Потенціал та перспективи вітчизняного виробництва біопалива на основі біомаси мікроводоростей

Виклад основного матеріалу

SWOT- аналіз. Для впровадження будь якого виробництва необхідно оцінити всі загрози та переваги такого виробництва у порівнянні із наявними. Тому нами був проведений SWOT-наліз виробництва біопалива з мікроводоростей в Україні (рис. 3) з детальним аналізом сильних та слабких сторін, можливостей і загроз такого виробництва.

Рис. 3. Матриця SWOT - аналізу виробництва біопалива з мікроводоростей в Україні

Отримана матриця SWOT-аналізу дає змогу візуалізувати сильні і слабкі сторони майбутнього виробництва біопалива на основі мікроводоростей із загрозами і можливостями, які очікують потенційних виробників в ринкових умовах.

Відповідно такий аналіз приводить до необхідності детального вивчення технологій переробки та їх переваг з точки зору виходу готового продукту, а також до необхідності пошуку підприємств для впровадження технологій вирощування та переробки мікроводоростей з подальшою можливістю виготовлення біопалива. Таким чином, даний SWOT-аналіз можна розглядати як необхідний крок для визначення потенціалу та перспективи вітчизняного виробництва біопалива. Окрім цього, необхідно звертати увагу на те, що деякі сильні сторони можуть виявитися слабкими по відношенню до іншої країни-виробника.

Необхідними умовами для культивування є наявність сонячного світла, тепла, поживного середовища та вуглекислого газу. Мікрово- дорості є невибагливими до умов вирощування, а тому можливе культивування у відкритих та закритих системах. Провівши аналіз слабких сторін можна виділити головний фактор, що призупиняє впровадження виробництва в Україні -- значні початкові інвестиції.

На сьогодні, в Україні наявні програми фінансування у сфері альтернативної енергетики, метою яких є удосконалення енергетичної політики, розвиток енергоефективності, скорочення споживання традиційної енергії, збільшення інвестицій в енергетичний сектор, зниження витрат на енергоносії та імпорт енергоресурсів, зменшення викидів парникових газів. Серед них можна виділити такі [12]:

1. Програма фінансування альтернативної енергетики в Україні (USELF) являє собою кредитну лінію в розмірі до 50 млн євро, відкрита Європейським Банком Реконструкції та Розвитку (ЄБРР) для сприяння реалізації проектів з використання відновлюваних джерел енергії в Україні.

2. Грантова підтримка проектів енергоефективності (фонд E5P), спрямована на реалізацію проектів з енергоефективності в Україні.

3. Фінансова підтримка Державної інноваційної фінансово-кредитної установи, основними напрямками фінансування є IT-технології, біорозробки, транспорт, авіація, енергетика, інновації.

Звичайно слід звернути увагу на загрози, які очікують виробників при впровадженні технологій виробництва біопалива. Серед них окремо можна виділити рентабельність та велику конкурентність на ринку пропозицій наявних видів палив. Серед перспектив впровадження виробництва біопалива третього покоління в Україні також можна виділити можливість компаундування біопалива з традиційними видами палива, що дасть змогу зменшити використання викопного палива, використання біоетанолу в якості добавок. Окрім цього, застосування такого біопалива у транспортній або енергетичній галузях дасть змогу зменшити імпортозалежність України [13]. Ми розглядаємо можливість впровадження технологій виробництва біопалива на основі мікроводоростей на потужностях вітчизняних підприємств. альтернативний біопаливо моторний

Обладнання заводів аналогів дозволить зменшити витрати основних фондів та ризики нерентабельності виробництва. Серед таких підприємств можна виділити Державне підприємство «УКРСПИРТ» -- найбільший виробник високоякісного спирту та спиртовмісної продукції в Україні. Товариство з обмеженою відповідальністю «БІОДИСК», яке раніше вже планувало організувати виробництво синтез-газу, що правда з побутових відходів та інших матеріалів, які накопичуються на міських звалищах.

Технологічні можливості вітчизняних виробників. Аналізуючи та систематизуючи вищенаведену інформацію наукових досліджень нами були визначенні головні аспекти, від яких залежить ступінь конверсії біомаси та розглянуті потенційні можливості по впровадженню даного виробництва на потужностях вітчизняних підприємств.

Біохімічна конверсія біомаси. Анаеробне зброджування є типовим методом біохімічної конверсії водоростевої біомаси. Процес включає в себе гідроліз крохмалю до простих цукрів з наступним бродінням утворюючи біоетанол. В Україні реальним є втілення цього способу переробки, використовуючи наявне обладнання на заводах-аналогах (рис. 4). Наприклад, компанія «Zorg Biogas» побудувала найбільшу біогазову станцію потужністю 7,5 МВт на цукровому заводі за новою технологією. Це дає можливість спільно з компанією «Zorg Biogas» налагодити та впровадити виробництво біоме- тану з біомаси мікроводоростей.

Рис. 4. Методи переробки біомаси мікроводоростей в Україні

Державне підприємство «УКРСПИРТ» -- найбільший виробник високоякісного спирту та спиртовмісної продукції в Україні. Застосування технології бродіння водоростевої сировини на ДП «УКРСПИРТ» дасть змогу виготовити якісний біоетанол.

Термохімічна конверсія біомаси. До основних термохімічних методів конверсії водоростевої біомаси можна віднести газифікацію, піроліз, гідротермальне зрідження (HTL). Процес газифікації досягається реакцією високотемпературного окиснення біомаси різними окисниками (повітрям, киснем і їх сумішшю з водяною парою).

За допомогою такого методу можна одержати синтез-газ. Вихід газу та його склад також буде залежати від складу вихідної сировини. Вихід можна регулювати зміною параметрів процесу (тиску, температури) та додаванням каталізаторів. Реалізувати таке виробництво в Україні можливо на ТОВ «БІОДИСК» (рис. 4), яке раніше вже планувало організувати виробництво синтез-газу, щоправда з побутових відходів та інших матеріалів, які накопичуються на міських звалищах. Іншим варіантом термохімічної конверсії є піроліз, який відбувається за відсутності кисню чи повітря, що протікає зазвичай при атмосферному тиску у діапазоні температур 400-600 °С для звичайного піролізу, до 800 °С для мікрохвильового піролізу та мінімум до 300 °С для каталітичного піролізу. Піроліз, на відміну від газифікації, має свої недоліки, а саме необхідність попередньої підготовки сировини. Тому застосування піролізу можливе лише на підприємствах, де вже передбачено попереднє просушування сировини.

Хімічні перетворення біомаси. Процес трансестерифікації є найпопулярнішим методом перетворення біомаси в паливо, який останнім часом привернув до себе багато уваги, як до методу одержання біодизельних палив. Слід зазначити, що останнім часом на ринку пропозицій технологічного обладнання цього технологічного процесу прослідковується певна активність, зокрема компанія ООО «Элерон» пропонує для продажу повну технологічну лінію для виробництва біодизелю. Впровадити виробництво біології з водоростевої сировини в Україні можливо на ООО «Полвакс-Україна».

Підводячи риску під всім зазначеним вище, необхідно також наголосити та тому, що одним з етапів гальмування процесу впровадження та налагодження виробництва біопалива третього покоління в Україні є не відсутність сировинної бази, технологічних потужностей, а відсутність скоординованої цільової програми досліджень вчених в даній галузі.

Наявність такої програми дало б змогу науковцям з усієї країни ефективно та колективно працювати над впровадженням оптимальних технологій виробництва біопалива.

Висновки

Результати проведених досліджень показали, що в нашій країні існують основні передумови та перспективи виробництва біопалива на основі мікроводоростей на потужностях вітчизняних виробництв, враховуючи реалізацію основних цілей Стратегії сталого розвитку України 20230 р.

Проведений SWOT-аналіз дав змогу оцінити перспективи впровадження даного виробництва, охоплюючи не лише сильні та слабкі сторони, а й можливості та загрози.

Показано, що для культивування мікроводоростей в Україні раціонально використовувати фотобіореактори, а як поживного середовища буде доцільним застосовувати відходи цукрових та целюлозних виробництв. Серед основних технологій переробки біомаси мікроводоростей в паливо слід виділити біохімічну та термохімічну конверсію а також хімічне перетворення біомаси.

Використання потужностей вітчизняних підприємств, таких, як «Zorg Biogas», ДП «УКРСПИРТ», ООО «Полвакс-Україна», ООО «Элерон», позитивно сприятиме нарощуванню темпів вітчизняного виробництва біопалива на основі біомаси мікроводоростей.

After assessing the threats and benefits for Ukraine, certain features were identified that need to be taken into account for the territorial location of the country.

The main features, requirements and conditions of algae biomass cultivation and its processing are considered. It is emphasized that for the Ukrainian climate, the cultivation of microalgae in open systems is unprofitable due to the need to maintain appropriate temperatures. Instead, cultivation in closed systems will allow the use of pulp waste as a nutrient medium.

Among the methods of collecting microalgae biomass, flocculation and flotation were identified as the most efficient for large-scale production. Filtration, separation and settling can be considered as collection methods for small-scale or laboratory experiments.

Among the processing methods, we distinguish three areas-thermo chemical and biochemical transformation of biomass, as well as chemical transformations.

For Ukrainian production, we advise you to focus on recertification processes as the world's most popular method of biomass processing. The known directions of transformation with examples of capacities of domestic enterprises are considered in detail in the work.

We single out anaerobic fermentation, gasification, pyrolysis and transesterification as the most successful processing methods for Ukraine. Based on the research results, the results are systematized and substantiated the requirements for the transesterification process with the largest conversion of raw materials. Further research is aimed at practical research of biofuel production by laboratory methods and analysis of its operational properties.