reforef.ru 1


УДК 663.534




МИРОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ БИОЭТАНОЛА

ИЗ ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО СЫРЬЯ

Ю.А. Жукова, аспирантка кафедры «Пищевая биотехнология» ФГОУ ВПО «КГТУ»
В статье рассматривается топливный этанол как альтернатива углеводородному топливу. Он может быть смешан с бензином в любой концентрации вплоть до чистого этанола (E100), наиболее рациональная добавка его к бензину – 10%. Биоэтанол получают традиционно из крахмала – кукурузы, картофеля, зерновых. Рационально изготавливать биоэтанол из целлюлозы соломы, опилок, травы. В Бразилии, Колумбии, Китая и Соединенных Штатах разработаны государственные программы производства топливного биоэтанола. В России также рационально заниматься этой проблемой в связи с наличием производственных мощностей и богатством сельскохозяйственных ресурсов, произрастающих на 20 млн. га пахотных земель.
биоэкономика, биоэтанол, целлюлозосодержащее сырье

Современный мир вступает в эру биоэкономики, т. е. практической науки о методах хозяйствования, основан­ных на биотехнологиях, а также использовании возоб­новляемого сырья для производства энергии и материалов.

Эксперты выделяют ряд преимуществ биоэкономики. В социальной сфере - это дивер­сификация экономики сельского хозяйства и ее рост, развитие сельских регионов, улуч­шение социальной ситуации в городах, рост здоровья человека, экологии и качества жиз­ни. В экономике – это снижение себестоимости продукции, более тщательный контроль за ее свойствами, появление новых изделий и рынков их сбыта, снижение зависимости торговли от энергоре­сурсов. В экологии биоэкономика позволяет предотвращать загрязнение окружающей сре­ды, снижать объемы выбросов газов и других ядовитых веществ, создавать новые материалы и топливо из биомассы, использовать про­дукты многоразового потребления и методы комплексной перера­ботки сырья [1].


Биоэтанол является одним из наиболее значительных продуктов современной биоэкономики. Биоэтанол – это этиловый спирт, используемый в качестве жидкого моторного топлива самостоятельно или в качестве добавки к углеводородному топливу, который изготавливают из природного возобновляемого сырья. В промышленных масштабах его производят из сельскохозяйственного сырья (кукуруза, зерновые, сахарный тростник), содержащего крахмал, моно- и дисахара. В отличие от этилового спирта, из которого производят алкогольные напитки, топливный этанол не содержит воды и производится по укороченной схеме дистилляции (две операции ректификации вместо пяти). Поэтому конечный продукт содержит сопутствующие метанол и сивушные масла, а также в качестве присадки бензин, что делает биоэтанол непригодным для употребления человеком.

В настоящее время в связи с повышением качества жизни и требований к экологичности наблюдается рост потребности в биоэтаноле во всем мире (рис. 1). Основная его часть производится в Северной и Южной Америке из зерновых (кукуруза). На сегодняшний день мировым лидером в производстве биоэтанола является Бразилия, однако стремительно нарастает объем его выпуска и в Соединенных Штатах Америки. Государственная программа по расширению производства этанола реализуется также в Канаде. В Евросоюзе принят закон о доведении доли автомобильных биотоплив до 5.75% к 2010 году [2].



Рис.1. Рост мирового производства этанола
Следует отметить следующие преимущества биоэтанола перед другими видами альтернативного топлива:

- себестоимость его производства в странах, где нефть «не бьет из-под земли ключом», находит­ся на одном уровне с се­бестоимостью производ­ства бензина;

- как топливо он обла­дает своеобразной «гиб­костью» - существует до­статочно широкий диапа­зон смесей с бензином, где доля биоэтанола со­ставляет от 5 до 95%;

- практиче­ски не требуется изменений существующей заправоч­ной инфраструктуры в отличие от других альтернативных топлив, например, водорода;

- при использовании слабонасыщенных сме­сей биоэтанола с бензи­ном (в объеме 5-10%) не требует­ся никаких конструктор­ских изменений внутри машины[3].

По оценкам Управления по охране окружающей среды США, бензин является крупнейшим источником искусственных канцерогенных веществ. Благодаря добавлению этанола, бензин обогащается кислородом, что способствует более полному сгоранию и уменьшению выбросов окиси углерода на 30%. Он также уменьшает выбросы токсичных веществ на 30%, в том числе летучих органических соединений - более чем на 25%.

Смесь бензина и этанола, известная под названием E-10, используется американскими автомобилистами вот уже четверть века. Использование E-10 разрешено всеми крупными производителями автомобилей. Топливо Е-10, подходящее для использования во всех видах автомобилей, улучшает работу двигателя путем добавления 2-3 октановых единиц к детонационной стойкости топлива, противодействует перегреву двигателя, выполняет функцию антифриза топливопровода и не вызывает загрязнения топливной форсунки [2].

В России также наблюдается повышенный интерес к производству биоэтанола. Основным постав­щиком сырья для про­изводства биоэтано­ла является сельское хозяйство. Начиная с 2000 г., в России на­блюдается тенденция к увеличению экспор­та продукции аграр­ного сектора. Око­ло 90% экспорта со­ставляют зерновые. В 2006-2007 гг. наша страна экспортиро­вала порядка 12 млн. т зерновых (рис. 2).



Рис.2. Оценка сырьевой базы, объемов производства и путей реализации российского

биоэтанола

С экономической точ­ки зрения, гораздо эф­фективней было бы на­править сельскохозяйственную продукцию на пере­работку внутри страны. Так как основную мас­су экспорта составляют зерновые, то рациональнее было бы их первоначально перерабатывать в био­этанол. При этом важным факто­ром является тот факт, что при производстве биоэтано­ла образуются отходы, которые могут использоваться на кормовые или технические цели.


Здесь следует отметить, что проблема животно­водства сегодня чрезвычайно ак­туальна для России. Производство биоэтанола могло бы стиму­лировать животноводче­скую отрасль, быть интегри­рованным в фермерское хо­зяйство, стать проме­жуточным звеном между земледелием и животно­водством.

Потенциальным ис­точником сырья для про­изводства биоэтанола в нашей стране являются выведенные из сельхозоборота пахотные зем­ли. Вследствие экономических реформ общая площадь пашни в России с 1992 г. сократилась на 37 млн. га, из которых 20 млн. га приходится на ев­ропейскую часть нашей страны. Производство биоэтанола может стиму­лировать возобновление использования этих зе­мель. К примеру, один за­вод мощностью 100 тыс. т биоэтанола в год исполь­зует в среднем 300-400 тыс. т пшеницы, для вы­ращивания которой тре­буется 100-200 тыс. га па­хотных земель.

Возможно использо­вание и других видов сы­рья для выработки био­этанола, к примеру, ме­лассы. В достаточных объемах она накапливается в южных районах нашей страны, где находятся предприятия по производству сахара.

Развитие производ­ства биоэтанола может также способствовать решению социальных проблем на селе, связанных с созданием рабочих мест.

Альтернативной рациональной возможнос­тью получения биоэта­нола является использо­вание непищевого целлюлозосодержащего сырья. Перспек­тивным сырьем являются отходы деревообраба­тывающей промышлен­ности - стружки, опил­ки. Целлюлоза содержится в любом растительном сырье, например, стеблях куку­рузы, имеющих значительную массу.

С учетом того факта, что до начала 1990-х гг. на территории России су­ществовало около 40 гидро­лизных заводов, перераба­тывающих древесную цел­люлозу в спирт (сейчас часть из них также функционирует), целесообразным видится путь восстановления и переоборудования имеющихся мощностей в со­временные предприятия по производству данного вида моторного топлива [3]. При производстве целлюлозного биоэтанола сырьем могут являться не только стебли кукурузы, но и трава, опилки, кора деревьев, древесные непищевые остатки и т.д., при этом данный процесс никак не ущемляет интересы пищевой отрасли.


Целлюлоза - это углевод, из которого в основном состоят клеточные стенки растений, отличающийся чрезвычайно высокой устойчивостью к гидролизу и другим методам распада. Высвободить энергию этой биомассы можно путем конструирования специфических ферментов, необходимых для расщепления полисахарида целлюлозы на простейшие сахара. В настоящее время на всех уровнях (наука, опытные испытания, серийный выпуск) ведутся разработки технологий получения биоэтанола из перспективного целлюлозосодержащего сырья, однако его промышленное производство и по сей день остается  сложной инженерной проблемой [4].

В КГТУ на кафедре пищевой биотехнологии апробировано получение биоэтанола из красных морских водорослей Балтийского моря, разрабатывается технология этого продукта из пшеничной соломы путем ее комплексной переработки.
Литературa


  1. Аблаев А. Биотопливо  – мыслить за пределами нефтяной трубы /
    Российское Экспертное Обозрение. – 2007. – № 1-2. – С. 25-29.

  2. http://www.bioethanol.ru/ Статья РБА «Биоэтанол – два шага для России».

  3. Кирюшин П. Биоэтанол в России: возможности решения национальных стратегических задач // Международная биоэнергетика. – 2008. – С. 20-22.

  4. http://www.bioethanol.ru/second_generation/biomass/



GLOBAL TRENDS AND PROSPECTS OF BIOETHANOL PRODUCTION

FROM RENEWABLE RAW MATERIALS
Y. Zhukova

Ethanol fuel is an alternative to gasoline. It can be combined with gasoline in any concentration up to pure ethanol (E100). Bioethanol is obtained from the conversion of carbon based feedstock. Four countries have developed significant bioethanol fuel programs: Brazil, Colombia, China and the United States. Russia and the former Soviet Union has a wealth of agricultural resources needed to produce alternative fuels and some governments are already promoting the use of alternative fuels, but there is more that can be done. The reason why you should be interested in Russia & other CIS countries - vast arable land, 20 mln ha of this land was abandoned since Soviet Union era.