нефти, газа, в котором большую роль играла и зеленая масса планеты — продукты фотосинтеза. Этот процесс продолжается в сейчас. Однако, по мнению многих специалистов, максимальная скорость возобновления этого органического топлива в мире не превышает 10–20 миллионов тонн в год.

Расходуем же мы миллиарды тонн. Нельзя ли сжать время «восполнительных» процессов, интенсифицировать сбор урожая солнечной энергии?

Углеводы, производимые в тканях растений, в основном подобны сахару, но некоторые похожи на нефть.

Млечный сок, или латекс, растений-каучуконосов как раз и насыщен «нефтеподобными» молекулами.

В семействе молочаевых на первое место по насыщенности ими претендует молочай чиновидный (масличный молочай). До 10 процентов от его сухой массы составляют подобные углеводы, а это значит, что при благоприятных климатических условиях с гектара легко собирать до 4 тонн бионефти в год!

Современный нефтезавод прорабатывает 5 миллионов тонн нефти в год. Чтобы обеспечить его бионефтью, нужно отдать под выращивание молочая 15–20 тысяч квадратных километров сельскохозяйственных угодий!

Но пригодны и другие растения. В странах, где велика урожайность сахаросодержащих культур, из них можно выработать этиловый спирт и этанол, используемые как топливо в двигателях внутреннего сгорания.

Различных растительных источников бионефти предлагается великое множество. Вот небольшой перечень из обширного потока сообщений.

Австралия: «Создан новый вид картофеля, позволяющий получить с гектара до десяти тысяч литров спирта».

Южная Америка: «В лесах Амазонки растет дерево копайбу из семейства бобовых. Сок этого дерева — углеводород, очень близкий по составу к дизельному топливу.

Один надрез дает 10 литров сока в час».

Европа: «Овощ тапинамбур-„земляная груша“ — содержит близкие к крахмалу сахароподобные вещества.

Урожайность тапинамбура — 50 тонн с гектара, что может обеспечить до 4 тонн этилового спирта».

Япония: «Японская автомобильная компания „Судзуки мотор“ провела испытания бензина, произведенного из мандариновюй кожуры. При сгорании выделяется сладковатый фруктовый запах. Все было бы хорошо, но высоки производственные затраты. Для получения одного литра такого бензина нужна кожура от 11 тысяч мандаринов».

Трудно удержаться, чтобы не прокомментировать последнее анекдотичное сообщение: если каждый японец съест 10 килограммов мандаринов, то Япония получит всего лишь 70 кубометров бензина!

В поле зрения ученых попали не только растения, но и бактерии. Недавно при изучении микроорганизмов, вызывающих пурпурное цветение воды в канадском озере Саскачеван, обнаружено образование «нефтеподобных» углеводородов. Главную роль играют при этом сообщества серных бактерий, живущих в озере. Цепочка превращений, осуществляемых в ходе фотосинтеза с помощью различных бактерий и приводящих к «бактериальной нефти», непроста. В ней участвуют и сероводород, и сера, и глюкоза, и даже серная кислота. В процессе преобразований возникают также различные пигменты, благодаря которым вода озера и приобретает красный цвет.

Исследователи подсчитали, что гектар этого водоема может дать в год больше бионефти, чем гектар суши, засеянный наиболее урожайными растениями. Кроме того, для получения бактериальной нефти не нужно занимать ценные сельскохозяйственные угодья.

По мнению французских биологов, в качестве заменителей нефти перспективны одноклеточные водоросли «ботриококк». Если их выращивать в больших баках, снабжая углекислым газом и минеральными солями, то гарантирован высокий урожай углеводородов.

Используя дизельные фракции нефти, фосфорную кислоту, аммиак и некоторые другие вещества, можно осуществить биосинтез высококачественных кормовых дрожжей — «фермозин». Одновременно получается очищенный нефтяной дистиллят — компонент дизельного топлива. Таков технологический процесс, разработанный советскими специалистами в содружестве с учеными из ГДР.

Вернемся от бактерий к растениям. Наибольший опыт в промышленных масштабах по получению автомобильного топлива из растений имеет Бразилия. В 1975 году там была принята национальная программа по производству спирта из сахарного тростника. Уже тогда в стране таким способом производилось 600 тысяч кубометров спирта — этанола. Этаноловое топливо по многим характеристикам сближается с метанолом — спиртом, получаемым из природного газа или угля.

Их положительные свойства — высокое октановое число, обеспечивающее отсутствие детонации в двигателе, и возможность эффективного сжигания даже обедненной горючей смеси.

Недостатки — пары этанола и метанола нередко закупоривают трубопровод, у них высокая теплота парообразования, они склонны расслаиваться при малых концентрациях в смесях с бензином, и у них вдвое меньшая теплотворная способность, чем у бензина.

Проведенные в нашей стране испытания бензометанольного топлива, сообщает журнал «Автомобильный транспорт», показали, что двигатели ЗИЛ-130 при добавке 14–17 процентов метанола могут работать без переделок. Подобным образом и добавки этанола к бензину до 20 процентов также не требуют переделки и специальной регулировки. Неудивительно, что бразильские специалисты связывают с «биобензином» большие надежды.

Всего за пять лет к 1980 году производство этанола в Бразилии выросло до 4 миллионов тонн, а еще через два года достигло 6 миллионов тонн. Далее через 5–6 лет намечалось почти удвоить производство. Однако бразильская программа не была выполнена. Узким местом, как и следовало ожидать, оказалась сырьевая база — сахарный тростник.

Чтобы вводить новые дополнительные мощности, нужно было каждый год осваивать под сахарный тростник 300–350 тысяч гектаров земли. Эта программа вошла в противоречие с необходимостью иметь площади под иные сельскохозяйственные культуры. Другим тормозом является все же высокая стоимость этилового спирта. Судя по всему, пока не пришло время растительного бензина — нужно повысить урожайность «бензиновых» культур, улучшить КПД фотосинтеза.

Если час бионефти еще не пробил, то биогаз уже широко используется во многих странах. Само слово «биогаз» давно пишется без кавычек.

В сельском хозяйстве на животноводческих фермах, птицефабриках, полях образуется большое количество органических отходов. Они могут стать хорошим удобрением, однако для этого их почти всегда следует предварительно обработать.

Оказалось, что предварительную обработку орготходов очень удобно совместить с процессом так называемой биоконверсии или анаэробной ферментации. Существуют несколько групп бактерий, ферментирующих органические отходы в биогаз и шлам.

Процесс ферментации протекает в специальных бакахметантанках, в которые подаются тепло, вода и органические отходы. Биогаз состоит из метана (50–70 процентов) и углекислого газа.

Шлам — остаток процесса биоконверсии — прекрасное обеззараженное удобрение. Одна его тонна эквивалентна 3–4 тоннам (!) азотно-фосфорных удобрений, выпускаемых промышленностью.

Поскольку процесс идет за счет жизнедеятельности бактерий, необходимо питать их углеродом и азотом, соотношение которых должно быть равно 20:30. Это соотношение в отходах животноводства в 2–3 раза меньше, а полеводства — в 2–5 раз больше. Поэтому для соблюдения нужной пропорции в животноводческие отходы нужно добавлять растительные остатки.

При анаэробной ферментации из килограмма сухого органического вещества можно получить от 0,3 до 0,7 кубометра биогаза. Оптимальная длительность процесса — от 10 до 20 суток.

Производство биогаза наиболее распространено в развивающихся странах. Однако в последние годы в ФРГ, Франции, Италии, Швейцарии вступили в эксплуатацию около 100 биогазовых установок. В КНР же их число достигает нескольких миллионов. По мнению специалистов, в европейских странах в ближайшие годы могут получить развитие только очень простые установки, не требующие специального подогрева и потому более дешевые.

Дальнейшее совершенствование установок призвано решить сразу три задачи: получить биогаз, превратить отходы в высокоэффективные удобрения и обеспечить чистоту полей и воздуха. При переработке уничтожаются различные возбудители заболеваний человека и животных.

Доктором экономических наук Н. Синяком оценен возможный вклад биогаза в топливный баланс нашей страны. Если охватить такими биоустановками 50 процентов всех отходов, то энергия биогаза составит около 20 миллионов тонн условного топлива.