Главная | Обратная связь

Принципи виробництва та використання рідкого АП на прикладі біоетанолу.

Зарубіжний досвід щодо виробництва біоетанолу.

Етанол виробляється методом зброджування цукрів (глюкози, сахарози та деяких інших) у безкисневому середовищі спиртовими дріжджами. Раніше майже весь етанол, виготовлений таким шляхом, використовувався для виробництва алкогольних напоїв, і лише невеликі обсяги, отримані хімічними методами, застосовувалися у промисловості. За останні 25 років ситуація докорінно змінилася. Зараз більше половини виробленого у світі етанолу використовується як добавка до пального для двигунів внутрішнього згорання і лише 15% - для виготовлення алкогольних напоїв. Етанол із біомаси, що застосовується як паливо, називають паливним етанолом або біоетанолом (європейський термін). По суті він є абсолютизованим етиловм спиртом. Світове виробництво етанолу у 1998 році складало близько 32 млрд. літрів, з них 4 млрд. харчового етанолу, 8 млрд. - для хімічної промисловості, 20 млрд. - паливного. Лише 7% загальної кількості було отримано методом хімічного синтезу, а 93% - дріжджовою ферментацією цукру і зерна. Цікаво відзначити, що обсяги виробництва харчового спирту залишаються незмінними від 1975 року, тоді як паливного етанолу - зросли з 2 млрд. літрів до 20 млрд. літрів у 1998-му.

Використання етилового спирту як енергоносія не є новиною. Свій перший автомобіль Генрі Форд сконструював на базі двигуна, що працював саме на такому спирті, а в умовах дефіциту пального підчас Другої світової війни в Німеччині спирт додавали до бензину. Проте тільки наприкінці XX століття з'явилися повномасштабні програми використання біоетанолу як пального для двигунів. В складі пального біоетанол дозволяє збільшити октанове число і покращити експлуатаційні характеристики сумішевого бензину. Відомо, що використання такого бензину з вмістом до 15% етанолу не потребує зміни конструкції сучасних двигунів внутрішнього згорання і допоміжних приладів до них. Апробована концентрація етанолу в бензині коливається від 10% (США) та 8% (Канада) до 5-6% (Франція, Польща). Завдяки використанню сумішевого бензину зменшується концентрація шкідливих компонентів у вихлопних газах (чадного газу, закису азоту, оксиду азоту та інших летких токсичних викидів). Так, вміст оксиду вуглецю зменшується на 25%, вуглеводнів і оксидів азоту на 5%, що надзвичайно важливо для великих міст, де головним джерелом забруднення є автомобільний транспорт. Спалювання етанолу, отриманого з біомаси, не робить "внеску" до парникового ефекту, оскільки біомаса є СО2 - нейтральною.

Нині весь паливний етанол отримується методом зброджування цукрів (цукрова тростина) або сировини з вмістом крохмалю (в основному кукурудза). У Канаді, Бразилії та США діють державні програми з виробництва паливного етанолу. Світовими лідерами у цій галузі є Бразилія та США. Так, у 1999 році Бразилія виготовила 6,5 млрд. літрів паливного етанолу, що забезпечило 13% її загальних потреб в енергоресурсах і 19% - у рідкому паливі, тобто на нафті були заощаджені значні кошти. Завдяки сучасним технологіям з використанням цукрової тростини виробництво етанолу в цій країні є рентабельним: від 1990 року його обсяги щорічно зростали на 4%, а собівартість зменшувалася на 3%. Раніше тут виробляли переважно безводний етанол як пальне для автомобілів зі спеціальними двигунами. Але останнім часом у Бразилії використовуються паливні суміші з вмістом етанолу: 26% - у бензині і 3% - у дизельному паливі. Такі суміші не потребують змін у конструкції двигунів внутрішнього згорання чи дизельних двигунів. Щороку, залежно від ринку цукру, уряд країни визначає, який відсоток біоетанолу буде додаватися до моторних бензинів. Паливний етанол оподатковується тільки прибутковим податком без акцизного збору.

США - другий солідний виробник етанолу - палива, яке дає змогу щорічно заощаджувати близько 1,5 млрд доларів на придбанні нафтопродуктів, забезпечувати стабільну роботу сільського господарства, створювати нові робочі місця за рахунок будівництва спиртових заводів і покращувати екологічну ситуацію. Ще у 1988 році у США був прийнятий Закон про альтернативні моторні палива, який започаткував програми зменшення витрат бензину новими автомобілями та програми розробки нових палив. Зокрема, було вирішено виробити 20 тис автомобілів, які могли споживати паливо Е85 (85% етанолу та 15% бензину), і зараз в країні експлуатується понад 1,5 млн таких транспортних засобів. У 1990 році у США прийнято Закон про чисте повітря, згідно з положеннями якого бензин повинен містити не менше 2% (за масою кисню) кисневмісних добавок (головним чином етанолу), що дає змогу знизити токсичність вихлопних газів. Поправками до цього закону були запроваджені федеральні знижки податкової ставки на рівні 0,54 долара США на галон чистого етанолу. Із введенням в дію Акту про склад автомобільного палива в ряді міст США та Програми по паливних окиснювачах (1995 р.) ці знижки у більшості штатів поповнилися додатковими субсидіями для виробників етанолу. У мегаполісах (з населенням понад 1 млн.) взимку використовують тільки бензин з вмістом 10 % етанолу (так званий Е10, або газохол). Обсяг продажу газохолу в країні становить 12% від загального обсягу продажів бензину.

Порівняно з Бразилією, виробництво паливного етанолу з кукурудзи у США є менш прибутковим, хоча його собівартість за останні п'ятнадцять років зменшилася на 2/3. Навіть сьогодні у країні діють податкові знижки на паливний етанол, щоб зробити його дешевшим за бензин. Згідно з підписаним президентом США законом, що матиме чинність до 2007 року, ця знижка дорівнює 0,014 долара на літр газохолу. Лідером - виробником паливного етанолу в країні є штат Іллінойс, де розміщено два заводи, кожен потужністю 1,05 млн. літрів на добу. Річна ж потужність спиртових заводів США з виробництва етанолу складає близько 7,5 млрд. літрів. За підрахунками коаліції губернаторів, які підтримують цю галузь, в неї з 1978 року інвестовано понад 4 млрд. доларів США. У двадцяти штатах розміщено 56 підприємств з виробництва етанолу, і ще 30-35 заводів будуються. Очікується, що у США виготовлятиметься близько 15 млрд. літрів цього продукту у 2010 році та 36 млрд. - у 2020-му.

Країни ЄС щорічно виробляють 2 млрд. літрів етанолу, але як паливо використовується менше 10%. Проте 7 листопада 2001 року дві комісії ЄС прийняли Директиви щодо використання біопалива країнами ЄС, - так звані "біодирективи" про обов'язковість вмісту біопалива у традиційному пальному для транспорту. Серед інших до відновлюваних видів палива віднесені біоетанол і ЕТБЕ (етилтретбутиловий ефір - естеризований біоетанол). Майже всі зареєстровані в ЄС транспортні засоби технічно придатні для використання палива з добавкою до 15% біоетанолу або ЕТБЕ. У Франції в 1996 році прийнято Закон про чисте повітря, який зобов'язує автомобілістів застосовувати кисневмісні добавки до бензинів, передусім етанол та ЕТБЕ. При цьому паливний етанол звільнено від внутрішніх податків, проти чого не заперечувала комісія ЄС (09.04.1997).
Приклад США переконує, що для підтримки рентабельності виробництва паливного етанолу потрібні державні субсидії, і це при тому, що сировина (кукурудза) є там дуже дешевою. Необхідно, щоби технологія його виготовлення стала дешевою – і він складе гідну конкуренцію бензину. Основними засобами зменшення собівартості етанолу можуть бути: інша сировина, комплексний підхід до утилізації побічних продуктів виробництва та вдосконалення технології алкогольної ферментації.

Заміна сировини полягає в тому, щоби замість зернових злаків використовувати біомасу рослин - як трав'янистих, так і дерев, а також відходи сільського господарства, деревообробної промисловості та комунальні тверді побутові відходи. Розрахунки показують, що використання таких відходів дозволило б США замінити етанолом 40% бензину. Спеціальне вирощування певних дерев'янистих (вільхи, осики тощо) і трав'янистих рослин (наприклад, сорго) для подальшої переробки у паливний етанол змогло б забезпечити решту 60%.

Рентабельність виробництва паливного етанолу значною мірою залежить від продажної ціни кінцевого продукту. Так, згідно з даними одного з досліджень, при продажу етанолу, отриманого з лігноцелюлози сільськогосподарських відходів, за ціною 0,33 долара США за літр виробництво буде рентабельним за умови, що завод одночасно випускатиме інший продукт - фурфурол. При цьому оптимальний обсяг сировини, що переробляється, складає 4360 т/день, а значно менші чи більші обсяги знову призводять до нерентабельності.