Биоэтанол: на здоровье!

Биоэтанол: на здоровье!

Биоэтанол — не только возобновляемый топливный ресурс, позволяющий резко снизить уровень вредных выхлопов и заменить собой топливо из ископаемых углеводородов, но и интересный экономический инструмент.

В финале комедии «Особенности национальной рыбалки» герои фильма, скрепя сердце, выливают в топливный бак подводной лодки всю припасенную, понятно, для иных удовольствий водку. Сатирический посыл очевиден — лишь ввиду крайней нужды решится наш человек так бездарно «перевести продукт»…

А вот, например, в Бразилии есть автозаправки, заливающие в бак чистейший спирт. Но почему-то к их пистолетам не тянется по утрам очередь из бразильских пешеходов с изможденными лицами. Хотите об этом поговорить?

Бразильские кудесники топливной индустрии «выдаивают» с одного обожженного тропическим солнцем гектара 7500 л этанола. Это рекорд извлечения спирта из пищевого сырья. Другой крупнейший производитель топливного биоэтанола — США — довольствуется 3800 л/га. Причина в том, что в Бразилии есть сахарный тростник. Когда смотришь на его толстые, мясистые стебли, розоватые на срезе, так и представляешь себе, как аппетитно будет гореть полученный из него спирт в цилиндрах автомобильного мотора. Американцы же добывают этанол из кукурузы, но, несмотря на более скромные показатели, активно развивают его производство. В Европе сахарная свекла дает 5500 л/га, однако объемы производства пока не сравнимы ни с Бразилией, ни с США.


Биотопливо

В широкое понятие «биотопливо» входит целый ряд продуктов, получаемых при переработке разнообразного биологического сырья. Сюда входят этанол и метанол, бутанол, биодизель (из растительных масел) и другие. Биодизель не так актуален для России в связи тем, что в нашей стране не производится избыточного количества растительного масла, однако топливный спирт мог бы иметь перспективу.

Биоэтанол первого поколения

Биоэтанолом первого поколения называется спирт, получаемый из пищевого растительного сырья: сахарного тростника, кукурузы, сахарной свеклы. Крупнейшими производителями этого вида топлива являются Бразилия и США. В 2009 г. на долю этих двух стран приходилось 89% мирового производства. В 2007 году был подписан бразильско-американский меморандум о взаимопонимании, нацеленный на совместную разработку стандартов использования биотоплива и на пропаганду использования этанола в мире.

Биоэтанол второго поколения

Биоэтанол второго поколения представляет собой следующую ступень переработки биологического сырья. В его производстве используются древесная масса, солома, менее ценные аграрные культуры.

Бутанол — перспективное топливо

Бутанол — четырехатомный спирт C4H5OH. Это топливо, с энергетической плотностью, сопоставимой с бензином и не попадающее под акцизы, однако технология его производства пока слишком дорога, чтобы составить конкуренцию бензину. Перспективы бутанола связываются с успехами химиков, которые сейчас создают более дешевые ферменты для бутанольного производства.

Чем же так хорош биоэтанол в качестве моторного топлива? Во‑первых, спиртовой выхлоп гораздо чище бензинового. При сжигании этанола получаются лишь два продукта: углекислый газ и вода, в то время как в бензиновом выхлопе присутствует сернистый газ и иные неприятные примеси. Во‑вторых, сжигая нефть, природный газ, уголь, мы выпускаем в атмосферу углерод, связанный органическими останками миллионы лет назад, когда в воздухе присутствовало не сравнимое с нынешним количество углекислого газа. То есть мало-помалу возвращаем атмосферу к тем удушливым временам. Сжигание растительного спирта лишь отдает воздуху количество CO2, которое было поглощено тростником, кукурузой или свеклой в процессе роста. В-третьих, биоэтанол — возобновляемый ресурс, опять же в отличие от ископаемого сырья. Ну и наконец, нефть — очень «политический» товар: значительная часть ее добычи сконцентрирована в нестабильных регионах. Потенциальное сырье для спирта растет почти везде — только сахарный тростник возделывает около сотни государств.

Дружба бензина со спиртом

На самом деле на чистом спирте ездят практически только в Бразилии. В других странах (кстати, и в Бразилии тоже) этанол смешивают с бензином в разных пропорциях. Топливо, содержащее этанол, маркируется буквой Е и цифрой, которая означает процент содержания спирта. Например E10 — это бензин с десятипроцентной добавкой, E85 — этанол с пятнадцатипроцентным содержанием бензина. Строго говоря, заливать в бак E100 могут позволить себе только в теплых странах — у этанола есть один существенный недостаток: при низких температурах двигатель на спирту плохо заводится. Проблема решается совсем небольшой (около 5%) добавкой бензина или специальной смеси. В частности, в несолнечной Швеции, где давно (с 1989 года) и преданно используют спирт, заправляя им городские автобусы марки Scania, 5%-ная добавка снимает все вопросы.

В США распространено моторное топливо стандарта E10 (зимой возможно повышение содержания этанола до 15%), в некоторых штатах применяется E85. Казалось бы, что проку от 10%-ной добавки спирта в бензин? Оказывается, даже такое небольшое содержание этанола в топливе дает снижение на 30% вредных веществ в выхлопе автомобиля — присутствующий в спирте кислород обеспечивает полное сгорание смеси. При этом, во‑первых, E10 — E15 можно заливать в бак любой машины, работающей на бензине, а во-вторых, расход топлива практически не увеличивается, так как, обладая несколько меньшей, чем бензин, энергетической плотностью, этанол повышает октановое число смеси, и значит, смесь может сжигаться с большей эффективностью.

Что же касается моторного топлива с высоким (до 100%) содержанием этанола, то им заправляются лишь счастливые обладатели автомобилей Flexible Fuel (то есть с возможностью выбора топлива). В сегодняшней Бразилии таких машин продается уже до 90%, и других там скоро, похоже, не будет. Благо технология Flexible Fuel не требует серьезных и дорогостоящих изменений в конструкции авто.

Оно нам надо?

Но что же Россия? У нас много нефти и газа и нет сочного сахарного тростника. Наши власти, озабоченные незаконным оборотом алкоголя, видят в страшном сне автозаправки, продающие чистый спирт по цене моторного топлива. Так нужен ли нам топливный этанол?

«Да, нужен, — говорит президент Национальной топливной ассоциации России Алексей Аблаев, — причем наш интерес к топливному этанолу имеет свои особенности. Если США развивают альтернативную энергетику, чтобы прежде всего снизить зависимость экономики от импортной нефти, то для нас приоритетом должно стать снижение содержания вредных веществ в выхлопах автомобилей, а также, что очень важно, создание рабочих мест и добавленной стоимости в отечественном сельском хозяйстве».

В те недавние времена, когда наша страна импортировала хлеб из США и Аргентины, мы часто с грустью вспоминали о том, что Российская империя не только обеспечивала зерном себя, но и активно торговала хлебом на мировом рынке. Сейчас повода для грусти вроде бы нет, ведь Россия вновь является крупнейшим производителем и экспортером пшеницы. Но не все так безоблачно.

В спирт или в гниль?

«В прошлом году урожай пшеницы в России составил 108 млн тонн, — продолжает тему Алексей Аблаев.- Годом раньше, когда все пугали засухой, сбор составил 97 млн тонн. В этом году снова говорят о засухе, и здесь, помимо рациональных оснований, можно увидеть и некий пиар, нацеленный на то, чтобы продать остатки прошлогоднего урожая. Все наше внутреннее потребление, включая животноводство и продукты питания, — это сейчас примерно 70 млн тонн. На экспорт в прошлом году мы отправили рекордные 22 млн тонн. Больше ни рынок, ни инфраструктура (в основном порты) нам вывезти не позволяли. Причем, чтобы увеличить продажи, пришлось бы демпинговать, что в конечном счете уронило бы мировые цены на зерно, а это нам невыгодно. В итоге мы имеем 92 млн тонн внутреннего потребления и экспорта. А урожай — 108 млн тонн, то есть Россия зерно хронически перепроизводит. В прошлом году погибло примерно 10 млн тонн собранного зерна. Пшеницу негде было хранить, и она просто сгнила в буртах на земле».

Особенно остро стоит проблема в далеких от морских портов континентальных районах. Из-за высоких транспортных тарифов и сравнительно небольшого внутреннего спроса цена на сибирское зерно падала до разорительных для сельского хозяйства 1500 руб. за тонну. Так вот, если бы в зернопроизводящих районах страны стояли заводы по переработке пшеницы в этанол, они бы «съели» излишки зерна, переработав его в продукт с высокой добавленной стоимостью, который легче хранить и дешевле транспортировать. Да, даже при урожае 50 ц/га пшеница способна дать не более 1200 л с гектара, и до бразильских показателей нам далеко, однако и в этом случае энергетический баланс топлива оказался бы положительным (полученная энергия превышала бы затраченную на производство примерно на 20%).


Сладкая Бразилия

На международном форуме Challenge Bibendum 2010, проводившемся под эгидой шинного концерна Michelin и посвященного решению экологических проблем автотранспорта, тем этанола — особенно актуальная для принимавшей стороны — звучала в полную силу. Одним из участников форума стала Ассоциация Бразильских производителей сахарного тростника. Стенд Ассоциации был обеспечен прекрасно напечатанными буклетами, а всем желающим демонстрировали видео об успехах производства этанола в стране. Выяснилось, что заводы, перерабатывающие сахарный тростник — весьма современные предприятия, которые вырабатывают не только этанол, но и электроэнергию за счет сжигания соломы и тростникового жмыха (багассы). А вот жатва тростника механизирована далеко не везде — доля ручного труда весьма высока, причем этим тяжелым и опасным (в тростнике водятся ядовитые змеи) трудом заняты беднейшие слои населения. Через 7 лет Бразилия намерена отказаться от ручного труда в уборке тростника, однако непонятно, удастся ли пристроить все освободившиеся руки. С цифрами и фактами в руках представители индустрии развенчивали мифы о бразильском этаноле: дескать он повинен в росте цен на продовольствие, он обладает отрицательным энергобалансом, из-за него вырубают джунгли Амазонии. Однако известно, что биотопливо является для Бразилии инструментом регулирования цен на сырье. Если правительство считает, что мировые цены на сахар слишком низки, оно повышает минимальное содержание этанола в бензине. Чем больше тростника идет на этанол, тем меньше на рынке становится сахара. И цены на него растут. Америка делает то же самое с кукурузой, а вот Россия пока не имеет возможности корректировать с помощью биотоплива мировые цены на зерно. А могла бы.


Этанол и французские булки

Сама идея сжигать хлеб в двигателях внутреннего сгорания, возможно, покажется кощунственной в стране, где еще не так давно в крестьянских семьях было принято собирать ладонью крошки со стола и высыпать их в рот, однако перепроизводство зерна ставит вопрос жестко: либо уменьшение посевных площадей с понятными социально-экономическими последствиями, либо создание инфраструктуры переработки зерновых излишков во что-то полезное и нескоропортящееся. Например, в биоэтанол. Но не только.

«Те, кто говорит, что сторонники переработки зерна в биоэтанол, намерены переводить ценный продукт питания на топливо, не совсем правы, — объясняет Алексей Аблаев.- Наша ассоциация отстаивает перед властями разных уровней идею строительства в России заводов глубокой переработки зерна — тех, что на Западе называются biorefinery. Технология производства такова: на входе зерно разделяется на компоненты — крахмал в одну сторону, пшеничная клейковина (глютен) в другую, оболочки зерна в третью. Пшеничная клейковина — невероятно ценный пищевой продукт, который сейчас продается в России по ?2 за 1 кг, а в ЕС — по ?1,5. Она идет в продукты питания, например, делает французские булки французскими булками с эластичным мякишем и итальянские макароны итальянскими макаронами, не расплывающимися при варке. Глютен улучшает плохую муку, делая ее клейкой. Спрос на клейковину неограничен, в том числе на экспорт, чуть ли не на три года вперед. Оболочки зерна идут в корма. И лишь крахмал перерабатывается в глюкозу, а та отправляется на ферментацию (брожение). Далее с помощью обычных ректификационных колонн получают этанол. Его общая доля в продукции завода составит не более 30−50%. Кстати, на тех же заводах глюкозу можно перерабатывать не в этанол, а в другие продукты — бутанол, биопластики, кормовые добавки».

Единственный такой завод в СНГ находится в Казахстане и носит название «Биохим». Предприятие потребляет 300 000 т пшеницы в год. В Европе есть подобные заводы с мощностью 1 млн тонн. Они исправно гарантируют фермерам цены на зерно, дают рабочие места, пополняют региональные бюджеты. Но в России перспективы такого бизнеса пока туманны. Причина всем известна — государство российское обложило этанол любого назначения акцизами, и наполнение этим топливом бака подобно (вспомним Менделеева) сжиганию ассигнаций в печи. Да, бразильцы не ходят похмеляться на автозаправки, видимо, искренне считая, что напитки продают в других местах, однако пагубные традиции зависимой от алкоголя части населения нашей страны заставляют законодателей воздвигать барьеры на пути топливного спирта.


Гидролизный сок

Вопреки утверждениям героя песни Владимира Высоцкого водку из опилок в СССР не гнали, хотя спирт из целлюлозы получать можно. Целлюлоза — это те же самые сахара, как в крахмале или сахарной свекле — просто они соединены в цепочки полисахаридов разными связками, потому что природа создавала целлюлозу именно как конструкционный материал. Есть технология, позволяющая разбить эти связки и получить отдельные сахара методом гидролиза. Далее сахара ферментруются и ректифицируются по обычной процедуре производства этанола. Формула гидролизного спирта от формулы этанола из пищевого сырья не отличается ровно ничем — разниться могут примеси при плохой очистке, и хотя алкоголь из опилок официально использовался в промышленности как технический спирт, в определенных кругах бытовал парафраз на тему известной советской песни: «И Родина щедро поила меня гидролизным соком, гидролизным соком…». А между тем, спирт, получаемый из целлюлозы (опилок, соломы и .п.) считается перспективным топливом, биоэтанолом второго поколения, который не требует в производстве пищевого сырья. И для России с ее колоссальными запасами древесины эта тема весьма актуальна. Одна беда — существовавшие в СССР технологии производства гидролизного спирта делают его слишком дорогим для сжигания в моторах. Заводы нового поколения, вырабатывающие спирт из биомассы и использующие более дешевые ферменты, строятся сегодня, например, в США. Однако даже эта новая отрасль, как и другие сферы альтернативной энергетики, дотируется американским правительством. При существовании развитого рынка биоэтанола из кукурузы, американский рынок постепенно освоит и гидролизный спирт.

Добавим горечи

Тем же, кто мечтает создать российский рынок моторного этанола, остается надеяться, что однажды власть изменит свою точку зрения, особенно ввиду перепроизводства пшеницы. Главным аргументом здесь может стать система мер, которая гарантирует, что спирт из автозаправок будет использоваться исключительно по назначению.

«Эти меры мы предлагали и будем предлагать, — говорит Алексей Аблаев. — Во-первых, мы выступаем за жесткое денатурирование спирта, то есть добавление в него веществ, исключающих употребление топлива внутрь. Главный вариант — это смешивание с бензином. Стоит добавить всего 5% бензина, и пить эту гадость будет невозможно. Ну хорошо, можно налить в топливо воды, и вода с растворенным спиртом всплывет над бензином, но и тогда отталкивающий запах никуда не денется. Другой вариант — добавление в этанол вещества под названием битрекс. Достаточно ничтожного содержания битрекса в топливе, чтобы при попытке выпить спирт у человека возник моментальный рвотный рефлекс. Это очень горькое и неприятное вещество. Во‑вторых, заводы для производства топливного биоэтанола будут в 5−10 раз крупнее большинства нынешних спиртовых заводов. На таких предприятиях проще организовать контроль, да и хозяину такого крупного бизнеса будет невыгодно заниматься махинациями с неподакцизным спиртом — он может потерять все. В-третьих, чтобы спирт был пищевым, заводу нужно четыре-пять ректификационных колонн дистилляции — иначе не убрать всех сивушных масел. Для топлива хватит двух. Спирт на выходе получится с желтым самогонным оттенком, и качественную водку из него сделать нельзя. То есть можно, но энергетические затраты на дополнительную очистку сделают этот бизнес невыгодным».

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№9, Сентябрь 2010).
Комментарии

Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь,
чтобы оставлять комментарии.