Альтернатива нефти и газу: биологическое топливо


Длительное время потребление классического нефтяного топлива в автотранспортных средствах занимало лидирующую позицию в мире. Крупные нефтяные и автомобильные компании, опасаясь конкуренции, создали искусственный барьер на пути проникновения биотоплива. Такое положение дел продолжалось до нефтяного кризиса начала 1970-х годов, который способствовал использованию биотоплива в качестве добавки к бензину. Сегодня биоэтанол, биодизель и биогаз продвигаются как экологически чистое и возобновляемое топливо, которое может сократить количество выбросов СО2 в атмосферу.

Биоэтанол и биодизель

Биоэтанол — это, по сути, обычный этиловый спирт (приставка био- подчеркивает его происхождение из растительной сырьевой базы и щадящее отношение к природе и человеку), который производится путем гидролиза или методом ферментизации сахаросодержащих растений либо соломы и шелухи с последующей ректификацией, или, если по-русски – очищением.

Первый двигатель, работающий на этаноле и скипидаре, был изобретен и запатентован еще в 1826 году. С тех пор этаноловое топливо начало постепенно завоевывать мировой рынок топлива. Также следует отметить то, что и Генри Форд на рубеже XIX-XX веков успешно занимался созданием автомобиля на спиртовом горючем. Он ориентировался на перспективность данного направления, однако «сухой закон» и нефтяной бум в Техасе заставили его сделать выбор в пользу бензина.
Сегодня спирт научились делать практически из любого растительного сырья и с минимальными затратами. Так, в Германии расходы на производство спиртового топлива на основе сахарной свеклы составляют 0,55–0,80 евро/л (состояние на 2007 год). При этом основными видами сырья являются: пшеница – 350 л/т (выход биоэтанола на 1 тонну), картофель – 115 л/т, кукуруза – 370 л/т, сахарная свекла – 85 л/т, сахарный тростник – 70 л/т, манионик – 180 л/т, плодовые – 160 л/т, целлюлоза – 340 л/т (сахарный тростник традиционно применяется в Бразилии, кукуруза, пшеница и свекла – в США и Европе).

Биодизель – разновидность биотоплива на основе растительных или животных жиров (масел), а также продуктов их этерификации, которая применяется как в чистом виде, так и в качестве различных смесей с дизельным топливом.
Идея применения растительного масла в качестве топлива принадлежит Рудольфу Дизелю, который в 1895 году создал первый дизельный двигатель для работы на растительном масле.

Для получения биодизеля можно использовать любые виды растительных масел, но, как правило, для этих целей используют рапсовое масло (84%), подсолнечное (13%), соевое (2%). При этом биодизель, полученный из различной сырьевой базы, имеет определенные различия.
Так, пальмовый биодизель характеризуется как наибольшей калорийностью, так и самой высокой температурой фильтруемости и застывания, рапсовый биодизель несколько уступает пальмовому по калорийности,
но лучше переносит холод (поэтому он более всего подходит для многих европейских стран. — Прим. ред.). Кроме того, от видов сырья зависит и выход готового продукта: рапс (Европа) – выход масла около 1200 л/га, соя (США, Аргентина) – 446 л/га, канола (Канада) – 1000 л/га, кастор (Бразилия) – 1410 л/га, ятрофа (Индия) – 1900 л/га, пальма (Индонезия, Филиппины) – до 5900 л/га. Наибольший выход масла дает копра (62%), наименьший – кунжут. В среднем для производства 1 тонны биодизельного топлива необходимо 980 кг масла, 125 кг метилового спирта, 14,2 кг катализатора.

Основные преимущества биодизеля:
— восполняемый источник энергии;
— сохранение природных ресурсов;
— возможность использования в обычных, не модифицированных дизельных двигателях;
— по условиям хранения биодизель аналогичен обычному дизельному топливу;
— возможность продления жизни дизельных двигателей из-за более высоких, нежели у нефтяного топлива, характеристик;
— в производстве и использовании биодизеля примерно на 80% меньше выбросов диоксида углерода и почти на 100% — диоксида серы (снижение уровня загрязнения окружающей среды).

Также использование 5%-го биоэтанола дает снижение выделения углерода на 3,5%, а E85 (85% спиртового топлива) – на 50%. Наличие в биотопливе до 15% этилового спирта приводит к уменьшению в выхлопных газах CO2 на 25%, углеводородов и оксидов азота – на 5–15%.

Кроме экологических преимуществ применение биотоплива дает и неплохую коммерческую выгоду, неспроста такие киты автомобилестроения, как «General Motors», «Ford» и «Daimler-Chrysler», создают сотни тысяч автотранспортных средств, работающих как на обычном бензине, так и на бензине с примесью этанола. Нефтяные компании, в свою очередь, тоже ищут альтернативу и все чаще затевают проекты по производству биотоплива. Так, уже в этом году известный нефтяной концерн Shell будет производить этанол с бразильской компанией Cosan, крупнейшим экспортером сахарного тростника, и инвестирует в этот проект сотни миллионов долларов.

Биотопливо в мире

Производство и потребление биотоплива в мире растет с каждым годом. Эта тенденция продиктована тремя объективными реалиями современности:
— увеличивается спрос на потребление энергоресурсов в мире (по прогнозам одной из крупнейших мировых нефтегазовых компаний British Petroleum, прирост спроса на энергоресурсы к 2030 году составит 50% в сравнении с уровнем 2005 года);
— мировые запасы нефти и газа все быстрее сокращаются;
— экологическая ситуация планеты стремительно ухудшается.

Еще в 2007 году производители или продавцы топлива, работающие в странах ЕС, обязаны были добавлять в бензины до 5% этанола (согласно директиве ЕС о качестве моторного топлива), в последующие годы темпы применения биологического сырья в топливном секторе постоянно увеличивались.

Согласно стратегии постепенного перехода от «эпохи углеводородов» к эпохе альтернативного биотоплива, принятой министрами энергетики Евросоюза еще три года назад, к 2020 году как минимум 10% автомобильного горючего, потребляемого в каждой стране Евросоюза, должно стать топливом биологического происхождения.
К этому времени потребление в Европе автомобильного топлива из возобновляемого биосырья вырастет с 7 млн тонн до 15 млн тонн, при этом инвестиции на строительство 40 новых заводов биодизеля и 60 заводов биоэтанола до 2010 года составят по крайней мере $4 млрд. В Германии 100% биодизель продают около 2000 заправок. Через 15 лет намерена полностью отказаться от нефти в пользу биоэнергетики Швеция, где уже сейчас каждая заправка, продающая более 4 млн литров бензина в год, обязана иметь колонку топлива Е-85 (85% биоэтанола и 15% бензина). Водители машин на биоэтаноле бесплатно въезжают в центр Стокгольма и не платят за парковку, снижены ежегодные налоги на автомобиль.
Лидирующие позиции в производстве биоэтанола безоговорочно принадлежат США и Бразилии. После нефтяного кризиса 1973 года использование спиртовых добавок в бензин в стране стало обязательным, с 1976 года в Бразилии не продается чистый бензин. С 2003 года автопроизводители вывели на местный рынок автомобили с мотором, работающим на смеси бензина с этанолом практически в произвольной пропорции; тогда у 2,9% произведенных в стране новых автомобилей были подобные моторы, а в 2009 г. — уже 84%.

В Бразилии, в силу специфики местной флоры, в растениеводстве в качестве основного сырья для производства биоэтанола используется сахарный тростник. Себестоимость производимого на его основе биоэтанола составляет около 20-25 центов за литр. По прогнозам экспертов, если бы не соответствующие налоговые и таможенные барьеры, Бразилия уже давно увеличила бы объемы производимого биотоплива в десять раз и наводнила им рынки Европы и Японии. Следом идут США, которые первыми начали производство биоэтанола из маиса. И если в 2005 году в стране было произведено 14,7 миллиона литров этанола, то в 2006 году объем производства составил уже 18,5 миллиона литров. А к концу 2010 года в США должны выпускать 54,6 миллиарда литров этанола. План на 2025 год — 168 миллиардов литров. В результате, по прогнозам экспертов, импорт сырой нефти в Штатах к 2012 году сократится более чем на 250 млн тонн, а к 2025 году благодаря увеличению производства этанола потребление «чистого бензина» в стране сократится на 25%.
Развитие производства альтернативного топлива позволяет снизить зависимость сельхозпроизводителей от стоимости нефти и нефтепродуктов. По подсчетам бразильских и американских ученых, каждый миллион литров производимого биоэтанола создает 38 прямых рабочих мест.

По данным Ассоциации возобновляемого топлива США, около миллиона американских фермеров являются членами кооперативов по производству этанола. По мнению экспертов ассоциации, популярность биоэтанола среди американских фермеров связана с тем, что возделывание энергетических растений базируется на используемой в хозяйстве технологии сельхозпроизводства, при этом может применяться имеющийся парк машин для возделывания и уборки урожая. Поэтому для начала возделывания энергетических растений им, как правило, не требуется большой объем новых инвестиций. С тем же успехом можно использовать имеющиеся на рынке культуры и сорта, пока не появятся селекционные новинки, повышающие их урожайность и «энергоемкость».

Не отстает от производства спиртового горючего и биодизель – его производство уверенно набирает обороты в странах Евросоюза (в этом вопросе лидируют Германия, Франция и Италия).

Быстрее прочих преимущества биотоплива оценили в Стране восходящего солнца. Японцы уже несколько лет ездят на автомобилях, работающих на смеси бензина и биоэтанола. Япония, которая обязалась к 2012 году сократить выбросы выхлопных газов в атмосферу на 6% по сравнению с 1990 годом, рассматривает биоэтанол как один из шагов к выполнению этой задачи. Наряду с экологическим эффектом развитие этой отрасли, по убеждению японских чиновников, будет способствовать развитию сельского хозяйства и повторному освоению заброшенных угодий.
На будущее Япония поставила перед собой задачу к 2030 году самостоятельно выпускать 6 миллиардов литров биологического топлива, что составляет 10% от текущего ежегодного объема потребления бензина.

Биогаз

Биогаз — это продукт обмена веществ метановых бактерий, который образуется в результате разложения органической массы.

Человечество научилось использовать биогаз давно. В I тысячелетии до н. э. на территории современной Германии уже существовали примитивные биогазовые установки. Алеманы, населявшие заболоченные земли бассейна Эльбы, верили, что горючий газ, скапливающийся в ямах на болотах — это дыхание мифического дракона, который приходит ночью, и его дыхание остается в ямах. Чтобы задобрить дракона, в болото бросали жертвоприношения и остатки пищи. Алеманы додумались шить из кожи тенты, накрывать ими болото, отводить газ по кожаным трубам к своему жилищу и сжигать его для приготовления пищи. Оно и понятно, ведь сухие дрова найти было трудно, а болотный газ (биогаз) отлично решал эту проблему.
В XVII веке Ян Баптист Ван Гельмонт обнаружил, что разлагающаяся биомасса растений выделяет воспламеняющиеся газы. Алессандро Вольта в 1776 году пришел к выводу о существовании зависимости между количеством разлагающейся биомассы и количеством выделяемого газа. В 1808 году сэр Хэмфри Дэви обнаружил метан в биогазе.

Первая задокументированная биогазовая установка была построена в Бомбее в 1859 году, а в 1895 году биогаз применялся в Великобритании для уличного освещения.

Биогаз является высококачественным и полноценным носителем энергии и близок по своим характеристикам к природному газу. Этот газ может использоваться, как и обычный природный, для технологических целей, обогрева, выработки электроэнергии. Его можно накапливать, перекачивать, использовать для заправки автомобилей (для работы электрогенераторов биогаз используется без какой-либо очистки).

В последние годы интерес к процессам производства биогаза в мире значительно возрос — это проявляется не только в возрастающем количестве строящихся биогазовых установок, но и в заинтересованности все большего числа фермеров, коммунальных хозяйств, предприятий, политиков и частных хозяйств. Ведущее место в производстве и использовании биогаза принадлежит Дании — биогаз занимает до 18% в ее общем энергобалансе. По абсолютным показателям по количеству средних и крупных установок ведущее место занимает Германия – на территории страны насчитывается более 8 млн установок для производства биогаза. В Европе не менее половины всех птицеферм отапливаются биогазом. В Индии, Вьетнаме, Непале и других странах строят малые (односемейные) биогазовые установки. Получаемый в них газ используется для приготовления пищи. Больше всего малых биогазовых установок находится в Китае — более 10 млн (на конец 1990-х). Они производят около 7 млрд м3 биогаза в год, что обеспечивает топливом примерно 60 млн крестьян. В конце 2006 года в Китае действовало уже около 18 млн биогазовых установок. Их применение позволяет заменить 10,9 млн тонн условного топлива. В Индии с 1981 по 2006 год было установлено 3,8 млн малых биогазовых установок, а в Непале существует программа поддержки развития биогазовой энергетики, благодаря которой в сельской местности к концу 2006 года было создано более 100 тысяч малых биогазовых установок. Автоконцерны Volvo и Scania освоили производство автобусов с двигателями, работающими на биогазе. Такие автобусы активно используются в городах Швейцарии, и, по прогнозам Швейцарской Ассоциации Газовой Индустрии, к концу 2010 года 10% автотранспорта Швейцарии будет работать на биогазе. Муниципалитет Осло в начале 2009 года перевел на биогаз 80 городских автобусов. Стоимость биогаза составляет 0,4 — 0,5 евро за литр в бензиновом эквиваленте.

За последние 5 лет производство биотоплива в мире увеличилось в 4 раза, по мнению экспертов, эта тенденция сохранится и в последующие годы. Специалисты связывают такую динамику с переходом многих стран на биоэкономику, основой которой должна стать «зеленая энергетика». Предполагается, что возобновляемые источники энергии на основе биологического сырья станут основой энергетики будущего, что окажет положительное воздействие как на сельское хозяйство, так и на экологическую и продовольственную безопасность в мире.
По данным журнала «РЗ»

0 комментариев

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.