Скрипниченко В.А., к.е.н., доцент кафедри інноваційної діяльності в АПК, НУБіП України.

Трансформація енергії у процесі сільськогосподарського виробництва

Анотація. У даній публікації обгрунтовано механізми трансформації енергії, що перетворюють сонячну енергію у хімічну, електричну, теплову тощо.

Ключові слова: Енергетичні ресурси, трансформація енергії, сонячна радіація, непоновлювальна енергія.

Вступ. Процес виробництва є трансформацією виробничих чинників, зокрема, енергетичного, у продукцію. Людина, управляючи засобами праці (енергетичною установкою, машинним агрегатом тощо), здійснює управління потоками енергії, процесом перетворення одного виду енергії (пального, електричної енергії тощо) в інший (механічну енергію тощо), впливаючи на предмет (землю, живі організми) виробництва. По суті здійснюється кругообіг енергії.

Мета дослідження. На першій стадії кругообігу енергія бере участь у створенні елементів продуктивного капіталу (відтворення робочої сили, виробництво технічних засобів, мінеральних добрив, інших хімзасобів, видобутку та переробці первинних енергоносіїв). Та частина сонячної радіації, що поглинається хлорофілом, має назву фотосинтетично активної радіації (ФАР). Приплив радіації змінити практично неможливо: кількість променистої енергії, що отримується рослинами, визначає межу продуктивності відомої площі землі. Але регулювання світлового режиму і дії різноманітних технологічних чинників, зміна біологічних особливостей сільськогосподарських культур дозволяють збільшити використання ними сонячної радіації. Так, в умовах України коефіцієнт використання ФАР для озимої пшениці становить 0,74-1,12%, кукурудзи на зерно – 0,69-1,63, кукурудзи на зелений корм – 1,23-1,47, цукрових буряків – 1,34-1,84%. Середнє значення цього коефіцієнта становить: у звичайних виробничих посівах – 0,5-1,5%, добрих –1,5-3, рекордних –3,5-5, а у теоретично можливих – 6-8%.

Друга стадія – це процес сільськогосподарського виробництва, в ході якого створюється сільськогосподарська продукція – носій енергії.

На відміну від матеріальних ресурсів, що обертаються в агроекосистемі, енергетичні ресурси, які були використані один раз якимось організмом, перетворюються у тепло і для цієї системи втрачаються. Тому живі замкнені термодинамічні системи неможливі. Кожен живий компонент повинен одержувати від свого середовища на вході постійний притік енергії.

Важливою властивістю рослинництва є здатність використовувати практично необмежені енергетичні ресурси Сонця. Збільшення витрат енергії на вирощування сільськогосподарських культур сприяє підвищенню урожайності, тобто більшому накопиченню ними енергії. В процесі засвоєння поживних речовин та сонячної енергії рослин синтезують біомасу – новий енергоносій, який може бути вихідним джерелом біологічної енергії (корми, органічні добрива, насіння тощо), теплової енергії (дрова, солома, рослинні рештки тощо), матеріалом для виробництва енергоресурсів (біогаз, метиловий та етиловий спирт). Частка сонячної енергії у загальному енергобалансі рільництва складає близько 97%. Роль штучної енергії полягає в забезпеченні виконання технологічних операцій в оптимальні агротехнічні терміни, чим і зумовлюється межа енергонасиченості сільськогосподарського виробництва.

Особливістю аграрної сфери є поетапний характер трансформації енергії Сонця, добрив тощо у енергію рослинного та тваринного білка. Рослини і тварини використовують енергію не лише на приріст біомаси, але й на подолання несприятливих умов довкілля. Біологічні об’єкти разом з технічними утворюють біоенергетичну виробничу систему, якій притаманні власні закономірності розвитку. Зокрема, на відміну від природних екосистем сільськогосподарські екосистеми споживають не лише природну (поновлювальну) енергію, але й непоновлювальну (викопну), що обумовлює певну специфіку утворення біомаси. Застосовуючи викопні енергоресурси, людина замінює частину біологічних процесів небіологічними, зменшуючи витрати енергії рослин і тварин на гомеостазис – підтримання внутрішньої рівноваги природних систем, підвищуючи тим самим їх продуктивність. Тому землеробство можна розглядати як біотехнічну систему „людина–земля (рослина)–машина”, а тваринництво – „людина–тварина–машина”.

Основним критерієм ефективного використання культурних рослин як засобів, предметів та продуктів аграрної праці, а також техногенних чинників є у першу чергу показник утилізації сонячної радіації на одиницю площі протягом вегетаційного періоду. Тому для виробничих систем доцільно враховувати ту частину виробленої енергії, яка є у корисній біомасі, а з витраченої – лише штучну енергію. Природна (сонячна) енергія контролюється шляхом оберненого обчислення за відомими величинами фіксованої біомаси урожаю, фотосинтетично активної радіації (ФАР) та коефіцієнта корисної дії фотосинтезу різних сільськогосподарських культур.

У середньому для одержання 1 Дж енергії у продуктах харчування слід витратити близько 5 Дж інших видів енергії. Близько до максимального співвідношення між витраченою та акумульованою в урожаї енергією для перспективних інтенсивних технологій складає 6 одиниць.

У реальних виробничих умовах це співвідношення досягає лише 2–3, а у кращих господарствах – 3,5-4. Але якщо врахувати всю витрачену енергію у спорудах, шляхах, інженерних комунікаціях, цей показник знижується до одиниці, а із збільшенням фондооснащеності у розвинених країнах – до 0,6-0,7.

Існують механізми трансформації енергії, що перетворюють сонячну енергію у хімічну, електричну, теплову тощо. Це пояснює той факт, що річна енергетична продуктивність рослин і живих організмів які ростуть на ґрунті, у десятки разів переважає всю енергію, вироблювану промисловістю. Біоенергетичний підхід до ефективності сільськогосподарського виробництва дозволяє при моделюванні технологій уникати складнощів, пов’язаних з багатофункційністю вхідних та вихідних показників функціонування системи, і дає змогу сформулювати закон зниження енергетичної ефективності природокористування, який полягає у тому, що з часом при одержанні з природних систем корисної продукції на її одиницю у середньому витрачається все більше енергії. З початку нинішнього століття кількість енергії, що витрачається на одиницю сільськогосподарської продукції у розвинених країнах, зросла у 8-10 разів. Загальна енергетична ефективність аграрного виробництва (співвідношення енергії, що складається і одержується з готовою продукцією) у промислово розвинених країнах у 30 разів нижча, ніж за примітивного землеробства.

Рослина трансформує лише чверть витраченої непоновлювальної енергії з усієї використаної. Рослинництво як біоенергетична система має позитивний баланс: критерій енергетичної ефективності його стосовно виходу енергії у загальній біомасі і витрат енергії становить 3,9, а стосовно виходу енгергії у основній продукції і витрат енергії–1,9. У тваринництві на кожні витрачені 5 кал. отримується лише 1кал. продукції.

А оскільки обсяги продукції характеризуються кількістю енергії, витраченої на їх виробництво, той обсяг коштів характеризується спожитими в процесі матеріального виробництва енергоресурсами.

Енергоресурси, що використовуються в аграрному виробництві можна класифікувати за такими шістьма групами:

– рідке пальне і природний газ, електроенергія, яка використовується енергетичними засобами у технологічних процесах;

–мінеральні добрива, отрутохімікати, насіння, корма, що забезпечують ріст рослин і тварин;

–трактори, автомобілі, сільськогосподарські машини, обладнання, будівлі і споруди;

–сонячна енергія, що використовується у фотосинтезі;

– живе тягло, що використовується у сільському господарстві;

–жива праця, що використовується у виробничому процесі.

Висновки. Класифікація енергоресурсів має давати можливість виявити чинники – резерви енергозаощадження, а для цього необхідно знати на які цілі витрачається енергія:

1) прямі затрати енергії в сільському господарстві (Есп)–енергія рідкого пального і природного газу, електроенергія, використана енергетичними засобами в технологічних процесах; енергія живого тягла та енергія людини, що застосовується в сільському господарстві;

2). минулі витрати енергії в сільському господарстві (Емс)–енергія, витрачена на виробництво органічних добрив, кормів та насіння;

3). минулі витрати енергії в не аграрній сфері (Емп)–енергія, витрачена на виробництво машин і обладнання, спорудження будівель тощо.

Незважаючи на різноманітність якісного складу, енергоресурси мають певні загальні ознаки: володіють потенційною можливістю використання в процесі виробництва; відносно обмежені у використанні, вимагають відтворення, за винятком енергії Сонця.

Список використаної літератури.

1. Закон України „Про енергозбереження” // відомості Верховної Ради України - 1994.-№30 із змінами, внесеними згідно із Законом №3260- IV(3260-15) від 22.12.2005.

2. Закон України «Про альтернативні види рідкого та газового палива» (№1391 - IV від 14.01.2000).

3. Бузовський Є.А. Економічні аспекти заощадження енергоресурсів у сільськогосподарському виробництві. - К.: ННІ ПО НАУ, 2007. - 43с.

4. Гришко В. В., Перебийніс В. І., Рабштина В.М. Енергозбереження в сільському господарстві. - Полтава, 1996. - 280 с.