Компьютерра - Компьютерра PDA N79 (18.12.2010-24.12.2010)
Особняком стоит относительно новый тип биотоплива - грин-дизель (Green diesel, "суперцетан", "supercetane"). Если говорить упрощенно, это смесь углеводородов дизельной фракции. Грин-дизель обладает высоким цетановым числом (характеристикой воспламеняемости) - 70-85, это очень хороший уровень. Грин-дизель позиционируется как улучшающая добавка к традиционным дизельным топливам.
Упрощенная классификация биотоплив. R.C.Saxena, D.Seal, S.Kumar, H.B.Goyal, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12, 1909 (2008)
В настоящее время разрабатываются концепции и технологии для получения биотоплив третьего поколения, которые будут более рентабельными и экологически чистыми (с минимальным совокупным выбросом СО2 в атмосферу).
- Насколько масштабны ресурсы сырья, из которого делают биотопливо? Вообще, биотопливо - это дешево?
- Особенностью массового производства биотоплива является отсутствие стадии нефтедобычи - нет необходимости геологоразведки, бурения нефтяных скважин. Это несомненный плюс. Но, с другой стороны, требуется задействовать значительные посевные площади. Например, с 1 гектара площадей можно получить не более 0,3 тонны соевого масла, или 1 тонну рапсового масла, или 5 тонн пальмового масла. Пальма в этом смысле является рекордсменом среди наземных растений.
Россия же из-за своих климатических особенностей среди масленичных культур топливного назначения может ориентироваться только на выращивание рапса. А если учесть, что у нас по состоянию на 2005 год не использовалось более 15 млн. га пашни, которые могли бы быть отданы на выращивание пшеницы или рапса топливного назначения, то перспективы нашей страны как экспортера не только нефти, газа, но и биотоплива, весьма заманчивы. Европа, как основной потребитель биотоплива, не может себе позволить выделить такое количество сельскохозяйственных угодий для выращивания "энергетических" культур.
Уход из "пищевого" сектора экономики и использование отходов сельского хозяйства, деревопереработки, пищевой промышленности, или же выращивание быстрорастущих энергетических культур дает ряд преимуществ. Это не только расширит сырьевую базу для биотоплива, но и снизит конкуренцию и, соответственно, цены на "пищевые" культуры. Основной аргумент противников биоэнергетики - конкуренция биотоплива с пищевыми продуктами. Действительно, вследствие биотопливного бума во всем мире выросли цены на кукурузу, все виды масляничных культур и даже на те сорта, которые не используются при производстве биодизеля. Учитывая это, видимо, стоит ориентироваться на непищевое сырье, а именно - древесину и отходы сельского хозяйства.
Извлекаемые запасы ископаемых первичных энергоносителей и ежегодный прирост биомассы (в млрд. т нефтяного эквивалента) Chemistry & Business, 2004, A. Danilov; From: Worldwatch Institute, 2005 г.
- Какова область применения биотоплива? Какие преимущества оно дает по сравнению с традиционными видами топлива?
- Биотопливо, в первую очередь, подразумевает использование биоэтанола и биодизеля. В мире биоэтанол получают, в основном, из злаковых культур, кукурузы, сахарного тростника и сахарной свеклы путем ферментативного брожения. Из всего произведенного этанола 80% имеет топливное применение, 12% - техническое и 8% - пищевое. Прослеживается явная тенденция к увеличению доли топливного этанола в ближайшем будущем. Например, в США в ближайшие несколько лет планируется построить дополнительно 132 завода по производству топливного этанола.
Но не стоит забывать, что на сегодняшний день биоэтанол не является полным заменителем бензина. В основном используется смесевое топливо, содержащее 10% этанола и 90% бензина (стандарт Е10). Значительно реже встречается топливо с более высоким содержанием этанола - Е85. Основными недостатками этанола как топлива является его невысокая теплотворная способность (на 37% меньше, чем у бензина), что приводит к более высокому расходу. Второй недостаток - высокая способность к поглощению воды, что может привести к расслоению смесевого топлива. Однако, все эти отрицательные моменты можно обойти, используя топливо с низким содержанием (до 10%) этанола. Нужно учитывать и экологический фактор. Процесс сгорания этанола гораздо эффективнее по сравнению с бензином, что уменьшает токсичность выхлопных газов.
Для дизельного топлива тоже есть возобновляемый заменитель - биодизель. Его получают из метанола и растительных масел, в первую очередь, из рапсового, пальмового и соевого. Лидером по производству биодизеля является страны ЕС, где в качестве сырья в основном используется рапс. Например, в 2006 году было произведено более 6 млн. тонн биодизеля, и наблюдается тенденция к росту объемов его производства. Как и в случае с биоэтанолом, биодизель обладает своими недостатками и достоинствами. Биодизель в сравнении с обычным дизельным топливом почти не содержит серы. При попадании в почву или воду он практически полностью разлагается уже через три недели. Кроме того, он обладает хорошими смазывающими характеристиками и более высоким цетановым числом (не менее 51). Однако высокая вязкость не позволяет использовать его в холодное время, поэтому требуется применять смеси, состоящие на 20% из биодизеля и на 80% из солярки (марка В20).
- С одной стороны, биотопливо потенциально должно улучшить экологическую обстановку за счет уменьшения вредных выбросов, с другой стороны, по мнению критиков, это должно привести к масштабным вырубкам лесов. Что Вы думаете об этом?
- Проблема вырубки лесов в связи с производством биотоплива, скорее, надумана, потому что древесные отходы часто не находят эффективного применения. Об этом говорят цифры. В настоящее время ежегодно в России заготавливается около 140 млн. м3 древесины от рубок главного пользования и рубок ухода за лесом. При этом более половины приходится на отходы лесозаготовки и деревопереработки. В ближайшие 5-7 лет объем лесозаготовок может возрасти до 200 млн. м3. При проведении рубок ухода за лесом до 60% древесины является низкокачественной, не имеющей товарной ценности. Общий объем образующихся отходов и низкосортной древесины составляет не менее 40-45 млн. м3 в год или не менее 10-12 млн. т.у.т. (т.у.т. - тонна условного топлива) в год.
Также неэффективно используются отходы растениеводства и торф. Количество отходов растениеводства, которые выбрасываются на ветер, составляет не менее 10 млн. тонн в год (или не менее 3,4 млн. т.у.т.)
Древесные отходы лесозаготовок тоже остаются на лесосеке неиспользованными. Эта биомасса создает дополнительные помехи лесному хозяйству в виде засорения древесиной, ветровала, что является причиной увеличения сроков и затрат на последующее лесовосстановление. Древесная биомасса в лесу, а также биоотходы перерабатывающих предприятий, создают риск возникновения пожара, размножения вредителей леса, а также являются источником парниковых газов при гниении биомассы. Ежегодно эмиссия метана от отходов биомассы составляет 7-8 млн. тонн и сопоставима с мощностью основных наземных биогенных источников. Дополнительной проблемой является исключение из хозяйственной деятельности земли, занятой под склад биоотходов.
Сегодня ресурсы биомассы, в том числе вторичные, используются не более чем на 5%. Традиционные методы переработки биомассы в существующих условиях малоэффективны и требуют значительных инвестиций при сроках окупаемости 6-8 лет.
Использование всех этих дешевых и доступных ресурсов в качестве топлива может стать завершающей фазой производственных процессов, придавая им почти безотходный характер. Это стало бы эффективной мерой по охране окружающей среды, а также обеспечило бы полное энергообеспечение локальных потребителей.
- Само биотопливо - экологически чистый продукт. А как насчет процесса его производства? Так же ли он безопасен, ведь используются серная кислота, щелочи.
- Безусловно, при производстве биоэтанола иногда используются опасные реагенты, например, серная кислота и щелочные гомогенные катализаторы. Решением этой проблемы занимаются исследователи во многих странах мира. И правильные подходы уже определены. Например, разрабатываются технологии, которые предусматривают использование однородных по составу катализаторов в химических реакциях (гомогенная технология). Такой подход позволяет решить многие проблемы.
Гомогенная технология получения биодизеля, несмотря на простоту, имеет и недостатки. Полученную смесь продуктов необходимо разделять, нейтрализовать и тщательно промывать. В результате образуются большие количества солей, мыла и сточных вод, которые нужно утилизировать. Сам же катализатор при этом безвозвратно теряется. А глицерин, получаемый при этом полезный побочный, - загрязнен раствором солей, и требует дополнительной очистки. Все это повышает себестоимость биодизеля, что уменьшает конкурентноспособность этой технологии.
