Жидкое биотопливо: проблемы и перспективы создания и использования

Аннотация

Кольниченко Г. И., Сиротов А. В., Тарлаков Я. В. Жидкое биотопливо: проблемы и перспективы создания и использования
В статье рассмотрены предпосылки к наращиванию производства жидкого биотоплива и дано обоснование научно-исследовательских работ по изучению влияния свойств биотоплива на итоговые характеристики двигателей внутреннего сгорания, работающих в условиях лесного комплекса
Ключевые слова: БИОТОПЛИВО, БИОТЕХНОЛОГИИ, ВОЗОБНОВЛЯЕМОЕ СЫРЬЕ, BIOFUEL, BIOTECHNOLOGY, RENEWED RAW MATERIALS

Основная часть

Сокращение запасов ископаемых углеводородов, повышение стоимости их добычи, а также ужесточение экологических требований делает все более актуальной проблему использования альтернативных источников энергии, в числе которых особое место принадлежит биотопливу.

Существует твердое, жидкое и газообразное биотопливо.

В мире уделяется все больше внимания использованию жидкого биотоплива для дизельных и бензиновых двигателей в виде биодобавок к основному топливу. В связи с этим во многих странах наращивается производство биоэтанола, биодизеля и биобутанола [1], [2].

В Америке и странах американского континента наибольшую популярность приобрел топливный этанол, используемый как вместо бензина, так и в смеси с ним [3]

. В США уже сейчас на производство биоэтанола идет до четверти американского урожая кукурузы. А в Бразилии этанол производят из кукурузы и сахарного тростника в таком количестве, что этанол является серьезным конкурентом традиционному нефтяному топливу.

В Европе широко используется биодизель, сырьем для которого служат различные масла – рапсовое, пальмовое, подсолнечное – и который может применяться как вместо дизельного топлива, так и в смеси с ним.

По аналогии с этанолом смеси с низким содержанием биодизеля не требуют внесения изменений в конструкцию двигателя.

Щедрая поддержка со стороны государств Западной Европы и США привела к заметному росту мощности по производству биоэтанола и биодизеля в этих странах. Только за последние три года производственная мощность этих производств увеличилась примерно в три–четыре раза. Однако следует отметить, что это увеличение сопровождалось ростом цен на продовольствие, что дало повод политикам обвинить биотопливную индустрию в раздувании цен на продовольственные товары. Другими словами, по мнению многих, есть опасение, что производство биотоплива, спасая мир от энергетического кризиса, спровоцирует другой кризис – продовольственный.

Исследования последних лет показывают, что заметный рост цен на продовольствие в мире происходит в основном не из-за безудержного развития биотопливной промышленности, а связан с увеличением населения в развивающихся странах и повышением уровня жизни. Тем не менее, больше внимания стало уделяться биотопливу, которое получают из производств, не конкурирующих с пищевыми отраслями. Например, предпочтительно использование биотоплива, получаемого из соломы и других отходов сельскохозяйственного производства, из отходов древесного производства, а также из водорослей. Сейчас в Японии решается задача, как культивировать водоросли в промышленных масштабах, т.е. как создать поля своей нефтяной водоросли. В американской Силиконовой долине созданы генетически измененные одноклеточные организмы, которые способны из любого органического мусора (солома, опилки и т.д.) делать настоящий этанол. Причем эти бактерии выделяют уже полностью готовую к заправке в моторы жидкость. Первый завод такого топлива, где будут трудиться микроорганизмы, предполагается изготовить и продемонстрировать в работе к 2010 г.

Биотопливо имеет немало преимуществ перед традиционными видами моторного топлива: – биотопливо получают путем переработки продуктов растительного происхождения, что не ухудшает структурный и химический состав почв в системах севооборота; 106 ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2010 ДЕРЕВООБРАБОТКА. ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ – выброс углекислого газа (CO2 ) значительно меньше, чем у обычного топлива; – по сравнению с бензином и дизельным топливом демонстрирует отличные результаты по показателям продуктов сгорания монооксида углерода, остаточных частиц и сажи; – в биотопливе по сравнению с минеральными аналогами почти не содержится серы; – при попадании на биологические объекты биотопливо не причиняет вреда ни растениям, ни животным, ни водным источникам. Кроме того, оно подвергается практически полному биологическому распаду.

Внедрение биодобавок приведет к существенному уменьшению вредных выбросов в атмосферу и значительно улучшит экологическое состояние планеты при сложившихся обстоятельствах глобального потепления.

В странах мира намечены следующие масштабы такого внедрения:

– ЕС планирует достижение к 2020 г. 10 % доли биотоплива в общем количестве топлива, используемого транспортом;

– Китай к 2020 г. планирует достижение 15 % такой доли биотоплива;

– Индия планирует увеличение этой доли до 10 % к 2010 г.;

– Австралия стремится к 5–6 % к 2020 г.;

– США планирует увеличить потребление биотоплива более чем в 10 раз к 2030 г. по сравнению с объемом потребления в 2010 г. [4].

Наряду с этанолом и биодизелем получает все большее распространение биотопливо второго поколения – биобутанол. Это синтетическое топливо, которое не содержит серу и ароматизаторы, при сгорании выделяется мало побочных веществ, и оно имеет хороший баланс CO2 . Его можно получить из любого вида биомассы, т.е. для его получения можно использовать отходы лесозаготовок и лесопереработки (древесные опилки, стружки, щепу), а также энергетическую древесину, остатки кормовых культур и др. отходы сельскохозяйственного производства.

Как известно, Россия обладает огромными резервами углеводородов и еще долго будет оставаться основным поставщиком традиционных энергетических ресурсов в мире.

Но в отличие от традиционных энергоресурсов использование биотоплива сокращает выброс парниковых газов, поскольку при сгорании биотоплива в атмосферу возвращается углерод, который ранее поглотили растения. У ископаемых топлив – другое дело: углерод в их составе миллионы лет оставался законсервированным в земных недрах, и когда он попадает в атмосферу, концентрация углекислого газа на поверхности планеты повышается. Таким образом, при использовании биотоплива не происходит накопление углекислого газа в атмосфере, приводящего к парниковому эффекту, что благотворно скажется на выполнении Россией требований Киотского протокола и создаст дополнительные резервные условия для развития промышленности.

Развитые страны, оценив высокую перспективность получения моторного топлива из возобновляемого сырья, включили это направление в число приоритетных и обеспечили поддержку на государственном уровне. В результате сегодня доля США в мировом объеме биотехнологической продукции составляет 42 %, Евросоюза – 22 %, Китая – 10 %, Индии – 2 %, а доля России составляет всего лишь около 0,2 % [4]

.

Поэтому в России уже идет работа по созданию новой высокотехнологичной отрасли по производству биотоплива из отходов непищевых и самых дешевых источников и прежде всего из отходов деревообработки. В этом плане у нашей страны экономически выгодные позиции.

В России, также как и в Бразилии, сосредоточены основные лесные массивы планеты, в связи с чем остро стоит проблема более эффективного их использования, в том числе посредством сокращения экспорта круглого леса, внедрения безотходных технологий и технологий глубокой переработки древесины, что связанно с проблемой утилизации отходов деревообработки, которые являются сырьем для получения биотоплива [5]. И это сырье в 5–6 раз дешевле зерна.

При активном участии госкорпорации Ростехнология уже создана корпорация Биотехнологии. Это открытое акционерное общество. Им разработана и продвигается программа создания российского рынка экологически ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2010 107 ДЕРЕВООБРАБОТКА. ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ чистых присадок к бензинам. Напомним, что постановлением правительства РФ утвержден технический регламент требований к качеству топлива. На смену экологическому стандарту для топлива Евро-2 придет в текущем году Евро-3, а в 2010–2013 гг. уже будет действовать Евро-4, предполагающий использование пятипроцентной присадки к бензинам.

Основная цель программы корпорации Биотехнологии – замещение пятипроцентной доли российского рынка бензинов за счет применения этанола и бутанола.

Россия – единственная страна в мире, имевшая развитую промышленность по производству спирта из непищевого растительного сырья. За основу новой технологии и в целом всей отрасли по производству биотоплива взяты производственные площадки бывших гидролизных заводов и предприятий спиртовой промышленности. Предполагается до 2020 г. в зонах переработки отходов построить или модернизировать порядка 30 заводов. К этому времени российская биотопливная отрасль может иметь капитализацию более 5 млрд долл. Данный проект реализуется на основе принципа частногосударственного партнерства. Финансирование – на долевой основе: 50 % за счет федерального бюджета, а 50 % из внебюджетных источников.

Реализация на практике разработанного корпорацией проекта Развитие биотехнологии в РФ в 2008–2020 гг. позволит осуществить масштабное преобразование в экономике с обеспечением равновесия топливного баланса страны и решения важнейших технических, экологических и социальных задач.

В России в течение 2007–2008 гг. было заявлено около десяти проектов по производству биодизеля и биобутанола. На средства корпорации Биотехнологии, например, в Иркутской области запущен пилотный проект по производству биотоплива (Тулунский топливный завод). В числе реализуемых проектов уникальная технология производства биоэтанола из отходов деревообрабатывающей промышленности, разработанная и внедренная на Кировском биохимическом заводе (БХЗ). В этой технологии в качестве исходной биомассы используются опилки и другие отходы лесной и деревообрабатывающей промышленности. Таким образом, при ее реализации не затрагивается продовольственный сектор экономики. Вложенные в реконструкцию Кировского БХЗ 60 млн руб. окупятся уже через 2 года за счет производства конкурентоспособного по цене биоэтанола. Важным фактором низкой его себестоимости станет отсутствие необходимости транспортировки биомассы из других регионов [3]

.

Большинство биотоплив значительно отличаются по физико-химическим свойствам от традиционных жидких углеводородных топлив. Поэтому весьма важной задачей является изучение влияния свойств биотоплива на итоговые показатели работы двигателя (эксплуатационные, экономические, экологические). В проведении указанной работы особенно заинтересованы лесной, агропромышленный и транспортный секторы экономики России с их многочисленными двигателями внутреннего сгорания. Общепризнано, что разработка и внедрение двигателей с использованием возобновляемых источников энергии, в том числе биотоплива, является одним из приоритетных направлений в области механизации, электрификации и автоматизации перечисленных выше секторов экономики страны. В первую очередь, это относится к дизельным двигателям, которые являются важнейшей составной частью дизельных электростанций (стационарных и передвижных), широко применяемых в районах страны без централизованного электроснабжения.

В условиях лесного комплекса имеются огромные возможности применения биотоплива и традиционного топлива с биодобавками, так как многие энергопотребители лесных отраслей располагаются в местах, удаленных от централизованных источников энергоснабжения.

Список использованной литературы

1. Мировая Энергетика. – 2007. – № 10 (46).
2. Мировая Энергетика. – 2008. – № 9 (57).
3. Валенчук, О. Не панацея, а реальная альтернатива / О. Валенчук // Независимая газета – 29 сентября 2008 год.
4. Биоинформатика [Электронный ресурс] URL: http://www.rusbiotech.ru/
5. Лесная биоэнергетика: учебное пособие / под ред. Ю. П. Семенова. – М. : ГОУ ВПО МГУЛ, 2008. – 348 с.