close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Развитие биоэнергетики, экологическая и продовольственная безопасность. Научное издание. 2009 г.

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное научное учреждение
«Российский научно-исследовательский институт информации
и технико-экономических исследований по инженерно-техническому
обеспечению агропромышленного комплекса»
(ФГНУ «Росинформагротех»)
РАЗВИТИЕ БИОЭНЕРГЕТИКИ,
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ
И ПРОДОВОЛЬСТВЕННАЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
Научное издание
Москва 2009
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 620.95
ББК 31.35
Р 17
Авторский коллектив:
чл.-корр. Россельхозакадемии В.Ф. Федоренко,
д-р техн. наук Д.С. Буклагин, канд. техн. наук Н.П. Мишуров,
В.С. Тихонравов
Р 17
Развитие биоэнергетики, экологическая и продовольственная безопасность: науч. изд. – М.: ФГНУ «Росинформагротех»,
– 2009. — 144 с.
Дан анализ резкого подорожания продовольствия в мире и показана его
связь с увеличением производства биотоплива. Рассмотрены вопросы влияния различных видов биотоплив на экологию и окружающую среду.
Рассмотрены состояние и перспективы развития биоэнергетики в
мире и России. Приведены альтернативные виды сырья и новейшие технологии, позволяющие производить биотопливо второго поколения – топливо, не влияющее на продовольственную безопасность и более экологичное. Использованы новейшие материалы международных конгрессов
«Биодизель-2008» и «Биогаз-2008», состоявшихся 26-27 ноября 2008 г. в
Москве, конференций по биотопливу на выставке «Золотая осень», на
Агросалоне (2008 г.) и Третьего Весеннего Биотопливного конгресса, 26-28
февраля 2009 г. (г. Санкт-Петербург) и других мероприятий.
УДК 620.95
ББК 31.35
© ФГНУ «Росинформагротех», 2009
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВВЕДЕНИЕ
В последнее время в средствах массовой информации, на различных международных конгрессах, конференциях и форумах обсуждаются вопросы перспективы развития биоэнергетики, о ее преимуществах и недостатках, влиянии на климат и окружающую среду.
Она рассматривается также в свете проблем экологической, продовольственной безопасности и развития мировой и отечественной
экономики.
Известный американский специалист в области прогнозирования,
в том числе по проблемам сельского хозяйства и мировой торговли продовольствием, директор вашингтонского исследовательского
центра «Политика Земли» Лестер Браун подверг критике политику
администрации США в области использования этанола в качестве
добавки к автомобильному топливу, вернее, политику использования для этих целей продовольственных культур — кукурузы и сои.
Такая политика, по мнению ученого, будет форсировать рост цен на
продовольствие в мире.
«Все мы являемся свидетелями одной из величайших трагедий в
истории», — отмечает Л. Браун. США ошибочно стараются уменьшить свою зависимость от импорта нефти за счет превращения зерна
в источник энергии. Это создаст угрозу продовольственной безопасности во всем мире в невиданных до сих пор масштабах.
Министр финансов Индии Паланиаппан Чидамбарам считает, что
главной причиной продовольственного кризиса в Индии является
рост производства биотоплива: «Мягко говоря, перевод сельскохозяйственных земель под выращивание сырья для биотоплива — это
глупо, а проще говоря, преступление против человечности».
В авторитетном научном журнале «Сайенс» были опубликованы
две статьи с изложением проблем экологических плюсов и минусов
получения биотоплива за счет продовольственных культур.
При комплексных исследованиях выясняется, что от разрушения
экосистемы, освоения новых площадей для производства биотоплива атмосфера планеты в итоге получит больше вредных газов, чем
при сохранении нынешнего статус-кво. Ведь свободных площадей,
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
как правило, нет, следовательно, надо создавать новые, а для этого вырубать тропические леса, осваивать саванны и т.д. Именно эти
аспекты никто не учитывал, полагает автор одного из исследований,
специалист из Принстонского университета Т. Серчинджер. Судя по
его высказываниям, приведенным газетой «Нью-Йорк Таймс», парниковых газов в итоге будет больше, чем сейчас, потому что никто
не принимал в расчет, во сколько обойдется человечеству использование земель для получения сырья для биотоплива.
Мэр Москвы Юрий Лужков в своей статье в «Российской газете»
от 26 июня 2008 г. «Мир, сжигающий хлеб и себя» проводит мысль,
что производство биотоплива провоцирует глобальный продовольственный кризис. Он пишет: «И именно производство биотоплива
является важнейшим, наиболее острым и пагубным по последствиям фактором резкого роста глобальных цен на продовольствие, а
главное того, что эта тенденция будет нарастать и далее.
С учетом экологических издержек самого производственного
процесса биотопливо оказывается вовсе не «зеленой» технологией,
не «био», а крайне опасным проектом, становящимся фактором увеличения выброса парниковых газов в результате кардинального изменения модели землепользования, а также фактором глобального
потепления».
Но факт остается фактом — политика биоэтанольного безумия
ничуть не менее опасна, чем всеобщие опасения по поводу того же
терроризма, новые и непредсказуемые всплески которого эта политика, кстати, способна породить, создавая глубочайшие диспропорции продовольственного обеспечения в мире.
Речь идет не просто о вступлении человечества в новую эпоху —
период дорогих и все дорожающих продуктов питания. Речь идет о
том, что они будут становиться стратегическим сырьевым ресурсом
и предметом глобальной конкуренции в не меньшей степени, чем те
же энергоносители.
Фактически ситуация в мире сегодня характеризуется началом на
сельскохозяйственных полях своеобразной «глобальной войны между топливом и хлебом». Люди конкурируют с машинами за то, куда — на наш стол или в топливный бак попадут пшеница, кукуруза, масло. И кто выживет на планете Земля, и выживет ли она
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вообще, если и дальше будет продолжаться политика сжигания
хлеба.
Биотопливо — это не просто фактор роста цен на продукты.
Экономика биоэтанола — это палка о двух концах, которыми можно
ворошить и нефтянку, и сельскохозяйственные рынки. И создавая эту
новую отрасль глобальной экономики, ее активные сторонники жестко привязывают друг к другу рост цен на энергию и продовольствие,
сознательно превращают их в глобальные конкурирующие ресурсы.
Биоэнергетика становится механизмом регулирования ключевых
сырьевых рынков планеты и может быть эффективным оружием как в
борьбе против нефтедобывающих стран, так и в деле постановки под
свой контроль импортозависимых по продовольствию государств.
По сути, этанол и биодизель превращаются в своеобразное геополитическое «биологическое оружие», с помощью которого США
и их союзники хотели бы повысить свою энергетическую независимость и одновременно создать новый тип так называемых неудавшихся государств – «голодающих наций».
Это основные мысли, высказанные Юрием Лужковым в своей
статье.
Так это ли нет, можно сказать только после всестороннего анализа позитивных и негативных сторон рынка продовольствия и перспектив развития биоэнергетики.
1. АНАЛИЗ ПРИЧИН, ВЫЗВАВШИХ
РЕЗКОЕ ПОДОРОЖАНИЕ ПРОДОВОЛЬСТВИЯ В МИРЕ
Глава подразделения сельскохозяйственной торговли и рынков
Организации стран экономического сотрудничества и развития Лойк
Бонекамп считает, что скачок цен на продукцию сельского хозяйства
(зерно, масличные культуры и сахарная свекла) мог быть вызван высоким спросом на биотопливо, однако не в такой мере, как об этом
говорят в последнее время.
По его мнению, рост цен на сельскохозяйственную продукцию (в частности, стоимость зерна увеличилась в 2007 г. почти в 2 раза) произошел
бы и в том случае, если бы объем производства биотоплива не увеличился.
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Бонекамп полагает, что основными причинами скачка цен стали
резкий срыв поставок, связанный с природными катаклизмами в ведущих сельскохозяйственных державах, таких как Австралия, сокращение общемировых запасов, а также высокий спрос на продукты
питания со стороны развивающихся стран. Цены на сельскохозяйственную продукцию на мировых рынках будут оставаться высокими в течение следующих десяти лет не только из-за биотоплива, но
и из-за высокого спроса и рекордных цен на нефть. Цены на зерно,
масличные культуры и сахарную свеклу могут вырасти на 10-40% в
сравнении со средним уровнем за прошлые десять лет.
Земли на планете достаточно, чтобы параллельно производить
биотопливо и продукты питания. Об этом 7 июня 2008 г. заявил министр торговли и промышленности Норвегии Даг Терье Андерсен на
XII Петербургском международном экономическом форуме в рамках
конференции «Новые глобальные вызовы для мировых рынков продовольствия». По его оценкам, сегодня в мировом продовольственном кризисе обвиняют биотопливо. «Мы должны разорвать замкнутый круг», — заявил Андерсен, согласившись при этом, что отчасти
кризис вызван выделением посевных площадей под культуры для
производства биотоплива. Вместе с тем он отметил, что в значительной степени мировой продовольственный кризис вызван быстрым
ростом развивающихся рынков Китая, Индии, Нигерии, Ганы и др.
«И число таких стран будет только расширяться», — предупредил
министр. Поэтому, указал он, мировой рынок неизбежно будет сталкиваться с расширением потребности в сырьевой базе.
Производство биотоплива не является главной причиной повышения цен на продовольствие, именно поэтому многие страны не станут
отказываться от производства топлива из агрокультур. Если не производить биотопливо, то это не значит, что все встанет на свои места, —
заявил журналистам на встрече министров финансов стран «большой
восьмерки» министр финансов РФ Алексей Кудрин в июне 2008 г. По
мнению главы Минфина, глобальный рост цен на продовольствие связан, прежде всего, с ростом спроса со стороны развивающихся экономик мира, со снижением мировых запасов продовольствия, с неблагоприятными климатическими условиями, с субсидиями производителям сельскохозяйственной продукции в развитых странах.
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В преддверии Международной конференции ООН по проблемам
продовольственной безопасности и изменения климата выдвигались
несправедливые обвинения в адрес мировой биотопливной промышленности, якобы играющей ведущую роль в наступлении продовольственного кризиса. В ответ на эту искусственно раздуваемую истерию лидеры биотопливной индустрии США, Канады и Европы направили письмо в адрес генерального директора Продовольственной
и сельскохозяйственной организации (ФАО) ООН доктора Жака
Диуфа (Jacques Diouf) и мировых лидеров, направляющихся на саммит. В письме содержится призыв не сводить все проблемы к использованию биотоплива, игнорируя другие факторы, которые играют значительно большую роль в росте цен на продовольствие во
всем мире.
В письме, адресованном доктору Диуфу и лидерам мировых держав, его авторы – Гордон Куаяттини (Gordon Quaiattini) (Канадская
ассоциация производителей возобновляемых видов топлива —
Canadian Renewable Fuels Association), Роб Виерхаут (Rob Vierhout),
(Европейская ассоциация производителей биоэтанольного топлива — European Bioethanol Fuel Association) и Боб Динин (Bob
Dinneen) (Ассоциация производителей возобновляемых видов топлива — Renewable Fuels Association) — пишут: «Существует много причин быстрого роста мировых цен на продовольствие. Среди
них такие погодные явления, как засухи и разрушительные бури, изменения в пищевых привычках населения, стремительно растущие
цены на нефть и топливо, биржевые спекуляции на сырьевых товарах, падение стоимости доллара и неудачи международной сельскохозяйственной политики». В письме приводятся слова председателя
Совета экономических консультантов при президенте США: «На
долю производства этанола из кукурузного крахмала приходится
всего 3% из 43% повышения мировых цен на продовольствие, поэтому оно едва ли может быть ведущей причиной, в чем некоторые
пытаются всех убедить».
В письме также подчеркивается «значительный экономический
ущерб, вызванный постоянным рекордным ростом цен на сырую
нефть. Эти цены влияют на стоимость производства и транспорти7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ровки продовольствия во всем мире, не считая стоимости обработки
и упаковки пищевых продуктов. Упомянув стремительно растущие
цены на дизельное топливо и удобрения, авторы пишут: «Сильное
ограничение поставок сырой нефти и нефтепродуктов наносит серьезный урон всем странам и рынкам мира, особенно в отношении
продовольствия».
Согласно авторам письма «...фермеры в разных странах мира способны справиться с наступившим кризисом. В мире нет недостатка в
пахотных землях и эффективных методах производства продовольствия. В чем есть нехватка — так это в разумной международной
политике в области сельского хозяйства, которая бы давала возможность фермерам, особенно в странах, ввозящих продовольствие,
удовлетворять продовольственные потребности своих соотечественников. Увеличение производства продовольствия и рост выпуска
биотоплива вовсе не исключают друг друга».
3-5 июня 2008 г. в Риме (Италия) состоялась международная конференция «Всемирная продовольственная безопасность и глобальные вызовы в свете изменения климата и развития биоэнергетики»,
в работе которой приняли участие представители 180 государств
и Европейского союза, из них свыше 40 глав государств и правительств.
На церемонии ее открытия выступили президент Итальянской Республики Дж. Наполитано, Генеральный секретарь Организации
Объединенных Наций Пан Ги Мун, генеральный директор ФАО
Ж. Диуф.
Конференция продемонстрировала глубокую озабоченность международного сообщества ситуацией на мировом продовольственном
рынке, продолжающимся ростом цен на продукты питания. По мнению выступавших, это крайне негативно отражается на жизненном
уровне населения, особенно в развивающихся странах, ставит под
угрозу достижение целей развития тысячелетия, вызывает социальную и политическую нестабильность во многих странах. Среди причин глобального продовольственного кризиса назывались, в частности, сокращение сельскохозяйственного производства в ряде основных стран — производителей продовольствия, увеличение потребления продуктов питания в крупнейших развивающихся странах,
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
форсированный рост производства биотоплива, изменение климата,
рост цен на энергоносители и удобрения.
Участники встречи подчеркивали, что продовольственную безопасность в мире можно укрепить путем дальнейшего роста сельскохозяйственного производства с целью удовлетворения растущего спроса на продукты питания. Позиции государств относительно
влияния производства биотоплива на продовольственную безопасность в мире не совпали, и было решено провести по этому вопросу
дополнительные исследования.
Российская делегация акцентировала внимание на готовности нашей страны наращивать вклад в преодоление продовольственного
кризиса при использовании своих естественных преимуществ, на
необходимости разработки новых технологий и улучшения доступа
к ним сельских тружеников, а также вовлечения в хозяйственный
оборот новых земель без ущерба для окружающей среды и развития
технологий «второго поколения», использующих для производства
биотоплива непродовольственное сырье.
На саммите был достигнут консенсус по трем ключевым вопросам — необходимости активизировать срочную гуманитарную помощь странам, наиболее пострадавшим в результате резкого подорожания продуктов питания, сокращению ограничений на экспорт
продовольствия, в первую очередь в гуманитарных целях, и расширению масштабов инвестиций в сельское хозяйство.
По итогам работы принята Декларация конференции «Всемирная
продовольственная безопасность и глобальные вызовы в свете изменения климата и развития биоэнергетики», в которой предложены
меры в области оказания продовольственной помощи, укрепления
систем социальной защиты, развития сельского хозяйства, адаптации к изменению климата, а также рекомендации по изучению воздействия производства биотоплива на продовольственную безопасность.
Главной причиной мирового продовольственного кризиса стало отсутствие хороших урожаев, а не производство биотоплива.
Такое мнение высказал заместитель министра иностранных дел РФ
А. Яковенко, принимавший участие в Международной конференции
по проблемам продовольственной безопасности в Риме. В интервью
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
информационному телеканалу «Вести» он отметил, что начало активного производства биотоплива подстегнуло мировое сообщество
к размышлению, не является ли это причиной продовольственного
кризиса. Однако отсутствие хороших урожаев, особенно в северной
части земного шара, было главной причиной. Касаясь вопроса угрозы мирового продовольственного кризиса, замглавы МИД заявил,
что «она действительно существует и носит не краткосрочный характер, а имеет определенную тенденцию к развитию в свете постоянного роста населения земного шара. «Главная задача встречи
ведущих государств ООН заключается в том, чтобы понять природу
этого кризиса и постараться выработать общий подход к решению
этой проблемы, — считает А. Яковенко. — Мы находимся сейчас в
самом начале пути в плане осмысления тех проблем, которые существуют в мире».
20 ноября 2008 г. в бразильском городе Сан-Паулу прошла
Международная конференция «Биотопливо как движущая сила
устойчивого развития». Интерес к этой актуальной теме проявили
представители более чем 30 стран мира, в числе которых специалисты
не только в области сельского хозяйства, но и других сфер, связанных
с развитием биоэнергетики. В работе конференции приняла участие
большая часть Кабинета министров Бразилии, включая главу МИД
Селсу Аморима. В рамках тематических «круглых столов» участники конференции обсуждали следующие вопросы: «Биотопливо и
энергетическая безопасность: переходный период структуры энергетики, источники диверсификации, увеличение доступа к энергии»,
«Биотопливо и устойчивость: продовольственная безопасность, получение доходов, вызовы экосистемам», «Биотопливо и инновации:
исследования и разработки, следующее поколение биотоплива, возможности для науки и технологии», «Биотопливо и мировой рынок:
правила торговли, технические аспекты, социальные и природоохранные стандарты».
В ходе дискуссий проявились две полярные точки зрения относительно степени влияния производства биоэтанола и биодизеля на
цены на продовольственном рынке. Например, представители США
убеждены, что развитие такого производства никак не влияет на це10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
новую конъюнктуру, их оппоненты, представляющие, в частности,
страны Африки, утверждают обратное.
В то же время все они сошлись во мнении, что производство биотоплива должно основываться на технологиях второго поколения,
использовании в качестве сырья отходов животноводства, пищевой
промышленности, лесопереработки. Это, в свою очередь, позволит
решить целый ряд задач — экономические, экологические, социальные, сельскохозяйственные. В целом участники конференции отметили, что страны, обладающие значительными земельными и водными ресурсами (Россия, Бразилия, США), должны использовать свой
потенциал для нужд человечества, в том числе с целью мирового
продовольственного обеспечения.
При анализе этих высказываний и сообщений возникает вопрос:
действительно ли биотопливо является причиной всех проблем продовольственной безопасности в мире или есть другие причины?
В 2007 г., по оценкам экспертов, в мире было произведено 6570 млн м3 биоэтанола (по сравнению с 2000 г. (28 млн) увеличилось
больше чем в 2 раза). Около двух третей этого объема приходится на
Бразилию (примерно 20 млн м3) и США (более 30 млн м3). В сравнении с этими странами производство в Евросоюзе (4 млн м3) выглядит очень скромно. Остаток распределен между другими странами
мира, в первую очередь странами Центральной Америки и Азии. В
качестве сырья в Бразилии используется сахарный тростник, в США
— преимущественно кукуруза. В Евросоюзе 50-60% этанола производится из зерновых, остальное — из винограда или сахарной свеклы.
Более половины мирового производства биоэтанола приходится на
зерновые культуры.По оценкам Минсельхоза США, только в этой стране в 2007/08 экономическом году примерно 86 млн т зерновых переработаны в этанол. Это больше, чем был весь урожай зерновых России
(80 млн т). На долю других стран приходятся оставшиеся 20 млн т.
Таким образом, общий объем достигает 105-110 млн т. Американский
исследовательский институт Уорллуотч недавно опубликовал доклад
о парадоксах современного сельского хозяйства: производство зерна в
мире растет, но и цены на него значительно повышаются.
В 2007 г. в мире собран рекордный урожай зерновых культур —
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2316 млрд т, что на 4% больше, чем в 2006 г. С 1961 г. мировые урожаи
почти утроились, в то время как количество населения мира лишь
удвоилось. В 1961 г. в мире было произведено 285 кг зерна на душу населения, в 1986 г. — рекордные 376. В последующие десятилетия этот
показатель оставался стабильным и колебался примерно на уровне
350 кг. Однако от региона к региону он варьирует: так, для США он
составляет 1230 кг, для Китая — 325, для Зимбабве — 90. Примерно
46% зерна мира производят США, Индия и Китай. На долю Европы
и постсоветских государств приходится 21% от всего производимого
в мире зерна. Несмотря па рекордный урожай в США в 2007 г., кукуруза подорожала на 70% по сравнению с 2006 г., а пшеница — на 65.
В Аргентине цены на пшеницу удвоились. Таким образом, можно
заключить, что использование зерна для производства биоэтанола
пока составляет относительно небольшую долю, т.е. производство
биотоплива вряд ли оказало существенное влияние на рекордные
цены мировых рынков. Но однозначно можно сказать, что цены на
зерно, в частности на кукурузу, впрямую зависят от цены на нефть.
Об этом свидетельствует график, приведенный вице-президентом
Российской Национальной Ассоциации А.Р. Аблаевым в докладе на
Третьем Международном конгрессе «Биодизель-2008» 26-27 ноября
2008 г. График показывает соотношение цен на нефть и кукурузу
с октября 2007 г. по сентябрь 2008 г. Как видно, цены на кукурузу
колеблются в унисон ценам на нефть. Учитывая, что производство
биоэтанола в мире только росло, становится понятно, от чего зависят цены на зерно, и следовательно, цены на продукты питания
(рис. 1.1).
Как отметил Д.С. Булатов (Национальный союз экспертов продовольствия) в статье «Экспорт продукции российского АПК в условиях мирового продовольственного и финансового кризисов», рост цен
на нефть привел, во-первых, к значительному увеличению стоимости
продовольствия, а во-вторых, сделал рентабельным масштабное производство биоэтанола. Мировое производство зерна в последние три
года не только не сокращалось, но постоянно увеличивалось. Как показывают данные табл.1, составленной на основе данных ФАО, никаких неурожаев в основных зернопроизводящих регионах не наблюдалось.
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис.1.1. Что влияет на цены зерна?
(кукуруза — синий график, нефть — зеленый)
Мировое потребление зерна также росло. В 2007 г. произошло
некоторое снижение запасов (на 4,5%), но в 2008 г. они вновь увеличились. В то же время следует признать, что мировой рынок зерна
очень чутко реагирует на изменения конъюнктуры. Если предложение сокращается на 2%, то цены могут вырасти на 10%. А на биотопливо сейчас изымается 5% производимого в мире зерна.
Это предположение подтверждает и тот факт, что рост цен вызван повышением спроса на пшеницу. В настоящее время пшеница пользуется беспрецедентным за последние 30 лет спросом. Еe запасы в ЕС всего за один
год уменьшились с 14 млн т до 1 млн т. С другой стороны, производство этанола из зерновых обостряет и без того напряженное положение с обеспечением продовольствием. С учетом роста населения планеты на 80 млн человек в год и увеличением его доходов потребление зерновых увеличивается
на 1,5-2% в год. Производство едва поспевает за потреблением. Так, после
1999 г. выдался только один год, когда производство превышало потребление.
Таким образом, масштабное производство биоэтанола — совсем
не причина продовольственного кризиса, а его следствие, так же, как
и «парад» запретов на экспорт продовольствия: от СНГ до Южной
Америки.
13
14
384,5
402,9
18,5
Северная
Америка
Европа
Океания
440,6
447,9
136,9
20,1
8,5
23,8
26,3
262,1
1,2
31,5
7,8
23,7
25,2
56,3
116,5
251,8
1,1
18,4
7,8
22,2
24,2
55,6
122,5
2008/
2009 гг.**
2007/
2008 гг.*
Импорт
**
*
255,4
14,1
42,4
111,2
34,7
0,8
5,7
46,5
2006/
2007 гг.
Предварительные данные.
Оценка.
Источник: Food Outlook, FAO. November 2007; June 2008.
____________
22,9
387,5
462,1
130,9
41,9
53,8
257,9
110,5
Южная
Америка
40,1
144,1
124,2
2006/
2007 гг.
Мир в целом 2009,4 2111,9 2191,9
37,1
Центральная
Америка
134,6
940,0
2008 г.**
1,1
144,7
Африка
933,8
2007 г.
40,8
911,1
2006 г.
Азия
Регион
Производство
261,9
9,7
31,7
1273
41,4
0,7
5,6
45,0
2008 гг.*
2007/
Экспорт
251,8
20,5
43,7
104,4
38,0
0,7
6,1
38,4
2009 гг.**
2008/
2008 гг.*
2007/
2008/
2009 гг.**
Потребление
2007 г.
2008 г* 2009 г. **
Запасы на конец
года
15,2
395,7
344,5
111,4
64,3
191,2
17,9
404,8
356,3
117,2
65,4
194,9
8,0
54,8
60,4
10,4
4,4
36,5
6,0
45,6
35,2
9,7
5,0
28,6
9,7
56,1
46,8
14,2
4,6
27,2
2062,4 2127,2 2176,0 428,8 408,8 421,3
16,7
395,8
309,8
108,3
62,0
187,4
982,5 1004,4 1019,3 253,7 258,6 262,8
2007 гг.
Мировой рынок зерна в 2006-2008 гг., млн т
Таблица 1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
С другой стороны, мировое сельское хозяйство — это ведь не только
продовольствие. Это еще и хлопок, лен и прочие технические культуры — они занимают площади, которые могли бы быть засеяны зерновыми. Однако же никто не утверждает, что развитие текстильной
промышленности обостряет продовольственную проблему.
В настоящее время необходимо учитывать, что к глобальному продовольственному кризису, несмотря на рекордный урожай зерновых
в 2008 г. (на 4% больше, чем в 2007 г.), добавился финансовый кризис. Потенциальное воздействие этого кризиса на сферу АПК нельзя
оценить однозначно. Ведь речь идет не только о сельском хозяйстве.
Кризис может отразиться на рынках сельхозмашиностроения, оборудования для пищевой промышленности, удобрений, средств защиты растений и др. Кризисные явления могут затронуть научные исследования, выставочную деятельность, аграрные СМИ, подготовку
кадров. Очевидно, необходимо предпринять превентивные меры по
защите этих сфер от кризиса.
Финансовый кризис может также затруднить выделение беднейшим странам средств на преодоление последствий продовольственного кризиса.
Резкое снижение цен на нефть (со 130 до почти 40 долл. США за
баррель) создает дополнительные стимулы для расширения производства сельхозпродукции. К тому же низкие цены на нефть снижают
рентабельность производства биотоплива. Поэтому вполне можно
ожидать, что отток зерна на производство биоэтанола уменьшится.
Это может ослабить остроту продовольственного кризиса, но только
в том случае, если цены на нефть по-прежнему будут оставаться на
нынешнем низком уровне (а это, в свою очередь, будет зависеть от
глубины спада экономики ведущих стран, политики ОПЕК и ряда
других факторов).
Таким образом, решение мировой продовольственной проблемы
нельзя рассматривать в отрыве от энергетических и финансовых
проблем. То же относится и к российскому АПК.
Очевидно, упреждающие антикризисные меры должны
распространяться не только на сельхозпроизводителей и обслуживающие их банки. Сейчас крайне важно определить возможные последствия кризиса для всего АПК и смежных с ним отраслей и сде15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
лать все возможное для того, чтобы реализовать неиспользованный
потенциал этой сферы российской экономики.
Ключевым аспектом проблемы является тот факт, что биоэтанол производится в основном в странах, являющихся крупнейшими
мировыми экспортерами сельхозпродукции. Сокращение экспорта
из этих стран будет иметь серьезные последствия для уровня цен.
Производство биоэтанола не является причиной такого развития ситуации, но тем не менее обостряет положение.
Несмотря на стремительный рост производства жидкого биотоплива, его роль в мировом потреблении традиционных нефтепродуктов в целом еще весьма скромна. В последние годы в производство
биотоплива активно включился Китай. По данным компании «Вritish
Реtroleum», уже в 2005 г. он опередил страны ЕС по производству
биоэтанола. В 2006 г. на Китай приходилось 4,1% объема мирового производства биоэтанола, который уже используется в качестве
10%-ной добавки к обычному бензину в пяти провинциях страны.
По экспертным оценкам, по сравнению с современными глобальными
энергетическими потребностями транспортного сектора доля жидкого
биотоплива составляет немногим более 1%. В Бразилии соответствующая доля составляет 14%. Из других стран следует отметить Испанию и
США, где доля производимого биоэтанола в общем объеме потребляемого в стране бензина составляет соответственно 3,5 и 4,1%. В Германии
уровень производства биодизеля, рассчитанный в энергетическом топливном эквиваленте, соответствует 9,2% потребляемого в транспортном секторе этой страны дизельного топлива.
Из-за роста мировых цен на ряд продовольственных товаров,
наблюдающийся в последние два года, в некоторых странах мира
пришлось ввести определенные коррективы в политику в области
производства альтернативных видов топлива и в продовольственную политику в целом.
В Китае был установлен мораторий на увеличение использования
кукурузы в качестве сырья для производства биоэтанола, поскольку возросли цены на корма. Одновременно был предпринят ряд мер
по активизации исследований в сфере производства биотоплива из
альтернативных, преимущественно непищевых культур (маниока,
сахарного сорго, ятрофа).
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В начале 2007 г. Мексика установила верхний предел цен на маисовые лепешки (заменяющие в этой стране хлеб), пытаясь справиться с ростом цен на продовольствие из-за подорожания импортируемой кукурузы.
Правительство Индонезии в середине 2007 г. увеличило экспортную пошлину на пальмовое масло (также используемое для
производства биодизеля) с целью замедлить рост цен на кулинарное
растительное масло.
В Бразилии, где основным сырьем для производства биоэтанола
является сахарный тростник, цены на сахар в 2006 г. достигли максимальных значений за предшествующий десятилетний период. Это
существенно затронуло малоимущие слои населения. Однако затем
цены на сахар снизились, и правительству не пришлось прибегать к
ограничительным мерам в сфере производства биоэтанола.
Мировое производство биодизеля в 2007 г. также достигло рекордного уровня: 8-9 млн т в сравнении с 700 тыс. т в 2000 г. Для
производства 1 т биодизеля требуется почти 1 т растительного масла, поэтому влияние данного сегмента рынка на обеспеченность продовольственными растительными маслами легко определить. При
мировом потреблении растительного масла около 160 млн т доля
биодизеля составляет также около 5%. Как и в случае с зерновыми,
этот дополнительный спрос входит в противоречие с ограниченным
предложением. В 2007/08 экономическом году производство семян
масличных культур и выжатых из них растительных масел не сможет покрыть потребность, что приведет к существенному снижению
мировых запасов. Результатом будут рекордные цены на растительные масла.
Такого развития событий не могли и предположить инициаторы
инвестиций в биодизельную промышленность в период «бума» отрасли 2004-2006 гг. Высокая маржа на переработку, слишком амбициозные политические цели и высокие дотации подвигли многих
на инвестиции, что привело к созданию избыточных мощностей не
только в Германии и Европейском союзе, но и во всем мире. По реалистичным оценкам, имеющиеся в мире мощности (15-20 млн т в
год) не смогут быть полностью загружены до 2012 г. Следует также
обратить внимание на тот факт, что в последние 30 лет посевные
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
площади в мире остаются практически неизменными и составляют
около 1,5 млрд га, а спрос на продукты питания значительно возрос
при значительном росте населения планеты. В то время как в России
или Южной Америке в сельскохозяйственный оборот вводятся новые площади, в Азии или Европе столько же земли отдается под застройку жильем или под производство. В Китае за одно десятилетие
изъято из оборота 8 млн га пашни. Для сравнения: в Германии в общей сложности обрабатывается чуть менее 12 млн га.
С таким дефицитом угодий еще можно было бы мириться, если
бы одновременно с головокружительной скоростью не увеличивалось
население земного шара. На памяти тех, кто родился в 1950 г., оно выросло с 2,5 до 6,6 млрд человек — более чем удвоилось.
Математик из Ульма и член Римского клуба Франц Йозеф
Радермахер предупреждает: если к 2050 г. население планеты достигнет 9 или 10 млрд, то в мире возникнет колоссальная потребность в дополнительной биомассе, производимой сельским хозяйством, произойдет драматическое обострение дефицита ресурсов. За
последние 25 лет потребление мяса удвоилось и продолжает расти.
Проблема в следующем: чтобы получить 1 кг свинины, нужно 3 кг
корма, а для говядины это соотношение 1:7. Не говоря уже о воде,
без которой не будет зерна: чтобы вырастить 1 кг кормовой кукурузы, требуется около 900 л воды.
Спрос на продовольствие особенно велик в Китае и Индии. Китаю
приходится кормить четверть мирового населения, располагая всего
10% сельскохозяйственных площадей Земли. Поэтому страна буквально опустошает мировые рынки продовольствия. За десять лет импорт
бобов сои возрос более чем в 7 раз. Только в 2006 г. в 15 раз увеличился
объем импортных поставок кукурузы. Не так давно Китай сам выступал
серьезным экспортером кормов.
Организация экономического сотрудничества и развития — ОЭСР
обнародовала в середине 2008 г. очередной долгосрочный прогноз
развития сельского хозяйства мира. Такие исследования проводятся
один раз в несколько лет и содержат в себе основные выводы ведущих специалистов относительно тенденций развития мирового
аграрного сектора. Сегодня обозначилась перспектива удорожания
продовольствия, и, видимо, это надолго.
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В настоящее время цены на продовольствие в мире в номинальных величинах выше, чем в предыдущие годы. Естественно, с течением времени они снизятся. Однако нет никаких оснований считать,
что цены обязательно достигнут прежнего низкого уровня.
Резкий рост цен в 2005-2007 гг. частично оправдан плохими
погодными условиями. Одно это уже могло спровоцировать рост
цен. Никто не возьмется утверждать, что такое не повторится и в
будущем. Цены в конце концов снизятся, но если брать десятилетний период, то они будут выше, чем в предыдущий отрезок времени. ОЭСР считает, что рост сельскохозяйственного производства в
основном за счет увеличения производительности приведет к тому,
что предложение все-таки превысит спрос, даже с учетом спроса для
производства биотоплива. В реальных ценах (не номинальных) продовольствие подешевеет. Хотя, может быть, и не так, как это было в
прежние годы.
В докладе ОЭСР подчеркивается, что рост аграрного производства
в предстоящее десятилетие будет обеспечен за счет урожайности, а
не освоения новых сельскохозяйственных земель. Медленно, но будет расти производство в молочной и мясной отраслях. Естественно,
огромное значение будет иметь и соотношение валют. Если американский доллар укрепит свои позиции, то во многих странах появится стимул развивать сельское хозяйство.
Следует учитывать и динамику спроса на продовольствие, отмечают в ОЭСР. Изменение в образе питания огромного количества людей, рост городского населения, экономики да и просто рост
численности населения в целом обеспечат дополнительные потребности в продовольствии со стороны развивающихся стран. В мире
основной спрос будет на продовольствие и корма. Но, помимо этого,
появляется новый важный фактор — спрос на сырье для получения
биотоплива. Производство биотоплива — основной фактор дополнительного спроса на сельскохозяйственное сырье в предстоящие десятилетия. Помимо этого, производство биотоплива будет подталкивать вверх цены на продукцию сельского хозяйства.
С учетом всей динамики ценообразования ОЭСР считает, что товарные цены в номинальном выражении в краткосрочной перспективе могут
быть в целом выше, чем в предыдущие десять лет. А вот как прогнозиру19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ются цены на конкретные виды продукции. Если сравнивать 1998-2007
гг. и 2008-2017 гг., то ожидается, что свинина и говядина подорожают на
20%, сахар, в том числе сахар-сырец — на 30, пшеница, кукуруза, обезжиренное сухое молоко—40-60, масло и семена масличных культур —
на 60%. При этом в реальном выражении цены будут снижаться.
Еще одна важная деталь. Эпицентр мирового сельского хозяйства
переместится в развивающиеся страны. За исключением пшеницы, в
этих странах ожидается более активный прирост производства и потребления. Предполагается, что к 2017 г. эти страны будут доминировать в производстве и потреблении основных продуктов питания, за
исключением фуражного зерна, сыра, обезжиренного сухого молока.
Аналогичным образом произойдут изменения и в мировой торговле продовольствием. Развивающиеся страны станут основными
импортерами, а некоторые нынешние лидеры в аграрном секторе
увеличат свои показатели в экспорте.
Развитые страны утратят некоторые позиции в мировом экспорте,
но они сохранят лидерство в экспорте пшеницы, фуражного зерна,
молочных продуктов и свинины.
Изменение курсов валют является благом для одних и бедствием
для других. В целом процесс расслоения в развивающихся странах
усилится и количество голодающих или недоедающих возрастет.
2. БИОЭНЕРГЕТИКА И ЭКОЛОГИЯ
Научные исследования последних лет позволяют сделать вывод,
что текущее резкое изменение климата вызвано антропогенными
выбросами парниковых газов. Накопилось достаточно научной информации, чтобы заключить: 2°С глобального потепления являются
границей, которую лучше не переходить. Как показали исследования, при глобальном потеплении на 2°С от недостатка пресной воды
к середине века будут страдать 500 млн человек, при повышении
температуры на 3°С их число возрастет до 3 млрд. Это будет сильным ударом по мировой экономике, прежде всего в развивающихся
странах. Таким образом, экологические проблемы переходят в сферу
экономики и политики.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Бурный рост производства и использования биотоплива в последнее десятилетие был вызван в первую очередь стремлением уменьшить выбросы парниковых газов.
Считается, что использование биологических видов топлива благотворно влияет на экологическую ситуацию в мире:
невозобновляемое минеральное топливо для двигателей внутреннего сгорания замещается хотя бы частично, биотопливом, что снижает ущерб от добычи нефти и газа;
биотопливо сокращает вредные выбросы двигателей внутреннего
сгорания в атмосферу, что снижает вредную нагрузку на окружающую
среду и способствует выполнению требований Киотского протокола.
Вопрос о целесообразности использования биотоплива сохраняет
свою актуальность, в мире постоянно ведутся исследования, посвященные данной проблеме, разрабатываются новые программы и директивы, обеспечивающие развитие альтернативных видов топлива
и направленные на решение основной задачи — сокращение рисков,
вызванных отравлениями отработавшими газами двигателей.
Так, Европейская комиссия представила проект нового законодательства, направленного на сокращение выбросов углекислого газа
в атмосферу. Перед европейским сообществом поставлена цель —
достичь к 2020 г. уменьшения выбросов СО2 в атмосферу на 20%
по сравнению с 1990 г. В предложениях Брюсселя предусматривается, что с 2013 г. начнется постепенный переход на продажу всех
лимитов на выбросы СО2 для промышленности через аукционы.
Запланировано, что через пять лет на аукционах будет реализовываться 20% лимитов, а к 2020 г. этот показатель составит 100%. В
2005 г. в Европе в атмосферу было выброшено 2 млрд т углекислого
газа, к 2020 г. эта цифра должна сократиться на 21%.
Осуществление новой программы будет обходиться странам ЕС в
60 млрд евро ежегодно.
Большое место в программе уделено развитию источников возобновляемой энергии и энергетики, не выбрасывающей СО2 в атмосферу.
Использование возобновляемых источников энергии должно возрасти на 11,5% — с 8,5 до 20%. Планируется увеличить до 10% объемы потребляемого европейским транспортом биотоплива.
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Предложения Еврокомиссии расширяют количество секторов
экономики, которых должны коснуться меры по сокращению выбросов вредных веществ в период с 2012 по 2020 г., и всерьез заняться
переходом на возобновляемые источники энергии.
15 апреля 2008 г. в Европейском союзе вступила в силу мера по
обязательному использованию на транспорте биотоплива. Новая
норма предусматривает обязательное наличие на рынке автомобильного топлива Евросоюза биотоплива в размере 2,5% от общего его
количества. Она призвана сократить потребление нефти и вредные
выбросы двигателей.
В состав выхлопных газов транспортных средств входят:
углеводороды (СН) – важнейшие компоненты нефти и продуктов ее переработки. Нефть и бензин состоят из примесей различных
углеводородов, насчитывающих свыше 250 видов. Многие из них
токсичны, такие, как бензин являются канцерогенами (веществами,
вызывающими онкологические заболевания). Углеводороды, выделяясь в атмосферу (заправка газовых цистерн, работа двигателей и
т.п.), способствуют формированию околоземного озонового слоя.
Если бы не ужесточение контроля за выхлопными газами транспортных средств, то в атмосферу выделялось бы от 30 до 50% углеводорода (от общих выбросов). Поскольку биоэтанол – спирт, то при
сгорании и испарении он не является источником выбросов углеводородов;
озон образуется в воздухе при вступлении в реакцию углеводородов и окисей азота при солнечном свете (фотохимический смог).
В теплые спокойные летние дни, когда смог наполняет воздух, образуя в нижних слоях атмосферы коричневую дымку, это представляет
особую опасность для окружающей среды. На основании исследований, проведенных в США, можно сделать вывод, что вероятность
образования озона от этаноловых смесей, испаряющихся при более
низких температурах из-за высокой летучести, является аналогичной, как и от бензина;
альдегидные выбросы, образующиеся при сгорании этаноловых
смесей, несколько выше, чем при сгорании только бензина, но концентрации токсичных веществ чрезмерно низки и дополнительно
снижаются благодаря трехканальному каталитическому конвертеру,
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
устанавливаемому на все современные автомобили. Королевское
общество Канады назвало вероятность негативного воздействия на
здоровье человека, вызываемого выбросами альдегидов в результате
использования этаноловых смесей, «отдаленной»;
монооксид углерода (СО) – ядовитый газ, образующийся при
неполном сгорании топлива. Он легко выделяется в результате сгорания нефтяных топлив, не содержащих в молекулярной структуре
кислород. Это происходит в случаях, когда в двигатель попадает и
сгорает излишнее количество топливно-воздушной смеси. Чтобы завести холодный двигатель, требуется больше топлива и меньше воздуха. При прогревании двигателя в зимний период, торможении и
дальнейшем движении транспортные средства выделяют значительное количество токсичного газа.
По оценке министерства энергетики США, 82% монооксида углерода, 43% химически активных органических газов (предвестников
озона) и 57% окисей азота выделяется транспортом, работающим
на топливе с нефтяной основой. При введении биоэтанола содержание СО уменьшается. В зависимости от модели автомобиля года его
выпуска, используемой системы выхлопов и атмосферных условий
можно достичь сокращения выбросов СО примерно до 30%;
диоксид углерода (СО2) – это обычный нетоксичный продукт сгорания топлива, но он способствует угрозе глобального потепления.
Все топлива на нефтяной основе приводят к повышению уровня содержания в атмосфере двуокиси углерода, которая в какой-то степени балансируется сорбцией растений во время их роста. Растения
«вдыхают» двуокись углерода и «выдыхают» кислород. Применение
обновленных топлив, таких как биоэтанол, не повышает уровень содержания двуокиси углерода в атмосфере и даже может привести к
существенному ее сокращению путем превращения двуокиси углерода в органическое вещество, которое, возвращаясь в почву, удобряет ее и замедляет процесс эрозии. Использование биоэтанола в
бензине – огромный потенциал для сокращения в атмосфере уровня
двуокиси углерода;
окиси азота (NOx) образуются при высоких температурах горения, воздействуя на уровень околоземного озона (фотохимический
смог). Благодаря введению биоэтанола в бензин сокращаются вы23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
бросы отдельных компонентов бензина, таких как олефины и ароматические вещества. Исследования показали, что применение смесей
биоэтанола при определенных условиях может несколько увеличить
выбросы окисей азота, но степень их воздействия будет незначительной.
По данным Института фундаментальных проблем биологии РАН,
за время эксплуатации, равное шести годам, один усредненный автомобиль, работающий на углеводородном топливе, выбрасывает в
атмосферу 9 т СО2, 0,9 т СО, 0,25 т NО2 и 80 кг углеводородов, не
считая тяжелых металлов, бенз(а)пирена, серы и других поллютантов. Появление не менее 50% свинца в атмосфере вызвано выхлопами автомобилей.
В России в 2000 г. воздействию диоксида азота в концентрации
выше 10 ПДК подвергалось около 7,2 млн человек. Основным источником выбросов диоксида азота в атмосферный воздух является
автотранспорт.
С выходом в 1990 г. в США Закона о чистом воздухе возникла
необходимость производства и использования в наиболее загрязненных городах полностью сгораемого, обогащенного кислородом
топлива, такого как биоэтанол. Эти «реформулированные» виды топлива с момента их введения (1995 г.) повсеместно пользуются успехом. Отмечено снижение выбросов токсичных и летучих веществ и
выбросов, содержащих азот, в связи с чем многие страны выступают за использование полностью сгораемого бензина. Программы по
обогащению кислородом топлива, реализованные в США, в первый
же год показали превосходные результаты. В западных штатах было
отмечено уменьшение выбросов СО на 50% по сравнению с предшествующим годом. При реализации восьми новых калифорнийских
программ было зафиксировано сокращение выбросов летучих веществ на 80%. Применение обогащенного кислородом топлива – это
быстрый и более экономичный путь достижения сокращения эмиссии вредных веществ. Биоэтанол – одно из наилучших средств для
борьбы с загрязнением воздуха.
Разработанные в 90-е годы прошлого столетия в США автомобили с универсальным потреблением топлива оснащены бортовой
системой диагностики, призванной проводить мониторинг работы
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
выхлопной трубы и, соответственно, испаряющихся выбросов. С
помощью автоматизированной системы автотранспортное средство
поддерживает оптимальный режим эксплуатации при минимальном
выбросе отработавших газов. Стало возможным в реальном масштабе времени, используя соответствующие виды топлива, определять объем этанола в бензине и проводить при этом необходимую
регулировку двигателя для эффективности работы транспортных
средств и улучшения качества выбросов. Применение бензина с добавкой спирта до 5% (для иномарок – до 10%) не требует изменения
топливной системы, поэтому спиртобензиновая композиция может
использоваться как моторное топливо в обычных автомобилях без
переделки двигателя. Исследования, проведенные ЕРА (Агентство
по охране окружающей среды США) в 2002 г., подтвердили, что
транспортные средства, использующие бензин и бензиновое дорожное оборудование, являются самыми крупными мобильными источниками концентрации вредных газообразных загрязнителей воздуха.
ЕРА идентифицировало бензин как источник номер один токсичных
выбросов. Поскольку биоэтанол по своей природе чище бензина,
то он выделяет меньшее количество углеводородов, окисей азота,
монооксида углерода и водорода. В результате биоэтанол находит
применение, отвечая требованиям окружающей среды и альтернативного топлива.
Автомобили, использующие топливо с высоким содержанием
этанола, имеют выбросы химически активных углеводородов на 8090% меньше по сравнению с автомобилями, применяющими углеводородное бензиновое топливо. Реализация Федеральной программы
США по обогащению кислородом топлива (т.е. по кислородсодержащим добавкам) уже в течение первого года (1992) позволила сократить выбросы монооксида углерода на 90%. В первый год действия
(1995) федерального стандарта США по использованию реформулированного бензина с применением обогащенных кислородом добавок в топливо отмечено снижение вредных токсичных веществ
на 25% и соединений, способствующих образованию озонового загрязнения, или смога, примерно на 17%. В 1995 г. этанол применялся в 13 из 24 областей, использовавших реформулированный бензин.
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При использовании топлива Е85 (85% об. этанола, 15% об. неэтилированного бензина) или Е10 (10% об. этанола, 90% об. неэтилированного бензина) значительно улучшается качество воздушной среды и повышается эффективность энергетики. Результаты исследований, проведенных Национальной лабораторией Аргоны (февраль
1998), показывают, что выбросы газов, вызывающих парниковый
эффект, при использовании невозобновляемых источников энергии
благодаря применению этанола в качестве моторного топлива снижаются на 50-60%.
Результаты активной деятельности человечества за последние
200 лет привели к существенным выбросам антропогенных тепличных газов, в первую очередь двуокиси углерода, вызывающих парниковый эффект. Это повлияло на изменения в химическом составе
атмосферы, что создало «ускоренный парниковый эффект», схожий
с атмосферным одеялом, укрывающим газы.
«Если мировое потребление энергии достигнет уровней, запланированных согласно стандартному расчету, выбросы углерода превысят уровень 1990 г. на 44% в 2010 г. и на 81% в 2020 г. К 2010 г.
выбросы углерода в развивающемся мире будут почти приближены
к выбросам индустриализованного мира, а к 2020 г. выбросы в развивающемся мире превысят выбросы индустриализованного мира
на 27%».
В последнее время специалисты все более настойчиво отмечают не только положительные моменты развития биоэнергетики
в части отношения с экологией, но и отрицательные. За рубежом
никто открыто не ставит под сомнение целесообразность поисков альтернативных источников энергии, в частности, для нужд
транспорта. Однако ученые предупреждают, что бездумное использование биотоплива может привести к крайне негативным
результатам.
При комплексных исследованиях выясняется, что от разрушения
экосистемы, освоения новых площадей для производства биотоплива атмосфера планеты в итоге получит больше вредных газов, чем
при сохранении нынешнего статус-кво. Ведь свободных площадей,
как правило, нет, следовательно, надо создавать новые, а для этого
вырубать тропические леса, осваивать саванны и т.д.
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ученые призывают правительства всех крупнейших стран, которые приняли программы по переходу на биотопливо, задуматься над
этой проблемой.
Недавно в журнале «Сайенс» опубликовано исследование Уильяма
Лоранса и Йорна Шарлеманна (Смитсоновский исследовательский
институт Панамы) относительно всех экологических последствий
широкого использования биотоплива, включая потерю лесов зеленых насаждений, последствий с точки зрения сохранения биологического разнообразия. Результаты исследования приведены на рис.
2.1, где представлены сравнительные данные бензина, дизельного
топлива и природного газа с различными видами биотоплив как по
выбросам газов, вызывающих парниковый эффект, так и по их влиянию на окружающую среду в целом. 25 видов биотоплив из 26 в
сравнении с бензином имеют меньшие выбросы газов, вызывающие
парниковый эффект, и только биодизель, полученный из сои, выращиваемой в Бразилии, имеет более высокие выбросы, а в сравнении
с дизельным топливом и природным газом меньшие выбросы газов,
вызывающих парниковый эффект, имеют 22 вида биотоплив.
Однако по общему влиянию на окружающую среду 12 видов биотоплив из 25 (этанол из ржи (ЕС), картофеля, кукурузы (США), сорго (Китай), сахарной свеклы, сахарного тростника (Бразилия); биодизель из сои (Бразилия), рапса (ЕС), каполы (Канада), пальмового
масла (Малайзия), сои (США); биогаз из травы и биоотходов имеют
в сравнении с бензином, дизельным топливом и природным газом
худшие показатели.
Из различных типов биотоплив самые лучшие показатели у тех,
которые получены из переработанного мусора или использованного
пищевого растительного масла.
Поэтому в европейском комплексе мероприятий по энергии и климатическим вопросам биотопливо, производимое из отходов и щелочных целлюлозных материалов, рассматривается как наиболее способствующее снижению отрицательного влияния на климатические
изменения по сравнению с другими видами биотоплива. Его вклад в
нормированный уровень потребления, установленный ЕС, считается
вдвое большим, чем традиционных видов биотоплива. Употребление
использованных упаковочных материалов и промышленных отходов
27
Рис. 2.1. Выбросы газов, вызывающих парниковый эффект
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в производстве этанола и энергии вызывает существенно меньшее выделение парниковых газов, чем открытое хранение отходов на свалке.
Производство этанола из отходов оказывает меньшее влияние на климат, чем изготовление его из традиционного сырья — зерна. Кроме
того, использование отходов стимулирует употребление вторичных
материалов, что соответствует принципам устойчивого развития.
Татьяна Штерн — доцент, канд. техн. наук Шведского университета сельскохозяйственных наук в докладе «Развитие биогазовой энергетики в Скандинавии» на Международном конгрессе «Биогаз-2008»
привела данные научных исследований по эмиссии парниковых газов
при использовании бензина, дизельного топлива в сравнении с биотопливом из различной биомассы (рис. 2.2), полученные в университете
г. Лунда (Швеция). Данные подтверждают положительное влияние
применения биотоплива на уменьшение парникового эффекта.
Рис. 2.2. Эмиссия парниковых газов
Биоэтанол пока остается наиболее перспективным и доминирующим видом биотоплива в мире. Способы его производства варьируют в зависимости от страны-производителя с учетом объемов производства и производственных затрат. Использование биоэтанола
позволяет уменьшить содержание ароматических углеводородов без
снижения его детонационной стойкости, улучшает качество топлива,
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
повышая его октановое число, сокращает вредные выбросы в атмосферу, он биоразлагаем и не загрязняет природные водные системы.
По данным Afgonne National Laboratory (США), использование
10%-ной смеси биоэтанола снижает выбросы парниковых газов на
12-19% по сравнению с обычным бензином. Например, в 2004 г. использование этанола позволило сократить выбросы парниковых газов примерно на 7 млн т, что сравнимо с годовым выбросом газов
1 млн автомобилей (Argonne's GREET 1.6 Model).
Американская пульмонологическая ассоциация (Чикаго) подтверждает, что применение реформулированного этанолом бензина уменьшило образующие смог выбросы на 25% по сравнению
с 1990 г. Применение этанола снижает выброс оксида углерода
(СО) на 30%, содержание твердых частиц в выхлопе — на 50,
токсичность выхлопа— на 21%, уменьшает образование вторичной пыли и количество ароматических углеводородов в бензине
(Smog Reyes, February 2004). Кроме того, биоэтанол является возобновляемым топливом, а его производство обеспечивает стабильный спрос на сельскохозяйственную продукцию, создает основу для
развития сельского хозяйства, способствует созданию рабочих мест,
увеличению налоговых поступлений и развитию регионов.
В то же время в печати имеются сообщения о предполагаемом
росте респираторных заболеваний при массовом переходе с бензина
на этанол.
Д-р Мари Джекобсон в апрельском номере журнала «Environmental
Science & Technology» (США) за 2007 г. на основе проведенных исследований на компьютерных моделях сообщил, что использование
смеси Е 85 (85% этанола и 15% бензина) приводит к снижению в
атмосфере уровня двух канцерогенов — бензола и бутадиена, но при
этом растет содержание двух других канцерогенов — формальдегида
и ацетальдегида (продуктов неполного окисления этанола). Уровень
смертности от рака, таким образом, не уменьшится.
При использовании Е 85 в некоторых регионах США заметно вырастет уровень атмосферного озона, который даже при малых концентрациях имеет вредные последствия для здоровья — снижается
иммунитет, обостряются проявления астмы, возникают воспалительные явления и другие заболевания в легких. По данным Всемирной
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
организации здравоохранения, около 800 тыс. человек умирает ежегодно от озона и других химических компонентов смога.
Это противоречивые данные о действии биоэтанола, по всей видимости, требуют дополнительных исследований и обоснований.
Биодизель — это экологически чистое топливо для дизельных
двигателей, получаемое путем химической обработки растительного масла или животных жиров, которое может служить добавкой к
дизельному топливу (ДТ) или полностью заменять его.
Биодизель может использоваться в различных целях. Его можно
применять в качестве смазывающей добавки (1-2%) к дизельному
топливу с крайне низким содержанием серы, а смесь 20% биодизеля
с 80% дизельного топлива (В20) обычно служит заменой ДТ, которым, согласно стандарту ASTM, могут быть ДТ1, ДТ2, авиационный
керосин или другие продукты переработки нефти. При соответствующей подготовке можно использовать в двигателе и чистый биодизель (В 100). В настоящее время В20 — самая распространенная
биодизельная смесь в США. Считается, что она позволяет удачно
сбалансировать требования, связанные с особенностями ДТ, рабочими характеристиками, эмиссией отработавших газов и стоимостью.
Эта смесь может использоваться в системах, предназначенных для
работы на дизельном топливе, в том числе в дизельных двигателях,
нефтяных нагревательных котлах и турбинах, не требуя регулировок и переделок. Применение смесей с более высоким содержанием биодизеля (типа В50 или В100) требует специальной подготовки
системы управления и может потребовать модификации оборудования, например, применения специальных подогревателей или замены уплотнений и прокладок, которые контактируют с топливом. В
целом считается, что биодизель марки В100 обеспечивает наиболее
высокие экологические характеристики, а В20 — в 5 раз меньшие
экологические преимущества по сравнению с В100, но может широко использоваться на существующих двигателях при незначительной
их модификации или без нее, 2%-ная смесь биодизеля с ДТ способствует незначительному улучшению экологических характеристик,
но может использоваться как полезная добавка.
В продуктах сгорания биодизеля отсутствует сера или частицы
ароматиков. Биодизель содержит до 10% кислорода, что способству31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ет активизации процесса сгорания при работе двигателя на богатых
смесях.
Применение биодизеля из натурального растительного масла
вместо ДТ обеспечивает уменьшение эмиссии углекислого газа и
расхода топлива. Это утверждение основано на результатах анализа работы двигателя на биодизеле и ДТ в течение его жизненного
цикла. По оценке NREL, использование биодизеля марки В100 из
бобов сои в двигателях городских автобусов уменьшает эмиссию
углекислого газа на 78,45%. Однако количество СО2, выделяемое в
атмосферу с учетом промышленного производства биодизеля (в расчете на жизненный цикл работы дизеля), практически нивелирует
экологические преимущества от его сгорания в двигателе.
Учеными Московского государственного агроинженерного университета (МГАУ) им. В. П. Горячкина были проведены исследования по замене дизельного топлива биодизельной смесью (с соотношением компонентов 1:1). По данным исследований, существенно
улучшились экологические качества двигателя. Выбросы оксидов
азота на номинальном режиме работы двигателя сократились на 1520%, сажи — на 30-35, оксидов углерода и углеводородов — на 1015%.
В ГНУ ВИМ и МГАУ им. В.П. Горячкина был проведен комплекс
исследований по использованию в сельском хозяйстве биодизельного топлива на основе рапсового масла. Анализ экологических показателей двигателей свидетельствует об уменьшении токсичных
выбросов при работе на биодизеле. Содержание окиси углерода СО
(угарный газ) на всех режимах при нагрузке снижается примерно в
2 раза, выбросы углеводородов (СnНm) и количество твердых частиц
(дымность) на режиме максимальной нагрузки — тоже в 2 раза, на
режиме малой нагрузки дымность снижается до 0. Исключение составляют окислы азота (N0х), выбросы которых при работе на биотопливе возрастают на 8% на режиме максимальной нагрузки. Повидимому, это связано с наличием в биотопливе связанного кислорода.
По данным В. Г. Семенова и С.В. Рудаченко (Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт»
г. Харьков), для дизельных двигателей с вихревой камерой (предкамерой) и непосредственным впрыском снижение соответственно
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
составляет: СО-12 (10)%,СnНm-35 (10)%,РМ (твердые частицы) — 36
(24)%, сажа — 50 (52)%. Некоторое увеличение выбросов NOx можно компенсировать уменьшением действительного угла опережения
впрыскивания топлива, рециркуляцией отработавших газов, подачей
воды на впуске.
Полученные данные о значительном сокращении выбросов токсичных веществ подтверждаются результатами исследований других
зарубежных специалистов. Тестирования двигателей, работающих
на биодизеле в Германии, Австрии, Швеции и других странах, показали следующие соотношения выбросов по сравнению с дизельным
топливом: СО — сопоставимо, СН — меньше на 20-40%; сажа —
меньше на 40-50%; твердые частицы — меньше на 0-40%; NOx —
больше на 0-15%.
Установлено, что выбросы меньше у дизельных двигателей с
предварительной камерой по сравнению с двигателями с непосредственным впрыском топлива.
Благодаря полному отсутствию окиси серы в отработавших газах
двигателей при работе на биодизеле улучшается работа окислительных катализаторов очистки газов. Улучшение экологических показателей является основным стимулирующим фактором применения
биотоплива за рубежом. В Германии, например, потребитель выбирает биодизель по ряду его потребительских свойств:
• доступная цена, сопоставимая с ценой на нефтяное дизельное
топливо;
• экологическая чистота выбросов с отработавшими газами, в том
числе выбросы твердых частиц уменьшаются в 2 раза по сравнению
с дизельным топливом;
• малый цикл биологического разложения в случае течи или других аварийных выбросов, что не влияет на состояние окружающей
среды;
• возможность использования работающих дизельных двигателей
в закрытых помещениях с ограниченным воздухообменом.
Руководство ЕС решило пересмотреть свою политику в области
перехода на биотопливо после заявлений ряда международных экспертов о том, что из-за увеличения производства биотоплива могут
пострадать тропические леса, а также подорожать продукты питания.
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Евросоюз собирался довести потребление биотоплива до 10% от общего количества потребляемого автотранспортом топлива. Комиссар
ЕС по вопросам экологии Ставрос Димас отметил, что для ЕС будет
лучше не достичь собственной цели, нежели породить новые проблемы. «Мы видим сложности, которые производство биотоплива
создает для природы и социальных отношений. Они оказались значительно больше, чем мы предполагали, поэтому нам надо ввести новые
критерии, которые гарантировали бы стабильность в этих вопросах»,
— отметил еврокомиссар. Проблема с биотопливом — не в Европе,
а в Азии, где под угрозой исчезновения оказались тропические леса.
Поэтому изменения, которые ЕС собирается воплотить по отношению
к производству биотоплива, будут касаться импорта биодизеля из третьих стран. Эти изменения, очевидно, будут связаны с сертификацией
производителей, чтобы ограничить производство биодизеля из пальмового масла. Также ЕС надеется, что изменения коснутся и импортированного из Штатов биодизеля, производство которого в США дотируется. «Нам это на руку, — считает Айгар Ояотс, член правления
компании «AS Biodiesel Paldiski», владеющей крупнейшим в Эстонии
заводом биодизеля, — так как наш биодизель будет производиться из
рапсового масла, которое импортируется из Украины и России, где
выращивание рапса не нарушает экологию».
Неуклонный рост стоимости потребляемой энергии способствовал закреплению за биогазовой отраслью популярности в последние
два десятилетия. Биогаз превратился из альтернативного источника
энергии в обычный для многих предприятий во всем мире. Этому
предшествовала длительная история развития.
Тысячелетиями вокруг газа, клубящегося на болотах, ходили легенды и мистические истории. «Блуждающие огоньки» возникали в
безкислородной среде еще в те времена, когда даже атмосфера имела
другой состав.
Великие ученые Ян Баптист Ван Гельмонт, Алессандро Вольта,
Гемфри Дэви, Майкл Фарадей, Амадео Авогадро, Луи Пастер занимались исследованиями биогаза и проводили многочисленные опыты. Несколько раз более чем за трехсотлетнюю историю становления
интерес к биогазу возрастал и переживал спад.
С начала 1990-х интерес к нему в Западной Европе начал стабильно расти. Из простых бочек с ручной системой перемешивания
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
биогазовые установки стали большими высокотехнологичными,
полностью автоматизированными комплексами по переработке любых органических отходов.
Интерес к этой теме легко объяснить — биогазовые установки
приносят предприятию пользу. По сути ее можно разделить на три
группы:
• экономическая — Вы получаете биогаз, электроэнергию, тепло,
метан для заправки автомобилей, биоудобрения, значительную экономию капитальных затрат;
• экологическая — уменьшается эмиссия неприятных запахов,
снижается загрязнение почвы, нет негативного воздействия на окружающую среду в целом. Вы забудете о штрафах, будете поддерживать естественный кругооборот питательных веществ в природе,
внесете свой вклад в улучшение экологической ситуации во всем
мире. И на этом можно хорошо заработать;
• эстетическая — пребывание на территории предприятия будет
приносить Вам удовольствие. Вместо отходов и неприятных запахов
будут расти приятная зеленая трава и цветы.
Биогаз — единственное топливо, получившее высший экологический класс в государственной классификации альтернативных источников энергии (ЗСШ 1996:184), поскольку выбросы при его сжигании ничтожны.
Сам по себе метан — ярко выраженный парниковый газ. Его парниковый эффект в 21 раз выше, чем у двуокиси углерода. Наиболее
значительные источники неконтролируемого выброса метана — животноводство, посадки риса и добыча ископаемых топлив. При контролируемом сбраживании отходов и сжигании полученного метана
достигается снижение парникового эффекта. Важно снизить выброс
метана на всех звеньях цепи, начиная с производства, распределения
и очистки до конечного потребления, и это вполне достижимо в современных биогазовых системах с их высоким техническим уровнем.
В 1998 г. швейцарские ученые подтвердили выводы шведских
коллег. По экологическим характеристикам биогаз на 75% чище дизельного топлива и на 50 — бензина. Токсичность биогаза для человека на 60% ниже. Продукты его сгорания практически не содержат
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
канцерогенных веществ. Влияние отработавших газов двигателей,
работающих на биогазе, на разрушение озонового слоя на 60-80%
ниже, чем у нефтяных видов топлива.
Получение и использование биогаза обеспечивает снижение парникового эффекта и экологического ущерба от хранилищ органических отходов растительного и животного происхождения за счет
экологически замкнутой энергетической системы.
Россия — страна лесная — больше половины территории покрыто березой, елью, сосной и другими видами деревьев. Лес — природный ресурс, на котором во многом основано экономическое благосостояние страны. Сегодня ведутся бурные споры — как использовать
лес наилучшим образом? Такие понятия, как сырьевой поворот в
энергетике, изменения климата, возможность лучшего использования леса с помощью новейших технологий — все эти вопросы возникли на повестке дня сравнительно недавно.
В таком же положении находится и Швеция, где леса занимают
значительную часть территории, поэтому и подходы для обеих стран
в отношении экологии и использования леса должны быть идендичными. Поэтому интересна статья Урбана Эмануельссона (Центр
биологического многообразия в Уппсале, Швеция) «Биотопливо и
охрана окружающей среды — как их объединить?». В ней он пишет:
«… мы прекрасно осознаем, что нанесем окружающей среде непоправимый вред, если будем продолжать бездумно использовать ископаемые топлива. Все эти соображения заставляют нас искать пути
резкого увеличения производства биотоплива. Но как сочетается такая стратегия с охраной окружающей среды и сохранением биологического многообразия на генетическом, видовом и ландшафтном
уровне, как обстоит дело с естественными экологическими процессами? Мы, к счастью, уже осознали значение биологического многообразия для жизненно важных функций человеческого общества.
Увеличение производства биотоплива несомненно приведет к
большим проблемам, если мы по традиции просто добавим эту отрасль к уже существующему производству продуктов питания, древесины и балансов для целлюлозно-бумажной промышленности. Но
этого нельзя допустить! В борьбе с двумя опасностями — утратой
биологического многообразия и изменением климата в результате
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
парникового эффекта — не должно быть конкуренции за ресурсы
и приоритеты. А такой риск существует, потому что над каждой из
этих проблем работают совершенно разные группы ученых, политиков и администраторов. Поэтому мы предлагаем стратегию, заключающуюся в следовании четырем главным направлениям.
Во-первых, необходимо планировать землепользование так, чтобы участки, особо пригодные для производства биотоплива, использовались эффективно. С другой стороны, ландшафты с ценными
биотопами (высокой биодиверсификацией) не должны использоваться для производства биотоплива, если оно пойдет во вред биологическому многообразию.
Во-вторых, развитие сельского хозяйства и лесопользования
должно идти в сторону более осторожного отношения к природе.
Это может в ином случае означать уменьшение производства, но с
этим можно примириться, если есть возможность использовать другие, менее чувствительные ареалы для еще более интенсивного производства. Эта часть стратегического плана выполнима легко и без
больших затрат.
В-третьих, необходимо закладывать и развивать посадки энергетических культур так, чтобы они не вредили биологическому многообразию, а наоборот, способствовали. Речь идет, к примеру, о модификации системы посадки быстрорастущих лиственных деревьев.
И, наконец, в-четвертых, необходимо в ближайшем будущем создать новую или модифицировать старую систему посадок энергетических культур, которая не просто обеспечивала бы урожай биомассы, но и способствовала не только сохранению, но и увеличению
биодиверсификации на выбранном месте. Это может быть особенно
актуально в заболоченных местах».
Кристина Хольмгрен (Шведский Институт Экологических
Исследований) и Матс Ульссон (Шведский Сельскохозяйственный
Университет) в статье «Биотоплива не абсолютно нейтральны по
отношению к климату — но лучше, чем ископаемые топлива» из
книги «Биоэнергетика — сколько и зачем?» (Formas, 2008) пишут:
«…пользуясь современной литературой, собрали данные эмиссий
при производстве и использовании нескольких твердых биотоплив
и пришли к выводу, что ни одно из них нельзя назвать «климати37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
чески нейтральным», поскольку все производственные цепи сопровождаются нетто-выбросами парниковых газов. Но мы пришли и к
другому выводу — эти выбросы намного меньше, чем у ископаемых
топлив, поэтому замена ископаемых топлив биомассой полностью
оправдана».
По мере растущего осознания и беспокойства по поводу изменений климата растет спрос на новую технику и энергетическое сырье
с меньшим, чем у ископаемых топлив, выбросом парниковых газов.
Это в первую очередь выливается в повышенный спрос на биотопливо. Биотопливо считается климатически нейтральным, т.е. не
способствующим выбросу парниковых газов в атмосферу. Это подтверждается двумя соображениями:
• новые растения и деревья, заменяющие сожженную биомассу,
поглощают двуокись углерода в количествах, соответствующих выбросам его при сжигании;
• если биомасса не используется, то она рано или поздно омертвевает и разлагается. При разложении органического материала выделяется
примерно столько же двуокиси углерода, сколько и при сжигании.
На самом деле вряд ли существует биотопливо, нейтральное в
том смысле, который вкладывается в это понятие , т.е. когда неттовыбросы парниковых газов равняются нулю. Процессы производства, перевозок и использования биотоплива сопровождаются выбросами. И хотя эти выбросы небольшие, о полной нейтральности
говорить не приходится. Можно, например, представить себе не
просто нейтральность, а, так сказать, нейтральность со знаком плюс,
когда поглощение парниковых газов превышает выбросы.
На рис. 2.3 сопоставлены нетто-эмиссии парниковых газов нескольких биотопливных производственных цепочек, а также эмиссии угля и природного газа.
Следует обратить внимание, что эмиссии двуокиси углерода при
сжигании показаны для угля и газа, но не показаны для твердого биотоплива, поскольку эти эмиссии уравновешиваются тем, что растущая биомасса поглощает углекислый газ, уравновешивает эти выбросы, а также тем, что выбросы углекислого газа все равно имели
бы место, если бы биомассу оставили в лесу. Однако разница все
же есть. При сжигании углекислый газ поступает в атмосферу не38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2.3. Сравнение эмиссий
биотопливных производственных цепочек (данные литературы)
Два столбика справа показывают эмиссии СО2 при сжигании и естественном разложении твердой биомассы. Если брать достаточно длительный период времени, то эти показатели одинаковы. Заштрихованные
части столбиков показывают статистическое отклонение, зависящее от
разных производственных цепей одного и того же топлива.
посредственно и быстро, процесс же поглощения растениями углерода, как и их естественного разложения, занимает много времени — десятилетия или больше, в зависимости от того, о каком твердом
биотопливе идет речь. На рис. 2.3 это не показано, поскольку сделано
допущение, что сжигание биотоплива полностью компенсируется поглощением углекислого газа растениями, т.е. не учтен фактор времени.
Однако даже при таком допущении видно, что существует довольно
большая разница в нетто-выбросах между разными видами биотоплива.
Древесные гранулы намного экологичнее традиционного топлива:
в 10-50 раз меньше эмиссия углекислого газа в воздушное пространство, в 15-20 — образование золы, чем при сжигании угля. Затраты
энергии на производство древесных гранул составляют примерно
3% от содержания энергии, что гораздо меньше затрат на получение
природного газа или мазута.
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таким образом, несмотря на сомнения по поводу выгод использования биотоплива, экологические соображения остаются главной
причиной разработки многими странами документов, стимулирующих обязательное использование этого вида топлива.
3. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
БИОЭНЕРГЕТИКИ В МИРЕ
Интенсивное развитие общества и промышленного производства
ведет за собой повышение потребления ресурсов. Из года в год растет спрос на один из главных мировых источников энергии – нефть.
Но, как известно, нефть – ресурс исчерпаемый, по прогнозам, к
2015 г. при сохранении существующих темпов добычи из недр земли
будет «выкачано» 60% всех разведанных запасов «черного золота».
Поэтому актуальной проблемой человечества является поиск альтернативных источников энергии и топлива. Самыми главными их
параметрами должны стать возобновляемость и экологичность.
По сообщению Национальной Биотопливной Ассоциации, в настоящее время, когда множество небольших компаний борются за выживание в условиях отсутствия кредитов и снижения продаж, альтернативная энергетика во многих странах испытывает бум, получая вал
инвестиций и заказов. В США многие заказчики хотят улучшить свою
энергоэффективность, полагая, что администрация Обамы примет более строгие законы по энергосбережению. Президент Барак Обама часто говорит о важности альтернативной энергетики, и его федеральный
пакет экономических стимулов включает в себя планы расширения
инфраструктуры альтернативной энергетики и улучшения энергоэффективности федеральных зданий. В своей недавней речи он призвал
США удвоить производство альтернативной энергии через три года.
Таким образом, солнечная энергетика, биотопливо и энергосбережение
получают растущее финансирование от венчурных инвесторов и кредиторов в то время, когда другие компании сокращаются и их финансирование уменьшается. Многие компании новой энергетики нанимают
новых сотрудников, усиливая маркетинг и расширяясь географически.
Альтернативная энергия «...была самым ярким сектором в венчурном
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
бизнесе за прошлый год», — отметил Брайен Фан, директор по исследованиям Cleantech Group, ассоциации компаний альтернативной
энергетики в Сан-Франциско. — Все считают, что альтернативная
энергетика является приоритетом новой администрации Обамы». В
то время как общий обьем инвестированного венчурного капитала
снизился в прошлом году, инвестиции в компании «чистых технологий» составили 8,4 млрд долл., что на 40% выше по сравнению с
2007 г. Только в третьем квартале венчурные капиталисты вложили
2,6 млрд долл. в чистые технологии, а в четвертом — 1,7 млрд.
Некоторые венчурные капиталисты считают, что чистые технологии являются очередной «большой волной» — инновациями, которые подстегнут мировую экономику так же, как Интернет подстегнул десятилетие назад. В любое время, когда происходит большой
инновационный скачок, увеличивается шанс создать действительно
большие компании.
В декабре 2007 г. принят закон США «О энергобезопасности», требующий от производителей топлива ежегодного использования 105 млн т
возобновляемого топлива к 2020 г., что составит 20% к текущему потреблению автомобильных топлив в США. Из них 60% (64 млн т) должно
составлять «биотопливо второго поколения» (рис.3.1).
Следует увеличивать число заправок с колонками Е-85 (на 5% в
год) и довести их количество до уровня, когда 50% всех заправок
смогут продавать топливо Е-85 (85% этанола).
Автопроизводители обязаны увеличивать производство машин,
способных ездить на любой смеси этанола и бензина (FFV), на 10%
в год до достижения 100%-ного выпуска таких машин (сейчас —
2%). Энергетическая политика Барака Обамы развивает этот закон и
предусматривает:
• снижение эмиссии парниковых газов на 80% к 2050 г. за счет внедрения энергосберегающих и экологически чистых технологий, сопротивления вырубке лесов и увеличения посадки новых деревьев;
• увеличение инвестиций в альтернативную энергетику — финансирование НИОКР в области «чистой» энергии в размере 150 млрд
долл. США в течение 10 лет и доведение к 2025 г. выработки 25%
электроэнергии США альтернативными источниками;
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 3.1. Как США рассматривают программу 20% к 2020 г.
• поддержку технологий производства биотоплива следующего
поколения, разработку технологии производства этанола из целлюлозы. К 2013 г. из целлюлозы должно быть выработано не менее
2 млрд галлонов этанола, развитие локального производства биотоплива. На сегодня в США только 10% этанола производится на
небольших установках, которыми владеют фермеры. Барак Обама
считает, что стимулирование локального производства биотоплива
позволит фермерам получить дополнительную прибыль, а экономике — больше биотоплива. Планируется разработать стимулы, которые заинтересуют фермеров строить биотопливные установки:
• полная нефтяная независимость, сокращение потребления
нефти как минимум на 35%, или 10 млн баррелей в день к 2030 г.
Препологается ужесточить стандарты топливной эффективности
как минимум в 2 раза в течение 18 лет;
• снижение энергоемкости экономики на 50% к 2030 г. К 2030 г. все
новые здания и сооружения должны иметь нулевой уровень эмиссии
СО2 и при этом быть максимально энергетически автономными;
• мировое лидерство США в борьбе с изменением климата.
Предусматривается создание форума крупнейших производителей
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
парниковых газов, возобновление участия США в программах ООН,
посвященных борьбе с изменениями климата.
Сейчас Америка ощущает необходимость качественного скачка
в науке и технологиях, улучшения качества школьного образования, возможности конкуренции в новом, «плоском» мире, в мире,
где развитие цифровых технологий и удешевление коммуникаций
позволяет индийским сотрудникам отвечать на звонки клиентов
американских банков или редактировать фильмы для Голливуда, а
китайским рабочим производить все, что угодно и для кого угодно.
Америке снова требуется новая, понятная, достижимая и измеримая
цель – и эта цель поставлена: 25% возобновляемой энергии к 2025 г.
Это амбициозная цель для Америки, привычной к огромным домам
и машинам. Это недешевая цель, много денег необходимо будет потратить на новые технологии и перестройку промышленности. Но
эта же цель объединит научную и инженерную элиту страны, эти же
деньги двинут далеко вперед многие научные дисциплины: от нанотехнологии до сельского хозяйства, двинут так, что Америка опять
окажется далеко впереди.
Большие планы строит и ЕС. «Белый Документ» (White Рареr)
предусматривает увеличение использования возобновляемых источников энергии в странах Европейского союза с 6% (уровень 1997 г.)
до 12% в 2010 г. 9 марта 2007 г. в г. Брюсселе странами ЕС приняты
к выполнению три обязательные программы:
уменьшить выбросы парниковых газов на 20% к 2020 г. по сравнению с 1990 г.;
в 2020 г. 20% потребности в энергии должно обеспечиваться из
возобновляемых источников;
как минимум 10% топлива для транспорта должно обеспечиваться биотопливом.
Еврокомиссар по вопросам энергетики Андрис Пиебалгс считает, что запланированное ЕС увеличение доли возобновляемых источников энергии в общем объеме энергопотребления нельзя реализовать без достаточного внимания к производству биотоплива.
«Биотопливо является ключевым элементом, если мы хотим достичь
намеченных амбициозных целей, предложенных проектом директивы (Еврокомиссии) по увеличению использования возобновляемых
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
источников энергии», — заявил он на Международной конференции
по биотопливу, которая проходила 17-21 ноября в бразильском городе Сан-Паулу.
Таким образом, биоэнергетика, или производство биотоплива,
рассматривается, в первую очередь, как один из способов решения
проблем в области энергетики и экологии. Многие журналисты и
оппоненты развития биоэнергетики свои высказывания сводят в
основном к двум видам биотоплива – биоэтанолу и биодизелю, в то
время как биоэнергетика – это производство жидких, газообразных
и твердых видов топлива из различного вида биомассы и отходов.
Жидкие виды биотоплива — это биотопливо первого поколения, производимое из пищевого/кормового сырья (современный
биоэтанол I, биодизель I) и биотопливо второго поколения, производимое из непищевого сырья (биоэтанол II, биодизель II, биобутанол,
синтетическое жидкое топливо ВТL и др.).
3.1. Биоэтанол
Биоэтанол — этанол, изготовляемый из биомассы и/или биологически разлагаемых компонентов отходов и используемый в качестве биотоплива. Биоэтанол первого поколения вырабатывается из
сельскохозяйственного пищевого сырья путем ферментации сахара,
который получают из культур, содержащих крахмал или сахар. В
отличие от спирта, из которого производятся алкогольные напитки,
топливный этанол не содержит воды и производится методом укороченной дистилляции (две ректификационные колонны вместо пяти),
поэтому содержит метанол и сивушные масла, а также бензин, что
делает его не пригодным для применения в пищевых целях.
При использовании биоэтанола в качестве моторного топлива не
происходит накопления в атмосфере углекислого газа, приводящего
к парниковому эффекту. К его достоинству также относятся: выгодная детонационная стойкость, высокое октановое число, низкая токсичность, возможность производства из возобновляемых источников сырья. В то же время высокая гигроскопичность, коррозионная
агрессивность и ряд других особенностей ограничивают его использование в составе топлив.
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
К топливному этанолу за рубежом предъявляются достаточно
жесткие требования. Содержание воды в его составе не должно превышать 1%. Основная масса этилового спирта, вырабатываемого российскими предприятиями, содержит 4-6% воды и требует осушения
его перед использованием в составе топлив. Особую проблему представляет транспортировка, хранение и распределение спиртовых топлив. Во избежание вымывания спиртов подтоварной водой, которая
может присутствовать в резервуарах, должна быть организована автономная система перекачки и хранения спиртосодержащих бензинов,
которая бы полностью иcключaла контакт топлива с водой.
Для производства биоэтанола первого поколения, предназначенного для добавления в бензин или потребления в чистом виде, традиционно применяют следующие виды сырья: Бразилия — сахарный
тростник, США — кукуруза. В Европе для производства биоэтанола используются в первую очередь злаковые, картофель и сахарная свекла. В Германии — рожь, пшеница, тритикале и кукуруза
(рис. 3.2).
Рис. 3.2. Мировое производство биоэтанола первого поколения
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
С тем чтобы не создавать угрозу продовольственной безопасности в мире настойчиво проводится поиск альтернативных источников сырья.
Наиболее перспективным сырьем для производства биоэтанола
второго поколения является целлюлозосодержащая продукция (отходы переработки зерна, древесины, соломы и др.).
Сырьем для получения целлюлозного этанола служат стебли кукурузы, травы, опилки, кора деревьев, поэтому этот процесс никак не
может угрожать пищевому производству. Целлюлоза — это углевод,
из которого в основном состоят клеточные стенки растений. Ученые
выяснили, как высвободить энергию этой биомассы, создав ферменты для расщепления целлюлозы на простейшие сахара. Целлюлоза
всегда в избытке, а полученный этанол чист и вполне может применяться в двигателях также эффективно, как и бензин. Между тем
промышленное производство этанола из целлюлозы — сложная инженерная проблема (рис. 3.3.).
Рис. 3.3. Перспектива производства биоэтанола
второго поколения
46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Решением этой проблемы в США занимаются такие организации,
как «Гененкор» — биотехнологическая компания из Силиконовой
долины в Пало-Альто.
По словам представителей этой компании, ее ферменты снизили стоимость производства галлона (3,8 л) этанола из целлюлозы с
5 долл. (пять лет назад) до 2 долл. (рис. 3.4.).
Рис. 3.4. Себестоимость этанола из биомассы
В настоящее время перед биозаводами стоит задача старта масштабного производства этанола. Канадская компания «Иоген»
(Iogen) дальше всех продвинулась в коммерциализации технологии
получения этанола из этой биомассы. Другой надеждой является
«ВС International» (компания из Массачусетса), которая осуществляет строительство завода по производству этанола из целлюлозы в
штате Луизиана. Kромe того, в США недавно утвержден закон о государственной поддержке этого направления, например, государство
обязано закупить 250 млн галлонов (1 млрд л) целлюлозного этанола
к 2013 г.
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Теоретический выход этанола из 1 т сырья (сухая масса): кукуруза (зерно) — 470 л; стебли кукурузы — 427, рисовая солома — 415,
отходы очистки хлопка — 215, лиственные опилки — 381, багасса — 421, макулатура — 439 л.
Исходным материалом для расширенного производства биотоплива в Европе может стать растение miscanthus (слоновья трава),
достигающее высоты 4 м и при этом активно поглощающее из атмосферы углекислый газ. Эта трава, выращенная на 10% пахотных
полей в Европе, может дать 9% всей необходимой электроэнергии.
Сверхурожайный гибрид miscanthus обеспечивает получение 60 т/га
биомассы, что эквивалентно 180 баррелям (28,6 т) нефти. Британское
министерство окружающей среды и сельского хозяйства уже выделило средства на программу по выращиванию miscanthus и переводу
электростанций на биотопливо.
Источником производства биотоплива могут служить водные
растения. Ежегодно на побережья выбрасывается значительная масса водорослей, которые с трудом удается утилизировать. В Японии
планируют наладить промышленное производство биоэтанола из
морских водорослей уже в ближайшие годы. Проект поручено курировать Управлению водных ресурсов страны, непосредственной
разработкой и внедрением технологий займутся НИИ корпорации
«Митпубиси» (Mitsubishi) и два крупных центра по изучению проблем моря в Токио и Киото. Программа исследований рассчитана на
пять лет, за этот период предполагается создать необходимые технологии, чтобы перейти к промышленному производству. На исследования в текущем году уже выделено 60 млн иен.
Японские специалисты утверждают, что получение биоэтанола
из морских водорослей, запасы которых у побережья Японии весьма
внушительны, более выгодно по сравнению с кукурузой и другими
злаковыми культурами. Предполагается, что популярные в японской
кулинарии виды морской капусты «комбу» и «вакамэ» не будут использоваться для производственного процесса.
Для постоянного пополнения сырьевой базы производства этанола будет создана широкая сеть крупных плантаций вдоль всего побережья Японскою моря, на которых станут выращивать «непищевые»
быстрорастущие водоросли. Японские специалисты считают новый
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
проект весьма перспективным, при его утверждении в кабинете
министров учитывалось, что англо-голландский нефтяной концерн
«Ройял Датч Шелл» (Royal Dutch Shell) уже объявил о планах строительства подобного экспериментального производства на Гавайских
островах.
Ученые одного из университетов Великобритании разрабатывают технологию, позволяющую превратить сусло, которое применяется для изготовления виски, в экологически чистое автомобильное
топливо — биоэтанол.
Американская компания «Xethanol Corporation» в содружестве с
компанией «Renewable Spirits» строит во Флориде экспериментальный завод, который будет вырабатывать автомобильное топливо
(этанол) из кожуры цитрусовых. Перерабатывая кожуру апельсинов,
новый завод произведет 190 тыс. л этанола за сезон сбора цитрусовых, а в дальнейшем мощность производства может быть увеличена
в 10 раз. «Xethanol» развивает ряд технологий производства этанола
из не вполне обычного сырья. В противовес широко распространенному изготовлению биотоплива из зерна компания сосредоточилась
на переработке отходов животноводства и деревообрабатывающей
промышленности, а также твердых бытовых отходов.
В Дании ускоренное развитие получило производство биоэтанола второго поколения с применением энзимов, крупнейшим поставщиком которых на мировой рынок стала датская компания
«Novozymes». Концерн «Dong Energy», «Danisco» и ряд других
компаний разрабатывают в Дании проекты производства биоэтанола второго поколения с использованием энзимов, производимых в
этой стране. Аналогичная установка датской компании «BioGasol»
по производству биоэтанола второго поколения (10 млн л в год)
будет введена в действие на фабрике компании «Pacific Ethanol» в
г. Бордмане, штат Орегон, США, производящей биоэтанол первого
поколения. 30% акций компании «Pacific Ethanol», которая имеет подобную фабрику в Калифорнии и достраивает еще две, принадлежит
основателю «Microsoft» — Биллу Гейтсу. В рамках этого проекта с
внедрением датской технологии, на который Департамент энергетики США выделил 120 млн крон (24 млн долл.), планируется довести
общее производство биоэтанола до 1 млрд л в год.
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В Дании разрабатываются технологии по использованию отходов мясного производства для применения в качестве сырья для
производства биоэтанола. С начала 2009 г. датская компания «Daka
Biodiesel» начнет поставки биоэтанола, произведенного на новой
фабрике в г. Леснинги за счет использования отходов с мясных боен
и перерабатывающих предприятий. Объем производства составит 55
млн л в год.
В ближайшем будущем в Европе начнется рентабельное производство автомобильного биотоплива второго поколения, которое не
будет угрожать запасам древесины. Новая технологическая концепция предусматривает производство этанола и энергии из бумаги, картона, древесины и пластика, получаемых в виде отходов в результате
деятельности торговых и промышленных предприятий.
Финские компании — лесопромышленный концерн «UPM» и
фирма «Lassila & Tikanoja (L&T)», специализирующаяся на обслуживании жилого фонда и производственных зданий, а также переработке отходов, — провели испытания новой технологии на базе
Финского института технических исследований (VTT). Выяснилось,
что для выработки этанола подходят не только сами по себе бумажные отходы, но и раствор, образующийся после отмыва макулатуры
от печатной краски. «Таким образом, мы получаем этанол из отходов,
которые ранее такого выхода не давали. Смешанный с бензином, он
пригоден для сжигания в двигателе внутреннего сгорания как биотопливо», — говорит ведущий специалист L&T Ласси Хиетанен.
Цех по производству топлива из вторсырья может работать как на
предприятии по переработке отходов, так и на целлюлозно-бумажном
комбинате, при этом часть отходов пойдет на выработку энергии, а
часть — на изготовление этанола. По словам финских энтузиастов, коммерциализация технологии позволит наладить в Европе рентабельное
производство биотоплива нового поколения для нужд транспорта, не ставя под угрозу снабжение древесным сырьем лесопромышленные предприятия. Важно, что технология соответствует требованию Евросоюза о
повышении эффективности вторичного использования материалов. Так,
в комплексе постановлений ЕС по энергии и климату биотопливо на
основе отходов и древесины называется более приоритетным по сравнению с прочими видами биотоплива.
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Использование отходов торговли и промышленности в производстве этанола и энергии связано с существенно меньшими выбросами парниковых газов, чем при захоронении этих отходов на свалке.
А сам технологический процесс изготовления этанола из вторсырья
оказывает меньшее негативное воздействие на окружающую среду,
чем использование для производства биотоплива сырья из злаковых культур. Расчеты, сделанные в VTT, показывают, что выбросы
двуокиси углерода уменьшаются при переходе с ископаемых видов
топлива на биотопливо из вторсырья. При этом ожидается, что технология позволит существенно снизить долю сжигаемого угля и
торфа, в результате чего происходит огромный выброс парниковых
газов. По данным института, с точки зрения снижения выбросов CO2
в ходе переработки материалов наиболее эффективно вторичное использование таких отходов, как бумага, картон, пластик.
В Финляндии акцент на вторсырье уже привел к существенному уменьшению загрязнения атмосферы парниковыми газами.
Например, поставки топлива, произведенного L&T в 2007 г., обернулись снижением выбросов CO2 на 2 млн т. «Это соответствует выбросам от автотранспорта в самой густонаселенной области Финляндии — Уусимаа, где расположен и столичный регион».
Команда исследователей из США обнаружила, что этанол из проса прутьевидного вырабатывает на 540% больше энергии, чем требовалось для производства топлива. Один акр (0,4 га) сенокосного
угодья в среднем может обеспечить 320 баррелей (50875 л) биоэтанола.
Статья с материалами исследования опубликована в Известиях
Национальной академии наук США. Пятилетнее изучение десяти
ферм площадью от 3 до 9 га названо авторами работы как самое
крупное исследование в своем роде.
Министерство энергетики финансирует строительство шести
биологических очистительных заводов в США, которое будет завершено в 2010 г., и заводы начнут работать в испытательном режиме.
Процесс выработки этанола из проса прутьевидного является
более сложным, чем при использовании таких продовольственных
культур, как пшеница и кукуруза, поэтому так называемое «второе
поколение» биотоплива может обеспечивать более высокий энерге51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тический выход из 1 т сырья из-за использования всего растения, а
не только его семян.
Исследователи подсчитали, что производство и потребление этанола из проса прутьевидного сокращает выбросы СО2 на 94% по
сравнению с эквивалентом в бензине. В процессе сжигания биотоплива происходит выброс углекислого газа, но выращивание растений позволяет поглощать сравнимую часть газов из атмосферы.
В России также имеются наработки по использованию непищевого сырья для производства биоэтанола. Федеральный индустриальнофинансовый союз по реализации Президентских программ, ФГУП
«Компомаш-ТЭК» и ФГУП «Красноярский машиностроительный
завод» предлагают прорывную энергосберегающую, экологически
безопасную технологию и оборудование по получению биоэтанола из
любого растительного сырья и его отходов с использованием специального виброимпульсного параболического измельчителя (рис. 3.5).
Рис. 3.5. Предлагаемая упрощенная блок-схема получения эталона,
диэтилового и дибутилового эфиров
Конкурентные ее преимущества перед традиционной (рис. 3.6)
заключаются в следующем:
все процессы осуществляются при атмосферном давлении и температуре нагрева до 100о С;
отпадает необходимость размещать оборудование для удаления
фурфурола;
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
выход сахаров и, соответственно, этанола в 1,5-2 раза увеличивается за счет разрушения моносахаридов с превращением их в полисахариды и раскрытия максимального количества растительных
клеток;
упрощенная технология и специальное оборудование позволяют
перерабатывать любое растительное сырье и снизить общие энергозатраты в 2-3 раза;
на выходе можно получать этанол, бутанол, диэтиловый эфир –
заменитель зимнего дизельного топлива, дибутиловый эфир – заменитель всесезонного дизельного топлива, топливные пеллеты, а при
доукомплектовании стандартным оборудованием можно будет получать этилен, бутилен, альдегиды, уксусную кислоту и бутадиен.
Рис. 3.6. Традиционная упрощенная блок-схема получения этанола
Недостатки традиционных технологий получения этанола:
каждая технология ориентирована на определенный вид сырья;
на подготовительных операциях сырья используется энергоемкое
дробильно-измельчительное оборудование, которое не до конца обеспечивает извлечение ценных продуктов (углеводов, белков, минеральных веществ и др.);
автоклавные процессы подготовки и измельчения проходят при
высоких температурах (до 250°С) и давлении (1,2 МПа), что обусловливает появление фурфурола;
для удаления фурфурола используется специальное материалоемкое и энергоемкое оборудование (установки химической обработки
и очистки пульпы от остатков фурфурола и др.);
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
низкий выход этанола — до 18% от исходного сырья на сухую
массу.
Преимущества предлагаемой технологии получения биоэтанола:
1. Исходным сырьем могут быть любые растительные культуры и
древесные отходы в различном сочетании.
2. Применение специального динамически уравновешенного виброимпульсного дробильно-измельчительного комплекса (рис. 3.7)
позволяет:
Рис. 3.7. Виброимпульсный измельчитель в сборе и в разрезе
производить раскрытие максимально возможного количества
растительных клеток за счет внутрислойного вибрационного разрушения материалов сжатием со сдвигом (рис. 3.8);
обеспечить доступ в клетках к углеводам, белкам, ценным минеральным веществам;
разрушить полисахаридные оболочки с образованием моносахаридов;
увеличить выход сахаров в 2 раза и более в сравнении с традиционными технологиями.
3. Все процессы подготовки и переработки исходного растительного сырья происходят при атмосферном давлении и температуре
нагрева не выше 1000С, что исключает образование фурфурола и
энергоемкие операции по его удалению.
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 3.8. Способы разрушения материалов
4. Благодаря тонкодисперсному измельчению исходного сырья
с раскрытием растительных клеток, деструкцией полисахаридов,
дополнительным получением питательной среды улучшаются
условия для высокоэффективного сбраживания всего объема сахаров гидролизата (до 100%) в сравнении с существующими технологиями, где объемы сбраживающих сахаров не превышают
40%.
5. Использование эффектов ультразвукового и электромагнитного воздействия на подготовительных и перерабатывающих
операциях исходного сырья ускоряет механохимические и термические процессы со значительным снижением затрат электрической и тепловой энергии (в 2-3 раза) в сравнении с традиционными технологиями.
6. Выход биоэтанола увеличивается в 2-2,5 раза в сравнении с
традиционными технологиями.
Затраты на производство биоэтанола по предлагаемой технологии приведены в табл. 2.
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2
Затраты на производство этанола из различного вида растительного
сырья по традиционной и новой технологиям, центы США
Новая
российская
технология
Затраты в расчете на 1 л эталона
Стоимость
Всего
Всего
пересырья
работки
Традиционная технология
Вид сырья и странапроизводитель
Кукуруза (США)
Сахарный тростник
(США)
Меласса (США)
Сахарный тростник
(Бразилия)
Сахарная свекла (ЕС)
Древесина (отходы)
(Россия)
3,33
3,58
6,91
2,5
9,98
6,15
6,14
2,56
16,12
8,71
5,64
3,05
2,05
6,66
3,33
12,8
5,36
19,46
1,89
7,34
-
-
-
1,5
Эта же научно-производственная группа компаний предлагает
прорывную технологию комплексной переработки торфа (рис. 3.9),
позволяющую с использованием разработанного различного оборудования получать биоэтанол, биобутанол, диэтиловый эфир (заменитель всесезонного дизельного топлива), органо-минеральные
удобрения, адсорбенты и биосорбенты (применяются для ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов), стабилизаторы
и пластификаторы (для приготовления композиционных топливных
суспензий и эмульсий, бетонных, кладочных, отделочных растворов
и глинистых составов для выпуска кирпича и керамики), реагенты
(для бурения нефтяных и газовых скважин), гуматы (для регуляторов роста растений, увеличения урожайности, сокращения сроков
созревания сельскохозяйственных культур), разжижители (для снижения вязкости приготавливаемых композиционных топливных суспензий и эмульсий) и торфяной гель (используется как связующее и
компонент композиционного топлива для газификации с получением генераторного газа, синтез-газа).
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 3.9. Технология и оборудование для комплексной глубокой переработки торфа:
1 - приемный бункер V-30 м3 (1м3 - 500 кг при 50% влажности) 15 т влажного
торфа; 2 - роторно-фрезерный измельчитель производительностью 50 т/ч по
влажному торфу; 3 - вакуумная сушилка, обеспечивающая снижение влажности
до 30 или 10%; 3I - модуль по карбонизации измельченного торфа; 4 - накопительный бункер биосорбентов влажностью 10% с расфасовочным устройством;
4I накопительный бункер адсорбентов с расфасовочным устройством;
5, 5I, 5II, 5III, 5IV - турбо-лопастной скоростной смеситель; 6 - гранулятор;
7 - накопительный бункер органо-минеральных удобрений с расфасовочным
устройством; 8 - реактор-смеситель; 9 - кавитационная установка; 9I, 16I - аппарат электромагнитного воздействия; 9II - центрифуга; 10 - ферментатор;
11 - установка дистилляции; 12 - накопительная емкость с насосной станцией и
наливной эстакадой; 13 - модуль приготовления диэтилового эфира с наливной
эстакадой; 14 - модуль приготовления дибутилового эфира с наливной эстакадой;
15 - накопительная емкость для торфяного геля-связующего; 15I - модуль прямоточной газификации торфяного геля; 15II - электростанция для собственных
нужд; 15III - модуль получения синтез-газа и моторных топлив; 16 - измельчитель;
17 - измельчитель для щелочей; 18 - накопительный бункер для стабилизаторов;
19 - накопительный бункер с расфасовочным устройством реагентов для бурения;
20 - накопительный бункер с расфасовочным устройством для гуматов; 21 - накопительный бункер с расфасовочным устройством для разжижителей
Данная технология использует роторно-пульсационный виброимпульсный кавитационный измельчитель, обеспечивающий раскрытие
максимально возможного количества клеток торфяной массы (рис.3.10).
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 3.10. Роторнопульсационный виброимпульсный
кавитационный
измельчитель
В последние годы вызывает интерес и сорго, не только как кормовая, но
и как ценная техническая культура для производства биоэтанола. С 1 га посевов можно произвести 3-5 т спирта.
В зоне сухих степей сахарное сорго можно высевать на площади не менее
300-400 тыс. га, что позволит производить 1-1,5 млн т биоэтанола в год.
Специалисты научно-исследовательского центра «АКМАС» во Владивостоке (Россия) разработали метод получения биотоплива из морской
воды. Сотрудниками центра создан препарат, который положительно влияет
на развитие цианобактерий. Углеводородами в этом топливе являются цианобактерии, сгорает не вода, не добавленные 3-5% дизельного топлива или
бензина, а именно бактерии. В полученное биотополиво можно добавить
70% морской воды, компоненты смешаются, и состав будет гореть. Это новая жидкость, которая не попадет ни под какие ТУ, ее можно использовать
для отопления в котельных ЖКХ. Себестоимость продукта равна 3 руб., а
стоимость может равняться максимум 13 руб.
В последние годы большой интерес проявляется к производству спирта из топинамбура (иерусалимский артишок). Особенность химического
состава углеводного комплекса этого растения заключается в том, что его
основа состоит из фруктозы, которая является отличным источником сбраживания сахаров. Выход спирта составляет 70-80 л с 1 т клубней и 30-40 л
с 1 т стеблей, что в 1,5-3,4 раза выше выхода спирта при переработке сахарной свеклы, картофеля, пшеницы из расчета на единицу площади посадок.
Всероссийский НИИ пищевых биотехнологий провел исследования и
отработку технологий получения спирта из топинамбура. Результаты свидетельствуют о высокой технологичности и перспективности его применения как сырья для производства спирта. Топинамбур имеет очень широкий
спектр использования (рис. 3.11, 3.12), что позволяет применять его в различных отраслях народного хозяйства.
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 3.11. Использование зеленой массы топинамбура
Рис. 3.12. Использование клубней топинамбура
По своим биологическим признакам он является однолетним растением.
Вся его корневая система и надземная часть ежегодно отмирают. Зимуют
в почве, не теряя своих свойств, в том числе и всхожесть, только клубни.
Перезимовавшие клубни следующей весной прорастают, давая очередной
урожай. В следующем году способностью к зимовке обладают только вновь
образованные клубни, все старые клубни и столоны израстают и отмирают.
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.2. Биобутанол
Бутиловый спирт (бутанол) С4Н9ОН — бесцветная жидкость с
характерным запахом сивушного масла, ядовит. В промышленности бутанол получают оксосинтезом из пропилена с использованием никель-кобальтовых катализаторов при температуре 130-150°С и
давлении 20-35 МПа. Бутанол начали производить в начале XX в. с
использованием бактерии Clostridia acetobutylicum. В 1950-х годах
из-за падения цен на нефть его производили из нефтепродуктов. В
США ежегодно получают около 1,39 млрд л бутанола. Он обладает
теми же преимуществами перед нефтяными топливами, как и другие
оксигенаты, а именно: высокой детонационной стойкостью и низкой
эмиссией токсичных выбросов. По сравнению с этанолом бутиловый спирт имеет ряд преимуществ. Он безопаснее в использовании,
поскольку менее летуч, чем этанол и бензины. Менее токсичен, смешивается с бензином в любых соотношениях и не вымывается из
него водой. Бензины, содержащие бутанол, могут транспортироваться любым видом транспорта, включая существующие топливные
трубопроводы. Бутиловые спирты характеризуются более высокой
теплотой сгорания и низкой теплотой испарения, что оказывает положительное влияние на экономичность работы двигателя.
До недавнего времени производство бутанола путем ферментации растительного сырья считалось экономически нецелесообразным из-за низкого выхода целевого продукта. Прогресс в области
биотехнологий позволил превратить растительную биомассу в экономичный источник биобутанола.
Две крупнейшие транснациональные корпорации мира «DuPont»
и «British Petroleum» (BP) объявили об успехе своего трехлетнего
сотрудничества над проектом создания нового вида биотоплива —
биобутанола. Осуществление проекта началось в 2003 г. Ожидается,
что в 2009 г. биобутанол начнет производиться и продаваться в
Великобритании.
Производство в Британии будет налажено совместно с «British
Sugar». Для этого перепрофилируют фабрику по ферментации биопродуктов в этанол с целью производства биобутанола мощностью
20 тыс. л в год.
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Процесс использует бактерию Clostridium acetobutylicum, также
называемую как Организм Вейцмана. В 1916 г. Chaim Weizmann сначала использовал эти бактерии для производства ацетона из крахмала. Бутанол был побочным продуктом этого брожения. Этот процесс
также создает определенное количество Н2 и множество других побочных продуктов: ацетатную, молочную и пропионовую кислоты,
ацетон, изопропанол и этанол.
Отличие от производства этанола первоначально состоит в бродящем компоненте, производящем бутанол, а не этанол, в качестве
первичного продукта брожения и незначительных изменениях в дистилляции. Питательные среды такие же, как и для этанола — сахарная свекла, сахарный тростник, кукурузное зерно, пшеница и маниока, а также сельскохозяйственные побочные продукты, как например, солома и полова. Согласно исследованиям компании «DuPont»,
существующие биоэтанольные заводы могут быть экономически
выгодно преобразованы для производства биобутанола.
Первая в России экспериментальная партия биобутанола выпущена в сентябре 2008 г. на базе Тулунского гидролизного завода
Иркутской области (рис. 3.13).
Рис. 3.13. Тулунский гидролизный завод
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Завод был остановлен более двух лет назад и объявлен банкротом.
После передачи пакета акций из федеральной в областную собственность администрацией Приангарья была проделана работа по привлечению инвесторов возрождения предприятия. В начале декабря
2007 г. Топливно-энергетический союз выкупил на открытых торгах
имущество завода. Теперь здесь создается современное предприятие
по выпуску принципиально новой продукции — биобутанола — топлива второго поколения, востребованного на мировом рынке.
Проект поддержан ОАО «Объединенная промышленная корпорация «Оборонпром». Для его реализации создано ОАО «ВосточноСибирский комбинат биотехнологий». Инвестировать планируют
более 500 млн руб. Срок окупаемости проекта — два года.
В России также имеется перспективная технология получения
биобутанола — это прорывная энергосберегающая, экологически
безопасная технология и оборудование по получению биобутанола
из любого растительного сырья и его отходов с использованием специального виброимпульсного параболического измельчителя, а также технология комплексной переработки торфа, позволяющая также
производить биобутанол.
3.3. Биодизельное топливо
Биодизельное топливо — это сложный метиловый эфир с качеством дизельного топлива, получаемый из масла растительного или
животного происхождения и используемый в качестве топлива.
Растительное масло переэтерифицируется метанолом, реже этанолом или изопропиловым спиртом (приблизительно в пропорции
на 1 т масла 200 кг метанола + гидроксид калия или натрия) при
температуре 60°С и нормальном давлении.
Для получения качественного продукта необходимо выдержать
ряд требований:
1. После прохождения реакции переэтерификации содержание
метиловых эфиров должно быть выше 96%.
2. Для быстрой и полной переэтерификации метанол берется с
избытком, поэтому метиловые эфиры необходимо очистить от него.
3. Использовать метиловые эфиры в качестве топлива для дизельной техники без предварительной очистки от продуктов омыления
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
недопустимо. Мыло засорит фильтр и образует нагар, смолы в камере сгорания. При этом сепарации и центрифугирования недостаточно. Для очистки необходимы вода или сорбент.
4. Заключительный этап — сушка метиловых эфиров жирных
кислот, так как вода приводит к развитию микроорганизмов в биодизеле и способствует образованию свободных жирных кислот, вызывающих коррозию металлических деталей.
5. Хранить биодизель рекомендуется не более трех месяцев, так
как он разлагается.
Сырьем для производства биодизеля первого и второго поколений служат жирные, реже — эфирные масла различных растений
или водорослей.
В Европе — это рапс, США — соя, Канаде — канола (разновидность рапса), Индонезии, на Филиппинах — пальмовое, кокосовое
масла, в Индии — ятрофа, Африке — соя, ятрофа, Бразилии — касторовое масло. Также применяются отработанное растительное
масло, животные жиры, рыбий жир и масла из водорослей.
В настоящее время в России и за рубежом, помимо применения
чистого биодизельного топлива, рассматриваются практические
аспекты использования в дизельных двигателях биотоплива из растительного сырья следующих видов:
• натуральное рапсовое масло (в чистом виде), исследования которого показали, что оно обладает плохими пусковыми свойствами
при пониженной температуре, а из-за наличия свободных кислот
более агрессивно к конструкционным и уплотнительным материалам, имеет склонность к окислению при хранении. С точки зрения
изготовителей дизельных двигателей, таких как немецкая фирма
«Deutz», применение растительного масла вместо дизельного топлива или в качестве добавки к нему во многом является самообманом и не ведет к экономии топлива или удешевлению эксплуатации
двигателя;
• биотопливо из смеси в пpoпорции от 25 до 75% рапсового масла
и 75-25% дизельного топлива;
• биотопливо из смеси дизельного топлива и метилового эфира
рапсового масла (МЭРМ).
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Биодизель имеет ряд преимуществ перед минеральным дизельным топливом:
• растительное происхождение. Продукт не обладает бензоловым
запахом, так как изготавливается из растительных масел, выращивание сырья (рапса) улучшает структурный и химический состав почв
в системах севооборота;
• биологически безвреден. Он подвергается практически полному
биологическому распаду – микроорганизмы за месяц перерабатывают 99% биодизеля. Это особенно актуально при переводе водного
транспорта на альтернативное топливо, что приведет к уменьшению
загрязнения рек и озер;
• относительная чистота и минимизация выбросов СО2. По сравнению с бензином и дизельным топливом биодизель демонстрирует
отличные результаты по показателям продуктов сгорания: монооксида углерода, углеводородов, остаточных частиц и сажи;
• малое содержание серы. Биодизель в сравнении с минеральным
аналогом почти не содержит серы (< 0,001% против < 0,2%);
• хорошие смазочные характеристики. Несмотря на отсутствие
серы, биодизель характеризуется хорошими смазочными свойствами, что обусловливается его химическим составом и высоким содержанием кислорода;
• увеличение срока службы двигателя за счет одновременной
смазки его подвижных частей, в результате которой, как показывают
испытания, достигается увеличение срока службы самого двигателя
и топливного насоса;
• относительная безопасность. Высокая точка воспламенения
(превышает 100°С) позволяет назвать его относительно безопасным,
особенно при перевозке и хранении.
Главный недостаток биодизеля первого поколения состоит в том,
что он вырабатывается из пищевого сырья, что входит в противоречие с продовольственной безопасностью.
По данным фирмы «Desmet Ballestra» (Италия), в 2008 г. мировое
производство биодизеля должно составить примерно 11,1 млн т при
имеющихся мощностях более 32 млн т (рис. 3.14).
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 3.14. Производство биодизеля в мире
Разрыв между потенциальным и реальным объемами производства происходит по следующим причинам:
экономические — рост цен на сырье;
общественное мнение — потребление масел в пищевых или технических целях;
политическое влияние — недостаток соответствующего стимула
рынка.
По данным этой же компании, себестоимость производства биодизеля на 85% состоит из стоимости сырья (рис. 3.15).
Рис. 3.15. Себестоимость производства биодизеля
Все это говорит о том, что биодизельная промышленность нуждается в изменениях, которые происходят в направлении улучшения
технологий и замещения традиционных пищевых масел альтерна65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тивным сырьем — низкокачественными или техническими маслами
и жирами.
Интересна новая технология получения биодизеля с использованием сверхкритических флюидных сред, предложенная профессором Казанского технологического университета, доктором технических наук Фаридом Гумеровым.
Что такое сверхкритические флюиды? У каждого газа есть термодинамическая критическая точка с соответствующими значениями
давления и температуры, выше которых область термодинамической
поверхности вещества называется областью сверхкритического флюидного состояния. Преимущество флюидного состояния заключается
в том, что оно одновременно обладает достоинствами как жидкости,
так и газа. В частности, речь идет о высокой растворяющей способности, низкой вязкости и высокой диффузионности. В итоге флюидная среда легко проникает в любые пористые структуры, а реакции
и процессы в ней идут намного быстрее, чем в обычных условиях.
Это чрезвычайно большое направление, в котором существует такое
множество поднаправлений, что проще сказать, где «сверхкритичность» неприменима, чем перечислить сферы, которые она охватывает. Например, сверхкритический флюидный экстракционный процесс — один из эффективнейших методов разделения смешанных
субстанций. Но все же особо перспективным направлением, которое
стало новым шагом и в производстве биодизеля, является использование сверхкритических флюидов в качестве среды для осуществления в ней химических реакций. В этом случае отпадает потребность
в катализаторе, потому что сама среда ускоряет процесс. Это приводит к большей конверсии, а продукт не надо чистить от катализатора
и омыляющих веществ. Кроме этого, если время традиционной реакции измеряется часами, то в «сверхкритичности» оно составляет
в зависимости от природы масла минуты (для рапсового масла — от
1 до 4 мин). В мире первые подобные испытания были проведены в
2001 г., в Татарстане — годом позже.
В 2003 г. в КГТУ были получены первые результаты реакции
трансэтерификации в сверхкритическом метаноле (смесь метиловых
эфиров жирных кислот). Реакция была проведена в периодическом
режиме, т.е. в «однопорционном» размере. Разумеется, для промыш66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ленности нужен непрерывный режим производства, а значит, и более мощная установка. Ее созданием в последнее время и занимается команда под руководством профессора Гумерова.
Компания «Evonik Industies» идет по пути совершенствования
катализаторов для производства биодизеля. Она предлагает активные катализаторы — алкоксиды (NaOMe/KOMe). Алкоксид –— чистый катализатор, благодаря чему более быстро и полно происходит
конверсия. Он не содержит гидрооксид и воду, а значит, происходит
увеличение селективности и выхода реакции, т.е. снижение доли побочных продуктов.
Катализаторы-алкоксиды поставляются в готовой для применения форме (раствор в метаноле), при этом:
• не требуется оборудования для приготовления раствора;
• нет опасности экзотермического процесса во время приготовления раствора;
• отсутствует пыль при обращении с продуктами (как в случае
гранул КОН и NaOH);
• нет нерастворимых примесей, которые могут повредить оборудование;
• осуществляется непосредственное дозирование катализатора в
зону реакции.
Требования к алкоксидам: емкости для хранения (низкоуглеродистая сталь), азотная «подушка», обогрев емкостей (использование
изоляционных кожухов при низких температурах).
Применение алкоксидов вызывает повышенный выход биодизеля
(на 2-5%), обеспечивает хорошее качество глицерина (чистота 8088%).
Алкоксиды дороже, чем гидрооксиды, однако стоимость катализатора компенсируется повышенным выходом биодизеля, а также
имеют место дополнительный доход от продажи глицерина хорошего качества и меньшее количество побочных продуктов, что обеспечивает стабильность, легкость производства и снижение эксплутационных затрат.
Специалисты лаборатории «Технологии промышленного биосинтеза» ОАО «ГосНИИсинтезбелок» (Москва) предлагают комплексную схему получения биодизеля из растительного сырья с перера67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
боткой отходов его производства. Основными этапами классической
технологии производства биодизеля являются отжим масла из семян
масличных культур и проведение реакции этерификации с получением метиловых эфиров жирных кислот — биодизеля. В результате,
помимо целевого продукта биодизеля, в комплексном производстве
в качестве отходов образуются растительный шрот на этапе отжима
масла и трехатомный спирт — глицерин как биопродукт реакции этерификации.
Оба отхода имеют значительный потенциал для их эффективной
утилизации. Однако выбор того или иного целевого продукта биоконверсии должен определяться или высокой стоимостью конечного продукта биоконверсии для снижения себестоимости биодизеля,
или возможностью организации замкнутых циклов производства с
целью снижения затрат на сырье, электроэнергию, тепло.
В настоящее время разработан ряд технологий, позволяющих утилизировать или переработать отходы промышленных предприятий,
содержащие глицерин. Можно выделить два основных направления
их реализации, основанные на физико-химических и биологических
методах (рис. 3.16).
Рис. 3.16. Методы переработки глицериновых стоков
Первым этапом в процессе очистки глицерина физико-химическими методами является отделение жиров и других органических компонентов путем центрифугирования и/или фильтра68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ции. Окончательную очистку обычно производят путем вакуумвыпаривания. В последнее время все более широкое применение
находят методы электродиализа и нанофильтрации для очистки глицериновых стоков производства биодизеля. Таким образом проводят
очистку глицерина с целью последующей реализации его в различных отраслях промышленности. Однако ввиду увеличения мирового
производства биодизеля в настоящее время наблюдается перепроизводство очищенного глицерина, что влечет за собой необходимость
рассматривать альтернативные пути его утилизации, в частности,
все большее значение приобретает биологическая обработка глицериновых стоков с получением целевых продуктов микробиологического синтеза.
Биологическая трансформация глицерина в клетках микроорганизмов возможна в анаэробных и аэробных условиях путем окисления, неполного окисления (окислительного брожения) и сбраживания
определенными группами микроорганизмов, при этом метаболический путь определяет состав конечных продуктов трансформации.
В настоящее время изучены анаэробные процессы биоконверсии
глицерина в 1,3-пропандиол, ацетат, бутират, биогаз и другие целевые продукты. Большинство из них востребовано в химической и
других отраслях промышленности. В аэробных условиях различные
группы бактерий способны продуцировать биополимеры, водород,
дигидроксиацетон, лимонную кислоту и другие с использованием
глицерина в качестве субстрата.
Другим отходом комплексного производства биодизеля является растительный шрот, получаемый при отжиме масла. Анализ его
химического состава позволяет сделать вывод о возможности его
использования по следующим направлениям: непосредственно на
корм скоту без предварительной обработки; в качестве субстрата для
получения кормового белка, кормового витамина В12, биогаза.
Использование шрота, прежде всего рапсового, непосредственно
на корм скоту лимитируется содержанием в нем токсичных веществ
из группы тиогикозидов, уровень которых в корме для скота не должен превышать 1%. Ввиду этого целесообразным представляется
микробиологическая переработка шрота в кормовой белок, витамин
В12 или биогаз. Последний путь утилизации выглядит наиболее ин69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тересным из-за того, что получаемый биогаз после его обработки на
энергетической установке с высоким коэффициентом эффективности
может перерабатываться в электрическую энергию и тепло. При этом,
например, из 2 т шрота выход электроэнергии после переработки полученного биогаза составляет порядка 1 тыс. кВт. Использование полученных теплоэнергопотоков в цикле производства биодизеля, а также
при биотрансформации глицерина позволяет организовать замкнутые
технологические и энергетические циклы, значительно снижая затраты на производство биотоплива, и, как следствие, его себестоимость.
Биоорганическое удобрение на основе биомассы из метантенков может
быть использовано для улучшения плодородия пахотных площадей, вовлеченных в культивирование сырья для биодизеля, например, рапса.
С учетом изложеных способов переработки отходов биодизеля,
предлагаемая комплексная схема его получения из растительного сырья должна включать в себя установки получения биодизеля из растительного масла (например, рапсового), а биогаза — с использованием
в качестве субстрата растительного и микробного шрота, получаемых в
технологических процессах, а также биотрансформации глицерина (например, в полимерные материалы).
Схема для «локального» получения биодизеля мощностью 30 т в год
приведена на рис. 3.17. Для обеспечения годовой работы установки необходимо около 100 т рапса (50 га пахотных площадей), при этом будет
получено до 30 т биодизеля, 1 т биополимеров из глицериновых отходов,
около 20 тыс. кВт электроэнергии и почти 70 т биоорганического удобрения.
Компания «Your Corporative» предлагает разработки, сконцентрированные на микробиологических способах экономичной переработки отходного глицерина в продукты с высокой добавленной стоимостью (рис.
3.18).
Выход глицерина на 1 т растительного масла составляет от 9 (для
рапсового масла) до 12 % (для масел с короткоцепочечными жирными кислотами, такими как пальмоядровое и кокосовое). Глицеринсырец — 30-80%, технический дистиллированный — 80-99, глицерин как химический реактив, продукт для косметики и фармации — 99-99,9%.
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 3.17. Комплексная схема получения биодизеля
из растительного сырья с переработкой отходов производства
Рис. 3.18. Биотехнологические методы переработки глицерина
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Фармакопейный глицерин: устойчивый спрос на рынке
(рис. 3.19) компенсирует до 7% себестоимости биодизеля, минус —
дорогостоящее оборудование.
Рис. 3.19. Рост предложения глицерина
Институтом биохимии и физиологии микроорганизмов им.
Г.К. Скрябина, РАН (Пущино, Московская область) разработан новый
перспективный способ получения лимонной кислоты и цитрата из глицеринсодержащих отходов производства биодизеля (рис. 3.20).
Рис. 3.20. Схема
получения
биодизеля
и лимонной
кислоты
из отходов
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лабораторией аэробного метаболизма микроорганизмов этого института селекционирован мутантный штамм дрожжей Y. Lipolytica,
способный продуцировать лимонную кислоту.
Лимонная кислота широко используется в пищевой промышленности (65-70% от ее производства), фармакологии и косметике (10%),
химической промышленности (10%) и других отраслях. Мировое
производство ее составляет более 1,4 млн т в год, в Западной Европе — 0,4-0,5, США — 0,2-0,3, Китае — 0,1-0,2 млн т, ежегодный прирост — 3-5%. В Германии компания «Vogelbusch» построила 11 заводов
по производству лимонной кислоты с помощью дрожжей. По сравнению с традиционным способом — с помощью грибов из мелассы предлагаемый процесс значительно проще и экологичнее (рис. 3.21).
Рис. 3.21. Сравнение процессов производства лимонной кислоты
с помощью дрожжей и грибов
Традиционный процесс производства лимонной кислоты с помощью грибов отличают некоторые негативные особенности:
• быстрая потеря продуцентом активности;
• необходимость иметь цех по производству посевного материала- конидий гриба («споровый консерв»);
• сильная зависимость активности продуцента от концентрации
микроэлементов (Mn, Fe, Zn);
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
• необходимость освобождения сырья от избытка микроэлементов обработкой K4[Fe(CN)6];
• сложность формирования мицелиальных глобул гриба;
• получение отвалов гипса в результате процедуры получения
кислоты;
• гриб Aspergillus nieger — причина аллергических заболеваний.
Метод с применением дрожжей сопровождается выходом цитрата
натрия, который в странах ЕС широко используется в синтетических
моющих средствах вместо полифосфатов, запрещенных законодательно и вызывающих «цветение» водоемов летом.
В качестве сырья для получения биодизеля необходимо максимально
использовать отработанные растительные масла и животные жиры.
Наиболее часто используемыми отработанными маслами являются подсолнечное, масло канолы (американская разновидность
рапса) и пальмовое. Они поставляются в основном из фритюрных, небольших ресторанчиков, заводов по переработке картофеля
и чипсов. Отработанное масло канолы лучше всего подходит для
этих целей. Важно, как долго масло использовалось и насколько
оно старое. При высокой температуре в процессе жарки в нем образуется большое количество свободных жирных кислот и усиливаются все окислительные процессы. Все это очень нежелательно
для будущего топлива.
Производство биодизеля из отработанных растительных масел необходимо организовывать, используя новейшие технологии.
Новую уникальную технологию разработала компания «Текмаш». В
нее входят девять предприятий: ООО «Инженерно-технологический
центр «Текмаш», НПП «Институт «Текмаш», ООО «ТекмашМонтаж», ЧП «Текмаш-Соя», ДП «Текмаш-Днепр» (Украина), ООО
«Текмаш-Гомель» (Беларусь), ОАО «РП-Текмаш», ООО «ТекмашУрал» (Россия), СП «Баннер-Текмаш» (Китай). Компания занимается
решением проблем малой энергетики, разработкой технологий производства влажных кормов и соевого молока, развитием пищевой и
перерабатывающей промышленности. Ее разработки применяются в
Украине, России, Республике Беларусь и Китае.
Новизна технологии «Текмаш» заключается в том, что перед реакцией трансэтерификации растительное масло и метиловый спирт
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
подвергаются гидродинамической обработке, что повышает скорость
и полноту протекания реакции получения биодизельного топлива.
Полнота протекания реакции увеличивается, во-первых, за счет
гидромеханического воздействия на молекулярном уровне на ее компоненты, во-вторых, за счет эффективного перемешивания метилового спирта и катализатора (гидроокиси калия) в требуемой пропорции и точной подачи смеси в нужную область прохождения реакции.
Это исключает попадание в биодизельное топливо метилового спирта либо растительного масла, не вступивших в реакцию.
Интенсивность протекания реакции повышается за счет специально спроектированных насадок. Они оказывают кавитационное
воздействие на компоненты реакции, образуя в жидкости небольшие
и пустые полости (каверны), которые расширяются до больших размеров, а затем быстро разрушаются. Известно, что при кавитационном воздействии на обрабатываемую среду температура и давление
в локальной зоне воздействия повышаются до тысяч градусов и атмосфер. В таких условиях реакция трансэтерификации происходит
мгновенно и при минимальном энергопотреблении.
Для эффективного перемешивания компонентов реакции компания Текмаш разработала специальное оборудование — замкнутые
струйно-вихревые гидродинамические нагреватели ТЕК-БД. В них
полностью отсутствуют застойные зоны, что обеспечивает 100%ную полноту прохождения реакции трансэтерификации.
Использование технологии и оборудования «Текмаш» при производстве биодизельного топлива позволяет проводить основную
реакцию трансэтерификации с максимальной полнотой и получить
топливо, соответствующее европейскому стандарту качества EN
14214. При этом количество отходов, требующих утилизации, не
превышает 2% от массы растительного масла, энергопотребление на
1 т произведенного биодизельного топлива — не более 20 кВт·ч. Для
сравнения: при производстве биодизельного топлива по классической технологии с применением нагрева с помощью электрокотла
энергопотребление для получения 1 т биодизельного топлива составляет 50-100 кВт·ч, что в 3 раза больше, чем по технологии «Текмаш».
Эта технология позволяет увеличить скорость протекания реакции в
10 раз, производительность оборудования — в 4-5 раз.
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Американские химики разработали технологию получения биотоплива из использованных кофейных зерен. Свой метод они описали в издании Journal of Agricultural and Food Chemistru.
Одной из трудностей для промышленного производства биотоплива является отсутствие дешевого исходного материала, который
был бы доступен в большом количестве. В поисках такого материала ученые решили изучить «потенциал» кофе (в США он является
самым популярным напитком). Кофейные зерна содержат 10-20%
масла и по этому параметру почти не уступают традиционным исходным материалам для производства биотоплива — семенам рапса,
кокосовым орехам и соевым бобам.
Ежегодно в мире выращивается около 7,3 млрд кг кофе, а огромное количество использованных зерен выбрасывается. Для проверки
того, насколько эффективно можно перерабатывать зерна в топливо,
ученые договорились о поставках использованных зерен с одной из
сетевых кофеен. По словам химиков, им удалось разработать технологию, позволившую перерабатывать в биотопливо до 100% масла.
Кофейное биотопливо отличалось большей стойкостью по сравнению с аналогами, так как в зернах содержится много антиоксидантов. Остающиеся после переработки зерен твердые отходы можно
использовать, например, в качестве компоста. Для подтверждения
этих теоретических расчетов ученые намерены открыть маленький
завод по переработке кофейных зерен. В качестве потенциальных
источников топлива ученые пытаются использовать оливковые косточки и др.
Датская компания «C.C.JENSEN A/S», учрежденная в 1953 г.,
разработала аппарат для очистки биодизеля PTU2 27/27 Diesel
(рис. 3.22). Это фильтр, который объединяет сепаратор непрерывного разделения воды с тонкой фильтрацией и используется
для очистки масел: удаления воды, продуктов разложения и частиц (окисления, смол, осадка). Аппарат можно использовать в
автоматическом или ручном режиме. В автоматическом режиме
можно использовать контрольную панель для мониторинга качества, а давление контролировать по манометру, установленному
на верхней части аппарата, либо с помощью встроенных электрических контроллеров давления.
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 3.22. Аппарат
для очистки биодизеля
Наиболее перспективным источником сырья для производства
биодизеля второго поколения являются водоросли. По оценкам
Департамента энергетики США, с 1 акра (4047м2 ~ 0,4га) земли
можно получить 255 л соевого масла или 2400 л пальмового. С
такой же площади водной поверхности можно производить до
3570 баррелей бионефти (1 баррель = 159 л). В компании «Green
Star Products» считают, что с 1 акра земли можно получить 48
галлонов соевого масла, 140 галлонов масла канолы и 10000 галлонов масла из водорослей.
Департамент энергетики США с 1978 по 1996 г. исследовал водоросли с высоким содержанием масла по программе
«Aquatic Species Program». Исследователи пришли к выводу, что
Калифорния, Гавайи и Нью-Мексико пригодны для промышленного производства водорослей в открытых прудах. В течение
шести лет водоросли выращивали в прудах площадью 1000 м2.
Пруд в Нью-Мексико оказался более эффективен в захвате СО2.
Урожайность составила более 50 г водорослей с 1 м2 в день. На
200 тыс. га прудов могут производить топливо в количестве,
достаточном для годового потребления 5% автомобилей США
(200 тыс. га — это менее 0,1% земель США, пригодных для выращивания водорослей).
По данным канд. биол. наук Н.И. Черновой (лаборатория возобновляемых источников энергии МГУ им. М.В. Ломоносова),
содержание липидов (масла) в микроводорослях колеблется от
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
18% в Chlorella vulgaris до 86% в Botryococcus braunii (табл. 3).
С 1 га микроводорослей можно получить 58700-136900 л масла
для производства биодизеля против 5950 л с 1 га посадок пальмы
и 1190 л — канолы (табл. 4).
Таблица 3
Содержание липидов (масла) в некоторых видах микроводорослей
(% от сухой массы)
Водоросли
Botryococcus braunii
Chlorella minutissima
Chlorella vulgaris
Dunaliella salina
Dunaliella primolecta
Euglena gracilis
Haematococcus pluvialis
Isochrisis galbana
Nannochloropsis sp.
Nitzschia closterium
Phaeodactylum tricornutum
Prymnesium parvum
Scenedesmus dimorphus
Tetraselmis suecica
Липиды, %
До 86
31
18
14,4-40
23,1
14-20
25-40
21,9-38,5
33,3-37,8
30
27,7
19,8
22-38
16-40
20-30
Источник данных
Becker (1994)
Illman et al. (2000)
Illman et al. (2000)
Zhu and Lee (1997), Weldy
et al. (2007)
Thomas et al. (1984)
Becker (1994)
Huntley and Redalje (2006)
Fidalgo et al. (1998)
Fabregas et al. (2004)
Zhu and Lee (1997)
Zhu and Lee (1997)
Thomas et al. (1984)
Becker (1994)
Becker (1994)
Otero and Fabregas (1997)
Таблица 4
Сравнительная оценка источников сырья
для производства биодизеля1
Культура
1
78
Выход масла,
л/га
Площадь, необходимая для
производства масла (Мга)2
2
3
Кукуруза
Соя
172
446
1540
594
Канола
1190
223
Ятрофа
1892
140
Кокосовый орех
2689
99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Продолжение табл. 4
1
2
3
Пальмовое масло
5950
45
Микроводоросли (30%)3
58700
4,5
Микроводоросли (70%)4
136 900
2
____________
Представленные данные получены в экспериментах по выращиванию микроводорослей на площади 5681 м2 в Новой Зеландии.
2
Для замены 50% всего транспортного топлива в США.
3
30% масла (от биомассы по сухой массе).
4
70% масла (от биомассы по сухой массе).
1
Выращивают микроводоросли как в крупномасштабных системах открытого культивирования (рис. 3.23), так и в трубчатых фотобиореакторах (рис. 3.24).
Рис. 3.23. Крупномасштабные системы
открытого культивирования микроводорослей
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 3.24. Трубчатые фотобиореакторы
Технология выращивания микроводорослей еще проблемна.
Например, водоросли любят высокую температуру, для их роста
нужен пустынный климат, но требуется некая температурная регуляция при ночных перепадах температур и др. В этом направлении
ведутся большие научные исследования.
С 1997 по 2001 г. на Гавайях проводились исследования, на которые было привлечено 20 млн долл. США частных компаний, в
результате разработана новая технология крупномасштабного выращивания микроводорослей с повышенным содержанием липидов,
предусматривающая двухстадийную технологию промышленного
выращивания микроводорослей гематококкус на площади 2 га с целью получения масла. Первая стадия — выращивание в закрытых
трубчатых реакторах для накопления посевного материала (90 суток), вторая — перенос культуры в открытый пруд с интенсивной
инсоляцией и лимитом питания для биосинтеза масла и астаксантина (время культивирования 1-3 суток (табл. 5).
80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 5
Характеристика двухстадийного процесса выращивания
микроводорослей
Фотобиореактор
Размеры
Ежедневное перемещение
Длина 245 м
Диаметр 38 см
Глубина культуральной
жидкости 35 см
Площадь поверхности
186 м2
25 м3
Непрырывная культура
Объем
Характер
роста
Условия роста Постоянные условия:
• питательные вещества
• температура
• низкая интенсивность облучения
• рН
Отклик систе- Скорость роста:
мы культиви- постоянная
рования
Концентрация клеток:
постоянная
БиохимиМалое содержание масла
ческие характеристики
ВременНепрерывное культивироные интервание
валы
Открытый культиватор
Длина 76 м
Ширина 5,5 м
Глубина культуральной
жидкости 12 см
Площадь поверхности
417 м2
50 м3
Периодическая культура
Значительные вариации
для создания условий физиологического стресса:
• питательные вещества –
низкой концентрации или
отсутствуют
• высокая температура
• очень большая интенсивность облучения
• постоянное значение рН
Скорость роста: первоначально очень высокая; далее – нулевая
Концентрация клеток: быстрый рост
Большое содержание масла
Рост клеток: 1-2 дня
Накопление масла:
1-2 дня
Накопление астаксантина:
3-5 дней
81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Существуют технологии выращивания водорослей в малых биореакторах, расположенных вблизи электростанций. Сбросное тепло
ТЭЦ способно покрыть до 77% потребностей в тепле, необходимом
для выращивания водорослей. Эта технология не требует жаркого
пустынного климата.
В 2006 г. несколько компаний объявили о строительстве заводов
по производству биодизеля из водорослей:
• «Global Green Solutions» (Канада) по технологии компании
Valcent Products (США) — 4 млн баррелей бионефти в год;
• «Bio Fuel Systems» (Испания);
• «De Beers Fuel Limited» (ЮАР) по технологии Greenfuel
Technologies Corporation» (США) — 900 млн галлонов биодизеля в
год (водоросли + подсолнечное масло);
• «Aquaflow Bionomic Corporation» (Новая Зеландия) — 1 млн л
биодизеля в год.
В биотопливной отрасли США, как ожидается, в 2009 г. может
произойти консолидация, причем многие из производителей биодизельного топлива либо вынуждены будут закрыться, либо будут
поглощены несколькими крупными игроками, которые и станут доминировать на рынке. В США сейчас работает около 200 биодизельных заводов, потенциал которых оценивается в 2,4 млн галлонов в
год, но цифра далека от 6 млн галлонов, утвержденных правительством США. Причиной столь значительной разницы послужили слаборазвитая инфраструктура рынка и агрессивная позиция Европы в
отношении импорта биодизеля из США, ведь многие европейские
аналитики рассматривают биодизельный рынок США как субсидированный.
Компания «Primafuel» объявила штат Калифорния своей базой
для развития международной программы переработки водорослей
на биотопливо. Объединив вертикальную и горизонтальную технологии производства водорослей в единой системе, компания предлагает новаторский подход к коммерциализации технологий производства водорослей, считая, что собственное их производство снижает
издержки и повышает экономический потенциал водорослей, из которых вырабатывается ряд высокоценных продуктов и возобновляемых видов топлива.
82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Более трех десятилетий компания «Primafuel» проводила научные исследования технологий производства водорослей и уже
имеет успешный опыт по его коммерциализации. Она заключила
эксклюзивное лицензионное соглашение с Лабораторией биотехнологий микроводорослей — командой международных признанных
экспертов в области селекции, генной инженерии и аквакультуры.
Компания с ее технологическими лабораториями переработки водорослей на биотопливо в Калифорнии и Европе была признана передовой компанией на Всемирном экономическом форуме трансформационных технологий переработки биомассы.
«Extreme Green Technologies, Inc.», одна из немногих калифорнийских компаний, владеющая заводом полного цикла биодизельного
производства, стремится привлечь частных инвесторов, которые инвестировали бы экономический рост компании. «Калифорния санкционировала использование биотоплива форсированными темпами,
а это создание спроса, что значительно превышает имеющиеся предложения», — говорит Джо Спадефор, президент компании, основанной в 2003 г. и специализирующейся на оптово-розничной торговле
биодизельным топливом, которое производится на собственном биодизельном заводе в г. Короне (штат Калифорния) из отработанного
масла. Фирма ведет переговоры с потенциальными поставщиками
водорослей, которые в скором будущем смогут предоставить постоянное неисчерпаемое сырье для биодизеля. А пока завод может
производить 2 млн галлонов биодизеля в год, но в компании надеются, что с привлечением частных инвесторов производственная мощность его увеличится до 7,5 млн галлонов в год.
Совместное предприятие Южной Кореи и Индонезии планирует развивать исследование и использовать для производства биодизеля огромные морские территории — природный источник морских водорослей. Министерство рыболовства и морских ресурсов
Индонезии хочет воспользоваться этими территориями для возможных поставок водорослей в больших объемах, для этого не хватает лишь техники. Корейский институт промышленных технологий,
в свою очередь, заявил о том, что для технологической обработки
водорослей в биодизель Южной Корее не хватает сырья. «Южная
Корея нуждается в больших объемах энергии, но ее поставки при83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
родных ресурсов, а именно морских водорослей невелики в отличие от индонезийских запасов», — говорится в пресс-релизе Soen'an
Poernomo, представителя индонезийского министерства рыболовства и морских ресурсов.
Этот проект предполагает использование водорослей для производства биодизеля. Цель — снизить цены на биодизель с 2 до 1
долл. США за 1 л. Запасы водорослей в Индонезии в 2006 г. оценивались в 1079850 т, по прогнозам, в 2009 г. они достигнут 1,9 млн т.
В сентябре 2008 г. правительствами Южной Кореи и Индонезии был
подписан договор на аренду 25000 га (61750 акров) индонезийских
прибрежных вод для выращивания водорослей с последующим производством из них биодизельного топлива второго поколения.
Только большим интересом многих стран к производству биодизеля из водорослей можно объяснить проведение 23-25 марта 2009
г. в Сан-Франциско (США) международного саммита «Биотопливо
из водорослей». Это уникальный саммит, на котором ведущие производители водорослей, финансисты, инвесторы, транспортные
компании и другие ключевые игроки единой цепочки рынка биотоплива из водорослей общались и обменивались идеями по дальнейшей деятельности, поддерживающей технические новинки в производстве биотоплива из водорослей, вариантами решения ключевых
технических, финансовых и экономических проблем. На саммите
обсудили вопросы выстраивания отношений на рынке биотоплива,
факторы, влияющие на реальную стоимость биотоплива из водорослей. Только благодаря интенсивным совместным усилиям возможно
создать биотопливную промышленность. Крупным заводам, разработчикам технологий переработки, поставщикам оборудования и
водорослей, разработчикам проектов, производителям биотоплива,
финансистам, участникам рынка углеродов, нефтяным компаниям,
авиакомпаниям, производителям воздушных судов и автомобильных двигателей было выгодно поделиться своими взглядами на то,
как именно необходимо построить действительно жизнеспособную
промышленность биотоплива из водорослей. Саммит предоставил
уникальную возможность изложить основные технические, организационные, экономические и финансовые проблемы, стоящие перед
этой зарождающейся индустрией, и определил типы отношений,
84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
которые должны быть созданы, чтобы поддерживать друг друга на
рынке биотоплива из водорослей.
Перспективной является технология получения биодизеля из древесных отходов. Предприятие «Тривим ЛТД» (г. Саров) разработало
транспортабельную установку для переработки древесных отходов в
местах их накопления в моторные топлива. Технология, реализуемая
с помощью этой установки, включает ряд последовательных операций:
• измельчение, сушка и газификация отходов с получением генераторного газа;
• получение из генераторного газа синтез-газа;
• каталитическое преобразование синтез-газа в смесь углеводородов;
• выделение из смеси полезных продуктов.
К полезным продуктам относятся дизельное топливо прямого
применения (ГОСТ 305-82), низкооктановый бензин (растворитель)
и пищевой парафин. Газообразная фракция углеводородов сжигается в установке для получения технологического тепла и электроэнергии. В качестве сырья могут быть использованы пеллеты, отходы растениеводства (солома, стебли подсолнечника, кукурузы,
костра льна). Если сырьем являются отходы лесодобычи и деревообработки естественной влажности (50%), то после сушки древесины
в установке будет появляться и вода. Из 5,8 кг отходов растениеводства или 5,5 кг древесины получается 1 кг синтетических жидких
моторных топлив (80% дизельного топлива + 20% низкооктанового
бензина). Установка потребляет «со стороны» единственный энергоноситель — древесную биомассу. Теплом, электричеством и моторным топливом установка обеспечивает себя сама и расходует до
10% нарабатываемого дизельного топлива. Обслуживают установку
два человека в смену. Работа круглосуточная, с возможностью неоднократного запуска-остановки. Основное технологическое оборудование помещается на 12-метровой автомобильной грузовой платформе. Производительность установки по дизельному топливу при
условии непрерывной работы 8 тыс. ч в год составляет 1 тыс. т в
год (120 кг/ч). При потреблении 900 кг/ч древесных отходов естественной влажности установка нарабатывает, кроме дизельного то85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
плива, 30 кг/ч низкооктанового бензина, 4 кг/ч пищевого парафина и
350 кг/ч воды. Предприятие имеет заказы на установку для получения в качестве целевого продукта дизельного топлива. Она может
быть позиционирована и как агрегат для автономного обеспечения
потребителя четырьмя энергоносителями (вода, тепло, электричество и моторные топлива) (рис. 3.25). Производиться энергоносители могут в любых затребованных потребителем пропорциях. Такая
установка может быть полезна при решении любых задач децентрализованного энергоснабжения и удовлетворения потребностей в
энергоносителях на местах.
Рис. 3.25. Транспортабельный модуль автономного энергообеспечения
Себестоимость дизельного топлива, полученного по предлагаемой технологии, зависит от конкретных условий ее реализации, но в
любом случае, по расчетам авторов, она будет меньше оптовой цены
нефтяного аналога.
Как пример — расчет себестоимости вырабатываемого дизельного топлива при чистке лесосек в Нижегородской области.
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Традиционно структура себестоимости представляется такими
статьями затрат, как затраты на сырье и вспомогательные материалы, топливо и энергоресурсы, амортизация основных средств, заработная плата с отчислениями, прочие расходы.
В расчете на год получается следующее.
Затраты на сырье и вспомогательные материалы образованы
расходами на сбор, измельчение и транспортировку древесных отходов из мест их образования к установке. Работа выполняется четырьмя бригадами, в каждой из них один рабочий, тракторист. Трактор
агрегатирован с рубильной машиной и прицепом для щепы. Расходы
на зарплату: 20 тыс. руб. в месяц на одного человека х 4 чел. х 12 мес=
= 1 млн руб. Расходы на моторное топливо для машин (~30 л/ч) не
учитываются, так как моторное топливо нарабатывается установкой.
При общей стоимости оборудования 28 млн руб. и сроке эксплуатации десять лет амортизационные расходы на оборудование составят
2,8 млн руб. — итого 3,8 млн руб.
Топливо и энергоресурсы, за исключением древесной биомассы, установкой не потребляются; электроэнергией, теплом и моторным топливом она обеспечивает себя сама — итого 0 млн руб.
Амортизация основных средств рассчитана на основании отнесения установки к седьмой амортизационной группе по классификатору основных средств (максимальный срок полезного
использования 20 лет). При стоимости установки 40 млн руб.
размер ежегодных амортизационных отчислений составляет
2 млн руб. — итого 2 млн руб.
Заработная плата с отчислениями рассчитана при средней
(по бригаде) зарплате 20 тыс. руб. в месяц — это больше, чем
планируемая администрацией Нижегородской области средняя
зарплата в 2008 г. — 15,5 тыс. руб. Для бригады из семи человек
(три смены по два человека + один человек в отпуске) величина
этих расходов составит 1,7 млн руб. — итого 1,7 млн руб., прочее — 100 тыс. руб. При производительности установки 1 тыс. т
в год себестоимость дизельного топлива составляет (3,8 + 0 + 2+
+1,7 + 0,1) млн руб. / 1 тыс.т = 7,6 тыс. руб/т.
Оптовая цена нефтяного аналога ~ 20 тыс. руб/т, тогда 20 : 7,6 =
=2,6 (раза). Преимущество в себестоимости получаемого дизельно87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
го топлива по сравнению с оптовой ценой нефтяного аналога (1,42,6 раз) позволит успешно конкурировать с нефтяным дизельным
топливом.
Альтернативой биодизелю второго поколения может стать другое
биотопливо второго поколения — синтетическое жидкое топливо
ВТL. Biomass-to-Liguids (биомасса в жидкость) — это чистое горючее, не содержащее серу и ароматизаторы, при сгорании оно мало
выделяет побочных веществ, имеет хороший баланс СО2. Для производства BTL подходит любая биомасса. В отличие от производства биодизеля и биоэтанола первого поколения BTL не использует
сельскохозяйственную продукцию продовольственного назначения,
а значит, производство его не составляет конкуренции пищевой
промышленности или производству кормов для животноводства.
Возобновляемым органическим сырьем для BTL могут быть щепа,
древесная стружка и опилки, брикеты из соломы и остатков зерновых культур, мискантус, бытовые отходы, отходы энергетических
производств, энергетическая древесина.
Для распространения и хранения BTL можно использовать существующую инфраструктуру. По заявлению разработчиков и производителей этого топлива для перевода автомобилей и тракторов
на него не требуется модификация современных двигателей. Это топливо можно использовать как отдельно, так и в качестве примеси
к дизельному топливу в количестве 10-20%. Даже при таком малом
содержании BTL в дизельном топливе возможно уменьшение выбросов СО2 в Европе до норм. По оценкам немецких ученых, если
BTL займет 20% рынка ЕС, то в Европе можно уменьшить выбросы
СО2 на 200 млн т.
Разработчиком технологии производства синтетического биотоплива BTL является немецкая фирма «Choren Industries GmbH»,
за нее она в 2007 г. получила почетное звание «Избранник-2007».
Такое звание присуждается за инновации в деле содействия охране
окружающей среды. Эта фирма — один из ведущих производителей
оборудования, использующих технологию газификации биомассы и
твердых отходов, содержащих углерод.
Согласно сообщению концерна «Royal Dutch/Shell», который
является акционером «Choren», фирма в апреле 2008 г. завершила
88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
строительство первой в мире промышленной установки по производству биотоплива второго поколения из биомассы (рис. 3.26).
Рис. 3.26. Установка Choren в г. Фрайбурге
Завод, построенный в г. Фрайбурге (Германия), будет производить
высокоэффективное топливо BTL из непродовольственного биологического материала, такого как древесные отходы. В церемонии по
случаю завершения строительства установки, в частности, приняла
участие канцлер Германии Ангела Меркель. Запуск новой установки
планируется через 8-12 месяцев, ее проектная мощность составляет
18 млн л топлива в год.
BTL будет выпускаться под маркой Sun Diesel. В основе его производства лежат технология Carbo-V®-Verfahren (разработана в местном Технологическом университете под руководством Бодо Фольфа)
и технология Сейнера-Тропша, созданная еще в 20-е годы прошлого
столетия и применявшаяся для производства синтетического топлива в гитлеровской Германии. Технология Carbo-V®-Verfahren — это
первый этап создания биотоплива второго поколения (рис. 3.27).
89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 3.27. Схематическое изображение технологии Carbo-V®-Verfahren
Производство BTL (рис. 3.28) включает в себя три стадии, которые соответствуют трем подпроцессам: низкотемпературная газификация, газификация при высокой температуре, эндотермическая
газификация в потоке.
Рис. 3.28. Технологический процесс производства BTL
Сначала биомасса (с содержанием 15-20% влаги) обогащается
углеродом (коксуется) посредством частичного окисления (низкотемпературный пиролиз) кислородом или воздухом при температуре
400-500°С (1), т.е. она разбивается на газосодержащую смолу (легкоиспаряющиеся частицы) и твердый углерод (кокс, уголь).
90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Затем газосодержащая смола гипостехиометрически окисляется
воздухом и/или кислородом в камере сжигания. Температура в камере сжигания выше температуры плавления золы (более 1400°С),
благодаря этому зола разбивается на СО и Н2 и превращается в горячее газообразное вещество (2). На третьей стадии (3) порошкообразное топливо и газообразное вещество реагируют эндотермически в
газообразующем реакторе и превращаются в сырой синтетический
газ (около 800°С). Оставшиеся частички золы и кокса удаляются из
сырого газа в специальной камере и поступают обратно в камеру
сжигания (4). Поступивший в скруббер (воздухоочиститель) газ очищается от хлора и серы (5). На следующем этапе проводится синтез
Фишера-Тропша, при котором кобальтовый катализатор обеспечивает соединение водорода и углерода, превращая их в керосиновую
жидкость (6). После необходимой многоступенчатой обработки топливо можно использовать для генерации электричества, пара, тепла
или как синтетический газ для производства BTL (7).
Руководство «Choren Industries GmbH» в конце 2007 г. заявило о
том, что фирма намерена построить завод по производству биотоплива второго поколения в г. Шведте в Восточной Германии. Завод стоимостью 500 млн евро должен производить ежегодно около 200 тыс.
т BTL. Производство будет налажено в конце 2010 г. Используемое
сырье — около 1 млн т древесных опилок и щепы. К 2015 г. предприятие должно увеличить общий объем производства продукции
до 1 млн т. Такие перспективы основаны на явном преимуществе
BTL перед биотопливом первого поколения.
Директор компании «Choren» Михаэль Дойтмаер отмечает: «В
отличие от биодизеля BTL использует в качестве сырья не пищевые продукты, а биомассу. Она доступна в больших количествах
и за меньшие деньги. Более того, для производства BTL требуется
меньше воды, чем для производства биодизеля. А выращивание растений (например, мискаптуса) для производства BTL способствует
улучшению качества почв». Как показали исследования, проведенные концернами «Daimler Chrusier» и «Volkswagen», являющимися
акционерами фирмы «Choren», существующие двигатели могут работать на BTL без доработки. Такое топливо не содержит СО2, серы
и ароматических углеводородов, поэтому даже в долго эксплуати91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
руемых двигателях не образуется отложений. Высокое октановое
число обусловливает улучшение показателей зажигания и сгорания
топлива, а следовательно, и сокращение выброса выхлопных газов.
По сравнению с ископаемыми энергоносителями у него на 30-50%
меньше выбросов в атмосферу. Если BTL используется в двигателях
стандарта Евро-3, то уровень выхлопных газов автомобиля соответствует Евро-4 без введения дополнительных изменений в двигатель.
Синтетическое биотопливо BTL пригодно для дальних перевозок и
хранения, может производиться на месте потребления. Для него характерна высокая плотность энергии (40 МДж — 1 л), оно сравнимо
с синтетическим топливом из газа (GTL).
Технология BTL более выгодна, чем биохимические технологии.
Директор НТЦ «Биомасса» (Украина) Г. Гелетуха считает, что доля
затрат энергии на производство биодизеля и биоэтанола (включая
выращивание сырья, сбор, транспортировку, хранение) составляет
50%, доля энергии в производстве BTL — 10%.
BTL имеет и другие преимущества по сравнению с биотопливом
первого поколения. Это, например, более высокая выработка с 1 га
(4046 л дизель-эквивалента, у этанола — 2500, растительного масла,
производимого из рапса, — всего 1300). Использование 1 га земли под
выращивание культур для производства BTL как минимум в 3 раза
эффективнее, чем для производства биодизеля. По мнению специалистов фирмы «Choren», самыми энергоемкими растениями для производства биотоплива второго поколения являются для Европы быстрорастущая ива, а для субтропической и тропической зон — эвкалипт.
В сравнении с обычными культурами энергетические требуют меньшего количества удобрений и пестицидов. В условиях устойчивого
земледелия энергетические культуры можно использовать для защиты
почвы от эрозии, они улучшают ирригацию и качество воды. Ученые занимаются выведением многолетних трав и деревьев с продолжительностью жизни семь-десять лет. Исследования показали, что содержание органического вещества в почве, являющееся показателем ее плодородия,
соответственно растет при выращивании энергетических культур в течение трех-пяти лет. Эти культуры могут возродить физико-химические
свойства почвы, деградирующей из-за интенсивного использования, и
сохранить пахотные земли для будущих поколений.
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Потенциал энергоемких растений немецкие специалисты оценивают намного выше, чем потенциал ветра или солнца, поскольку
они всегда рядом и позволяют производить энергию в той или иной
форме планомерно и постоянно. Имеющийся в Германии потенциал
энергоемких растений профессор Шеффер из университета КассельВитценхаузен оценивает в 56 млн т условных единиц сырой нефти. Из
этого количества можно произвести 30 млн т биотоплива второго поколения, которого хватит для покрытия 50% нынешней потребности
Германии в горючем, включая воздушный транспорт. В рамках ЕС, по
подсчетам профессора Кальтшмитта из Лейпцигского института энергетики и окружающей среды, годовой потенциал битоплива второго
поколения равен 115 млн т. В Германии используется только 2/3 годового прироста леса, 50% этого неиспользованного потенциала хватило бы для производства примерно на 11 заводах типа фрайбургского
2,5 млн т биотоплива второго поколения в год. Стоимость его производства предположительно составит 70 центов за 1 л. Профессор
Бернд Митер из Института энергетической техники и химии из
Фрайсбергского университета считает, что цену на BTL можно будет
снизить, если применить технологию, над которой он работает вместе
со специалистами концерна «Lurgi САС».
Определяющим фактором производства BTL, несомненно, является наличие сырья — отходов деревообрабатывающих производств,
сельского хозяйства и бытовых отходов. В результате промышленного
запуска установки в Фрайбурге сырья может не хватить уже в среднесрочной перспективе. Фирма собирается закупать биомассу по 4080 евро/т. Фирма также рассматривает вариант расширения производства в странах с дешевым сырьем — в России, Бразилии, Канаде.
3.4. Биогаз
Биогаз — смесь газов, состоящая в основном из метана и углекислого газа, образующаяся в процессе метанового брожения органического вещества. В отличие от природных ископаемых биогаз является возобновляемым источником энергии. Он содержит около 6070% метана, 30-35 — углекислого газа, 2-3% азота, 1-2 — водорода
и до 1% кислорода, при этом низшая теплота сгорания не превышает
20-22 МДж/мз (6,5 кВт/м3), а метановое число составляет 110-120.
93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Преимущество биогаза состоит в том, что его можно произвести из
местного сырья в каждом городе, отдаленном поселке. Как моторное
топливо он по сравнению с нефтяными моторными топливами имеет более высокую детонационную стойкость, низкую эмиссию вредных веществ и наименьший зольный балласт. В табл. 6 приведены
данные по производству биогаза в Европе в 2007 г., на рис. 3.29 —
данные НТЦ «Биомасса» (г. Киев) о валовом производстве биогаза
на станциях анаэробного сбраживания (рис. 3.30.) в странах ЕС.
Рис. 3.29. Валовое производство биогаза на станциях
анаэробного сбраживания (САС) в ЕС
Рис. 3.30. Типовая схема станции анаэробного сбраживания
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 6
Производство биогаза в Европе в 2007 г., МВт
Страна
Германия
Великобритания
Италия
Испания
Франция
Нидерланды
Австрия
Дания
Польша
Бельгия
Греция
Финляндия
Чехия
Ирландия
Швеция
Венгрия
Португалия
Люксембург
Словения
Словакия
Эстония
ЕС в целом
Мусорный
газ
Газ, получаемый при очистке сточных вод
Биогаз
Итого
831,14
536,21
1421,29
2788,64
2196,75
450,66
364,82
214,6
56,26
16,24
20,59
39,88
73,37
78,59
73,81
36,54
36,83
16,39
0,15
10,01
1,89
3172,7
262,45
1,31
82,36
108,75
73,66
5,08
34,08
95,41
36,25
22,04
18,42
45,01
6,96
30,45
10,59
1,6
6,24
932,4
61,05
37,41
5,80
42,63
149,93
81,93
0,73
11,31
5,22
6,53
1,45
4,5
13,34
12,9
0,58
0,87
854,0
2459,20
513,01
484,74
329,15
172,55
171,25
136,59
136,01
120,79
100,63
92,08
86,86
50,32
48,29
15,23
13,34
12,9
12,18
6,96
1,89
4959,1
Источник: Barometre du Biogaz, май 2008 г.
По расчетам специалистов из Германии, энергетический потенциал биогаза, полученного с 1 га силосной кукурузы, в 6,2 раза
выше, чем биодизеля, полученного с 1 га посевов рапса, и в 3,6 раза — биоэтанола, полученного с 1 га посевов пшеницы. Источниками
получения биогаза служат продукты метанового брожения органических веществ растительного и животного происхождения.
95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В биогазовой технологии используется ферментизация — разложение органических материалов в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Технология отличается высокой рентабельностью, так как позволяет утилизировать стоки животноводческих
ферм, сельскохозяйственные и бытовые отходы. Одновременно при
сбраживании обеспечиваются дезодорация и дегельминтизация навоза, снижение всхожести семян сорных растений и перевод органического удобрения в минеральную форму.
Анализ данных выхода биогаза из различных субстратов показывает, что наиболее эффективно подвергать анаэробной обработке
различные растительные материалы: кукурузную зерностержневую
смесь, силосную и зеленую массу, измельченную солому различных
злаковых культур (табл. 7).
Таблица 7
Выход газа из различных субстратов
Субстрат
Навоз КРС
Навоз свиней
Птичий помет
Силос кукурузный
Свежая трава
Отходы молокозавода
Зерно
Фруктовый жом
Свекольный жом
Меласса
Свекольная ботва
Барда зерновая
Барда меласная
Пивная дробина
Жир
Жир из жироловок
Отходы бойни
Корнеплодные овощи
Технический глицерин
Рыбные отходы
96
Выход газа из 1 т субстрата, м3
55
60
130
400
500
50
560
70
50
430
400
70
50
160
1300
250
300
400
500
300
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Однако использование растительных материалов в качестве
единственного или основного компонента сбраживаемого субстрата многие специалисты считают нецелесообразным из-за
того, что производство или приобретение растительных материалов связано с определенными затратами, которые могут свести на нет рентабельность работы установки. Зарубежные специалисты считают одним из перспективных методов повышения
эффективности биогазовых установок анаэробное сбраживание
субстратов, представляющих собой смесь навоза сельскохозяйственных животных и так называемых коферментов. В качестве
последних предлагается использовать отходы растениеводства
или пищепереработки, получаемые в хозяйстве: остатки кормов,
солому, зеленую массу с газонов, мельничную пыль, содержимое
рубцов животных и др.
Повышение производительности биогазовых установок и увеличение выхода биогаза в Европе достигается также за счет применения энзимов и кавитационных деструкторов. Использование энзимов дает существенные результаты при низких дополнительных
затратах. Энзимы являются биологическим деструктором биологического сырья. Наряду с энзимами можно использовать физические
деструкторы биомассы, что значительно повысит эффективность и
производительность установки. Основные преимущества использования энзимов:
• бóльший выход биогаза (на 30-40%) без увеличения объемов исходного сырья, увеличение производства электроэнергии;
• значительное сокращение периода брожения и, как следствие
этого, — экономия на объемах реакторов;
• предотвращение образования корки на поверхности перерабатываемой биомассы в ферментационных реакторах;
• уменьшение содержания примесей газов, сопутствующих процессу образования метана;
• сокращение энергопотребления самой установки за счет уменьшения вязкости сырья и меньших энергозатрат на его перемешивание;
• увеличение теплопроводности биомассы, экономия тепловой
энергии на подогрев биомассы;
97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
• в случае прекращения использования энзимов производство
биогаза можно постепенно вернуть в стандартный режим без какихлибо резких перепадов.
Энзимы — это природные протеины, играющие ключевую роль
в метаболизме растений, животных и людей. Их можно назвать биокатализаторами, т.е. веществами, присутствие которых вызывает и
ускоряет перемену органической субстанции. Работа энзимов состоит главным образом в разрушении. В синтезе же, т.е. соединении,
участвуют только около 3-5% видов энзимов. Эти энзимы называются анаболическими в противоположность энзимам катаболическим,
т.е. разрушающим. Бактерии и плесневые грибы производят энзимы
для разложения органических веществ. Использование этого продукта значительно увеличивает рентабельность биогазовых установок за счет увеличения производства биогаза и интенсификации
переработки органического сырья.
В биогазовых установках анаэробное брожение биомассы протекает с помощью микроорганизмов. Для оптимального процесса разложения биомассы микроорганизмам необходима энергия, которую
они получают от переработки полисахаридов, липидов и жиров. Эти
вещества микроорганизмы могут получить только после энзимного
разделения более сложных веществ — полимеров (целлюлоза, крахмал).
Количество природных энзимов не всегда достаточно для достижения оптимального питания микроорганизмов. При добавлении
энзимов микроорганизмы постоянно получают достаточно питания
в виде моно- и олигосахаридов. Вследствие этого их репродукционный уровень и биологическая активность повышаются, что значительно снижает вязкость и однородность сырья. Благодаря всем этим
процессам продуктивность по выходу биогаза и стабильность биологических процессов в биогазовой установке могут увеличиваться
от 30 до 40%, соответственно увеличивается и производительность
биогазовой установки в энергетическом эквиваленте.
Энзимы интенсифицируют разложение стойких и длинных молекулярных цепей углеводов в веществах с высоким содержанием волокон, лигнина, пектина и целлюлозы. Все эти вещества стойки для
разложения бактериями. Таким образом, молекулярные цепи стано98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вятся короче, в результате образование молочной и уксусной кислот (гидролиз) приобретает более интенсивный характер в процессе
анаэробного брожения биомассы. Более интенсивное образование
кислот дает возможность метанобразующим бактериям производить
больше метана из одинакового количества сырья.
Для наиболее оптимального использования энзимов нужно учитывать вид используемого сырья либо одновременное использование
нескольких видов биомассы. Возможен индивидуальный подход при
подборе энзимов для каждой конкретной биогазовой установки.
Деструкторы биомассы также нашли широкое применение в
производстве биогаза. Специально спроектированная конструкция
деструктора позволяет использовать разрушительный эффект кавитации для придания исходному сырью однородной и гомогенной
массы. Под воздействием направленной и управляемой кавитации в
биологическом сырье рвутся сложные связи волокон органических
веществ на молекулярном уровне (лигнин, целлюлоза). Вследствие
этого дисперсность биологического сырья значительно увеличивается, его частицы уменьшаются в размерах до 0,1-8 мкм. Таким образом, всем штаммам бактерий, участвующих в процессе образования биогаза на всех этапах, становится легче разлагать биогенные
материалы, так как их однородная структура разрушается, соответственно увеличивается площадь покрытия бактериями биологического сырья.
К важнейшим положительным результатам предварительной обработки биологического сырья перед его направлением в биореактор
можно отнести следующие:
• высокая степень измельчения и гомогенизации сырья, увеличение вследствие этого количества частиц на поверхности позволяют
интенсифицировать производство биогаза на 30-50%;
• благодаря высокой дисперсности и интенсификации процессов
анаэробного брожения значительно уменьшается период сбраживания биомассы, в результате появляется возможность строительства
биореакторов меньших объемов и размеров, что дает значительную
экономию затрат на капитальные строения;
• при деструкции биомассы из клеточных и субклеточных материалов интенсивнее высвобождаются природные энзимы, которые
99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
являются биологическими катализаторами процесса сбраживания
биомассы, этот эффект также увеличивает объем производимого
биогаза;
• существенно стабилизируются биологические процессы; благодаря этому отсутствуют пенообразование и плавающая корка в верхней части биореактора; таким образом, весь полезный объем реактора используется эффективно;
• содержание метана в биогазе увеличивается до 70-75% (этот показатель свойственен обычному природному газу в зависимости от
его географического происхождения).
В технологической схеме комплекса оборудования биогазовой
установки кавитационный деструктор биомассы устанавливается между резервуаром предварительного накопления биомассы и
биореактором (ферментатором). Возможны циклическая циркуляция и одновременная гомогенизация биомассы непосредственно в емкости предварительного накопления. Биомасса насосным
оборудованием подается в рабочую камеру деструктора ЗОРГ,
которая имеет специальную конструкцию на основе гидродинамической кавитации. Внутренний профиль рабочей камеры спроектирован таким образом, что при прохождении биомассы через
нее создается направленный кавитационный удар. Благодаря
конструкторскому и технологическому решению внутренней части рабочей камеры разрушительное действие кавитационных
пузырьков не воздействует на поверхность рабочей камеры деструктора.
Предлагается два вида деструкторов биомассы, в основе действия которых лежит кавитация. Различие в предлагаемом оборудовании состоит в способе генерации кавитационного удара. Это
генерация кавитационного удара ультразвуковыми генераторами
и гидродинамическая кавитация.
Основным недостатком ультразвуковых деструкторов является
высокое потребление электроэнергии, так как с прекращением ультразвукового облучения направленная кавитация прекращается. Как
правило, в деструкторах используются генераторы ультразвука со
средней рабочей частотой 20 кГц, которые характеризуются своей
энергоемкостью.
100
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Кавитационные деструкторы, действие которых основано на гидродинамической кавитации, отличаются простотой конструкции,
легкостью монтажа даже в уже работающие системы, а также большим рабочим ресурсом ввиду отсутствия движущихся и электрических элементов.
Работа кавитационных деструкторов отличается универсальностью применения в отношении исходного сырья, а также компактностью и очень высоким рабочим ресурсом. Кавитационная
технология, используемая при строительстве биогазовых установок, имеет большое преимущество в соотношении цена/качество/производительность в сравнении с существующими биогазовыми установками.
Еще один источник получения биогаза — твердые бытовые отходы (ТБО). Во всем мире остро стоит проблема нейтрализации
или утилизации бытового мусора. Удельный годовой выход ТБО
на одного жителя современного города составляет 250-700 кг. В
развитых странах этот показатель ежегодно возрастает на 4-5%.
В России мусор в основном всегда вывозили и вывозят на специально отведенные полигоны и свалки. На территории страны
в отвалах и хранилищах накоплено около 80 млрд т твердых отходов, причем токсичных из них — более 1,4 млрд т. Только под
свалки и полигоны ТБО ежегодно официально отводится около
10 тыс. га земель.
К концу 1980-х годов суммарная мощность энергоустановок, использующих в качестве топлива ТБО, достигала более
1,2 ГВт. Велись проектирование и строительство новых установок. Однако полного перехода от нейтрализации к утилизации
ТБО сжиганием в мировой практике не произошло. В связи со
сложностью выполнения природоохранных требований в последние годы прекращают свою деятельность многие мусоросжигательные заводы. Закрыт ряд заводов в США, в 1984 г. закрылись заводы в Японии (Камаки) и Финляндии (Хельсинки).
Более широко во всем мире распространено полигонное захоронение твердых бытовых отходов (рис. 3.31).
101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 3.31. Система сбора и утилизации биогаза
на полигонах ТБО
Основные достоинства технологии захоронения — простота,
сравнительно малые капитальные и эксплуатационные затраты,
относительная безопасность. При разложении бытовых отходов
выделяется биогаз, содержащий до 60% метана, что позволяет
использовать его в качестве местного топлива. В нем также 40%
СО2, 5-10% N2. В среднем при разложении 1 т ТБО может образовываться 100-200 м3 биогаза. Исключается риск возгораний
и взрывов, загрязнение атмосферы, парниковый эффект. В зависимости от содержания метана низшая теплота сгорания полигонного биогаза составляет 18-24 МДж/м3 (примерно 1/2 теплотворной способности природного газа). Сопоставление разных
вариантов утилизации ТБО показывает, что наиболее бурно развивается и имеет минимальное количество ограничений по экологическим и другим условиям технология получения биогаза на
полигонах ТБО (табл. 8). В составе оборудования вертикальные
или горизонтальные трубы, система утилизации.
102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 8
Количество установок, размер и выход биогаза по мировым регионам
Европа
США
Азия
Австралия
Канада
Южная
Америка
Африка
Число установок
Установленная
мощность, МВт
Выход биогаза в
год, м3/т
734
354
19
18
15
8
1275
2378
72
76
106
18
3,1
2,9
4,7
3,8
5,7
3,6
4
4
3,5
Технология предусматривает сепарацию ТБО с извлечением ценных компонентов (черные и цветные металлы и др.), последующее
прессование уменьшает объем свалки, позволяет механизировать
укладку слоев мусора и облегчает получение биогаза. По технологической схеме предусмотрено бурение скважин на территории
полигона, из которых вакуум-насосы водокольцевого типа откачивают биогаз. После отделения воды он поступает в газодувки и
по опорному газопроводу подается в котельную на сжигание. Из
5 млн м3 ТБО получают 20 млн м3 газа, который эквивалентен 7080 Гкал тепловой энергии в год. Конечным продуктом после их деструкции являются минерализованные вещества, остающиеся в толще трансформированной массы. За рубежом уже подводятся итоги
десятилетнего опыта использования биогаза по такой технологии.
Всего в мире используется или разрабатывается около 60 разновидностей биогазовых технологий.
Лидером по производству биогаза является Германия. В 1992 г. в
этой стране было 139 установок по производству и использованию
биогаза, к 2001 г. их число достигло 1,5 тыс. и продолжает увеличиваться (сейчас — около 5 тыс.). Закон о возобновляемой энергии,
принятый в Германии в августе 2004 г., дал толчок развитию строительства новых биогазовых установок. Действует система бонусов
для САС: бонус за использование когенерационных установок на
103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
биогазе, бонус для САС, использующих более 30% навозных отходов, и бонус для установок, использующих в качестве основного
субстрата отходы чистки зеленых насаждений. Стоимость электроэнергии, выработанной на САС мощностью до 500 кВт, может достигать 27 евро центов за 1 кВт·ч.
Основными тенденциями в Германии являются применение когенерационных установок, подача получаемого биогаза в общую
сеть газоснабжения и улучшение использования отходящего тепла.
Эффективное использование попутного тепла будет решающим фактором при возведении установок. Поэтому биогазовые установки
будут рационально утилизировать тепло. Для предпринимателей использование тепла имеет смысл, если они смогут отапливать здания
на своем подворье, а также находящиеся поблизости общественные
учреждения — школы, бассейны или жилые строения. Получаемое
тепло можно также рационально использовать, к примеру, для сушки
остатков брожения, в теплицах или в рыбоводстве. При подключении к близлежащей теплосети теплом могут пользоваться и соседи.
И наконец, тепло можно подавать в сети центрального отопления.
Биогазовые установки обеспечат независимость от централизованного теплоснабжения. Создатели биогазовых установок и эксплуатационники размышляют над тем, как повысить значимость
произведенного газа и сделать из него реализуемый на рынке товар,
т.е. очистить его и подать в общую сеть газоснабжения. По мнению
производителей, технологии получения биогаза находятся в самом
начале развития. Технологические инновации и технические новшества обещают в будущем лучшее использование сырьевых ресурсов, а вместе с ним еще большие прибыли для предпринимателей.
Например, «ПланЕТ Биогазтехник ГмбХ» удалось увеличить КПД
блочных ТЭЦ на биогазе с 30% в 1999 г. до 42%. Это позволило на
25% уменьшить требуемую для установок площадь.
В Великобритании основным источником получения биогаза
служат полигоны и свалки твердых бытовых отходов, а также сточные воды. В 2007 г. его производство достигло 2459,2 МВт электроэнергии. В США годовой объем выработки биогаза составляет
500 млн м3, значительная часть его поступает на электростанции.
Суммарная электрическая мощность установок, работающих на
104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
биогазе, составляет около 200 МВт. Один из десяти крупных биогазовых заводов (при трех откормочных комплексах на 110 тыс. голов) подает вырабатываемый биогаз в газораспределительную сеть
Чикаго. Кроме того, получили широкое распространение установки
для использования отходов на скотоводческих фермах до 150 голов
скота.
Американские экологи пришли к выводу, что естественные отходы сельскохозяйственного производства не менее опасны для климата Земли, чем его самый «популярный» враг — СО2. Но проблему
выбросов можно решить, совместив приятное с полезным: например,
делать из экскрементов электричество, причем в немалых количествах. Отчет об этом исследовании недавно опубликован в журнале
«Еnvironmental Research Letters». Несмотря на то, что США так и не
ратифицировали Киотский протокол, вопрос о сокращении уровня
производства парниковых газов не решен. Уменьшение выбросов —
палка о двух концах: как правило, его рассматривают в прямой связи
с сокращением промышленного производства, а это влечет за собой негативные социальные последствия. В таких условиях каждая
лишняя тонна газа на счету. Группа исследователей из Техасского
университета в Остине решила выяснить, что и в каких пропорциях негативно воздействует на окружающую среду. Оказалось, что
около 7% выбросов «генерирует» сельское хозяйство в виде помета
домашних и сельскохозяйственных животных. Выделяемые при разложении оксид азота (N2О) и метан (СН4) нагревают атмосферу соответственно в 310 и 21 раз более интенсивно, чем углекислый газ.
В ориентированной на сельхозпроизводство Аргентине, например,
уже начали собирать «биовыхлоп» — ведь там «коровья» эмиссия
достигает 30%.
Американцы с присущей им практичностью сравнили стоимость
расходов по утилизации «парниковых» экскрементов и необходимые затраты на переработку навоза в биотопливо (путем анаэробного сбраживания). Получилось, что это выгодно, хотя бы в силу
масштаба: сотни миллионов голов домашнего скота, обитающего
на фермах, могут способствовать производству до 100 млрд кВт·ч
электроэнергии, или около 3% его годового потребления. При сжигании биотоплива тоже выделяется диоксид углерода, но не в таком
105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
объеме. Ожидаемый эффект — сокращение выбросов на 99 млн т,
т.е. около 2% всех выбросов в США, или до 6% выбросов, связанных
с производством электроэнергии.
В Швеции в 2005 г. было произведено 218 млн м3 биогаза
(1285 ГВт·ч) и 650000 т жидких удобрений. Биогаз получают на 233
установках: 139 водоочистных сооружениях, 70 полигонах, 7 фермах
и др. Из произведенного биогаза 421 ГВт·ч использовано для производства тепла, 266 — для внутреннего потребления, 158 (12,3%)
— для транспорта, 37 — для производства электроэнергии, 24 ГВт·ч
транспортировано в газопроводы природного газа и 122 ГВт·ч сожжено в факелах.
Правительство Дании предоставляет значительные налоговые
льготы для производителей биогаза: централизованного — около
20% капитальных инвестиций и для индивидуальных станций или
установок — 30%. Суммарная годовая энергетическая мощность
производства биогаза в Дании, получаемого из всех источников, составляет до 4 ПДж, планируется увеличение его до 6 ПДж. В настоящее время в Дании эксплуатируется 18 биогазовых заводов,
способных ежегодно обрабатывать 1,2 млн т биомассы (75% отходов
животноводства и 25% других органических отходов) и давать до
45 млн т из биогаза, что эквивалентно 24 млн м3 природного газа.
3.5. Твердое биотопливо
Из биомассы производится твердое, жидкое и газообразное биотопливо. Производство твердого биотоплива, как правило, проще,
требует относительно небольших инвестиций и может быть организовано как в крупных, так и в малых масштабах. Твердое биотопливо
представляет собой альтернативу традиционным видам топлива для
получения тепловой и электрической энергии — углю, природному
газу, нефтепродуктам.
Самый технологичный вид твердого биотоплива — топливные
пеллеты. Это глубоко переработанный и экологически чистый вид
топлива. Преимуществом использования прессованного биотоплива
является, во-первых, большая теплотворная способность по сравнению со щепой и кусковыми отходами древесины, во-вторых, меньшая стоимость оборудования для котельных установок мощностью
106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
до 2 МВт по сравнению с установками для сжигания древесных отходов. Объем склада для хранения пеллет может быть уменьшен как
минимум до 50% по сравнению со складом для древесной щепы.
Гранулы можно хранить в непосредственной близости от жилых помещений (в подвальных или подсобных помещениях), так как этот
материал биологически не активный, поскольку прошел термическую обработку, он менее подвержен самовоспламенению, так как
не содержит пыли и спор, которые также могут вызывать аллергическую реакцию у людей.
По характеристикам топливные пеллеты конкурируют с природным газом, но по экологическим показателям превосходят все
остальные виды топлива в той же степени, что и в цене. Древесные
гранулы можно изготавливать как из чистой древесины, так и из древесины в смеси с корой. И те, и другие имеют свою стоимость и востребованы на рынке. Гранулы с низким содержанием коры имеют
самый низкий процент зольности, считаются продуктом высокого
качества, пригодным для использования и в домашних котельных.
Прессованное или рафинированное биотопливо — топливные
гранулы и брикеты — можно производить из самых разных видов
биомассы, обладающей достаточной энергетической ценностью и
физическими свойствами, позволяющими эффективно измельчать и
прессовать материал. Наиболее распространенные виды сырья для
производства твердого биотоплива — древесина (отходы лесозаготовки, лесопиления и деревообработки, с энергетических плантаций), отходы сельскохозяйственного производства (лузга подсолнечника, шелуха гречихи, проса и т.д., солома, тростник, подстилка домашних животных и птиц), торф, твердые бытовые отходы, осадок
сточных вод.
В регионах с развитым лесопромышленным комплексом в качестве сырья для производства гранул и брикетов в основном используют древесные отходы и неделовую древесину. В регионах с
развитым растениеводством чаще выпускают топливные гранулы и
брикеты из отходов переработки растений — соломы, лузги подсолнечника, костры льна, зерноотхоодов. Животноводческие и птицеводческие предприятия рассматривают в качестве сырья использованную «подстилку» для животных и птиц (чаще — опилки, пере107
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мешанные с пометом). В крупных городах создаются мусороперерабатывающие предприятия. Один из возможных видов продукции
таких заводов — топливные гранулы и брикеты.
В странах Европы изыскивают новые виды сырья для производства топливных гранул. Так, в 2009 г. во Франции планируется произвести первые топливные гранулы из мискантуса. Это новая для
Европы энергетическая культура представляет собой быстрорастущий кустарник родом из Юго-Восточной Азии. Растение также называют слоновьей травой. Первые посадки мискантуса были сделаны во Франции в 2007 г. Посадками его занимается фирма «Bical
Biomasse France». Урожайность культуры 20 т/га, влажность при сборе урожая 20-25%. В результате с 1 га получается 16,7 т мискантуса
влажностью 10%. Урожай собирают на вторую зиму после посадки.
Удобство сбора в этот сезон объясняется тем, что сырье не надо очищать от листьев, а влажность культуры пониженная. Окупаемость
посадки мискантуса во Франции в районе Иль-де Франс при минимальной продажной цене по 92 евро за 1 т — семь лет. Для производства 25 тыс. т топливных гранул на вторую зиму необходимо произвести посадку на 1500 га. Для обеспечения постоянного снабжения сырьем каждый год требуется три поля, урожай с которых будет
собираться через зиму. Есть и другой подход, который описывается
aграриями из Великобритании. Они предлагают собирать урожай
мискантуса каждый год, начиная со второго года. Существенное отличие: при ежегодном сборе урожая с 1 га единовременные объемы
сырья меньше, чем единовременные, которые можно получить при
сборе через год.
По данным французского журнала «Jeimes Agricul-teurs 77», затраты на посадку мискантуса составляют 3500 евро/га (у англичан
2650 евро/га). Посадка должна осуществляться на землях, освобожденных от предыдущих посадок, в количестве 15-20 тыс. саженцев
(корневищ) на 1 га. Корневища сажают на глубину 15 см, на расстоянии 18-20 см друг от друга.
По мнению французских специалистов, после сбора урожая продукцию (стволы мискантуса) можно хранить не измельчая. Складская
плотность стволов мискантуса 135 кг/м3, насыпная плотность древесной щепы 300 кг/м3.
108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
По данным журнала «The Bioenergy International», в 2008 г. в мире
было произведено 8-10 млн т топливных гранул. Около половины
этого объема выпущено в США и Канаде, оставшаяся часть — в
основном в европейских странах. За год на рынке гранул поменялись лидеры. Объемы потребления и производства этой продукции
выросли.
Лидировавший в течение нескольких лет датский завод, производящий древесные гранулы в г. Keре, полностью остановился из-за
нехватки сырья (пеллетный завод, работающий на соломе в этом же
городе, продолжает выпускать продукцию). Новым мировым лидером по производству гранул из древесины стало американское предприятие «Gгееn Сirclе» во Флориде мощностью 550 тыс. т пеллет в
год (рис. 3.32). Предприятие на границе штатов Флорида и Алабама
расположено в лесном регионе. Балансовая древесина южноамериканской желтой сосны поставляется на завод с лесосек в радиусе 100 км. Кородревесные отходы поступают в котельную, которая
подает тепловую энергию для двух сушильных агрегатов. Окоренная
древесина измельчается для производства гранул. Помимо круглого
леса на заводе используют опилки соседнего лесопильного предприятия.
Рис. 3.32. Завод «Green Circle» во Флориде
109
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В целом ситуация в Северной Америке в области производства
гранул остается радужной. Канада и США выпускают такое количество пеллет, какое ни одна европейская страна в отдельности не
может изготовить. Вместе с тем в Канаде традиционные пеллетные
регионы начали испытывать трудности с сырьем. Например, в провинции Квебек столкнулись с сильной конкуренцией за древесину
со стороны других отраслей лесопромышленного комплекса. На западном же побережье Канады проблем с сырьем нет.
По словам Беаты Шмидт, председателя Союза «Энергия-Пеллет
«(DЕРУ; Deutscher Energie-Pellet-Verband), в Германии существует
около 60 фирм-производителей пеллет общей зарегистрированной
производственной мощностью свыше 2,3 млн т в год. По сравнению с 2005 г. (производственная мощность 390 тыс. т) произошло
шестикратное увеличение производственных мощностей. По аналитическим данным союза, в 2008 г. в Германии было произведено
1,5 млн т пеллет. Из них около 50% было использовано в Германии,
остальное количество поставлялось в основном на электростанции
Нидерландов и Бельгии. В связи с повышением спроса на внутреннем рынке (частный сектор) производители значительно уменьшили экспортную долю в течение последних трех месяцев и продали
около 75% продукции на внутреннем рынке. Средний уровень цен
в 2008 г. был 180 евро за 1 т, что соответствует 3,6 евроцентов за
1 кВт·ч теплоэнергии (на начало лета это на 65% дешевле теплоэнергии, полученной из нефти). В октябре цена поднялась до 200 евро
за 1 т, что соответствует нормальному колебанию цен в летнем и
зимнем сезонах.
Остановка завода в Дании в г. Keре негативно отразилась на общем объеме производства гранул в этой стране, который упал до 50
тыс. т гранул в год, хотя на протяжении ряда лет оставался на уровне
150-200 тыс. т. Вместе с тем импорт и потребление гранул в Дании
выросли и в 2008 г. Объем использования пеллет и их импорт превысили 1 млн т. Около половины этого объема использовалось в частных домах для производства тепла. Порядка 250 тыс. т гранул поступило на ТЭЦ в Аведоре, а 100 тыс. т закупили районные котельные.
Не только датский завод вынужден был остановиться в 2008 г.,
отдельные предприятия из стран Балтии также объявили о своем за110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
крытии. Среди них — один из недавних лидеров, крупный производитель гранул компания «ВВG», имевшая заводы общей мощностью
230 тыс. т гранул в год. Предприятие объявило себя банкротом.
Наряду с банкротством и закрытием определенного числа
предприятий на пеллетный рынок выходят новые игроки, появляются крупные заводы в разных частях мира. Активно заявляют о себе предприятия Балканского региона, обгоняя по объемам
производства ряд европейских стран, таких как Италия, и догоняя Россию.
В течение трех последних лет пеллетная промышленность
развивается быстрыми темпами в Словении, Хорватии, БоснииГерцеговине, Сербии и Черногории. В Сербии мощности пеллетных
заводов достигают 77 тыс. т в год, выпускает эту продукцию пять
предприятий. В Черногории работает один завод по производству
гранул мощностью 25 тыс. т в год, в Боснии-Герцеговине — несколько заводов общей мощностью 120 тыс. т гранул в год. Наибольшее
количество гранул на Балканах производится в Хорватии, где работает семь заводов общей мощностью 194,5 тыс. т пеллет в год.
Производительность заводов колеблется от 7,5 до 40 тыс. т в год. В
Словении располагается три завода по производству гранул, самый
большой и один из первых на Балканах «Энерлес» может выпускать
до 50 тыс. т гранул в год, 90% продукции этого предприятия экспортируется в Италию, 10% продается на внутреннем рынке. Гранулы
здесь делают из сосновых и еловых опилок.
Первый крупный пеллетный завод мощностью 250 тыс. т гранул
в год строится в Австралии. На европейский рынок стали поступать
гранулы из Южной Африки. В 2009 г. ожидается начало экспансии
топливных гранул из Юго-восточной Азии.
В России производится до 600 тыс. т в год топливных гранул.
Экспортный сегмент на рынке топливных гранул продолжает доминировать, но уже составляет не более 70%. Ситуация с экспортными
поставками стабилизировалась по сравнению с 2007 г. Высокие цены
пока не вернулись, однако, поставки гранул на экспорт осуществляются по цене 100-110 евро/т на условиях FОВ Санкт-Петербург, что
несколько выше уровня цен 2007 г. Косвенно положительную тенденцию подтверждает и вновь растущее число запросов на поставки
111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
топливных гранул, поступающих от зарубежных торговых компаний
и потребителей биотоплива.
Сегодня в мире из 8-10 млн т изготавливаемых гранул 4,5 млн т
поступает на электростанции для выработки электричества. Бельгия
и Нидерланды, где располагается наибольшее количество ТЭЦ,
работающих на биотопливе, стали в 2008 г. основными рынками
сбыта «электрических» гранул при годовой потребности 2 млн т. К
быстро растущему рынку, потребляющему гранулы для производства электроэнергии, кроме Нидерландов и Бельгии, относят также
Великобританию, Данию и Швецию. В Европе активно строят новые
электростанции на биотопливе, так как использование биомассы ведет к сокращению выбросов парниковых газов. Европейские государства взяли на себя достаточно большие обязательства по уменьшению выбросов СО2 по Киотскому протоколу. Для осуществления
намеченных целей в Евросоюзе используется система штрафов за
превышение показателей по выбросам парниковых газов. Переход
же на альтернативные источники энергии, в частности на биотопливо, способствует снижению уровня СО2 в атмосфере и дает возможность избежать штрафных санкций.
Кроме Европы, электростанции, работающие на гранулах, активно строят в Индии и Китае, где угольные ТЭЦ также переводят на
биотопливо. Если до 2015 г. хотя бы 50% из 800 запланированных в
Азии новых электростанций частично будут работать на биомассе,
то результатом может быть дополнительный спрос на биотопливо в
объеме 400 млн т в год.
Другая половина изготавливаемых в мире топливных гранул используется для получения тепла в котельных и котлах различной
мощности. В Европе среди важных потребителей — Италия, где эксплуатируется примерно 740 тыс. малых котлов и каминов для отопления индивидуальных жилых домов. В 2008 г. было установлено еще
около 170 тыс. таких котлов. Важными являются рынки в Германии
и Австрии, там использование пеллет для производства электричества большой роли пока не играет, они используются в значительных
объемах в котлах для производства тепловой энергии.
В 2008 г. в Германии продано 20 тыс. котлов и каминов, работающих на пеллетах. На конец 2008 г. ожидалось пересечение от112
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
метки в 105 тыс. используемых котлов на гранулах (для сравнения: в
2007 г. было 83 тыс.). За первое полугодие 2008 г. продажи котлов на
биомассе увеличились в среднем на 33% (из них пеллетные котлы —
на 50%, котлы на дровах и брикетах — на 26%).
В 2008 г. наблюдалась тенденция более интенсивного использования больших котлов мощностью свыше 50 кВт·ч, которые устанавливались, в первую очередь, на муниципальных и производственных
объектах, что связано со значительной экономией расходов по сравнению с использованием традиционного топлива, а также сокращением периода окупаемости инвестиций.
Союз «Энергия-Пеллет» (DЕРV) ожидает, что в Германии в
2009 г. в пользовании будет 140 тыс. котлов, а в 2015 г. — 650 тыс.
По словам его генерального директора Мартина Бентеле, ожидаемое позитивное развитие связано с улучшенными рамочными
политическими условиями в пользу пеллетной отрасли. Закон «Об
использовании возобновляемой энергии для производства тепла»
позволил государству регулировать процессы, происходящие на
этом рынке. Государство помогает гражданам выплатой премий при
приобретении котлов, работающих на пелеттах. В 2008 г. на эту программу было выделено 350 млн евро, из них не использовано около
100 млн евро.
Продолжается совершенствование технологий и оборудования
для производства топливных гранул. На форуме «Интерпеллетс» 2931 октября 2008 г. фирма «Salmatec» представилa свою известную
линейку прессов-грануляторов, имеющих измеритель вибрации, позволяющий оператору быстро реагировать на опасные для пресса
вибрации, которые, например, могут появиться при подаче слишком
сухого сырья. Эта технология адаптирована из технологий, применяемых на ветровых электростанциях.
Производитель измельчающей и прессующей техники «Buhler»
заявил, что в будущем в своей стратегии уйдет от концепции совершенствования отдельных машин и направит усилия на улучшение
всего процесса. Так, ему удалось в рамках проекта в Скандинавии
повысить производительность до 60%, используя имеющуюся технику; цель — двойное увеличение ее.
Фирма «Maier Zerkleinerungstechnik» представила двухступен113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
чатый процесс, при котором материал, проходя через рубительную
машину и специальный измельчитель, доводится до необходимой
фракции. Такой материал можно гранулировать без дальнейшей обработки. Установка сдается в эксплуатацию на пеллетном заводе латвийской фирмы «SIА Latgran» (производительность 40 тыс. т пеллет
в год). По словам представителей фирмы, эта техника позволяет подготавливать любое сырье, предназначенное для пеллетирования.
В центре внимания на презентации фирмы «Stela Laxhuber», специализирующейся на производстве сушильного оборудования, была
низкотемпературная ленточная сушилка стружки и щепы. Двумя такими сушилками было оснащено производство в Польше (годовая
мощность 100 тыс. т). Помимо больших индустриальных прессов
были также представлены решения для производств с малым количеством древесных отходов. В этом сегменте наиболее интересно
предложение фирмы «Nestro»: пресс-грануляторы производительностью до 200, 400 и до 600 кг/ч. Комплексную малую производственную линию включительно с сушилкой производительностью от 50
до 500 кг/ч представила итальянская фирма «Р System».
«Friedti АG» производит с 2008 г. компактные пеллетирующие
линии производительностью 100-150, 200-300 и 400-500 кг/ч. Они
позволяют производить качественные гранулы благодаря наличию
молотковой дробилки, конденсатора, пресса-гранулятора, сита для
охлаждения, фильтра для очищения отработанного воздуха и ящика
управления. Все это смонтировано на едином стабильном каркасе.
Для расположения линии достаточно площади 2,5 х 5 м. Контрольные
элементы подключены к шкафу управления.
В России также растет численность предприятий, производящих
оборудование для получения топливных гранул. Псковский завод
СПиКО провел промышленные испытания и запустил в серийное
производство установки для сушки-измельчения биомассы АС (рис.
3.33). Используемые материалы — древесина, торф, трава, сельскохозяйственные отходы.
Во всем мире, особенно в Европе и России, заводы по производству биотоплива строят десятками. Но они основываются на старой
технологии — сушка сырья в барабанных или ленточных сушилках
с последующим измельчением в молотковых дробилках. Эта техно114
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
логия крайне неэффективна. Вопрос создания энергоэффективного
оборудования стоял на повестке дня очень давно, во многих странах
мира предпринимались попытки его разработки. Результат двухлетней работы — создание и запуск первого промышленного образца
АС в 2006 г.
Рис. 3.33. Установка АС
Известно, что измельчать легче влажную древесину, чем сухую,
и сушка материала тем эффективнее, чем сильнее он измельчен. Из
этих двух аксиом неоспоримо следует, что материал сначала нужно
измельчить, а потом сушить, но не наоборот. Тем не менее, весь мир
по «традиционной» технологии делает именно наоборот по двум
причинам. Во-первых, раньше не принято было экономить энергию,
во-вторых, вследствие слипания влажного измельченного сырья
очень трудно организовать разгрузку дробилок и транспортировку влажного сырья к сушильному агрегату. Вторая причина делает
невозможной работу такой схемы в условиях суровой российской
зимы. Таким образом, поменять последовательность операций в
115
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
«традиционной» технологии было невозможно. Создание АС разрешило эту проблему. Эффективность агрегата повышается за счет
правильно организованного рабочего процесса: во-первых, агрегат
использует всю тепловую энергию, выделяющуюся при измельчении, во-вторых, часть воды из материала он удаляет физически, т.е.
без затрат энергии на парообразование, которая, как известно, составляет бóльшую долю потребления энергии в процессе сушки. Но
это не единственное его преимущество. Помимо уникальной энергоэффективности агрегат обладает рядом неоспоримых достоинств.
Это высокая степень автоматизации, легкость регулирования и поддержания заданных параметров процесса сушки-измельчения, меньшее количество элементов оборудования и, как следствие, большая
надежность, абсолютная пожаробезопасность, максимальная компактность (АС производительностью 1 т/ч занимает 6 м2) и меньший расход на здания, фундаменты, транспортные расходы и т.д.,
максимальная заводская готовность — незначительные затраты на
монтаж, низкие эксплуатационные расходы ввиду минимального количества изнашиваемых деталей, минимальное время простоя при
замене быстроизнашиваемых деталей (до 30 мин).
Конструктивно АС представляет собой стальной цилиндр, внутри
которого расположены высокоскоростной активатор (ускоритель) и
специальные направляющие. Сырье внутри агрегата движется таким
образом, что частицы обрабатываемого материала испытывают множественные встречные соударения и межслоевое перетирание. Эти
многократно повторяющиеся соударения приводят к измельчению и
одновременному нагреву сырья, а это — к его высушиванию. Для
удерживания сырья в рабочей камере до момента достижения необходимой влажности или размера частиц служит специально разработанная система динамической классификации сырья. Если внутрь
агрегата подавать горячий воздух, эффективность его работы будет
еще выше. От внешней среды система отделяется двумя шлюзовыми
затворами.
Эффект сушки при измельчении сырья известен как минимум
с 1926 г. Установки, использующие данный принцип, более 15 лет
производят в Англии и Германии. Принцип действия этих установок
одинаков — тепло вместе с сырьем подается в дробилку (молотковую
116
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
или штифтовую мельницу). Однако они обладают как минимум тремя огромными недостатками: энергетическая эффективность очень
низкая вследствие изначально низкого КПД молотковых и штифтовых мельниц; в силу конструктивных особенностей молотковых и
штифтовых мельниц установки чрезвычайно чувствительны к наличию в сырье посторонних примесей — камней, металла и т.д.; ввиду
высокой интенсивности протекания тепломассообменных процессов конструкция этих устройств очень сложна, это обусловливает их
высокие стоимость и эксплуатационные затраты.
АС можно использовать для измельчения и сушки любых дисперсных материалов, а поэтому — в любой отрасли промышленности и сельском хозяйстве, прежде всего для измельчения и
сушки всевозможных отходов производства, например, древесины, лигнина, соломы, лузги, навоза и т.д. Благодаря способности
превращать эти материалы в сухую пыль агрегат должен найти
широкое применение в энергетике в качестве оборудования для
пылевого сжигания топлива. При некоторой модернизации агрегат может измельчать материалы до частиц микронных размеров,
что важно при производстве жидкого биотоплива. Таким образом, благодаря высокой эффективности, малым размерам и невысокой цене АС делает бизнес по производству биотоплива более
доступным.
Потребление пеллет в Европе может возрасти в 10 раз за 15 лет.
При производстве пеллет точкой отсчета служил прогноз, согласно
которому они должны составить примерно одну треть биомассы, используемой для производства тепла. Если ориентироваться на запланированный рост использования ВЭР на 20% к 2020 г. и учитывать
расширение использования пеллет для производства электроэнергии
на 25%, то необходимо производить их 50-80 млн т в год.
Анализ использования сырья и технологий для производства жидких, газообразных и твердых биотоплив показывает следующее:
• для производства биоэтанола и биодизеля в основном используется сырье, которое одновременно может применяться для пищевых целей; это создает определенную напряженность на продовольственном рынке, ведет к росту цен на основные продукты питания
(хлеб, молоко, мясо, масло и др.);
117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
• проводится целенаправленная работа по изысканию альтернативных видов сырья (отходы растениеводства, деревообработки, микроводоросли, бытовые отходы, мискантус и др.) и созданию новых
технологий и оборудования для производства биотоплива второго
поколения;
• в 2008 г. произведены и поступили в продажу биобутанол и
жидкое синтетическое топливо ВТL, которые по эксплуатационным
и экологическим характеристикам превосходят биоэтанол и биодизель, а главное, будут производиться из непищевого сырья;
• в создании технологий производства биотоплива второго поколения активно участвуют известные нефтяные и автомобильные
корпорации, вкладывающие огромные финансовые и материальные
ресурсы с целью не только производства и продажи биотоплива второго поколения, но и создания рынка прогрессивных технологий и
оборудования;
• несмотря на то, что в последнем квартале 2007 г. и начале
2008 г. темпы развития мировой биотопливной отрасли замедлились
(из-за существенного подорожания сырья, а также избытка мощностей
по производству биотоплива), поступательное ее движение уже не
остановить, об этом свидетельствуют закон США от 19.12.07 г., предусматривающий увеличение потребления биотоплива, в том числе на
основе пожнивных остатков, травянистых растений и других источников растительной целлюлозы, а также меры, вступившие в силу в ЕС
15 апреля 2008 г., обязывающие использовать биотопливо на транспорте (в размере 2,5% общего его количества), ;
• биогаз и твердое биотопливо производятся в основном из отходов растениеводства, животноводства, деревообработки, твердых
бытовых отходов, осадков сточных вод и т. д.., развитие этих отраслей не влияет на состояние продовольственного рынка.
Биоэнергетика, или производство биотоплива рассматривается в
первую очередь как один из способов решения проблем в области
энергетики. Реализация национальных биоэнергетических программ
в ряде стран способствовала сокращению потребления бензина и
дизельного топлива, угля и природного газа, что дало возможность
снизить зависимость этих стран от нефтяного и газового импорта,
например, в Бразилии на долю биоэтанола приходится почти 30%
118
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
топливного рынка, в Швеции биогаз, используемый в качестве моторного топлива, составляет более 50% от общего потребления газа
на эти цели. Активные действия, направленные на укрепление энергетической безопасности путем развития различных видов биотоплива, предпринимаются в США, Аргентине, Австралии, Германии
и других странах ЕС. Важным фактором, влияющим на развитие
биоэнергетики в этих странах, помимо снижения зависимости от
нефтяного импорта, является одновременное решение следующих
инновационных и социальных проблем:
• экология — создание безотходных производств, уменьшение
парниковых выбросов;
• энергетика — переработка биомассы и органических отходов
растительного и животного происхождения в моторное топливо, тепловую и электрическую энергию;
• агрохимия и сельскохозяйственное производство — выпуск высокоэффективных кормов и добавок для животноводства, экологически чистых органических удобрений, повышение урожайности,
плодородия почв и их экологической чистоты;
• социальные — создание новых рабочих мест, комфортных условий быта и труда (в США и Бразилии, по подсчетам специалистов,
на каждый 1 млн л производственных мощностей по производству
биоэтанола приходится 38 новых рабочих мест в целом по отрасли).
Биоэнергетика в этих странах способствует развитию промышленности по выпуску новейшей техники и оборудования, созданию
соответствующей инфраструктуры, совершенствованию технологий
производства жидких, газообразных и твердых биотоплив на основе
новейших достижений науки и техники. Переработка биомассы повышает добавочную стоимость продукции и экономические показатели, увеличивает налогооблагаемую базу.
119
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
БИОЭНЕРГЕТИКИ В РОССИИ
Одной из важнейших для нашей страны задач является развитие
сельского хозяйства. Россия, обладая значительными ресурсами в
этом секторе, не использует их в должной мере. Уровень реализации
аграрного потенциала не соответствует той значимости, которую
приобретают продовольственные вопросы во всем мире.
По официальным данным, в России не используется более
20 млн га. Такого количества свободных земельных ресурсов нет ни
в одной другой стране. Другим показателем низкого уровня развития
сельского хозяйства является урожайность. К примеру, по зерновым
культурам она в 2-3 раза ниже, чем в странах Европы. В совокупности с данными об инфраструктуре, технической оснащенности и
уровне заработной платы вырисовывается общая удручающая картина состояния российского сельского хозяйства. При этом, несмотря
на мировой финансовый и экономический кризис, страна все равно
обладает значительными финансовыми ресурсами, и, соответственно, возникает задача их эффективного инвестирования. Важно, чтобы эти средства не лежали «мертвым» грузом, а работали на экономику и социальный сектор.
Создание мощностей в биоэнергетике может рассматриваться как перспективное вложение в развитие АПК. При переработке сырья в биотопливо увеличивается добавленная стоимость
продукции, повышаются экономические показатели (в частности
ВВП), растет налогооблагаемая база, развивается сельхозмашиностроение. Однако ускоренному развитию производства биотоплива в нашей стране препятствуют некоторые проблемы. Во-первых,
это проблема продовольственной безопасности и ценовой политики государства в отношении хлеба. Необходимо, чтобы увеличение
экспорта зерна и использование его на выработку биотоплива не отражались на обеспеченности населения и животноводства зерном
и увеличении его стоимости. Во-вторых, производство биотоплива
весьма капиталоемко. Как правило, речь идет о достаточно масштабных проектах, требующих крупных инвестиций, в том числе в
120
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
НИОКР. Естественно, что основные проблемы в этой сфере связаны
с нехваткой инвестиционных ресурсов. Государству следует обратить внимание на этот перспективный сектор и предпринять определенные усилия, чтобы обеспечить его инвестиционную привлекательность. Это будет, с одной стороны, способствовать развитию
экспортного производства обработанной продукции, инвестициям в
науку и технологии, а с другой — созданию рабочих мест в сельском хозяйстве, которое во многих регионах переживает структурные трудности. Необходимо выделение государственных средств на
НИОКР с целью повышения эффективности получения биотоплива
из целлюлозы и отходов сельхозпроизводства. В-третьих, большой
проблемой остается существующий в нашей стране налог (акциз) на
этанол в любом виде (в отличие от стран ЕС), который делает невозможным развитие внутреннего рынка биотоплива. По действующему
законодательству, если производитель топлива добавил более 1,5%
спирта в бензин, он становится производителем спиртосодержащей
продукции и должен получить лицензию. При этом он будет постоянно подвергаться всяким проверкам со стороны служб, осуществляющих контроль за оборотом алкогольной продукции. Естественно, что в таких условиях ни один производитель топлива не решится
добавить спирт в бензин. Эти проблемы требуют законодательного
решения. Необходимо предусмотреть введение понятия топливного
этанола в закон о государственном регулировании производства и
оборота этилового спирта, что топливный этанол — это обязательно
денатурированный спирт, притом жестче, чем по существующим
требованиям к обычному денатурированному спирту, и обязательно обезвоженный, т.е. содержащий не более 1% воды, потому что
добавлять бензин обычный в ректификат невозможно — будет расслоение. Сейчас неспиртосодержащей продукцией признается та, в
которой менее 1,5% спирта. Необходимо в законодательстве сделать
исключение и признать неспиртосодержащей продукцией топливо,
содержащее менее 10% спирта. Это косвенным образом освобождает топливный этанол от акциза.
Сельское хозяйство — основной поставщик сырья для производства биотоплива. С 2000 г. в России наблюдается тенденция
увеличения экспорта продукции аграрного сектора, около 90% его
121
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
составляют зерновые. В 2006-2007 гг. Россия экспортировала около
12 млн т зерновых, а в 2008 г. еще больше. С экономической точки
зрения эффективней было бы направить сельхозпродукцию на переработку внутри страны, в том числе на производство топлива.
Расширяя площади для возделывания рапса, Россия имеет возможность не только полностью обеспечить свои потребности в
растительном масле (сейчас импорт — более 1 млн т в год), но экспортировать его и производить биодизель. Кроме того, при производстве биотоплива получают побочные продукты: ценные для продовольственной промышленности пищевые добавки, а также корма
для животноводства. Производство биотоплива может стимулировать животноводство, более того, оно может быть интегрировано в
фермерское хозяйство, стать промежуточным звеном между земледелием и животноводством.
Сельскохозяйственные предприятия, перерабатывая отходы животноводства и растениеводства в биогаз, могут перейти не только
на автономное обеспечение топливом, теплом и электричеством, но
и продавать излишки. Главное, будет значительно улучшена экологическая обстановка на селе. Производство биотоплива может способствовать освоению свободных пахотных территорий. Освоение
пашни это не просто засевание пустующих земель, это создание
комплексной инфраструктуры, закупка техники, строительство зданий, дорог, привлечение трудовых ресурсов. Помимо реализации
стратегических задач — введение в сельскохозяйственный оборот
земельных ресурсов, создание продукции на новых территориях—
сформируется дополнительный источник дохода для государственного бюджета.
Развитие биоэнергетики может также способствовать решению
социальных проблем на селе, позволит сформировать новый рынок
сбыта сельхозпродукции, что даст возможность фермерам диверсифицировать свою деятельность и в меньшей степени зависеть от
продовольственного рынка. Кроме того, будет создан рынок сбыта
биотоплива. Основными импортерами могут стать страны ЕС (уже
сейчас Россия экспортирует значительное количество твердого биотоплива в виде гранул и брикетов). ЕС принял официальную программу доведения потребления биотоплива до 5,75%, а собственных
122
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ресурсов в этих странах недостаточно для достижения запланированных показателей. Большие потребности в энергоресурсах, в том
числе биотопливе, имеют Китай, Япония и другие страны Азии.
Важно развитие и внутреннего рынка биотоплива. В этом случае
отечественные производители не будут зависеть от политической и
экономической конъюнктуры стран-импортеров. Развитие потребления биотоплива внутри страны может частично заменить использование нефтепродуктов и позволит перенаправить их на экспорт. В
условиях высоких мировых цен на энергоносители это позволит получить дополнительный доход.
Экологические проблемы оказывают реальное влияние на состояние отечественной экономики. Создание рынка потребления биотоплива внутри страны может внести позитивные изменения в сложившуюся ситуацию. Одна из острейших проблем для российских
городов — загрязнение атмосферного воздуха, основным его источником является автотранспорт. К примеру, в Москве объем вредных
выбросов в атмосферу от автомобилей в 12 раз превышает объем выбросов от стационарных источников, что негативно влияет не только
на природную среду, но и на здоровье населения.
Использование биотоплива позволит сократить вредные выбросы в атмосферу и экономические издержки. Результаты исследований показывают, что 10%-ная добавка биоэтанола в бензин почти на
одну треть снижает токсичность выбросов.
В случае развития потребления биотоплива внутри страны Россия
будет иметь значительные производственные мощности благодаря
наличию широкой ресурсной базы, сможет стать крупным поставщиком биотоплива на зарубежные рынки. В пользу роста мирового рынка биотоплива свидетельствуют государственные программы
по его развитию во многих странах. Например, Швеция намерена полностью отказаться от нефти через 15 лет, в США в декабре
2007 г. принят «Энергетический Билль», законодательно требующий
потребления 23 млн т биотоплива в 2012 г. и 108 млн т — к 2022 г.
Существуют также стратегические выгоды от развития рынка
биотоплива. Во-первых, оно способствует улучшению экономического состояния регионов и уменьшению диспропорций между
более и менее развитыми субъектами России. Во-вторых, производ123
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ство биотоплива должно стимулировать развитие биотехнологии.
Являясь инновационной, биоэнергетика может стать конкурентной
в отечественной экономике.
Россия обладает большими возможностями для развития биоэнергетики. Имеющийся ресурсный потенциал воспроизводства биомассы формирует значительные резервы: в сельском хозяйстве – 9%
имеющейся пашни в мире, в лесном хозяйстве до 25% мировых запасов древесины, огромные запасы торфа и более 700 млн т ежегодно твердобытовых и животноводческих отходов. Россия находится
на первом этапе развития биоэнергетики, когда начинается формирование мощностей для организации промышленного производства
биотоплива.
Биоэтанол
Вопросы производства биоэтанола в России пока находятся на
уровне обсуждения. Еще нет ни одного специализированного завода, есть только планируемые инвестиционные площадки (в целом
по состоянию на начало 2008 г. их насчитывается около 12) и начато
строительство. Так, ЗАО «Группа компаний «Титан» при поддержке
правительства Омской области приступило к реализации масштабного проекта — биокластера, в основе которого лежит технология
глубокой переработки зерновых культур. В рамках реализации проекта планируется создание агрохолдинга, в который войдут завод
по производству биоэтанола мощностью 150 тыс. т в год, птицефабрики мощностью 15 тыс. т мяса, свинокомплекс на 100 тыс. голов,
комбикормовый завод мощностью 250 тыс. т в год и ряд крупных
биотехнологических производств по производству крахмала, фруктозы, клейковины. Перерабатывая зерно, в области получают максимум дополнительной продукции, которую сейчас вынуждены импортировать. В рамках проекта планируется производство желатина,
клейковины, а область сможет более эффективно использовать свои
сырьевые ресурсы. В области есть профицит производства зерна
более 1 млн т, которое экспортируется. Доля зерна третьего класса,
которое крайне необходимо для хлебопечения, составляет 20-30% от
общего объема урожая. Европейские страны охотно покупают зерно
четвертого-пятого классов, извлекают из него клейковину и прода124
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ют как отдельный продукт. Если 1 т зерна (по состоянию на начало
2007 г.) стоит, например, 250 долл. США, то клейковина, которая
ввозится из Европы, — 1000 долл. На комплексе будет перерабатываться 600-700 тыс. т зерна. Из этого количества получается до 250
тыс. т высокобелковых кормов, т.е. 1 т кормов по новой технологии
позволяет экономить 7 т зерна. Это создаст в регионе больший профицит зерна, чем сейчас, когда оно в чистом виде уходит на корм.
При этом высокобелковые корма, которые собираются производить,
будут обеспечивать полный рацион животным, что, в свою очередь,
положительно отразится на животноводстве. Проект дает возможность наращивать экспортный потенциал страны.
Создание подобных биокластеров в ряде зерновых районов страны позволит не только производить в необходимых количествах
биоэтанол, но и высокобелковые корма для животноводства и другую побочную продукцию и повысить продовольственную безопасность. Производимый биоэтанол можно использовать внутри страны и экспортировать. Расчеты показывают, что для перевода автопарка России на смесь Е5 потребуется засеять 1,9 млн га пшеницы
при урожайности 20 ц/га, или 1,2 млн га при урожайности 30 ц/га.
По мнению представителей бывшего Минпромэнерго России, проекты по производству биоэтанола являются перспективными и высокорентабельными. Применение этого продукта дает возможность
обеспечить топливно-энергетический комплекс более экологически
чистым и возобновляемым топливом, снизить его стоимость (при
условии отмены акциза на топливный этанол) и парниковый эффект.
Строить заводы по производству биоэтанола необходимо в России,
а не в Европе, как предлагают отдельные аналитики, ссылаясь на
то, что там расположен основной рынок этой продукции и биоэтанол — безакцизный товар. Вместе с тем в отличие от США, Бразилии
и ЕС Россия может наладить масштабное производство биотоплива
из незернового сырья как для удовлетворения своих потребностей,
так и экспорта, сохраняя экспортные возможности по пшенице и не
нанося ущерба своей продовольственной безопасности.
Одно из направлений решения этой проблемы — использование
производственного потенциала спиртовых заводов для комплексной
переработки отходов сельского хозяйства, пищевой, лесной и дере125
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вообрабатывающей промышленности. Сегодня в России 170 заводов
производят спирт из пищевого сырья, их общая установленная мощность 145 млн дал. спирта, в 2007 г. произведено всего 56 млн дал.,
что соответствует загрузке производственных мощностей на 39%.
Именно избыток мощностей является одной из главных причин того,
что доля контролируемого государством рынка этилового спирта составляет менее 50%. Кроме того, в нашей стране было построено
15 гидролизных спиртовых заводов, которые перерабатывали отходы лесной промышленности и деревообрабатывающих заводов.
Эта отрасль производства практически прекратила существование.
Вокруг остановленных предприятий образовались могильники с отходами гидролизного производства — лигнина в объеме не менее
60 млн т. Эти отходы, с одной стороны, представляют реальную
угрозу для экологии регионов их дислоцирования, с другой — являются неиспользуемым резервом печного топлива, сырьем для производства строительных материалов.
Реконструкция спиртовых предприятий, переориентация избыточных производственных мощностей указанных предприятий путем их модернизации позволят решить следующие задачи:
получить кормовые и иные продукты на основе переработки отходов пищевых производств, лесной и деревообрабатывающей промышленности;
организовать производство этилтретбутилового эфира и биобутанола в качестве добавки для моторного топлива;
нормализовать ситуацию на алкогольном рынке за счет переориентации продукции спиртовых заводов в другие секторы экономики.
Для решения этих задач необходимо разработать целевую ведомственную программу по комплексной модернизации спиртовых
заводов России за счет коренной реконструкции основных технологических процессов производства спирта, обеспечить интеграцию
государственных и частных источников финансирования в процессе инвестирования в реконструкцию и развитие спиртовых заводов.
При этом инфраструктурную составляющую проектов в части производства тепло- и электроэнергии из возобновляемых источников
сырья и отходов должно взять на себя государство. Это позволит
126
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
уменьшить риски инвесторов при реконструкции заводов и существенно уменьшить энергетические затраты за счет использования возобновляемых источников энергии. Финансирование
реконструкции производства этилового (бутилового) спирта
должны осуществлять инвесторы за счет собственных и привлеченных источников. Для привлечения инвестиций на модернизацию спиртовых производств России необходимо создать
управляющую компанию, на которую должны быть возложены
разработка программы модернизации заводов с привлечением
ресурсов частных инвесторов и финансово-кредитных институтов, управление активами заводов, находящихся в собственности
государства, и создание условий для обеспечения устойчивого
роста рынка производимой ими продукции. При этом необходимо максимально использовать перспективные технологии производства биоэтанола и биобутанола из любых растительных и
древесных остатков, микроводорослей, разработанные российскими учеными, довести до промышленного производства прорывную технологию и оборудование для получения биоэтанола
из любого растительного сырья и его отходов с использованием
специального виброимпульсного параболического измельчителя,
а также технологию комплексной переработки торфа с использованием роторно-пульсационного виброимпульсного каветационного измельчителя, предложенные Федеральным индустриальнофинансовым союзом по реализации Президентской программы,
ФГУП «Институт горючих ископаемых», ЗАО «Компомаш-ТЭК»
и ФГУП «Красноярский машиностроительный завод».
Использование торфа для производства биотоплива перспективно. В целом по России его общие запасы составляют
175,8 млрд т, запасы промышленного фонда — 30,8 млрд т,
(10,75 млрд т у.т.). При ежегодной добыче 300 млн т торфа
(в 2 раза больше, чем в эпоху СССР) этих запасов достаточно
на 102 года добычи, причем исходя из указанного ежегодного
объема добычи торфа можно производить до 300 млн т пеллет
или брикетов, а из них получать при газификации 180 млн т в год
син-газа (1995 млрд м3), а из него — до 997,5 млрд м3 биоводорода или до 90 млн т биоэтанола.
127
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Биодизель
В России реализуется Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 годы в части увеличения производства рапса. Предполагается увеличить площади посевов рапса в 2012 г. по сравнению с 2008 г. в 2,5 раза, а валовой
сбор семян рапса — более чем в 3,1 раза. Вопрос рационального
использования такого количества рапса актуален: произвести и продать семена рапса, выработать масло из семян рапса, максимально
использовать его для удовлетворения пищевой потребности населения, а из остатков произвести биодизель и частично экспортировать — основные варианты рассматриваемой проблемы. По всей видимости, последний вариант наиболее приемлем, так как решает вопрос продовольственной безопасности за счет полного удовлетворения потребности населения в российском растительном масле и обеспечения животноводства высококачественным кормом. Рапсовое
масло по пищевым качествам не уступает оливковому и пользуется
большим спросом у населения стран ЕС. Россия ежегодно завозит
более 1 млн т растительного масла. Население России для пищевых
целей использует в основном подсолнечное масло, поэтому предстоит большая работа по рекламе использования рапсового масла в
пищевых целях и созданию мощностей по его производству.
Уже имеются мощности и опыт получения рапсового масла. В
октябре 2007 г. сдан в эксплуатацию ОАО «Казанский маслоэкстракционный завод» (Республика Татарстан) мощностью 300 тыс. т в
год. В Липецкой области в 2007 г. построен завод ООО «Либойл» по
переработке масличных культур, в том числе рапса. На первом этапе
производства будет перерабатываться 200 тыс. т маслосемян в год, а
через два года объем переработки возрастет до 300 тыс. т. В особой
экономической зоне «Липецк» пятью липецкими агрохолдингами —
«ЗеРос», «Агрохим», «АгроЛипецк», «Русагро» и «Липецкагроснабсервис» — строится завод по выпуску и переработке рапсового масла в биодизельное топливо мощностью 120 тыс. т рапса в год, он
будет введен в эксплуатацию в 2009 г. В этой же области ОАО АПО
«Аврора» строит завод по переработке рапса, ввод его в эксплуата128
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
цию — 2009 г. Агрохолдинг «РусАгроПроект» (Волгоградская обл.)
приступает к строительству завода по переработке рапса и производству биодизеля. Он будет состоять из нескольких производственных объектов: элеватор, рассчитанный на 40 тыс. т семян, мощный
маслоэкстракционный завод, завод по производству комбикормов на
основе шрота масличных культур и завод по производству биодизеля. Планируется в сентябре 2009 г. ввести в эксплуатацию первые два
объекта, а к концу 2011 г. — следующие два. На предприятии могут
работать до 200 человек. Основным сырьем для производства масла
и биодизеля будет рапс, уже два года успешно выращиваемый на полях холдинга, а также подсолнечник, объемы производства которого
в Волгоградской области внушительны. Производство рассчитано на
ежегодную переработку до 160 тыс. т масличных. В проекте заложена
страховка от рисков. Сначала будет запущено производство рапсового масла. Масло — востребованный на внутреннем и внешнем рынке продукт, цена на него только за последние полгода выросла почти
в 2 раза. Затем, в зависимости от складывающейся конъюнктуры на
внешнем и внутреннем рынке, приступят к производству биодизеля.
Агрохолдинг рассчитывает поставлять биодизель на рынок Европы,
где он крайне востребован. На внутреннем рынке тоже могут созреть
предпосылки для растущего спроса на биодизель. Если через два-три
года цены на нефтепродукты в России подтянутся к мировому уровню, что вполне вероятно, работать на биодизеле будет не только экологичней, но и выгодней, чем на минеральном дизельном топливе.
Готовятся или уже приступили к строительству заводов по переработке семян рапса в Кемеровской области (ЗАО «Барачатское»),
Тамбовской (ООО «Тамбов-Навтоп»), Омской (компания «ПродэксОмск»), Нижегородской (группа компаний «Нижегородский масложировой комбинат») и ряде других областей и республик.
Производство биодизельного топлива может решить вопрос обеспечения внутреннего рынка лимонной кислотой. В настоящее время 60% ее производится в Китае, около 40% — Белгородским заводом лимонной кислоты «Цитробел», который после распада СССР
остался единственным производителем в России. Емкость российского рынка лимонной кислоты – около 13 млн евро в год (4% мирового рынка в денежном выражении).
129
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Необходимо расширить научные разработки и довести до промышленного производства технологию получения биодизеля из микроводорослей.
Биогаз
В России биогаз должен рассматриваться как один из альтернативных источников тепловой и электрической энергии в сельской
местности и эффективный способ переработки отходов животноводства, твердых бытовых отходов и коммунальных стоков в целях их
утилизации и уменьшения отрицательного воздействия на окружающую среду. Только в сельскохозяйственном производстве ежегодно
накапливается до 250 млн т органических отходов (150 млн т — в
животноводстве и птицеводстве, 100 млн г — в растениеводстве).
Органические отходы животноводства и птицеводства не так уж безобидны: навоз, хранящийся в открытых буртах, — источник патогенных микроорганизмов, гельминтов, повышающих заболеваемость
животных, навоз, внесенный в качестве удобрения и содержащий
жизнеспособные семена, дает дружные всходы сорняков. Районы
складирования отходов — источники загрязнения почвы, атмосферы. При разложении биомассы выделяются аммиак, сероводород и
неприятно пахнущие вещества: альдегиды, кетоны, меркаптаны.
Основной источник пополнения гумуса в плодородном слое почвы — органическое удобрение навоз, но использование свежего
помета и навоза в качестве удобрения недопустимо из-за его высокой активности, наличия семян сорных растений, неблагоприятной
микрофлоры, а также из-за трудности транспортировки.
Эксплуатация крупных сельскохозяйственных комплексов выдвинула на первый план проблему удаления, переработки и рационального использования отходов. В птицеводческих и животноводческих
хозяйствах ежегодно накапливается около 40 млн т жидкого помета,
что составляет 62% от общего объема. Многолетний богатейший
опыт отечественных ученых, инженеров и специалистов позволяет решить эту проблему посредством широкого внедрения высокорентабельных биогазовых технологий, установок и станций (минитеплоэлектростанций, работающих на органических отходах), утилизирующих и перерабатывающих органические отходы всего АПК
130
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в биогаз, тепловую и электрическую энергию, моторное топливо,
высокоэффективные кормовые добавки и органические удобрения.
Анализ отечественной и мировой литературы в области биогазовых технологий и производства биогаза показывает, что изучение этого сложнейшего с точки зрения биологии процесса началось в начале
60-х годов прошлого столетия в Институте биохимии им. А.Н. Баха АН
СССР. Именно эти исследования и их промышленное воплощение явились точкой отсчета в создании отечественной промышленной биоэнергетики и активного фундаментального исследования процессов биосинтеза метана и биогазификации на примере разработки технологии производства витамина В12 методом термофильного метанового брожения
отходов (барды) ацетонобутилового производства. Эта технология была
внедрена на двух ацетонобутиловых заводах в г. Ефремове Тульской
области (1967 г.) и г. Грозном (1969 г.). Оба они производили в год
37 тыс. т растворителей (бутанол, ацетон, этанол), 21,6 млн м3 водорода,
15 млн м3 биогаза, до 1 т витамина В12.
Добавка витамина В12 повышает усвояемость растительных белков с увеличением живой массы на 29-30% у цыплят и поросят, среднесуточных привесов — на 32-44% и 100%-ное сохранение поросят
в подсосный период, сокращает затраты кормов на 1 кг привеса на
18-25%, уровень животных белков в полнорационных кормах для
птицы — на 30-50%, увеличивает яйценоскость на 10-26% при некоторой тенденции увеличения массы яиц.
Потребность отечественного свиноводства и птицеводства в витамине В12 составляет 1460 кг в год. К 2020 г. поголовье нужно увеличить как минимум в 2 раза и потребуется 2920 кг этого витамина,
т.е. перерабатывать до 7300 тыс. м3 барды в год.
Производство биогаза — это и решение социальных проблем на
селе. В соответствии с реализацией национальной Программы ускоренной газификации регионов России только 44% сельской местности будет иметь к концу 2010 г. централизованное снабжение природным газом. К этому времени цена на природный газ повысится в
6 раз и может достигнуть 500 долл. США за 1000 м3. Но нужно решать
эту проблему для остальных 56% сельских территорий. Сельское
население России согласно последней переписи составляет 39 млн
человек, 56% от которого составит 22 млн. Для обеспечения этого
131
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
количества сельского населения газообразным топливом (приготовление пищи, горячая вода, отопление) потребуется до 8 млрд м3 биогаза в год. Потенциальный объем ежегодно производимого биогаза
в России может составить 75 млрд м3, что эквивалентно 59 млн т
нефтяного эквивалента на 20 млрд евро.
Значимость развития биогазовой отрасли обусловлена следующими основными обстоятельствами:
• дефицит энергоресурсов в сельском хозяйстве в связи с их подорожанием и диспаритетом цен на аграрную и промышленную продукцию, увеличение доли энергетической составляющей в себестоимости сельхозпродукции, возросшая на 38% за последние пять лет
электроемкость сельского хозяйства, возрастание с каждым сезоном
затрат на топливо и энергию в себестоимости сельхозпродукции;
• наличие неиспользуемых сырьевых ресурсов (навоз, помет
птиц) для производства биогаза и перспективы его использования;
• негативное влияние отходов животноводства на экологическую
обстановку, под размещение навоза заняты тысячи гектаров сельхозугодий (только из навозохранилищ Омской области ежегодно в
атмосферу поступает примерно 400 тыс. т метана, сотни тонн аммиака, плотность бактерий вблизи навозохранилищ составляет 11,5 млн м3, идет загрязнение подземных вод);
• резкое сокращение количества применяемых удобрений.
Россия, сделав ставку на получение биотоплив, прежде всего
биогаза из многочисленных органических отходов АПК и ЛПК , а
также торфа, может стать одним из основных мировых производителей экологически чистой сельскохозяйственной продукции. Однако
развитие биогазовой отрасли не находит должной государственной
поддержки. Нет национальной программы поддержки строительства биогазовых установок, централизованных биогазовых заводов.
Вместе с тем на внутреннем рынке имеются модели малых биогазовых установок отечественного производства, предназначенные для
использования в личных подсобных и фермерских хозяйствах.
Необходимо установить нормативы, предусматривающие обязательное строительство биогазовых установок при возведении животноводческих комплексов и птицефабрик, использовать богатый
опыт Германии в этой области.
132
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Твердое биотопливо
Из всех видов биотоплив наибольшее распространение в настоящее время имеет твердое – пеллеты и брикеты. В 2008 г. уже действовало более 50 предприятий по производству топливных гранул общей мощностью, превышающей 600 тыс. т в год. Наиболее крупные
производители Стод (Тверская область) — 60 тыс. т, «Вологда биоэкспорт» — 48 тыс., «Saloti» и «Гринпауэр» в Ленинградской области,
«Росполитехлес» (Санкт-Петербург) и «Енисей Док» (Красноярский
край) — по 24 тыс. т в год каждый, «Пенно» (Тверская область) —
25 тыс. т и др. Основные производители топливных гранул расположены в Ленинградской, Костромской, Тверской, Псковской,
Новгородской, Московской, Владимирской областях и Пермском
крае. По одному предприятию имеется в Кировской, Свердловской.
Воронежской, Ростовской, Оренбургской, Иркутской областях,
Краснодарском и Красноярском краях и Республике Коми.
Производство гранул и брикетов в 2007 г. в Ленинградской области составило около 377 тыс. т. Ежегодное увеличение производства
топливных гранул говорит о росте данного сектора. По мнению экспертов, бурный рост производства топливных гранул и брикетов в
России обусловлен следующими причинами:
в отрасли накопился отрицательный и положительный опыт,
сформировалась информационная и логистическая инфраструктура,
за прошедшие годы о возможности переработки древесных и иных
отходов в биотопливо узнало множество людей;
с августа-сентября 2005 г. растут цены на биотопливо на европейском рынке; вкупе с экономией в масштабах производства и за счет
накопления технологического и коммерческого опыта это позволяет
обеспечить рентабельность биотопливных производств на уровне не
менее 15%, в результате производство биотоплива стало привлекательным с точки зрения российских инвесторов;
в производство биотоплива в России начал поступать зарубежный капитал в форме кредитов и прямых инвестиций; в условиях,
когда спрос на рынке превышает предложение в десятки раз, создание собственного производства является чуть ли не единственным
надежным способом обеспечить себе стабильные поставки топли133
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ва, в результате за пять-шесть лет только в производство топливных
гранул в России инвестировано не менее 150 млн евро, а объем капиталовложений нарастает.
Одной из главных проблем, затрудняющих развитие производства твердого биотоплива в России, является недостаточность развития транспортно-логистической инфраструктуры. Она существует
на уровне обеспечения биотопливных производств сырьем, вывоза и
доставки потребителям готовой продукции, а транспортные затраты
составляют до 50% и более в структуре цены биотоплива, доставленного потребителю. Сравнительно малая производительность заводов
ограничивает гибкость в снабжении сырьем и эффективность транспортировки произведенной продукции потребителям, большинство
из которых находятся в Западной Европе. Кроме того, в России нет
специализированных терминалов для обработки больших объемов
биотоплива навалом, в результате логистика обходится чрезвычайно дорого и снижает потенциальную рентабельность биотопливных
производств. Не хватает специализированной техники для обработки биотопливных грузопотоков внутри страны, а также опыта в этой
сфере.
За прошедшие годы рассматривалось много проектов, призванных решить эту проблему. Однако все они требуют значительных
капиталовложений, на которые пока никто еще не отважился по причине неопределенных и разноречивых прогнозов в отношении динамики экспортных и внутренних грузопотоков биотоплива. Немало
затруднений вызывает и отставание информационной инфраструктуры. Биотопливный рынок остается недостаточно прозрачным.
Потенциальные потребители биотоплива и инвесторы не осведомлены о своих возможностях в данной сфере, о преимуществах биоэнергетики. В отрасли не хватает квалифицированных кадров.
Самой главной проблемой биотопливной отрасли, затрудняющей
разрешение всех остальных, является полное отсутствие внутреннего рынка твердого биотоплива. Щепа и другие виды древесных отходов, топливные гранулы, брикеты и прочие виды биомассы могут
представлять собой высокоэффективное, экологически чистое, возобновляемое и экономичное топливо. К сожалению, в России традиционно недооценивался потенциал этого вида энергоносителей.
134
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Из-за дешевизны и кажущейся бесконечности ископаемого топлива
российские энергетики только в последние годы начали обращать
внимание на очевидные преимущества биотоплива, к которым относятся низкая стоимость топливной составляющей, независимость
от сетей, автономность, автоматизация (по сравнению с углем),
экологическая чистота, удобство в быту (по сравнению с углем,
дровами и т.д.), решение проблемы утилизации отходов биологического происхождения.
Никто не утверждает, что вся Россия должна в ближайшее время переключиться с традиционных энергоносителей на биотопливо.
Начинать эту работу следует только там, где она принесет ощутимую пользу в виде снижения себестоимости энергии, повышения
надежности теплоснабжения, уменьшения экологического ущерба
и т.д. Стоит, однако, обратить внимание на то, что многие котельные и ТЭЦ в России требуют срочной реконструкции из-за износа и
морального устаревания оборудования. По каждому такому объекту
следует проводить детальный анализ с целью определения вида топлива, которое следует использовать на нем в будущем. Во многих
случаях выбор будет сделан в пользу биотоплива. Дополнительным
фактором, способствующим такому выбору, стали подписание
Россией Киотского протокола и постепенное внедрение механизмов
торговли квотами на выбросы парниковых газов. Эти механизмы в
ближайшем будущем должны обеспечить дополнительный приток
финансирования в проекты перевода котельных и ТЭЦ на возобновляемые энергоносители.
К проблемам, сдерживающим развитие биотопливной энергетики, можно отнести и недостаточную общегосударственную
поддержку сельхозтоваропроизводителей сырья и биотоплива,
научного обеспечения новых технологических разработок, несовершенство существующей нормативно-правовой базы. В
частности, в действующих нормах, правилах, классификаторах
условия биотопливного производства как промышленного, так
и внутрихозяйственного не отражены. Требования к доставке
и применению компонентов производства, например, метанола ,усложнены и существенно затрудняют сельхозпредприятиям
его использование в небольших объемах.
135
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Существующая нормативно-правовая база производства биотоплива требует скорейшей доработки с учетом специфики и возможностей производства в России биотоплива различного состава и назначения (дизельные двигатели, котлы, теплогенераторы
и т.д.). При этом промышленное и внутрихозяйственное производство должно быть нормативно разделено.
Нормативно-правовая база для промышленного производства
с учетом тенденций интеграции нашей страны со странами ЕС,
вероятно, должна быть максимально приближена к международным стандартам. В то же время нормативно-правовая база для
условий сельхозпроизводства должна в максимальной степени
учитывать специфику отечественного сельского хозяйства. Для
ее разработки необходим практический опыт производства и использования биотоплива в сельском хозяйстве, который может
быть получен при создании пилотных объектов в различных регионах.
В части создания предпосылок для устойчивого развития
биоэнергетики необходимо законодательно решить вопрос приоритетного субсидированного кредитования мероприятий как по
производству биоэнергетических ресурсов, так и по строительству объектов для их переработки с последующим погашением
этих кредитов поставками в государственный или другие фонды
части произведенных семян рапса и рапсового масла или самого
биотоплива.
Целесообразно предусмотреть выпуск высококачественного
оборудования для получения продукции биоэнергетики на одном
из предприятий Российской Федерации, что позволит организовать ее производство по более дешевым ценам по сравнению
с производством на импортном оборудовании. Необходима государственная поддержка машиностроительных предприятий,
НИИ, МИС, разрабатывающих и испытывающих новые образцы
двигателей внутреннего сгорания, работающих на биотопливе.
Многие из перечисленных задач требуют пересмотра действующего законодательства, следовательно, без государственной
поддержки биоэнергетическая отрасль их решить не может.
136
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Мировой рост цен на продовольствие поставил под угрозу выполнение во многих странах программ развития производства биотоплива. Во-первых, биогорючее, произведенное из подорожавшего
пищевого сырья, становится более дорогим, несмотря на свои более
высокие экологические достоинства. Во-вторых, использование дефицитных плодородных земель под новые цели неизбежно породит
рост напряженности между благополучными государствами и теми,
которые балансируют на грани голода, а также внутри каждой из
этих стран, т.е. создается угроза продовольственной и социальной
безопасности. Анализ причин, вызывающих подорожание продовольствия в мире, показал, что биоэнергетика в определенной мере
повлияла на этот процесс. Многочисленные научные исследования
говорят об уменьшении парникового эффекта при применении биотоплива, его экологической чистоты. Определенная противоречивость отдельных исследований по этому вопросу требует дополнительных исследований и обоснований. Чтобы не создавать угрозу
продовольственной и экологической безопасности, в мире настойчиво проводится поиск альтернативных источников сырья и новейших
технологий производства биотоплива.
Альтернативным решением может стать производство биотоплива второго поколения — топлива, которое можно производить из
любой биомассы. В последние годы разработке этого топлива и новейших технологий его производства во многих странах уделяется
особое внимание. Больших успехов в этом направлении добились
транснациональные корпорации мира «Du Pont» и «British Petroleim»
(BP), приступающие к производству биобутанола, а также немецкая
компания «Choren Industries GmbH» совместно со своими акционерами «Royat Dutch/Shell», «Daimler Chrusier» и «Volkswagen», приступающие к производству синтетического жидкого биотоплива
BTL. Сырьем для биотоплива второго поколения могут стать щепа,
древесная стружка и опилки, брикеты из соломы и остатков зерновых культур, мискантус и энергетическая древесина. Для их распространения и хранения можно использовать существующую инфраструктуру.
137
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
По эксплуатационным и экологическим показателям биотопливо
второго поколения превосходит биотопливо первого поколения. При
переходе на него не требуется модификации современных двигателей. При нынешних ценах на нефть оно будет конкурентоспособно
по отношению к бензину и дизтопливу, получаемому из нефти.
В России работают над созданием новейших технологий и приступают к производству биобутанола. Федеральный индустриальнофинансовый союз по реализации президентских программ, ФГУП
«Институт горючих ископаемых», ЗАО «Компомаш-ТЭК» и ФГУП
«Красноярский машиностроительный завод» предлагают прорывную энергосберегающую экологически безопасную технологию и
оборудование для получению биоэтанола и биобутанола из любого
растительного сырья и его отходов с использованием специального
виброимпульсного параболического измельчителя, а также технологию комплексной переработки торфа с использоанием роторнопульсационного виброимпульсного кавитационного измельчителя с
получением биоэтанола, биобутанола и много других необходимых
для народного хозяйства продуктов. Интересны разработки ВИЭСХа
по получению биодизеля и биоэтанола из микроводорослей.
Россия обладает большими возможностями для развития биоэнергетики. Имеющийся ресурсный потенциал воспроизводства биомассы формирует значительный резерв в сельском и лесном хозяйстве.
Появились первые заводы по производству жидкого и твердого топлива, развитие биоэнергетики в России не будет противостоять продовольственной и экологической безопасности. Однако без государственной поддержки биоэнергетическая отрасль не сможет развиваться. Требуется пересмотр законодательной и нормативной базы.
Со второй половины 2007 г. положение дел по рассматриваемым
вопросам стало меняться к лучшему. Руководство страны заявило
о необходимости развития возобновляемой энергетики и сохранения окружающей среды. На совещании в Кремле у Президента
Д. Медведева 3 июня 2008 г. рассматривались проблемы улучшения
экологии путем реализации мер нормативного характера, технических регламентов с внедрением энергосберегающих технологий,
мер, стимулирующих переход бизнеса на энергосберегающие технологии, включая возобновляемую энергетику и вопросы экологиче138
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ского образования. На совещании шла речь и об энергии будущего.
Президент уверен, что государство должно поддерживать создание
компаний, которые возьмутся за реализацию проектов в сфере возобновляемой энергетики, экологической и энергоэффективности.
Подсобные предприятия будут работать на принципах частногосударственного партнерства и получат государственную поддержку. Д. Медведев заверил, что на эти цели будут заложены деньги в
бюджет 2009-2011 гг. Можно сказать, что биоэнергетике не грозит
забвение, она будет развиваться на новейших достижениях науки и
техники и обеспечивать экономическое развитие, экологическую и
продовольственную безопасность в мире.
Литература
1. Аблаев, А.Р. Биотопливо и биоэнергетика в России и в мире (/Докл.на третьем
Междунар. конгрессе «Биодизель-2008» 26-27 нояб. 2008 г. — М. — 2008. — 19 с.
2. Акильева, О., Дашковский И. Россияне не останутся голодными //
Крестьянские вед. — 2008. — № 43. — С. 4.
3. Америку можно освещать навозом // Сельская жизнь. — 2008. — № 92.
4. Биоэнергетика вызывает споры. Экономический комментарий // Экон. сельск.
хоз-ва России. — 2008. — № 10. — С. 72-81.
5. Безруких, П. Возобновляемая энергетика; сегодня — реальность, завтра —
необходимость. — М.: ООО «Лесная страна», 2007. — 119 с.
6. Блохин, Я. Выбор катализатора для производства биодизеля // Докл.на Третьем
Междунар. конгрессе «Биодизель-2008», 26-27 нояб. 2008. — М. — 2008. — 7 с.
7. Булаткин, Г.А. Оценка эффективности производства нетрадиционных энергоносителей из растительного сырья // Докл. на Третьем Междунар. конгрессе
«Биодизель-2008», 26-27 нояб. 2008. — М. — 2008. — 7 с.
8. Булатов, Д.С. Экспорт продукции российского АПК в условиях мирового продовольственного и финансового кризиса//Пищевая пром-ть. — 2008. — № 12. — С. 30-31.
9. Василов, Р. Г. Биоэнергетика как основа устойчивого развития регионов
России//Докл. на Третьем Междунар. конгрессе «Биодизель-2008», 26-27 нояб.
2008. — М. — 2008. — 9 с.
10. Гордеев, А.В. Выступление на Междунар. конф. «Всемирная продовольственная безопасность и глобальные вызовы в свете изменения климата и развития
биоэнергетики»//Информ. бюлл.Минсельхоза России. — 2008. — № 5-6. — С. 36-37.
139
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11. Жидкое биотопливо // http://www.pellets.ru/
12. Зеленое тополиво губит моторы // http://www.ng.ru.
13. Зяйкина, Н.Н. Выгодное производство биодизеля: новые технологические подходы//Докл. на 3-м Междунар. конгрессе «Биодизель-2008», 26-27 нояб.
2008. — М. — 2008. — 10 с.
14. Иванов, В. Биотопливо займет свой сектор, но он должен быть точно рассчитан//Промышленник России. Спец. вып. — 2008. — Сент. — 43 с.
15. Ива энергетическая против рапса обыкновенного // Сельск. механизатор. —
2008. — № 12. — С. 36-37.
16. Информационный меморандум об итогах Междунар. конф. «Проблемы обеспечения продовольственной безопасности: национальный и международный аспекты» // Пищевая пром-ть — 2008. — № 12. — С. 11.
17. Карпов, С.А. Экологические аспекты применения биоэтанола в автомобильных топливах//Мир нефтепродуктов. Вестн. нефтяных компаний. — 2005. —
№ 8. — С. 33-35.
18. Киселев, С.В. Обеспечение продовольственной безопасности в условиях
продовольственного кризиса//Пищевая пром-ть — 2008. — № 12.
19. Кирюшин, П. Биоэтанол в России: возможности решения национальных
стратегических задач. — С.-П.: Междунар. биоэнергетика. — 2008. — № 1. —
С. 20-22.
20. Климанов, А. Использование углеродистых кредитов для финансирования
проектов утилизации биогаза //Докл. на Междунар. конгрессе «Биогаз-2008», 2627 нояб. 2008. — М. — 2008. — 8 с.
21. Корбут, А. Нужно думать о биотопливе второго поколения//Промышленник
России. Спец. вып. — 2008. — Сент. — С. 44-45.
22. Кучерук, П.П., Матвеев, Ю.Б. Технологии совместного анаэробного сбраживания отходов животноводства и растительности//Докл.на Междунар. конгрессе
«Биогаз-2008», 26-27 нояб. 2008. — М. — 2008. — 10 с.
23. Льюнблум, Л., Ракитова, О., Овсянко, А. Производство гранул: итоги
2008 года//Междунар. биоэнергетика. — 2009. — № 1. — С. 2-3.
24. Лычев, А.П. О продовольственной безопасности и производстве биотоплива в России (/http://www.abop.ru.
25. Магомедов, А-Н. Д., Таран, В.В., Ишмуратов, А.М. Рост производства
биотоплива и его влияние на мировой продовольственный рынок//Эконом. с.-х. и
перераб. предприятий. — 2008. — № 8. — С. 63-66.
26. Моргунов, И. Г. Глицеринсодержащие отходы производства биодизеля — новый
140
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
субстрат для микробиологического получения лимонной кислоты//Докл. на Третьем
Междунар. конгрессе «Биодизель-2008», 26-27 нояб. 2008. — М. — 2008. — 9 с.
27. Морозов, В.А. Дизельное топливо из древесных отходов — малотоннажная
технология для России (Докл. на Третьем Междунар. конгрессе «Биодизель-2008»,
26-27 нояб. 2008. — М. — 2008. — 3 с.
28. Немецкая компания построит биодизельный завод нового поколения // (/http://auto.fmam.ru.
29. Немецкая «Choren» завершила строительство первой в мире установки по
производству топлива из биомассы // http://www.tbu.com.ya.
30. Новая энергия. Биотопливо второго поколения (/http://www.softenergy.ru.
31. Никитин, В.П., Ильин, К. Г. Создание континентальной биогазовой энергетики на основе биогазовых провинций регионов//Докл. на Третьем Междунар.
конгрессе «Биодизель-2008», 26-27 нояб. 2008. — М. — 2008. — 4 с.
32. Оболенцев, И. Перспективы развития в России рынков биотоплива: за и
против//Промышленник России. Спец. вып. — 2008. — Сент. — С. 27-27.
33. Орсик, Л.С., Сорокин, Н.Т., Федоренко, В.Ф., Буклагин, Д.С., Мишуров,
Н.П., Тихонравов, В.С. Биоэнергетика: мировой опыт и прогнозы развития. — М.:
ФГНУ «Росинформагротех», 2-е изд., 2008. — 404 с.
34. Панцхава, Е.С., Шипилов, М.М., Ковалев, Н.Д. Биогаз — наиболее эффективный и универсальный вид топлива для российского агропромышленного
комплекса//Докл. на семинаре «Альтернативные моторные топлива» 25 апр. —
2008. — М. — 2008. — 45 с.
35. Панцхава, Е.С. Биогазовые технологии и оборудование в России. Состояние
и перспективы//Докл. на Междунар. конгрессе «Биогаз-2008», 26-27 нояб. 2008. —
М. — 2008. — 28 с.
36. Передерий, С. Отрасль древесной гранулы отходит от шока
2007 года//Междунар. биоэнергетика — 2009. — № 1. — С. 6-9.
37. Петрыкин, А. О законодательных предпосылках производства топливного
этанола в России//Промышленник России. Спец. вып. — 2008. — Сент. — С. 38-39.
38. Пиялкин, В.Н., Прокофьев, С.А., Ширшиков, В.И. Термохимический метод
получения жидкого топлива из древесного сырья: перспективы и проблемы//Докл. на
Третьем Междунар. конгрессе «Биодизель-2008», 26-27 нояб. 2008.— М.— 2008.—12 с.
39. Ракитова, О. Балканы делают вызов России//Междунар. биоэнергетика. —
2009. — № 1. — С. 4.
40. Рейнгарт, Э., Кочнев, Н., Пономарев, А. Топинамбур: выращивание, уборка, получение биоэтанола//Сельск. механизатор — 2008. — № 12. — С. 38-39.
141
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
41. Ринчпфейль, М., Герхардт, М. Биометан как компонент климатсохраняющих энергетических миксов будующего//Докл. Третьем Междунар. конгрессе
«Биодизель-2008», 26-27 нояб. 2008. — М. — 2008. — 10 с.
42. Савельев, Г.С., Кочетков, М.Н. Современные возможности обеспечения
энергоавтономности сельскохозяйственных предприятий при использовании рапсового масла в качестве топлива в дизельных двигателях//Докл. на Третьем Междунар.
конгрессе «Биодизель-2008», 26-27 нояб. 2008. — М. — 2008. — 5 с.
43. Семенов, В. Г. Экологически чистое биодизельное топливо из масел и
жиров//Докл. на Третьем Междунар. конгрессе «Биодизель-2008», 26-27 нояб.
2008. — М. — 2008. — 12 с.
44. Семенов, В. Г. Оценка влияния физико-химических показателей биодизельного топлива на параметры дизеля и его эколого-эксплуатационные характеристики//
Междунар. биоэнергетика — 2008. — № 8. — СПб. — 18-19 с.
45. Сердечнов, А. Топливо из отходов//РБК daily. — 2009. — 29 янв.
46. Слипченко, П.П. АС: революция в биоэнергетике и не только//Биоэнергетика — 2008. — № 3. — С. 48-49.
47. Сорокин, Н.Т. Перспективы развития биоэнергетики на основе производства биотоплива второго поколения // Докл. на Третьем Междунар. конгрессе
«Биодизель-2008», 26-27 нояб. 2008. — М. — 2008. — 4 с.
48. Сорокин, Н.Т. Состояние и перспективы развития биоэнергетики в АПК
России//Промышленник России. Спец. вып. — 2008. — Сент. — С. 40-42.
49. Тарасов, В. Технологические и экономические перспективы и нормативноправовое обеспечение производства и реализации российского биотоплива//
Промышленник России. Спец. выпуск — 2008. — Сент. — С. 28-37.
50. Ульссон, У. Шведские гранулы PELLETS 09//Междунар. биоэнергетика —
2009. — № 1. — С. 5.
51. Ушачев, И. Г. Обеспечение продовольственной безопасности России: проблемы и пути решения//Пищевая пром-ть — 2008. — № 12-15.
52. Формула «волшебного» топлива»/http://www.zsppenergy.ru.
53. Худяков, Н. Удорожание еды надолго//Крестьян. ведомости — 2008. —
№ 38. — С. 11.
54. Чернова, Н.И. Ресурсные и экологические проблемы энергетического использования биомассы (Докл. на Третьем Междунар. конгрессе «Биодизель-2008»,
26-27 нояб. 2008. — М. — 2008. — 12 с.
55. Широкова, Т. BTL придет в 2009 году//Междунар. биоэнергетика. —
2008. — № 1. — С. 24-25.
142
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
56. Штерн, Т. Развитие биогазовой энергетики в Скандинавии//Докл. на Третьем
Междунар. конгрессе «Биодизель-2008», 26-27 нояб. 2008. — М. — 2008. — 19 с.
57. Якимушкин, А.В. Международная конференция «Всемирная продовольственная безопасность и глобальные вызовы в свете изменения климата и развития биоэнергетики»//Информ. бюл. Минсельхоза России — 2008. —
№ 5-6. — С. 35.
58. Ярошенко, А.Ю. Плюсы и минусы использования древесины как топлива в
современных условиях//Биоэнергетика. — 2008. — № 3. — С. 24-25.
59. Ярунин, С. Реализация биотехнологических проектов на основе частногосударственного партнерства//Докл. на Третьем Междунар. конгрессе «Биодизель2008», 26-27 нояб. 2008. — М. — 2008. — 9 с.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................................... 3
1. АНАЛИЗ ПРИЧИН, ВЫЗВАВШИХ РЕЗКОЕ ПОДОРОЖАНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЯ В МИРЕ ........................................................................ 5
2. БИОЭНЕРГЕТИКА И ЭКОЛОГИЯ .......................................................... 20
3. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ БИОЭНЕРГЕТИКИ
В МИРЕ ........................................................................................................... 40
3.1.Биоэтанол ............................................................................................. 44
3.2.Биобутанол ........................................................................................... 60
3.3.Биодизельное топливо ........................................................................ 62
3.4.Биогаз ................................................................................................... 93
3.5.Твердое биотопливо .......................................................................... 106
4. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ БИОЭНЕРГЕТИКИ
В РОССИИ..................................................................................................... 120
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................. 137
ЛИТЕРАТУРА ................................................................................................ 139
143
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ
Главный редактор — чл.-корр. Россельхозакадемии,
д-р техн. наук, проф. В.Ф. Федоренко
Заместители главного редактора:
д-р техн. наук, проф. Д.С. Буклагин, д-р с.-х. наук, проф. М.С. Бунин
Члены редколлегии:
д-р техн. наук, проф. И.Г. Голубев;
акад. Россельхозакадемии, д-р техн. наук, проф. М.Н. Ерохин;
д-р техн. наук А.Ю. Измайлов; акад. Россельхозакадемии, д-р техн. наук,
проф. Н.В. Краснощеков; акад. Россельхозакадемии, д-р техн. наук, проф.
Ю.Ф. Лачуга;
акад. Россельхозакадемии, д-р экон. наук, проф. Н.М. Морозов;
акад. Россельхозакадемии, д-р техн. наук, проф. В.Д. Попов;
акад. Россельхозакадемии, д-р техн. наук, проф. Д.С. Стребков;
акад. Россельхозакадемии, д-р техн. наук, проф. В.А. Сысуев;
акад. Россельхозакадемии, д-р техн. наук, проф. В.И. Черноиванов;
О.И. Черенкова
РАЗВИТИЕ БИОЭНЕРГЕТИКИ, ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ
И ПРОДОВОЛЬСТВЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
Научное издание
Редакторы В.В. Ананьева, В.И. Сидорова
Художественный редактор Л.А. Жукова
Обложка художника П.В. Жукова
Компьютерная верстка А.Г. Шалгинских, Е.Я. Заграй
Корректоры: Н.А. Буцко, З.Ф. Федорова
fgnu@rosinformagrotech.ru
_______________________________________________________________________________
Подписано в печать 21.04.09 Формат 60х84/16
Печать офсетная
Бумага офсетная
Гарнитура шрифта «Times New Roman»
Печ. л. 9,0 Тираж 500 экз.
Изд. заказ 54
Тип. заказ 70
________________________________________________________________________________
Отпечатано в типографии ФГНУ “Росинформагротех”,
141261, пос. Правдинский Московской обл., ул. Лесная, 60
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа