ТЕГИ
Биомассу в массы
Биомассу в массы, в российской энергетике доля возобновляемых источников энергии — воды, ветра, биомассы и других — сегодня не превышает 1,5%, но уже к 2015 году может возрасти до 3—5%. Такие оценки прозвучали на конференции «Биотопливо в России: мифы и реальность», прошедшей на днях в Москве. Однако спроса на само биотопливо, которое может применяться как добавка к обычному бензину и дизелю, на российском рынке еще нет, и в ближайшие годы отечественные производители такого топлива смогут направлять свою продукцию только на экспорт.
По словам директора департамента государственной энергетической политики Минпромэнерго РФ Сергея Михайлова, к 2015 году Россия может производить до 3—5% всей энергии из возобновляемых ресурсов, однако пока неясно, какую часть в этой доле будет составлять энергия биомассы — отходов лесного и деревообрабатывающего производства, животноводства, бытовых отходов.
В России получит активное развитие ветровая и приливная энергетика, то к 2020 году общая доля возобновляемых источников в производстве энергии может достичь 10%, сообщил он.Одним из главных направлений биоэнергетики в России должна быть утилизация древесных отходов, подчеркнул гендиректор Международного фонда биотехнологий Григорий Угодчиков. Россия могла бы использовать опыт Швеции, где около 80% теплоснабжения обеспечивается за счет данного вида биомассы, рассказал генеральный директор портала Wood-Pellets.com Антон Овсянко. Не меньший интерес для энергетиков представляет и утилизация отходов сельского хозяйства, которых в России ежегодно накапливается 700 млн т, отметил замдиректора департамента научно-технологической политики и образования Минсельхоза РФ Николай Сорокин.
Большой потенциал у нашей страны есть и в области производства биотоплива для автомобилей — биодизеля и биоэтанола, считает Николай Сорокин. В России сейчас свободно 20 млн га пашенных земель, и их разумно было бы использовать для выращивания различных сельскохозяйственных культур — прежде всего рапса, из которого производится биодизель. По оценкам президента Национальной биоэнергетической ассоциации Андрея Шаповальянца, при текущей урожайности рапса на 3—4 млн га земли можно ежегодно получать 4,5 млн т рапсового семени, что эквивалентно 1,5 млн рапсового масла. Однако заполнение свободных российских полей масличными культурами идет не так быстро: в этом году дополнительно было засеяно только 800 тыс. га земли.
Биоэтанол переработка растительного сырья
Биоэтанола, который можно получать из зерновых культур, свеклы, картофеля, то его производство в России пока нерентабельно — ведь биоэтанол, как и другие виды спирта, облагается акцизами, напомнил председатель совета директоров Национальной биотопливной ассоциации Раиф Василов. Впрочем, в скором времени акцизы могут быть отменены — соответствующий законопроект уже подготовлен. Вопрос отмены акцизов на биоэтанол приобретает особую остроту, если учесть, что этот вид биотоплива, по мнению ряда экспертов, не будет востребован за рубежом. Однако на биодизель, если качество его будет высоким, покупатели найдутся — особенно в Европе, где популярны автомобили с дизельным двигателем.В ближайшие годы в России планируется запуск 20—25 предприятий по производству биодизеля и биоэтанола.
Вместе с тем спроса на их продукцию на внутреннем рынке пока практически нет, констатировал глава Российского топливного союза Григорий Сергиенко. Значительная часть отечественного автопарка рассчитана на топливо низкого качества — дизель с высоким содержанием серы и низкооктановый бензин, пояснил он. И хотя число автомобилей зарубежного производства растет, даже топливо Евро-4 еще не пользуется в России спросом, а перспективы биотоплива тем более неясны.
Биоэтанол обычный этанол
Биоэтанол — обычный этанол, получаемый в процессе переработки растительного сырья для использования в качестве биотоплива. Мировое производство биоэтанола в 2005 составило 36,3 млрд литров, из которых 45 % пришлось на Бразилию и 44,7 % — на США. Этанол в Бразилии производится преимущественно из сахарного тростника, а в США — из кукурузы.
Производство этанола из тростника на сегодняшний день экономически более выгодно, чем из кукурузы. Федеральное правительство США предоставляет производителям этанола налоговый кредит (но не субсидии) до $0,51 за галлон этанола. Бразильский этанол дёшев из-за низких заработных плат у сборщиков сахарного тростника.
США в августе 2005 года приняли «Энергетический Билль» (Energy Policy Act of 2005), и «Стандарт возобновляемых видов топлив» (Renewable Fuels Standard). Они предусматривают к 2012 году ежегодное производство 30 миллиардов литров этанола из зерновых и 3,8 миллиард литров из целлюлозы (стебли кукурузы, рисовая солома, отходы лесной промышленности и т. д.).
Сырьё для производства биоэтанола В настоящее время большая часть биоэтанола производится из кукурузы (США) и сахарного тростника (Бразилия). Сырьём для производства биоэтанола также могут быть различные с/х культуры с большим содержанием крахмала или сахара: маниок, картофель, сахарная свекла, батат, сорго, ячмень и т. д.
Большим потенциалом обладает маниок. Маниоку в больших количествах производят Китай, Нигерия, Таиланд. Себестоимость производства биоэтанола из маниоки в Таиланде — около $35 за баррель нефтяного эквивалента.
Лучшим климатом для производства сахарного тростника обладает Перу, страны Карибского бассейна. В больших количествах сахарный тростник могут также производить Индонезия и некоторые африканские страны, например, Мозамбик.
Этанол можно производить в больших количествах из целлюлозы. Сырьём могут быть различные отходы сельского и лесного хозяйства: пшеничная солома, рисовая солома, багасса сахарного тростника, древесные опилки и т. д.
Производство этанола из целлюлозы пока экономически не рентабельно.
Методы производства этанола
Брожение
Известный с давних времён способ получения этанола — спиртовое брожение органических продуктов, содержащих углеводы (виноград, плоды и т. п.) под действием ферментов дрожжей и бактерий. Аналогично выглядит переработка крахмала, картофеля, риса, кукурузы, и проч. Реакция эта довольно сложна, её схему можно выразить уравнением:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2
В результате брожения получается раствор, содержащий не более 15 % этанола, так как в более концентрированных растворах дрожжи обычно гибнут. Полученный таким образом этанол нуждается в очистке и концентрировании, обычно путем дистилляции.
Промышленное производство спирта из биологического сырья
Современная промышленная технология получения спирта этилового из пищевого сырья включает следующие стадии:
подготовка и измельчение крахмалистого сырья — зерна (прежде всего — ржи, пшеницы), картофеля, кукурузы и т. п.
ферментация. На подавляющем большинстве спиртовых производств мира ферментативное расщепление крахмала до спирта при помощи дрожжей оставлено. Для этих целей применяются рекомбинантные препараты альфа-амилазы, полученные биоинженерным путем — глюкамилаза, амилосубтилин.
брагоректификация. Осуществляется на разгонных колоннах (например, «Комсомолец»).
Отходами бродильного производства являются барда и сивушные масла. Барда используется для производства кормов.
Крупнейшие производители биоэтанола в США компании Archer Daniels Midland и Cargill.
Гидролизное производство, гидролизный спирт, Гидролизное производство
В промышленных масштабах этиловый спирт получают из сырья, содержащего целлюлозу (древесина, солома), которую предварительно гидролизуют. Образовавшуюся при этом смесь пентоз и гексоз подвергают спиртовому брожению. В странах Западной Европы и Америки эта технология не получила распространения, но в СССР (ныне в России) существовала развитая промышленность кормовых гидролизных дрожжей и гидролизного этанола.
Этанол как топливо Этанол является менее «энергоплотным» источником энергии чем бензин; пробег машин работающих на Е85 (смесь 85 % этанола и 15 % бензина; буква «Е» от английского Ethanol) на единицу объёма топлива составляет примерно 75 % от пробега стандартных машин. Обычные машины не могут работать на Е85, хотя прекрасно бегают на Е10 (некоторые утверждают что можно использовать даже Е15). На «настоящем» этаноле могут работать только т. н. машины «Flex-Fuel» (к сожалению, русского перевода пока нет).
Данные автомобили также могут работать на обычном бензине (небольшая добавка этанола всё же требуется) или на произвольной смеси того и другого. Бразилия является лидером в производстве и использовании биоэтанола из сахарного тростника в качестве топлива. Автозаправки в Бразилии предлагают на выбор либо Е20 (иногда Е25) под видом обычного бензина, либо «acool» Е100, азеотроп этанола (96 % С2Н5ОН и 4 % (по весу) воды). Пользуясь тем, что этанол дешевле бензина, недобросовестные заправщики разбавляют Е20 азеотропом, так что его концентрация может негласно доходить до 40 %. Переделать обычную машину в «Flex-fuel» можно, но экономически нецелесообразно.
Критики производства биоэтанола заявляют, что для производства биоэтанола под плантации тростника часто вырубаются тропические леса. Но природные условия вокруг Амазонки не позволяют выращивать сахарный тростник. Тропические леса вырубаются нелегально. Нелегальные производители древесины вырубают участок леса. После ухода нелегальных дровосеков участок занимают фермеры для выпаса скота. Через 3 — 4 года выпас скота на этом участке прекращается, а участок занимают фермеры для производства сои и других культур.
Топливные смеси этанола
Е5, Е7, Е10 — смеси с низким содержанием этанола (5, 7 и 10 весовых процентов, соответственно), наиболее распространённые в наши дни. В этих случаях добавка этанола не только экономит бензин путём его замещения, но и позволяет удалить вредную оксигенирирующую добавку МТБЭ.
Е85 — смесь 85 % этанола и 15 % бензина. Стандартное топливо для т. н. «Flex-Fuel» машин, распространённых, в основном в Бразилии и США, и в меньшей степени — в других странах. Из-за более низкой энергоплотности продаётся дешевле, чем бензин.
Е95 — смесь 95 % этанола и 5 % топливной присадки. Компания Scania начала разрабатывать дизельный двигатель для автобуса, работающий на 95 % этаноле в середине 80-х годов. Создана программа испытаний городских автобусов с двигателями, работающими на 95 % этаноле — BEST (BioEthanol for Sustainable Transport). См. статью Автобусы Scania.
Е100 — формально 100 % этанол, однако в силу того, что этанол гигроскопичен, получение и использование этанола без остаточной концентрации воды невыгодно. Поэтому в большинстве случаев под Е100 подразумевают стандартную азеотропную смесь этанола (96 % С2Н5ОН и 4 % воды, (по весу); 96,5 % и 3,5 % в объёмных процентах). Путём обычной дистилляции невозможно получить более высокую концентрацию этанола.
Подробно номенклатура смесей этанола и бензина используемых в качестве топлива в разных странах и машинах описана в английской статье Википедии Топливные смеси этанола.
Энергоэффективность этанола
В декабре 2007 года Университет Северной Дакоты и Центр Автомобильных Исследований Миннесоты (MnCAR) опубликовали результаты исследования энергоэффективности применения биоэтанола в автомобильном транспорте[1]. В исследовании принимали участие как обычные автомобили, так и автомобили с Flex-fuel двигателями. Исследовали смеси от 2 % до 85 % содержания этанола в бензине.
Для обычных автомобилей наиболее оптимальной оказалась смесь Е30. Потребление топлива снизилось на 1 % в сравнении с бензином. Результат получен на автомобилях Toyota Camry и Ford Fusion.
Для flex-fuel автомобилей оптимальной оказалась смесь Е20. Потребление топлива снизилось на 15 % в сравнении с бензином. Результат получен на flex-fuel модели Chevrolet Impala.
Топливный баланс этанола
В 2005 г. начали появляться исследования, в которых утверждалось, что этанол, производимый из кукурузы, имеет отрицательный энергетический баланс. То есть при производстве этанола энергии тратится больше, чем потом можно получить из этанола[источник не указан 342 дня].
В 2006 г. в своём отчёте Департамент сельского хозяйства США (USDA) сообщил, что этанол имеет топливный баланс 1,24. То есть из этанола, произведённого из кукурузы, можно получить на 24 % энергии больше, чем было затрачено при производстве этанола.
Существуют различные способы оценки топливного баланса этанола. В некоторых оценках этанол имеет отрицательный энергетический баланс[источник не указан 342 дня], но топливный баланс бензина, всё равно хуже, чем у этанола. Для производства бензина требуется большое количество энергии: для разведки нефти, её добычи, транспортировки (нужно строить танкеры и трубопроводы), переработки, доставки бензина и т. д.
В Бразилии багасса сахарного тростника используется в качестве топлива на электростанциях. Это позволяет увеличить топливный баланс этанола, производимого из сахарного тростника, до 8.
Топливный баланс этанола, производимого из целлюлозы может достигать 2.
Экологические аспекты применения этанола в качестве топлива
Биоэтанол как топливо нейтрален в качестве источника парниковых газов. Он обладает нулевым балансом диоксида углерода, поскольку при его производстве путём брожения и последующем сгорании выделяется столько же CO2, сколько до этого было связано из атмосферы использованными для его производства растениями.
Содержащийся в этаноле кислород, позволяет более полно сжигать углеводороды топлива. 10 % содержание этанола в бензине позволяет сократить выхлопы аэрозольных частиц до 50 %, выбросы СО — на 30 %.
В 2006 году применение этанола в США позволило сократить выбросы около 8 млн тонн парниковых газов (в СО2 эквиваленте), что примерно равно годовым выхлопам 1,21 млн автомобилей.
Автомобили, использующие биоэтанол в качестве топлива
«Микроджоуль»
Koenigsegg CCXR
en:Saab Aero-X
Saab 9-3 (в комплектации с двигателем BioPower)
Ford Focus и Ford C-MAX Flexifuel
В начале 2007 г. 15 % автомобилей в Бразилии имели flex-fuel двигатели. К 2015 году доля таких автомобилей может вырасти до 70 %.
В 2007 году в Бразилии было продано 2 миллиона новых биотопливных автомобилей, что составляет 85,6 % от рынка новых автомобилей Бразилии. За 2003 год в Бразилии было продано 48 тыс. биотопливных автомобилей, что составляло 4 % автомобильного рынка.
Последнее время широкое распространение получили двигатели «Flexifuel» от компании «Ford». В 2007 году в Европе было продано около 17500 автомобилей Flexifuel.
