Рідке біопаливо із сировини рослинного походження

Виробництво рідкого біопалива з різних видів біомаси - важливий стратегічний напрямок розвитку економіки країн Європи, а також Бразилії, США та багатьох інших країн. Однак у нефахівців найчастіше складається враження, що для виробництва рідкого біопалива використовуються виключно зерно, кукурудза та ріпак. Це далеко не так.

Існує чимало і вже давно відомих, і інноваційних технологій, що дозволяють отримувати різні види рідкого біопалива шляхом переробки сировини, що містить целюлозо, зокрема деревини.

Біоетанол

Зростання світового виробництва біоетанолу з 2000 року перевищило 400%. Ряд держав реалізують національні програми його виробництва, відповідно до яких усі виробники біоетанолу отримують субсидії та податкові пільги. Наприклад, Бразилія, яка разом із США виробляє понад 80% загальносвітового обсягу біоетанолу, завдяки державній програмі розвитку біоенергетики стала світовим лідером у використанні біоетанолу як моторне паливо (на третє місце, після Бразилії та США, за обсягами виробництва біоетанолу вийшла Китайська Народна Республіка) . Вихід біоетанолу при переробці різної сировини становить у середньому на 1 га посівної площі: ячменю – 1500 л, пшениці – до 2760 л, кукурудзи – 3800 л, із цукрових буряків – 6240 л, цукрової тростини – 7500 л. Сьогодні більшість паливного етанолу виробляється із зерна харчового призначення, що породило дефіцит і значне зростання цін на нього на світовому ринку. У зв'язку з цим у багатьох країнах ведуться роботи, спрямовані на впровадження інноваційних технологій виробництва біоетанолу другого покоління з використанням нехарчових сировинних ресурсів, насамперед деревини, соломи та малоцінних аграрних культур.

Що стосується виробництвабіоетанолу шляхом ферментації в інших країнах на пострадянському просторі, єдиний і унікальний на всій території СНД завод «Біохім» у Казахстані вартістю понад $100 млн зараз простоює. І хоча будувався він спеціально у північній частині Казахстану, на кордоні з Україною, і продумано було все – від інфраструктури до логістики, через великі проблеми зі збутом готової продукції завод довелося зупинити. Тепер для реанімації виробничого процесу та відновлення роботи підприємства у повному обсязі необхідні нові, дуже суттєві інвестиції.

Біоетанол як моторне паливо

Існує три різні способи застосування біоетанолу як моторне паливо:

● як добавка до бензину від 5 до 15% (Е5, Е10, Е15) для використання у звичайних бензинових двигунах. Паливо, що містить етанол, маркується буквою Е та цифрою, що позначає відсоток вмісту спирту. Наприклад, E10 - це суміш, що містить 10% біоетанолу та 90% бензину;

● для синтезу етилтретбутилового ефіру (ЕТБЕ) – високооктанового компонента бензину, який має ряд переваг перед біоетанолом. Виробництво ЕТБЕ набуло широкого поширення в європейських країнах, де більше половини всього біоетанолу прямує на синтез ЕТБЕ.

У біоетанолу є один істотний недолік: при низьких температурах двигун, що працює на 100%-му біоетанолі, важко запускається. Проблема вирішується шляхом невеликої (близько 5%) добавки бензину. Наприклад, у Швеції міські автобуси Scania заправляють саме такою сумішшю.

У США поширене моторне паливо стандарту E10 (взимку Е15), у деяких штатах використовується E85. При цьому, по-перше, E10 і E15 можна заливати в бак будь-якої машини, що працює на бензині, а по-друге, витрата палива майже незбільшується, оскільки біоетанол, на відміну від бензину, характеризується зниженою енергетичною щільністю і підвищує октанове число суміші, за рахунок чого така суміш згоряє з більшою ефективністю.

Біоетанол другого покоління

Як зазначалося, біоетанол з целюлози (деревини, соломи тощо.) вважається біоетанолом другого покоління, для виробництва якого не потрібна харчова сировина. І для України з її величезними запасами деревини та багаторічним науково-технологічним, промисловим досвідом та можливостями, що дозволяють отримувати біоетанол за допомогою освоєних технологій гідролізу, питання його виробництва дуже актуальне. Але сьогодні, на жаль, в Україні він не такий перспективний, як в інших країнах, переважно у зв'язку з високими ставками акцизу на етанол будь-якого призначення. В Україні біоетанол обкладається такими ж акцизними ставками, як спирт. За словами учасників ринку, в Україні у біопалива нереальна акцизна ставка - до 90% собівартості його виробництва.

А ось у США, незважаючи на розвинене промислове виробництво біоетанолу методом ферментації із зерна, кукурудзи та картоплі, почали поступово освоювати й нові гідролізні технології.

У 2009 році було прийнято так званий план Обами, відповідно до якого виробництво паливного біоетанолу до 2030 року має досягти 170 млн т щорічно, при цьому для його виготовлення має стати основною не крохмальовмісна (зерно, кукурудза), а целюлозосодержащіе (деревина) сировина, та обсяг виробництва біоетанолу з деревної сировини до 2030 року має становити близько 140 млн т.

За останні роки в галузі виробництва біоетанолу з сировини, що містить целюлозо, спостерігається значний прогрес, це дозволить переробляти в біоетанол не тільки деревну сировину, а й кукурудзяні стебла іпшеничну солому, а не кукурудзяні та пшеничні зерна, як зараз. Ціла низка НДІ в деяких країнах успішно працює в цьому напрямі, наприклад Об'єднаний біоенергетичний інститут (Joint BioEnergy Institute) у США, українська академія наук та Сибірський федеральний університет у РФ.

Біобутанол

Біобутанол як компонент моторного палива становить значно більший інтерес, ніж біоетанол, через більш високу енергетичну щільність (29,2 МДж/л проти 19,6 МДж/л біоетанолу), меншу випаровуваність і леткість, меншу агресивність, внаслідок чого його можна транспортувати по існуючих трубопроводах (продуктопроводах), на відміну від біоетанолу, який транспортується тільки у спеціалізованих авто- та залізничних цистернах або річковими та морськими танкерами, та в силу низки інших експлуатаційних якостей.

Бутанол (бутиловий спирт), C4H9OH, - безбарвна рідина з характерним запахом сивушної олії - може бути отриманий, як і етиловий спирт, з цукру або крохмалю (бутанол першого покоління) шляхом синтезу з нафти та при переробці целюлози рослин (бутанол другого покоління) . Бутанол, отриманий з біомаси, прийнято називати біобутанолом, хоча його характеристики такі ж, як і бутанолу, отриманого з нафти.

Бутанол почали виробляти на початку XX століття шляхом ферментації з кукурудзи та патоки з використанням бактерії Clostridium acetobutylicum. На виході отримували ацетон, бутанол та етанол (АБЕ). Цей процес відомий як ацетонобутилове бродіння. На перших заводах цільовим продуктом виробництва був не бутанол, а ацетон, використовуваний як розчинник, хоча вихід ацетону (стосовно сировини) був удвічі нижчим від виходу бутанолу. Надалі, після того, як була встановлена більш висока (порівняно з ацетоном) цінністьБутанол як розчинник, він став головним продуктом виробництва. У 50-ті роки ХХ століття, коли нафта на Заході стала дешевшою за цукор, виробництво бутанолу шляхом ферментації з рослинної біомаси витіснив більш дешевий метод синтезу з нафти шляхом гідролізу.

Сьогодні бутанол використовується насамперед як промисловий розчинник. Світовий ринок бутанолу оцінюється в 350 млн. галонів на рік, з яких 220 млн. галонів припадає на частку США.

Те, що у біобутанолу як добавки до моторного палива суттєві переваги перед біоетанолом, фахівці з'ясували зовсім недавно. Завдяки низькому тиску парів біобутанол легко поєднується зі звичайним бензином. Паливна суміш, в якій частка біобутанолу більша за частку етанолу в подібних сумішах, може використовуватися як моторне паливо, причому адаптація двигунів не потрібна. До останнього часу виробництво біобутанолу як паливного компонента було дуже витратним у порівнянні з виробництвом біоетанолу, так як при виготовленні біобутанолу за традиційною технологією ацетонобутилового бродіння, яке саме по собі вельми енерговитратно, для отримання 1 л біобутанолу необхідно 2,8 кг зерна. Для порівняння: для отримання 1 л біоетанолу потрібно лише 1,3 кг зерна. Нині за рахунок застосування нових технологій, переважно селекціонування нових штамів бактерій для бродіння, вихід біобутанолу вдалося збільшити вдвічі.

Рідке біопаливо другого покоління по-російськи

Ще під час другого президентського терміну (наприкінці 2007 року) Володимир Путін заявив, що «потрібно створити умови для промислового випуску установок для виробництва біопалива» і доручив голові Мінсільгоспу опрацювати питання щодо стимулювання виробництва біопалива. Ця заява президента стала імпульсомдля багатьох компаній, що оголосили про нові біопаливні проекти.

Слід зазначити, що це питання вже давно цікавило українських чиновників своєю об'ємністю та розмірами можливих інвестицій. Ось невеликий фрагмент із інформаційно-аналітичних матеріалів, розміщених на сайті Державної думи РФ:

Багато води витекло з того часу. Що ми маємо сьогодні? Да нічого. Деякі підприємства з вище перерахованих вже давно збанкрутували, а вирішення питання про виробництво рідких видів біопалива на базі існуючих підприємств передали держконцерну «Ростехнології» («Ростех»). Керівництво концерну в 2007 році заявило про реалізацію на базі колишнього Тулунського гідролізного заводу в Іркутській області пілотного проекту з випуску біобутанолу другого покоління з деревної сировини. З цією метою було створено ВАТ "Східно-Сибірський комбінат біотехнологій", а оператором проекту виступило ВАТ "Корпорація "Біотехнології"". У цінах 2009 року вартість проекту становила 2,1 млрд. руб. Спочатку планувалося здати об'єкт у 2009 році, але потім терміни постійно переносились.

. Виробництво біопалива на майданчику Тулунського заводу знову виявилося забутим. Однак, як з'ясувалося, не назавжди. Тепер замість палива другого покоління компанія робить спробу налагодити в Пріангар'ї виробництво з тирси звичайних пелет. Чи буде спроба вдалою, передбачити складно. Майданчик для нового виробництва збираються надати муніципальна влада Тулуна та Усть-Ілімська.

Сьогодні ВСКБТ планує будівництво заводу з виробництва паливних пелет. Обсяг заявлених інвестицій – 1,6 млрд руб. Термін закінчення будівництва за бізнес-планом – 2016 рік. Тобто, за три роки інвестори хочуть повністю освоїти кошти. Сьогодні вони займаються пошуком клієнтів та висновкомдоговорів із потенційними споживачами продукції».

Несподіваний поворот нічого не скажеш! Три роки будували виробництво біобутанолу, а тепер на тому ж майданчику ще три роки будуватимуть пелетний завод! Ну, помилилися трохи з інвестиційним проектом – вибачте, виправимося! Подивимося, до речі, у 2016 році, як складеться доля проекту пелетного виробництва у Пріангар'ї. Тут якраз варто ще раз згадати історію радянських гідролізних заводів: Ленінградський гідролізний завод дав свою першу продукцію вже через півтора роки після початку будівництва, Бобруйский – за два, навіть у суворі роки Великої Вітчизняної війни, з 1941 по 1945 рік були введені в експлуатацію Саратовський , Канський, Красноярський, Тавдінський та Волгоградський гідролізні заводи. На дворі ХХI століття, божевільні нафтодолари, і за існуючої інфраструктури, а не в чистому полі, не «з коліс» відповідальні особи примудряються «освоювати» гроші протягом довгих років, та ще й без позитивного результату.

На сайті держкорпорації «Ростехнології» розміщено інформацію майже про сто видів діяльності цієї структури - починаючи з «оборонки», авіації та електроніки аж до управління нерухомістю та винаходом нових систем парашутів. Зокрема, до держкорпорації «Ростехнології» входить холдинг «РТ-Біотехпром», про який можна прочитати: «Холдинг займається одним із найінноваційних напрямів української економіки. Основна мета – підвищення конкурентоспроможності біотехнологічної, медичної та фармацевтичної галузей промисловості України. Один із важливих та перспективних напрямів діяльності холдингу – промислові біотехнології. Їх особлива значимість обумовлена тенденцією переходу на поновлювані ресурси. Наприклад, проект "Ростеху" з розробки та виробництва біопродуктів передбачаєстворення підприємств із глибокої переробки целюлозосодержащих відходів, що дозволить запропонувати ринку альтернативне екологічно чисте паливо та білкові корми з відновлюваних джерел сировини».

Але ці гарні та правильні заяви так і залишаються словами.

Біометанол

Біометанол можна отримати з рослинної біомаси шляхом газифікації або метановим зброджуванням. Але оскільки метанол відрізняється від біоетанолу зниженою теплотою згоряння (близько 16 МДж/л), високою гігроскопічністю, корозійною агресивністю та токсичністю парів, виробництво біометанолу з рослинної біомаси як рідке моторне паливо сьогодні не становить промислового інтересу. До того ж метанол одержують у великих обсягах синтетичним шляхом.

Про інші поширені у світі види рідкого біопалива, такі як біодизель, біонафта, біомасла, для виробництва яких також може використовуватися сировина, що містить целюлозо, ми розповімо в наступному номері журналу.