Производство жидкого биотоплива в мире и Российской Федерации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Производство жидкого биотоплива в мире и Российской Федерации

Согласно российскому стандарту «Энергетика биоотходов. Термины и определения» (введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 декабря 2007 г. № 424-ст.), отходы - это остатки продуктов или дополнительный продукт, образующийся в процессе или по завершении определенной деятельности и не используемый в непосредственной связи с этой деятельностью. Различают отходы производства и отходы потребления. Под биомассой понимаются все виды веществ растительного и животного происхождения, продукты жизнедеятельности организмов и органические отходы, образующиеся в процессах производства, потребления продукции и на этапах технологического цикла отходов. Биотопливо - это твердое, жидкое или газообразное топливо, получаемое из биомассы термохимическим или биологическим способом. В новом веке глобальное производство жидкого биотоплива неуклонно росло и в 2009 г. достигло 1635,5 тыс. барр./сут., т.е. примерно 2,2% мировой действующей мощности нефтеперерабатывающих предприятий (в 2005 г. - 0,9%). Таким образом, несмотря на значительное внимание средств массовой информации к данному сегменту энергетического рынка, этот энергоноситель не оказал серьезного влияния на мировую структуру потребления жидких видов топлив. В 2009 г. в тройку мировых лидеров по выпуску биотоплива входили США (45,6% мирового производства), Бразилия (29,2%) и ФРГ (3,9%).

Таблица. 1. Мировое производство биотоплива (источник: EIA)

газообразный топливо биологический

В настоящее время жидкое биотопливо первого поколения (этанол и биодизельное топливо) в промышленных масштабах выпускается из сахароносных и крахмалистых культур, а также масел растительного и животного происхождения, при этом эксплуатационные характеристики конечного продукта зависят от вида исходного сырья.

Биодизельное топливо (БТ) - это сложный метиловый эфир, получаемый из масел растительного или животного происхождения и используемый в основном в качестве добавки в традиционное дизельное топливо. Данный энергоноситель может производиться из более чем 50 видов масличных культур (подсолнечника, рапса, сои, хлопка, льна, пальмы, арахиса и т.д.). Имеются также сведения о получении его из горчицы, фундука, оливы и бука. Технологический процесс производства БТ достаточно простой: масло семян очищается от механических примесей, затем в него добавляется метиловый спирт и щелочь, которая служит катализатором реакции переэтерификации, и затем смесь нагревается до 50 °С. После охлаждения жидкость расслаивается на две фракции - легкую (метиловый эфир - биодизель) и тяжелую (глицерин). Основными сельскохозяйственными культурами для производства БТ являются рапс, подсолнечник, соя и пальма. Животные жиры и отходы пищевых жиров пока не получили широкого распространения.

Рапс имеет высокую урожайность, а рапсовое масло - достаточно высокую стойкость к окислению и относительно низкое содержание йода (менее 120 ед.). Он благоприятно влияет на структуру почвы и позволяет увеличивать урожайность зерновых культур при севообороте. В Европе, исходя из текущей конъюнктуры, уровня производственных издержек, доступности и требуемых физико-химических характеристик, наиболее подходящим для производства БТ является рапсовое масло, которое может быть использовано в качестве основы моторного топлива (смесь рапсового масла и традиционного дизельного топлива получила название смесевого дизельного топлива -«биодит») или его компонента (в виде метилового эфира рапсового масла - МЭРМ). Рапсовое биодизельное топливо отвечает европейскому стандарту EN 14214 и может использоваться в зимних условиях региона.

Урожаи подсолнечника ниже, чем аналогичный показатель у рапса, и его выращивание рентабельно в странах с теплым и сухим климатом. Содержание йода в подсолнечном масле превышает уровень в 120 ед., поэтому при производстве БТ его смешивают с другими видами масел.

Масло сои в качестве сырья для изготовления дизельного биотоплива получило широкое распространение в США и Аргентине. Оно имеет повышенное содержание йода (более 120 ед.), но американский стандарт D-6751-02 не содержит ограничений по данному показателю.

Масло, полученное из пальмы, широко используется в Малайзии, однако пальмовый биодизель может применяться в регионах с теплым климатом (или в смеси с другим топливом), поскольку он теряет необходимую текучесть при температурах ниже 11 °C.

Животные жиры и отходы пищевых жиров содержат повышенное количество полимеров и используются в основном в государствах, где стоимость такого сырья невысока.

Применение других видов растительных и животных масел нуждается в дополнительных исследованиях. Например, в Никарагуа начаты работы по производству биодизельного топлива из ореховых масел, в Греции - из хлопкового масла.

В ЕС примерно 80% биодизельного топлива изготавливается из рапса, урожайность которого позволяет производить примерно 1190 л масла с 1 га (для сои данный показатель составляет 446 л, льна - 478 л, арахиса - 1059 л, пальмы - 5950 л), при этом из 1 т растительного масла и 111 кг спирта (в присутствии 12 кг катализатора) вырабатывается около 970 кг (1100 л) биодизеля и 153 кг первичного глицерина.

Таблица 2. Мировое производство биодизельного топлива (источник: EIA)

В 2005-2009 гг. мировая выработка биодизельного топлива увеличилась в 4 раза.

Биоэтанол первого поколения (этиловый спирт) получают путем переработки растительного крахмалосодержащего сырья (пшеницы, кукурузы, сахарного тростника, сахарной свеклы, отходов сельскохозяйственных культур и т.п.), доля которого в себестоимости конечного продукта составляет 70-80%.

Таблица 3. Выработка биоэтанола из 1 т сырья (источник: «Cleandex»)

Издание «Химия и химики» приводит следующие расчетные данные по выработке этанола из 1 т сырья по сухому весу (л): кукуруза (зерно) - 470, стебли кукурузы - 427, рисовая солома - 415, отходы очистки хлопка - 215, лиственные опилки - 381, багасса - 421, макулатура - 439.

Таблица 4. Производство сырья и примерная стоимость этилового спирта (источники: «Коммерческая биотехнология», «Renewable energy world, 2004»)

В 2005-2009 гг. глобальный выпуск этанола увеличился в 2,3 раза, а мировыми лидерами по его производству являлись Бразилия, США и Китай.

Таблица 5. Мировое производство этанола (источник: EIA)

В настоящее время в транспортном секторе биоэтанол используется как основное топливо, так и в качестве добавки в традиционный бензин. В США, Европе, Австралии и Таиланде широкое распространение получило БТ марок «E-5», «E-7», «E-10» и «Е-85» (доля спирта - 5, 7, 10 и 15% соответственно). Указанные виды моторного топлива (доля этанола - менее 20%) могут использоваться в традиционном бензиновом двигателе внутреннего сгорания (ДВС) без внесения в его конструкцию соответствующих изменений. Масштабная реализация топлива «Е-20» (20% этанола, 80% бензина) может быть начата в США в 2013 г., так как его применение предусматривает модернизацию ДВС. В Бразилии и Аргентине биоэтанол реализуется практически в чистом виде под маркой «E-100» (содержание биоэтанола - 96%, воды - 4%), но его воспламенение нестабильно при температуре окружающей среды ниже 15 °C, поэтому местные транспортные средства с ДВС типа «Flex-Fuel» оборудованы небольшим дополнительным баком для бензина, который служит для первоначального запуска двигателя в условиях относительно низких температур. Кроме того, ввиду более низкой энергоемкости этанола его расход на единицу пробега ТС примерно на 25-37% больше, чем аналогичный показатель для углеводородного энергоносителя.

Ведущим производителем биотоплива первого поколения являются США, где основным сырьем для выпуска биодизельного топлива служит соя, а биоэтанола - кукуруза. В стране создана система сбора и переработки отходов алкогольной промышленности в биотопливо, которое в статистике «DOE» учитывается в разделе переработки древесных отходов и отходов производства алкогольной продукции. Американское биодизельное топливо (торговая марка «В-99») экспортируется в Европу и реализуется по более низким ценам, чем европейский аналог, и это, по мнению Еврокомиссии, негативно влияет на рентабельность региональных производств и сроки окупаемости новых проектов. Внутренний рынок этанола в США защищен достаточно высокими ввозными пошлинами, что препятствует расширению импорта данного энергоносителя из Бразилии. В 2004-2008 гг. в стране потребление энергии, произведенной с использованием биомассы, увеличилось на 28%.

Таблица 5. Среднегодовое потребление энергии, выработанной с использованием биомассы, промышленных и бытовых отходов, в США (источник: EIA)

В августе 2005 г. в США были приняты «Энергетический билль» («Energy Policy Act of 2005») и «Стандарт по производству топлива из ВИЭ» («Renewable Fuels Standard:»), которые предусматривают к 2012 г. расширение производства этанола из зерновых культур до 30 млрд л в год, а из целлюлозы (стебли кукурузы, рисовая солома, отходы лесной промышленности и т. д.) - до 3,8 млрд л/год.

В Аргентине минимальное содержание биотоплива в традиционном моторном топливе (бензине и ДТ) регулируется законом и в 2010 г. оно составило 5%. Правительство страны поддерживает компании данного сектора энергетики путем предоставления им налоговых льгот.

В Бразилии в структуре внутреннего потребления моторного топлива доля этанола, получаемого из сахарного тростника, составляет около 18%. В стране подавляющее большинство новых автомобилей (более 90%) имеют оборудование, позволяющее использовать смесь бензина и этанола или чистый этанол. Несмотря на высокий потенциал биотопливной промышленности, в 2010 г. внутреннее производство этанола и его экспорт снизились по сравнению с аналогичными показателями 2009 г. из-за резкого роста цен на сырье и снижения внешнего спроса. В сфере биотоплива конкурентным преимуществом Бразилии является достаточно низкая себестоимость производства за счет невысоких затрат на оплату труда и ее географическое положение, поэтому ряд ведущих мировых энергетических концернов («Schell», «BP» и др.), а также компании из США, Европы и Азии участвуют в совместных проектах по производству биотоплива первого поколения из сахарного тростника и отходов древесины и расширению соответствующей инфраструктуры (в том числе в строительстве трубопровода от мест масштабного производства биотоплива до морских портов Парана и Сан-Паолу. Следует отметить, что в 2009 г., по данным Министерства энергетики Бразилии, в структуре производства первичной энергии доля невозобновляемых источников энергии составила 51,6%, ВИЭ - 48,4%, в том числе сахарного тростника и его отходов - 19,0%, энергии воды - 13,4%, древесины - 12,4%).

В Евросоюзе, по данным «European Biodiesel Board» («ЕDB»), в 2008 г. выпуск биотоплива увеличился на 35,7% по сравнению с аналогичным показателем предыдущего года (в 2007 г. - на 16,8%, 2006 г. - на 54%, 2005 г. - на 65%). Катализатором развития отрасли являлись высокие мировые цены на нефть, однако и в 2009 г., вопреки логике кризисной экономики, суммарная установленная мощность оборудования по выпуску биотоплива расширилась на 31% к уровню 2008 г.

Таблица 6. Производство биотоплива в ЕС (источник: EВВ)

В объединенной Европе многие страны ежегодно увеличивают выпуск данного энергоносителя в соответствии с требованиями Еврокомиссии в части реализации программы «20-20-20», хотя Евросоюз не располагает значительными возможностями по расширению посевных площадей. Согласно предварительным оценкам, в 2010 г. в ЕС в суммарном потреблении моторных топлив доля биодизельного топлива может достичь 5,75% (в 2008 г. - 2%). Для этого необходимо переработать примерно 13,4 млн т растительных масел (из них рапсового - около 80%).

На территории СНГ первым крупным производителем биоэтанола стал Казахстан, где в 2006 г. был введен в эксплуатацию завод мощностью 57 тыс. спирта в год (годовая потребность в пшенице - 220 тыс. т). Тем не менее, в долгосрочной перспективе, согласно новой редакции закона о ВИЭ от 6 июля 2009 г., в стране основное внимание будет уделяться энергии солнца и ветра, при этом целью является увеличение к 2024 г. доли возобновляемых источников энергии до 5%.

Россия имеет значительный потенциал ВИЭ, включая промышленные, сельскохозяйственные и лесные ресурсы. Согласно оценке министерства сельского хозяйства РФ, в промышленности образуется более 390 млн т. отходов в год (по сухому веществу), в секторе лесо- и деревообработки - 700 млн т, в ЖКХ (твердые бытовые отходы) - 70 млн т (из них 10 млн приходится на коммунальные стоки). По данным ФГНУ «Росинформагротех», потенциал агропромышленного комплекса страны оценивается в 773 млн т отходов, из которых можно произвести 66 млрд м3 биогаза и 112 млн т удобрений. При этом эффективное использование и переработка в биотопливо растительных и древесных отходов может позволить сократить зависимость предприятий от централизованного энергоснабжения.

Распоряжением правительства РФ № 1-р от 8 января 2009 г. были утверждены «Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе возобновляемых источников энергии на период до 2020 г.», согласно которым в среднесрочной перспективе потребуется увеличение производства различных видов энергоносителей, в том числе биомассы.

Следует отметить, что в последние несколько лет в России ежегодно перерабатывается около 3 млн т маслосемян (из них подсолнечника - 89%, сои - 9%, горчицы - 0,4%, рапса - 1,6%), при этом выход масла составляет около 40%.

В РФ данная сфера энергетики развита слабо. В 2005 г., по данным Министерства сельского хозяйства РФ, мощности по производству топливного этанола составили 1,5 млрд л в год, однако в 2008 г. было выпущено менее 500 млн л данного энергоносителя (из растительного сырья и отходов древесины). В настоящее время некоторые регионы имеют планы по расширению производства жидкого биотоплива (Татарстан, Омская, Томская, Волгоградская, Липецкая, Пензенская, Ростовская и ряд других областей).

В стране основными факторами, сдерживающими развитие отрасли, являются высокие акцизные ставки в производстве спирта, отсутствие нормативной базы, стимулирующей производство топливных смесей и их реализацию в розничной сети, неготовность транспортного сектора к потреблению подобных энергоносителей по техническим причинам, а также специфические особенности биотоплива (высокая температура замерзания, более низкая теплотворность по сравнению с традиционным моторным топливом и др.). Кроме того, расширение выпуска биотоплива без соответствующих мер поддержки сельского хозяйства может стать причиной снижения рентабельности животноводства в случае увеличения цен на зерно, кукурузу, и другие культуры в связи с ростом спроса на них со стороны производителей БТ, а также привести к дефициту зерна на внутреннем рынке.

Некоторые аналитики полагают, что в последние несколько лет развитие «чистой» энергетики привело к значительному повышению цен на ряд продовольственных товаров, поскольку между компаниями энергетического сектора и предприятиями продовольственной сферы обострилась конкуренция за право обладания сырьевыми ресурсами.

В сегменте биодизельного топлива можно попытаться оценить степень влияния БТ на рынок растительных масел, которые являются основным сырьем для выпуска этого энергоносителя. Так, в 2005-2009 гг. численность населения планеты увеличилась на 3,3%, производство 8-ми основных видов растительных масел - на 22%, а БТ - примерно в 4 раза. Поскольку из 1 т масла может быть изготовлено в среднем 0,9 т биодизельного топлива, то в 2005 г. в сектор БТ поступило 4,3 млн т растительных масел, т.е. 4,0% их суммарного производства, а в 2009 г. соответствующие показатели составили 17,1 млн т и 13,1%. Тем не менее, мировое потребление указанных растительных масел на душу населения увеличилось с 2,2 кг в 2005 г. до 2,3 кг в 2009 г. Таким образом, по нашему мнению, в рассматриваемый период в глобальной экономике сектор биодизельного топлива не вступал в жесткую конфронтацию с продовольственным сегментом, поскольку расширение выпуска растительных масел соответствовало приросту населения Земли и перекосы в перераспределении сырьевых ресурсов в пользу энергетических компаний могли происходить лишь в отдельных регионах мира. Рост цен на растительное масло и изделия из него может объясняться стремлением некоторых государств увеличить производство биотоплива с целью снижения потребления углеводородных энергоносителей (в ущерб продовольственной сфере), увеличением финансовых затрат, связанных с перераспределением данных продовольственных товаров по каналам внешней торговли, а также спекулятивной составляющей.

Что касается биоэтанола, то в его производстве используются не только сельскохозяйственные культуры, но и отходы различных отраслей экономики (пищевой промышленности, лесной отрасли и т. д.), поэтому достаточно затруднительно оценить степень влияния этого энергоносителя на продовольственную сферу, хотя по косвенным признакам, например, по площади посевных площадей под соответствующие культуры, можно предположить, что определенная зависимость имеется. Так, в 2009 г. в США посевы кукурузы и сои увеличились на 2%, хлопка - на 18% (до 87,9 млн, 78,9 млн и 10,9 млн акр. соответственно), при этом аналогичный показатель для пшеницы сократился на 8% (до 54,3 млн акров) к уровню 2008 г.

Таблица 7. Численность населения, производство растительного масла и биодизельного топлива в мире (источники: «World Bank», «EIA», «Oil world», «British Petroleum», расчеты автора)

1) Производство 8 основных видов растительных масел (пальмовое двух видов, соевое, хлопковое, арахисовое, подсолнечное, рапсовое и кокосовое) за соответствующие сельскохозяйственные годы.

В приведенных данных обращает на себя внимание такой показатель, как доля земель сельскохозяйственного назначения, который в 2005-2009 гг. остался практически неизменным - примерно 38% суши. Это свидетельствует о том, что для наращивания выпуска технической биомассы необходимо использовать как интенсивные методы ведения хозяйства, так и перераспределение территорий посевов и освоение новых земель, поэтому дальнейшее увеличение производства жидких видов биотоплива первого поколения может привести к более широкому и слабо контролируемому использованию генетически измененных культур, пестицидов и других химических препаратов, а также уменьшению площади посевов пищевых культур. Кроме того, в мире из-за нелегальной вырубки деревьев с целью несанкционированного расширения «энергетических» плантаций сокращается площадь тропических лесов, которые вносят значительный вклад в сохранение окружающей среды.

Технологии производства биотоплива второго поколения предусматривают переработку лигноцеллюлозной биомассы, получаемой из непищевого сырья, водорослей, промышленных и бытовых отходов и т.д., которая, однако, более устойчива к расщеплению по сравнению с крахмалом, сахаром и маслом. Этому направлению развития сферы ВИЭ уделяется повышенное внимание как со стороны руководителей государства, представителей науки и общественных организаций, так и со стороны бизнеса, поскольку, по мнению многих аналитиков, это является перспективным направлением развития «чистой» энергетики, а также средством устранения растущих противоречий между сельскохозяйственными производителями продовольственной сферы и энергетических компаний.

Новые методы выпуска БТ являются более сложными и дорогостоящими, хотя на этапе подготовки сырья к переработке производственные затраты ниже, чем аналогичный показатель для биотоплива первого поколения. Непосредственное преобразование целлюлозы в этанол включает расщепление целлюлозного и гемицеллюлозного компонентов биомассы до сахаров, из которых затем получают этанол путем ферментации. Первая стадия этого технологического процесса представляет сложную техническую задачу, что и является основным препятствием для организации промышленного производства биотоплива второго поколения.

Следует отметить, что целлюлозная биомасса (ЦБ) - наиболее распространенный биологический материал на земле, а его потенциальным источником являются все целлюлозные отходы, в том числе отходы сельского хозяйства (солома, стебли, листья и т.д.), лесоводства, переработки некоторых видов сырья (ореховая скорлупа, багасса сахарного тростника, опилки и пр.), а также органические компоненты муниципальных отходов и другие источники. Однако чрезмерное извлечение ЦБ из естественного оборота может иметь негативные последствия для окружающей среды, поскольку разлагающаяся биомасса играет важную роль в сохранении баланса природных процессов, т.е. поддержания необходимого уровня плодородия и естественной структуры почвы. По мнению специалистов Департамента энергетики США, с энергетической и экологической точки зрения зерновой этанол превосходит все виды топлива из ископаемого сырья, а этанол, произведенный из биомассы (целлюлозы), будет следующим значительным шагом в развитии данного направления.

В качестве источника сырья для топлива второго поколения наиболее перспективными считаются специальные целлюлозные энергетические культуры (ЦЭК), к которым относятся древесные культуры с коротким вегетационным периодом, например ива, гибридный тополь и эвкалипт, а также травянистые культуры (мискантус, просо прутьевидное, канареечник тростниковидный и др.). По сравнению с крахмалистыми и масличными культурами, которые используются для выработки биотоплива первого поколения, ЦЭК способны производить большее количество биомассы из расчета на 1 га земли, поскольку в качестве сырья для переработки в топливо может использоваться все растение, включая корневую систему. Более того, некоторые быстрорастущие многолетники, например, древесные культуры и высокотравье, могут произрастать на бедных, истощенных почвах, где выращивание продовольственных культур невыгодно из-за эрозии почвы или других ограничений. Оба этих преимущества могут позволить снизить растущую конкуренцию за земельный ресурс между энергетическими компаниями и производителями продовольствия и кормов. Серьезным недостатком некоторых видов ЦЭК является их негативное влияние на водные и биоресурсы, а также сельское хозяйство в целом из-за высокой скорости расширения ареала произрастания в случае ослабления контроля за посадками.

Таким образом, одним из приемлемых методов получения необходимого сырья может служить организация плантаций ЦЭК с высокой плотностью посадки. Периодичность сбора урожая составляет 2-5 лет, а проведение селекционной работы может позволить значительно увеличить (в 3-4 раза) производство сырья. Для посадок ЦЭК могут быть использованы заброшенные угодья и свободные площади, в том числе для организации лесозащитных полос.

Одним из перспективных видов сырья являются также водоросли, которые обладают более высокой энергоемкостью, чем соя и рапс. Так, из одного акра посевов сои в год производится 189 л биотоплива, рапса - 568 л, морских водорослей - в десятки раз больше - около 40 тыс. л (примерно 37,8 т).

Использование муниципальных бытовых отходов (твердых и жидких) для производства энергоносителей в основном обусловлено проблемой их утилизации методом захоронения (нехваткой соответствующих площадей, а также негативным влиянием мусорных полигонов на окружающую среду), поэтому пока их вклад в суммарное производство жидких энергоносителей незначителен.

С целью расширения выпуска жидкого биотоплива второго поколения в ряде стран ведутся соответствующие НИОКР и даже созданы некоторые экспериментальные производства. Так, в США еще в 1978-1996 гг. Министерство энергетики страны осуществляло работы по программе «Aquatic Species Program». В течение нескольких лет американские специалисты в открытых прудах площадью примерно по 1 тыс. кв. м выращивали водоросли, суточная урожайность которых превысила 50 г биомассы с 1 кв. м. Основной проблемой данной технологии являлась сложность поддержания постоянного температурного режима, поэтому было решено, что наиболее благоприятными условиями для промышленного производства биотоплива из водорослей располагают штаты Калифорния, Гавайи и Нью-Мексико. Согласно проведенным на тот период времени расчетам, примерно 200 тыс. га прудов (менее 0,1% земель США, пригодных для этих целей) позволяют обеспечить примерно 5% внутреннего спроса США на моторное топливо, однако широкому распространению этого метода в конце 90-х годов помешали низкие мировые цены на нефть.

Кроме выращивания водорослей в открытых прудах, существуют технологии производства биомассы в малых биореакторах, находящихся вблизи электростанций, поскольку тепло ТЭЦ способно обеспечить до 77% потребностей в тепловой энергии, необходимой для выращивания водорослей. По данным американской компании «Solix», для обеспечения внутреннего спроса США на дизельное топливо из водорослей потребуется примерно 0,5% земель сельскохозяйственного назначения. Кроме того, водоросли активно поглощают СО2, что может позволить снизить затраты на улавливание и хранение углекислоты.

Американские экологи предлагают также выстилать водорослями пути следования нефтяных танкеров и других крупных судов, которые оставляют за собой «углекислый след», при этом «зеленый ковер» будет поглощать не только вредные выхлопы, но и СО2, что позитивно отразится на скорости увеличения биомассы.

В середине 2000-х годов группа ученых США под руководством Т. Адамса из Университета Джорджии разработала технологию получения биотоплива из древесных стружек. Исследования специалистов из «University of Maryland», начавшиеся с изучения бактерий из Чесапикского залива, привели к созданию метода производства биотоплива из растительных отходов, бумаги, остатков пивного сусла, непереработанной продукции сельского хозяйства, включая солому, сердцевину и оболочку кукурузных початков и др. Авторы технологии - С. Хатчесон и Р. Вайнер, разработчик - компания «Zymetis». Специфика данного метода заключается в использовании бактерии «S.degradans», которая вырабатывает фермент, способный с высокой скоростью перерабатывать сырье в сахар. В условиях масштабного производства предполагается применять вещество «Ethazyme», и это позволит снизить производственные издержки, а также количество токсичных химических отходов.

В Канаде компания «Dynamotive» создала опытное производство по получению из канализационных стоков биодизельного топлива, которое может использоваться как для производства тепловой энергии, так и в транспортном секторе. Специалисты компании рассматривают возможность широкой коммерциализации этой идеи.

Бразилия в кооперации с США разрабатывает новые технологии по производству биодизельного топлива из отходов сахарного тростника и биоэтанола из лигноцеллюлозной биомассы методом ферментации.

В Европе лидирующие позиции по выпуску биотоплива занимает ЕС, где совокупность законодательной базы и потребностей автотракторного рынка активно стимулирует рост производства данного энергоносителя. В европейской части континента наиболее энергоемким растением для выпуска биотоплива второго поколения является быстрорастущая ива (для субтропической и тропической зоны Европы - эвкалипт). Неплохими энергетическими показателями обладает также мискантус (многолетнее растение с низкой потребностью в удобрениях и воде, обладает повышенным фотосинтезом и благоприятно влияет на структуру почвы, урожайность - 50-75 т/га). При этом по оценкам европейских экспертов, энергетический потенциал ивы и эвкалипта превышает аналогичный показатель для ветра или солнца за счет стабильности поставок сырья, что позволяет вырабатывать «чистую» энергию в постоянном режиме.

В ЕС одним из программных документов, определяющих цели, задачи и пути развития сферы биотоплива, является «Европейская биотопливная технологическая платформа» («European Biofuels Technology Platform» - «EBTP»).

В указанном документе приводятся 7 основных направлений развития данного сегмента энергетики, разделенных на два блока в зависимости от применяемой технологии. К первому сегменту относится производство биотоплива на основе термохимических процессов:

· выпуск синтетического жидкого топлива путем газификации биомассы (основной сектор применения - реактивные и дизельные двигатели);

· выпуск синтетического газообразного топлива (биометана и др.) путем газификации биомассы (замещение природного газа и производство газообразного сырья);

· выработка электроэнергии из биотоплива, полученного путем газификации (энерго- и теплоснабжение предприятий);

· выпуск биотоплива на основе прочих термохимических технологий (энерго- и теплоснабжение, добавки в традиционное моторное топливо).

Второй блок ориентирован на развитие химических и биологических технологий производства биотоплива:

· выпуск этанола и других спиртов из сахаросодержащего сырья, в первую очередь из лигноцеллюлозной биомассы (основной потребитель - транспортный сектор);

· производство углеводородного сырья путем биологических и химических преобразований биомассы (топливо для реактивных и дизельных двигателей);

· выпуск биотоплива на основе реакций поглощения СО2 и фотосинтеза путем использования микроорганизмов (топливо для реактивных и традиционных двигателей внутреннего сгорания).

Европейские эксперты не исключают и другие способы использования биомассы, являющиеся комбинацией указанных технологий, а также внедрение иных «ноу-хау» в зависимости от нужд производителя (потребителя) сырья и энергии. По их оценке, окончательное формирование основных направлений развития биотопливной энергетики произойдет в период до 2015 г., а в ближайшие 10 лет для становления каждой из указанных 7 технологий потребуется 6 - 8 млрд. евро, при этом по каждому направлению будет создано от одного до трех опытных промышленных производств.

В настоящее время в ЕС реализуется крупный проект «Optfuel», нацеленный на совершенствование технологии «BТL» («biomass-to-liquid») и выпуск в промышленных масштабах синтетического топлива из древесины и древесных отходов. В состав участников «Optfuel» входят 10 компаний из пяти стран (разработчик проекта - германская «Syncom», автоконцерны «Volkswagen», «Ford», «Renault-Nissan», компания «Choren Industries», европейское объединение нефтедобывающих фирм по защите окружающей среды и охране здоровья «Concawe», разработчик технологий моделирования, расчета параметров и оптимизации производственных процессов «Invensys Process Systems», научно-исследовательские организации «IfP» (Франция), «Certh» (Греция), а также индийская «IITD»).

Указанный проект предполагает выращивание быстрорастущих деревьев (ивы, тополя и белой акации) на земельном участке площадью 200 га, производство древесного сырья и его последующую газификацию при температуре 1400 °С. В 2009 г. мощность опытного завода, расположенного в г. Фрайберг (ФРГ), составила примерно 15 тыс. т биотоплива в год, а в среднесрочной перспективе, по мере совершенствования технологического процесса и увеличения поставок сырья, данный показатель может достичь 200 тыс. т в год. Автопроизводители - участники проекта планируют использовать выпускаемое биотопливо в производстве высококачественных горючих смесей для дизельных двигателей. Финансовая поддержка проекта со стороны ЕС может составить 7,8 млн евро.

В ФРГ германская группа предприятий молочной промышленности «Theo Mueller» совершенствует технологию выпуска биоэтанола из отходов молочной промышленности. Предполагается, что в краткосрочной перспективе на фабрике, размещенной в Саксонии, будет производиться до 10 млн л биоэтанола в год.

В Испании компания «Bio Fuel Systems» разработала технологию производства биодобавок для дизельного топлива, где сырьем являются водоросли, искусственно выращиваемые в любых водоемах. Процесс основан на реакции фотосинтеза.

В Финляндии предприятия «UPM» и «Lassila and Tikanoja» совместно с Институтом технических исследований («VTT») создали технологию по выработке этанола из бумажных отходов и раствора, образующегося после смыва печатной краски с использованной печатной продукции. Цех по производству топлива из вторичного сырья может располагаться как на предприятии по переработке отходов, так и на целлюлозно-бумажном комбинате. Согласно расчетам «VTT», по экологическим причинам наиболее эффективным является использование таких отходов, как бумага, картон и пластик.

В Великобритании ряд фирм проявляет интерес к выпуску биодизельного топлива из отработанного растительного масла, объем которого оценивается в 70 млн л в год, из них значительную часть представляют отходы мелких торговых точек, реализующих традиционное блюдо быстрого питания «Chips and Fish». Производство биоэнергоносителя может быть организовано также в сетевых кафе и на заводах по выпуску чипсов. Технология переработки указанного сырья достаточно проста: отработанное масло очищается от механических примесей и смешивается с метиловым спиртом с целью отделения глицерина. Конечный продукт по молекулярному составу близок к традиционному ДТ, при этом его стоимость примерно на 20% ниже углеводородного топлива. В стране создана ассоциация биодизельных предприятий («BABI»), крупнейшее из которых выпускает около 5 млн л топлива в год. С целью развития сферы ВИЭ правительство Великобритании предоставляет налоговые льготы компаниям - производителям биотоплива.

В Японии ведутся работы над созданием технологии и организацией производства в промышленном масштабе биодизельного топлива из водорослей. Руководство соответствующим проектом осуществляет Управление водных ресурсов страны, а НИОКР - научно-исследовательский центр компании «Mitsubishi» и два научных центра по изучению проблем моря, находящихся в Токио и Киото. При этом популярные в национальной кухне такие виды морской капусты, как «комбу» и «вакамэ», будут исключены из списка потенциальных видов сырья. В ближайшие 5 лет вдоль побережья Японии могут быть созданы плантации «непищевых» быстрорастущих водорослей. Следует отметить, что концерн «Royal Dutch Shell» наметил планы по созданию подобного экспериментального завода на Гавайских о-вах.

В России имеются соответствующие научные разработки. Например, наличие технологии производства биоэтанола из отходов лесной и деревообрабатывающей промышленности позволило начать реализацию проекта по созданию биотехнологического кластера в Кировской области на базе завода «Биохимзавод». Промышленная установка по производству биогорючего была разработана совместными усилиями Санкт-Петербургского «НИИгидролиз», шведской компании «Техноферм» и НПФ «Биотин». Мощность завода оценивается в 4 млн дкл. топлива в год, а достаточно низкая себестоимость продукции достигается сокращением транспортных издержек ввиду наличия крупных запасов сырья в регионе.

Согласно информации «РИА Новости», в начале 2011 г. госкорпорация «Ростехнологии» может приступить к строительству крупнейшего в стране предприятия по выпуску биотоплива.

В настоящее время в мире и России создаются термохимические технологии, которые позволяют получить продукт, называемый бионефтью.

Таблица 8. Сравнительные характеристики бионефти и традиционного мазута

газообразный топливо биологический

Подобный энергоноситель может использоваться в качестве печного топлива в котельных и на иных подобных объектах, а при улучшении его характеристик - в транспортном секторе. Себестоимость 1 т бионефти составляет 200 долл. США (при цене сырья 20 долл. США/т), при этом производственные энергозатраты не превышают 15% выработанной энергии.

По нашему мнению, в среднесрочной перспективе биотопливо второго поколения будет постепенно замещать биотопливо первого поколения по двум главным причинам. Во-первых, оно обладает большей экологичностью (по данным Всемирного энергетического союза, биогорючее второго поколения может позволить снизить на 90% выбросы парниковых газов по сравнению с углеводородным топливом, хотя указанный показатель представляется несколько завышенным), а во-вторых, оно будет производиться из непищевых продуктов, при этом эффективное использование биомассы может сократить зависимость частных домовладений, а также малых и средних предприятий от централизованного энергоснабжения.

В целом дальнейшее развитие мировой альтернативной энергетики будет продолжаться достаточно высокими темпами, поскольку в промышленно-развитых странах-нетто-импортерах энергоресурсов эта сфера, во-первых, имеет государственную поддержку, во-вторых, уже в ближайшие годы «всплеск» новых научных разработок, возникший на волне роста цен на углеводороды, позволит внедрить большое число изобретений, а в-третьих, после преодоления негативных последствий глобального финансово-экономического кризиса в мире начнет формироваться новый технологический уклад, который в ряде стран приведет к стабилизации и снижению потребления углеводородных энергоресурсов, а также децентрализации энергетики в отдельных регионах.

Размещено на Allbest.ru