Огромную роль в обеспечении человечества альтернативными источниками играет биотехнология. Ведь именно биотехнология помогает придать удобную для утилизации форму энергии возобновляемой растительной биомассы или отходам животноводческих ферм, а также твердым коммунальным отходам. Различные формы биомассы могут использоваться для генерирования электроэнергии, а также в качестве топлива для транспорта. Есть несколько видов транспортного топлива, которые можно получить из биомассы: биогаз (преимущественно метан), биодизель и биоэтанол. Считается, что именно топливный этанол имеет наибольший потенциал, учитывая неисчерпаемые источники его получения. Ими могут быть травянистые растения и древесина, отходы сельского хозяйства и деревообрабатывающие промышленности, а также бытовой мусор.
В настоящее время в автомобилях используется система питания ДВС работающая как на бензине, так и на природном газе (пропан), но пропан не возобновляемый ресурс. Хотя в сравнении с бензином он более экологически чистый, но в использовании очень опасен. Сейчас возобновляется интерес к использованию спиртобензиновой смеси или этанола, т.к. этот вид топлива экологически благоприятный. Этанол имеет свои плюсы и свои минусы, не что ни может быть идеальным. У этанола очень высокая детонационная стойкость, содержание вредных веществ во много раз ниже, чем у бензола и др.
Изменение концентрации спирта в бензиновом топливе (А-76) в диапазоне от 0 до 40%, показало работоспособность ДВС во всем диапазоне исследованных концентраций смесей, без изменений показателей таких как: частота вращения коленчатого вала, шумовые и др. Использование спиртовых добавок с концентрацией до 40% приводит к понижению выхода кислорода в отработавших газах, что объясняется повышенным содержанием кислорода в молекуле спирта. В диапазоне концентраций спирта до 40% наблюдается повышение выхода СО2, т.к. реакция горения СБС происходит все легче и легче из-за повышения кислорода в топливе, то на концентрацию СО приходится меньше.
Сравнение выхода компонентов СО и NOX со стандартами Евросоюза показывает, что содержание NOX в отработавших газах соответствует стандартам Евро-5 при концентрациях этилового спирта начиная с 5%. Данные экологических норм для автомобиля приведены в таблице. Содержание СО в отработавших газах соответствует стандартам Евро-5 при любых концентрациях этилового спирта в топливе. При нулевой концентрации спирта топливо соответствует стандарту Евро-0.
Следовательно, даже при добавлении небольшого количества спирта выброс СО снижается в 5-7 раз.
Исследования характеристик топливных смесей, выполненные при помощи аналитического комплекса IROX 2000 показали повышение октановых чисел топлива во всем диапазоне изменения концентраций спиртовой добавки (от 5 до 60%). На рисунке ниже показан характер изменения октанового числа для исходного топлива в зависимости от концентрации спиртовой добавки. Данные, полученные механическим и исследовательским методами несколько расходятся в области низких концентраций спирта (до20%), однако общая тенденция повышение октанового числа подтверждается обоими методами.
Уровень повышения составляет от 4,5 до 22,5 единиц (по исследовательскому методу). В диапазоне концентраций спирта от 5-до 10% оба метода показывают увеличение октанового числа на 3-4 единицы, что соответствует данным ранее опубликованных исследований. При концентрации спирта около 20% можно уверенно говорить о повышении октанового числа на 10 единиц.
Пережив два нефтяных кризиса в прошлом столетии, мировое сообщество начало активные поиски альтернативных видов топлив, в частности, биологических видов топлив на основе возобновляемого сырья. После длительных исследований и внедрения биотоплива в производство стало четко понятно, что биологическое топливо не в состоянии в полной мере заменить нефть, однако факт уменьшения ее использования является безоговорочным.
В мире существуют определенные противоречия между основными игроками на рынке моторных топлив – нефтяными компаниями и производителями биотоплив, которые являются основными конкурентами в борьбе за прибыль. Операции с нефтью можно отнести к конкретному сектору мировой экономики, где основным фактором являются не столько рыночные рычаги, сколько политические решения на государственном или международном уровнях.
Поэтому, как показал опыт стран ЕС и американского континента, вопрос замены нефти на биотопливо (в частности, на биоэтанол) является вполне политическим вопросом, решение которого зависит от государственной политики. Конкретным примером такой политики в последнее время являются США. Мировое производство этанола в 2008 году составляло более 17 млрд галлонов (51,48 млн тонн), количество заводов по его производству на 1 марта 2009 года в мире – 572, из которых 30% – это заводы США. Американский опыт Нефть занимает около 40% в топливно-энергетическом балансе США. За счет собственной добычи удовлетворяется около 38,6% суммарного потребления нефти.
Только Министерством обороны США на протяжении последних лет ежедневно потребляется около 400 тыс. баррелей нефтепродуктов (для сравнения: Польша потребляет 450 тыс. баррелей нефтепродуктов в день).Выполнять программу уменьшения потребления нефти президент США Барак Обама предлагает за счет увеличения потребления этанола.Американское производство этанола – 9 млрд галлонов (27 млн тонн) в 2008 году – сделало его самым большим производителем в мире, отмечается в информации RFA.В то же время американский импорт этого сырья подскочил до 600 млн галлонов в 2008 году по сравнению со 435,2 млн галлонов в 2007 году. Способ увеличить потребление этанола – расширять производство гибко-топливных транспортных средств (FFVs), выпуск которых за последние 10 лет значительно увеличился. Начиная с 1998 года, число авто с FFVs на дорогах Америки повысилось от 171 тыс. до 7 миллионов. С марта 2006 года компании Chrysler LLC, General Motors Corp. и Ford Motor Co. обязались к 2012 году выпускать 50% своих автомобилей с FFVs.То, что предлагает Обама, можно назвать энергетической революцией в США, заявил исполнительный директор Международного энергетического агентства (МЕА) Нобуо Танака.
Однако, по словам некоторых аналитиков, этот план может привести и к банкротству НПЗ в США и Европе. А бензин и так сейчас покупают меньше: крупнейшие нефтяные компании США объявили, что закрывают некоторые заводы на квартал из-за падения спроса. С другой стороны, американская администрация по дорогам сообщила, что в январе текущего года американцы проехали на 7 млрд миль (11 млрд 263 млн км), или на 3,1% меньше, чем в январе 2008 года. Это значит, что каждый автомобиль США в январе проехал на 51 км меньше, чем в январе 2008 года.Принятый Конгрессом США (US Congress) в 2007 году Закон об Энергетической Независимости и Безопасности (Energy Independence and Security Act), в частности, предусматривает доведение производства этанола до уровня 36 млрд галлонов в год. В докладе указывается, что к 2030 году в США будет возможно производить до 90 млрд галлонов (1 галлон = 3,78 л) этанола в год. 75 млрд галлонов будут производиться из непродовольственных видов растений (например, из опилок или некоторых видов масличных культур), 15 млрд – из пищевой кукурузы.По прогнозу Министерства Энергетики США (Department of Energy), это теоретически делает возможным отказ от использования 60 млрд галлонов традиционного бензина. К этому времени американцы будут сжигать до 180 млрд галлонов автомобильного горючего. При этом производство столь значительных объемов биотоплива не потребует кардинальных изменений в экономике и сельском хозяйстве страны. Год назад этанол, казалось, был топливом транспорта будущего.
Конгресс США постановил удвоить использование этанола с зерна до 15 млрд. галлонов в 2015 году. Тем временем, с ценами на бензин, взлетающими наряду со стоимостью барреля нефти, НПЗ желали смешивать более дешевый этанол с бензином, чтобы покрыть затраты на производство топлива. В июне 2008 года цена 1 литра бензина в США составляла 1,05 долл., за литр этанола – 0,74 долл.; в Бразилии литр этанола стоил 0,52 долл., в Европе (Роттердам) – 0,89 долл. США.В декабре 2008 года стоимость 1 литра этанола составляла: в США – 0,43 долл. (бензин – 0,55 долл.), в Бразилии – 0,4 долл., в Европе – 0,72 долл. (бензин – 1,5 долл.). Важнейшей тенденцией развития мирового рынка бензина и биоэтанола является процесс поглощения нефтяными компаниями производителей этанола. Наибольшая независимая нефтеперерабатывающая компания США Valero Energy Co., владеющая 15 НПЗ с суммарной мощностью переработки 3,105 млн. баррелей нефти в день, что составляет около 10% всех НПЗ страны, объявила о покупке семи заводов этанола VeraSun Energy за 477 млн. долларов. Таким образом, даже в условиях падения потребления бензина инвестируется промышленность биотоплива.
VeraSun Energy – это второй по величине национальный производитель этанола после Archer Daniels Midland Co., он владеет 12 заводами, производящими 1,141 млрд. галлонов этанола в год. Компания сейчас проходит процедуру банкротства, начавшуюся прошлой осенью. Покупка Valero Energy Co. этанольных заводов свидетельствует о поддержке этанольной промышленности в США.
Анализ европейского рынка бензина и биоэтанола. Дипломы по альтернативным видам топлива тут.
В странах Евросоюза пошлина на импорт этанола составляет 0,19 Евро/ литр. Кроме того, с 2008 года ЕС ввел беспошлинный ввоз этанола со стран Африканского и Карибского регионов. В ЕС проблема биотоплива вообще и биоэтанола в частности лежит в русле главной стратегии европейцев – сохранение экологии и борьбы с глобальным потеплением планеты, что в значительной степени базируется на отказе от нефти и газа и переходе на новые возобновляемые виды топлива, в том числе и моторное.
В этом контексте основное внимание уделяется биодизелю (около 6 млн. тонн), поскольку в структуре моторного топлива дизель занимает около 63%. Так, по данным EU FAS posts, в 2008 году страны ЕС использовали 114,55 млн тонн бензина и 188,23 млн тонн дизеля. В 2007 году объем производства биоэтанола в ЕС достиг максимального показателя и составил 2,2 млрд. литров. Совокупный среднегодовой темп роста (CAGR) объемов производства биоэтанола в ЕС с 2002 по 2007 год составил 35,1%. Доля ЕС в мировом объеме производства биоэтанола в 2007 году – 4,4%.В целом Евросоюз значительно уступает США и Бразилии по объемам производства биоэтанола.
Следует заметить, что, несмотря на прогресс в области производства этого продукта, его доля в моторном топливе еще крайне мала и составляет чуть больше 1%.По состоянию на 1 января 2007 года в мире работало 743 НПЗ общей производительностью 4062,6 млн тонн нефти в год. Наиболее четко прослеживается конкуренция между линиями развития нефтепереработки Северной Америки (154 НПЗ в США) и Западной Европы (114 НПЗ в ЕС). Поскольку биоэтанол используется как добавка к бензинам или как компонент для производства ЕТВЕ (этил-трет-бутиловый эфир) – высокооктановой добавки к бензинам, для более полного понимания технологии производства бензинов приведем примеры компаундирования бензинов. Компонентный состав американского бензинового фонда (реформулированный бензин) в начале 2007 года был таким: бензин каталитического крекинга – 34%, бензин риформинга – 28%, алкилат – 12%, изомеризат – 4%, добавки (этанол, ЕТВЕ, МТВЕ и др.) – 15%, прочие – 7%. Компонентный состав европейского бензина включал в себя: бензин каталитического крекинга – 30%, бензин риформинга –50%, алкилат – 5%, изомеризат – 8%, добавки (этанол, ЕТВЕ, МТВЕ, ТАМЕ и др.) – 7%.
Среди европейских НПЗ наиболее удачный компонентный состав бензинов в Германии: бензин каталитического крекинга и риформат – 73,4%, алкилат – 5,1%, изомеризат – 16,2%, добавки – (этанол, ЕТВЕ, МТВЕ, ТАМЕ и др.) – 5,3%.По состоянию на 19 марта 2009 года в странах ЕС работало около 50 заводов, производящих топливный этанол, при том что общее количество предприятий общей производительностью 26,879 млрд галлонов (80,273 млн тонн) – 572. Количество заводов по производству биодизеля общей производительностью 20,169 млрд галлонов (67,178 млн тонн) – 456.Ежегодное потребление бензина в странах ЕС на протяжении последних 3-х лет составляет 112-115 млн тонн, в то же время потребление этанола при производстве бензинов составляло около 2,7 млн тонн в 2008 году.
Крупными европейскими производителями топливного этанола являются следующие компании:– Abengoa Bioenergy (Испания) – производительность 510 млн литров в год;– Sauter (Германия) – производительность 310 млн литров в год;– Sudzucker (Германия) – производительность 260 млн литров в год;– Cristal Union (Франция) – производительность 120 млн литров в год; – Sekab (Швеция) – производительность 100 млн литров в год. В разных странах действуют следующие государственные программы применения этанола на транспорте.
Использование топливного спирта в России По состоянию на 1 января 2009 года, в России не было отмечено производства топливного этанола. Импорта и экспорта биоэтанола также не было отмечено, поскольку в товарной номенклатуре ВЭД не определены коды товаров, соответствующие различным видам биотоплива.
Согласно действующему законодательству, биоэтанол и топливные смеси с этиловым спиртом являются подакцизными товарами, что в значительной мере влияет на развитие внутреннего рынка.Согласно разным источникам, в России существует порядка десяти проектов строительства заводов по производству биоэтанола, но только один проект (ГК «Титан», Омская область) находится в действии. Кроме того, многие эксперты полагают, что любой российский завод по производству пищевого этилового спирта легко переориентировать на производство биоэтанола.
При этом издержки производства (без учета акцизных сборов), составят 9-10 рублей за литр, что даже ниже издержек при производстве пищевого этилового спирта, т.к. нет необходимости использовать оборудование для очистки спирта. Другие эксперты более прагматичны и считают, что только заводы с мощностью более 140 тыс. дал спирта могут легко переориентировать свои поточные линии. Они также отмечают, что переориентация потребует значительных инвестиций в технологии. Высокий акцизный налог на этиловый спирт (23,5 рубля за литр) ограничивает производство биоэтанола для внутреннего рынка. В России биоэтанол классифицирован в общей категории «Спирт этиловый из всех видов сырья (в том числе этиловый спирт-сырец из всех видов сырья)» и не рассматривается законодательством как продут специфического назначения. В краткосрочной перспективе в стране ожидаются изменения законодательства в отношении биотоплива.
Сейчас в России начинает изменяться законодательная база: принимается полный перечень законодательных актов для того чтобы этанол стал отдельным продуктом именно как топливная составляющая. При этом здесь появилось то, чего не было ранее – намерение использовать биотопливо на внутреннем рынке. Сейчас в РФ на государственном уровне разрабатываются стандарты бензинов с добавлением биоэтанола.Государство намерено квотировать пищевое сырье для переработки в биотопливо в Казахстане. Об этом говорилось в ходе презентации законопроекта «О государственном регулировании производства и оборота биотоплива» в рамках Круглого стола по обсуждению законопроекта в парламенте РК, сообщает пресс-служба вице-премьер-министра сельского хозяйства РК.В рамках данного законопроекта предусмотрены механизмы госрегулирования производства и оборота биотоплива в республике посредством определения предельных объемов производственных мощностей по получению биотоплива, установления квот на пищевое сырье, используемое для последующей переработки в биотопливо и осуществления госконтроля в области оборота биотоплива. В Северо-Казахстанской области (пос. Тайынша) открыт первый в СНГ завод по производству биоэтанола – «Биохим». Тем самым Группа компаний «Титан» (г. Омск) положила начало долгосрочной программе по производству альтернативного топлива на основе возобновляемых природных источников энергии. Объем инвестиций в строительство предприятия составил около 100 млн долл. Биоэтанол планируется вырабатывать методом глубокой переработки пшеницы 3 и 4 класса сортов, которая выращивается на севере Казахстана. Предполагаемые объемы производства составят 57 тыс. тонн/год.
Этанол (этиловый спирт, метилкарбинол, винный спирт, гидроксид пентагидродикарбония, часто просто «спирт») — C2H5OH или CH3—CH2—OH, представитель одноатомных спиртов.
Легковоспламеняющаяся, бесцветная жидкость с характерным запахом, обладает наркотическим действием и используется в алкогольных напитках. Биоэтанол — обычный этанол, получаемый в процессе переработки растительного сырья для использования в качестве биотоплива. Этанол производится преимущественно из сахарного тростника и из кукурузы. Этанол является менее «энергоплотным» источником энергии чем бензин; пробег машин работающих на Е85 (смесь 85 % этанола и 15 % бензина; буква «Е» от английского Еthanol) на единицу объёма топлива составляет примерно 75 % от пробега стандартных машин. Обычные машины не могут работать на Е85, хотя прекрасно работают на Е10 (некоторые утверждают что можно использовать даже Е15). На «настоящем» этаноле могут работать только т. н. «Flexible-fuel» машины. Эти автомобили также могут работать на обычном бензине (небольшая добавка этанола всё же требуется) или на произвольной смеси того и другого.
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. Этанол - древнейший продукт биотехнологии, зародившейся не менее 4000 лет до нашей эры в Древнем Египте и Вавилоне. В этой технологии сахара глюкоза, сахароза и др. сбраживаются (ферментируются) в отсутствии кислорода, пекарскими (спиртовыми) дрожжами. Еще до недавнего времени почти весь этанол, получаемый путем дрожжевого сбраживания Сахаров, использовался для производства алкогольных напитков. Лишь незначительное его количество, полученное преимущественно химическим путем, применялось в промышленности. Однако за последние 25 лет ситуация коренным образом изменилась. Возникают разные экзотические варианты, кто во что горазд и на что богат. На Филиппинах производят топливо из скорлупы кокосового ореха (кстати, по технологии, запатентованной украинским инженером Евгением Сухиным), а в Таиланде дизтопливо заменяют пальмовым маслом. Но магистральным „сельскохозяйственным“ решением проблемы считается производство этанола («биоспирта»). Сейчас его все активнее ”продвигают” в разных странах, в основном пока – в обеих Америках, но уже и в Европе. В Африке по производству этанола лидирует ЮАР, где из мелассы (кормовой патоки) производится 70% регионального «биоспирта». Китай и Индия приняли программу о доведении доли биотоплив в общем объёме топлива до 5%.
Дело это новое, трудное, неоднозначное, но, очевидно, перспективное. Хотя в самом этаноле, или обыкновенном этиловом спирте, «бесцветной летучей жидкости с характерным запахом», конечно же, нет ничего нового. Просто за этот продукт взялись с другой его стороны. Биоэтанол – жидкое спиртовое топливо, пары которого тяжелее воздуха. В отличие от спирта, из которого производятся алкогольные напитки, в топливном этаноле нет воды. Один из основных способов получения этанола — микробиологический - кровно связан со спиртовым брожением органических продуктов, содержащих сахар или крахмал (в дело идут свекла, картофель, рис, кукуруза), а в результате получается некое подобие классического C2H5OH, но потом он проходит укороченную дистилляцию (две ректификационные колонны вместо пяти), в нем остаются метанол и сивушные масла. То есть пить его нельзя.
Противоречивы мнения экологов насчет биоэтанола. В 2005 году применение этанола в США позволило сократить выбросы парниковых газов на 7,8 млн. тонн (что равно годовому выхлопу 1,18 млн. автомобилей). Этанол нетоксичен, растворим в воде, не вызывает ее загрязнения; при разливе естественно разлагается быстрее, чем другие компоненты бензина. С другой стороны, существует мнение, что производство биоэтанола настолько энергоемко, при этом сжигается столько обычного топлива и выбрасывается в атмосферу столько сопутствующей гадости, что этот отрицательный эффект с лихвой перекрывает все позитивные нюансы его использования в качестве топлива. Правда, не исключено, что это мнение - трюк конкурентов, производителей классического бензина.
