Глава 2. Топливный биоэтанол: пути развития

Сегодня зависимость от импорта нефти рассматривается многими государствами как проблема экономического, энергетического, экологического, стратегического и государственного значения. Это привело к развитию альтернативных видов топлива, которым в настоящее время является биотопливо на основе растительных масел и животных жиров.
Для современных двигателей широкое распространение получило биодизельное топливо (биодизель), являющееся смесью метиловых или этиловых эфиров жирных кислот. Основой процесса его производства является реакция между триглицеридами и метиловым (этиловым) спиртом в присутствии катализаторов.

Замена части дизельного топлива на биотопливо из возобновляемых природных источников приводит к созданию бинарных топливных смесей, которые существенно снижают риски образования парникового эффекта.
Масштабное использование биотоплива позволит реализовать на практике Киотский протокол, так как каждая тонна использованного биотоплива уменьшает эмиссию углекислого газа на 0,67 т. При этом выделяемый диоксид углерода ассимилируют растения, которые затем снова станут сырьем для получения биотоплива.

Сейчас мир вступает в эпоху биоэкономики, основанной на использовании биотехнологий, базирующихся на возобновляемых природных ресурсах. Наиболее важными продуктами ее являются биоэтанол и биодизель – единственные возобновляемые жидкие топлива, которые в качестве добавки к бензину не требуют изменений в конструкции двигателей.

Активное производство этих продуктов налажено в Японии, Швеции, Китае, Индии и других странах, а лидируют в этой отрасли США и Бразилия.

Европейские страны намерены довести выпуск биотоплива до 5,75% к 2010 году по сравнению с 1,4% в 2005 году. Германия к 2015 году планирует полностью отказаться от нефтеуглеводородов, а в Швеции на автозаправках имеется колонка биотоплива Е85 (85% биоэтанола и 15% бензина). Заправка автомобиля этим топливом позволяет водителю бесплатно въезжать в центр столицы и не платить за парковку. При этом следует отметить, что Швеция стала первой страной, использующей такое биотопливо.

Успешно развивается проект комбинированного топлива и во Франции, где к 2009 году 50% автомобилей будут работать на этом топливе.

В Польше большое внимание уделяется такому сырью, как рожь, что очень выгодно экономически, так как получаемое на ее основе биотопливо в два раза дешевле, чем из пшеницы.

В Казахстане ускорению развития биоэкономики способствуют инновационные подходы. Здесь сырьем для биоспиртов служат мягкие сорта пшеницы (твердые идут на пищевые цели) и зеленая растительная масса.

В Бразилии сегодня производится очень дешевый биоэтанол из сахарного тростника и на очереди проект использования для этого кукурузы.

В Соединенных Штатах принят закон «О сельском хозяйстве», по которому создание биозаводов в стране является национальной задачей, а государственные учреждения должны использовать биотопливо. Для его производства правительство выделяет субсидии и налоговые льготы.

В связи с дальнейшим развитием выпуска биоэтанола в США не будут строить новые нефтеперерабатывающие предприятия. Эту политику проводит в жизнь компания Chevron, крупнейший в мире производитель бензина.

Сегодня примерно 30% всего производимого в США бензина содержит добавки биоэтанола. За счет увеличения его доли президент США Д. Буш поставил задачу снизить потребление бензина на 20% к 2017 году. Автомобильное топливо даже в соотношении бензин:биоэтанол = 90:10 снижает токсичность выхлопных газов на 20-40%. А это уже достаточно весомые показатели для улучшения экологии.

Производство биоэтанола в США в январе 2007 г. составляло 60 млн. литров в сутки. Основным сырьем служит кукуруза, соя используется в меньшей степени, так как она является белоксодержащей культурой и имеет сейчас повышенный спрос в животноводстве. Биотопливо улучшает экологию страны, стимулирует развитие ее сельского хозяйства и снижает зависимость от импорта бензина. Сейчас Chevron активно работает над созданием новой технологии производства биоэтанола второго поколения, в частности, из древесины.

Биоэнергетика становится весьма перспективной для нашей страны, особенно с учетом больших сельскохозяйственных угодий, которыми она располагает. Как известно, в России до 20 млн. гектаров земли не находятся в сельскохозяйственном обороте, т.е. в государстве можно существенно увеличить производство зерна, а это сырье направить на выпуск дополнительных 7 млн. т биоэтанола. В стране рассматривается вопрос о влиянии развития производства биоэтанола на спрос и предложение зерна – хватит ли его на питание, корма и биотопливо.

В связи с этим можно использовать новые ферментные технологии гидролиза для переработки послеспиртовой барды, побочного продукта спиртового производства. Ее в России образуется более 10 млн. т в год. Поэтому барда представляет интерес как дополнительный источник сырья для изготовления биотоплива.

Биоэтанол можно получать и из отходов древесины, например из опилок, а также из соломы или травы. Кроме того, интерес представляет и биомасса быстрорастущих деревьев, таких как ива или тополь, а также и морская растительность – водоросли.

И для этого используются современные ферментные системы, содержащие альфа-амилазу, глюкоамилазу и другие энзимы, которые расщепляют растительную продукцию до сахаров.

Одной из передовых разработок НПК «Экология» является производство биоэтанола из различных видов крахмал - и сахарсодержащего сырья с использованием технологии вакуумного брожения. Она выгодно отличается с технической, экономической и экологической стороны.

При этом следует учитывать, что в России в отличие от Евросоюза, существует налог (акциз) на этанол в любом виде, а это создает большие трудности для его производства. Очевидно, что отечественный рынок биоэтанола будет развиваться в два этапа. На первом из них станет увеличение выпуска биотоплива на экспорт, а второй будет связан с развитием его внутреннего потребления. Суммарная мощность заводов, производящих биотопливо, должна составить 4 млн. т.

Главным препятствием широкого использования топливного биоэтанола в России является законодательство по обороту этилового спирта, устанавливающее высокие акцизы и высокую плату за лицензию, что делает невозможным его применение в качестве топлива. А продвижение новых видов топлива связано с экономической заинтересованностью, т.е. с получением прибыли и принятия соответствующих законодательных актов. Поэтому несмотря на проявляемый интерес к производству биоэтанола, в нашей стране в ближайшее время субсидий и налоговых льгот ждать не придется. Однако это не означает, что в России не стоит заниматься развитием этого направления. Ведь биоэтанол может экспортироваться как в чистом виде, так и в виде, например третбутилового эфира, что значительно выгоднее, чем экспорт сырой нефти и газа.

В долгосрочной перспективе возможно потепление климата, появление «мировой полиции», отслеживающей выбросы парниковых газов, и создание новых технологий. Это позволит нашей стране выйти в лидеры на мировом уровне по поставке биомассы и продуктов ее переработки, что повысит доходность ее агропромышленного сектора, улучшит экологическую обстановку и станет источником «углеродных кредитов» в рамках Киотского протокола.

Реальной альтернативой этанолу в наши дни становится биобутанол, так как он обладает более высоким энергетическим потенциалом, менее летуч и может использоваться в автомобилях без каких-либо изменений в конструкции их двигателей. Так, гибридное топливо БИО100 представляет собой смесь 65% биоэтанола с добавлением третбутилового эфира. Такое моторное топливо снижает на 1/3 тепловую нагрузку на двигатель, повышая тем самым сроки его эксплуатации.

Представляет интерес и такое топливо, как бензанол. Это смесь традиционных углеводородов с денатурированным этиловым спиртом (до 5-10%). Бензанол обладает антидетонационными, антикоррозионными, антиокислительными свойствами моторного топлива.

Кроме того, ряд ведущих автомобильных фирм, например Ford, Renault и др. уже приступили к производству двигателей автомобилей со специально измененной конструкцией, позволяющей работать при любом соотношении бензина и биоэтанола.

Ограниченные ресурсы зерна в Европе и конкуренция с пищевым сектором будут заставлять специалистов использовать в своем арсенале самые передовые технологии, в частности, улучшенные ферменты и дрожжи, которые являются важными компонентами процесса получения биоэтанола.

По прогнозам Еврокомиссии к 2020 году 50% биоэтанола, используемого в Евросоюзе, будут обеспечиваться за счет мировых поставок.

В соответствии с Киотским протоколом к 2010 году в Европе будет установлена норма на выбросы углекислого газа автомобильным транспортом – на уровне 130 г СО2/км, что существенно поднимет значение биотоплива.

Согласно оценкам экспертов, к 2030 году выпуск биотоплива в мире составит 150 млн. т, при ежегодном приросте производства 7-9%. При этом предпочтение будет иметь биоэтанол, так как себестоимость его производства снижается быстрее, чем биодизеля.