CC BY
206
УДК662.71;662.74-76;662.63
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СЫРЬЯ И РАЗВИТИЕ БИОТОПЛИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
А.Г. Варехов1
Санкт-Петербургский государственный экономический университет (СПбГЭУ),
191023, Санкт-Петербург, ул. Садовая, 21
В статье рассмотрен и проанализирован мировой опыт технологической диверсификации в сфере производства энергии. Показано, что такие классические технологии, как деструктивная гидрогенизация углей и газификация углей, имеющие длинную историю и в значительной мере утраченные в связи с нефтепереработкой и разработкой газовых месторождений, возрождаются на новой технологической основе. Проанализированы технологические приемы получения жидких топлив из биомассы различного происхождения. Приведены технологические схемы производства биотоплив трех поколений, использующие в качестве источника углерода природный растительный материал, отходы различных производств, а также биомассу водных организмов. Произведены многочисленные оценки объемов производства и стоимости синтетических топлив (диметиловый эфир, биодиметиловый эфир, биодизель, бензин и другие). Сформулированы условия для развития биотопливных технологий.
Ключевые слова: деструктивная гидрогенизация углей, газификация углей, биотопливные технологии, биотопливо, биодизель, биодиметиловый эфир.
USE OF RENEWABLE POWER RAW MATERIALS AND DEVELOPMENT OF BIOFUEL TECHNOLOGIES
AG.Varekhov
St. Petersburg state economical university (SPbSEU), 191023, St. Petersburg, Sadovaya str., 21
There is considered and analysed world experience of technological diversification in the energy production sphere in the article. It is shown that classical technologies such as the destructive hydrogenation of coals and gasification of the coals that have a long history and have considerably lost in connection with oil processing and development of gas fields revive on a new technological basis. Some processing methods of receiving liquid fuels from biomass of various origin are analysed. The technological schemes of production of biofiiels of three generations using a natural plant material, a waste of various productions, and a biomass of water organisms as a carbon source are provided. There are made numerous estimates of outputs and costs of the synthetic fuels (dimethyl ether, biodimethyl ether, the biodiesel, gasoline and others). The conditions for development of biofiiel technologies are formulated.
Keywords: destructive hydrogenation of coals, gasification of coals, biofiiel technologies, biofiiel, biodiesel, biodimethyl ether.
Технологическая диверсификация в сферах производства энергии, добычи и использования традиционного энергетического сырья, а также изыскание новых его источников происходит во всем мире с огромной скоростью. Разные страны по-разному решают свои энергетические проблемы. Швеция, например, намерена к 2020-му году полностью отказаться от использования ископаемого углеводородного топлива в пользу биотоплива и использования энергии возобновляемых источников. Япония и Германия после Фукусимы намерены частично или полностью отказаться от ядерной энергетики. Замещение угля природным газом или так называемая «декарбонизация» китайской экономики могла бы серьезно улучшить экологическую обстановку во всем
Варехов Алексей Григорович—кандидат технических наук, доцент кафедры "Экономика природопользования и сервис экосистем" СПбГУСЭ, моб. +7 911 276 55 00, e-mail: [email protected]
мире. Доля газа в китайской экономике составляла к 2010-му году только 4%, а к 2020-му году по прогнозам достигнет 10%. Угольный рынок Китая в 7 раз превышает размеры мирового рынка сжиженного природного газа (СПГ), равного в настоящее время 300 млн. тонн ежегодно.
РФ, как хорошо известно, является крупнейшим мировым поставщиком энергетических ресурсов. Доля газа в российской экономике составляет около 50%, а доходы государства от продажи нефти и газа в 2013-м году составили 220 млрд. долл., но именно это рассматривается сегодня как одна из центральных проблем, замедляющих технологическое развитие страны.
Академик С.С.Намегкин говорил, что «нефтехимия - это искусство делать из нефти продукты высшей химической ценности». Академик Н.А. Платэ, многолетний директор Института нефтехимического синтеза (ИНХС) им. А.В.Топчиева, постоянно высказывался в том смысле, что для России, имеющей богатейший химический опыт, унизительно и непозволительно торговать сырой нефтью.
Опыт последних десятилетий показывает, что развитие даже дорогих и кажущихся убыточными технологий может стать вполне рентабельным. Например, технологии ОТЪ (ХЗа8-1о-1^ш(1) получения жидких топливных углеводородов из природного газа могут быть приемлемыми несмотря на дорогое производство, поскольку доставка полученного таким способом продукта на большие расстояния обходится дешево. Получать из сжиженного газа бензиновые, дизельные или газойлевые фракции, аналогичные нефтяным, обходится дорого, однако это производство развито в Катаре с его огромными газовыми запасами и очень низкой себестоимостью добычи газа. В Швеции считают (концерн Беата), что этанол - наиболее экономичное топливо для общественного транспорта и мусороуборочных автомобилей. Поэтому, несмотря на технологические трудности, например, проблемы очистки, производство биотоплив быстро развивается. Объем мирового рынка биотоплива к 2012-му году составил 95,2 млрд. долл., а уровень производства в Евросоюзе составил (в нефтяном эквиваленте) примерно 10 млн. тонн.
Основными потребителями энергии являются промышленное производство, транспорт и теплоснабжение, в том числе и в особенности, коммунальное теплоснабжение северных стран, таких как Россия. Развитие топливных производств включает в себя три технологических направления, активно развиваемые в настоящее время: 1) деструктивная гидрогенизация твердых полезных ископаемых, 2) газификация твердых полезных ископаемых и разработка газогенераторных установок, 3) производство биотоплив. Первые два из них продолжают развитие относительно старых технологий, вытесненных, в значительной мере, сжиганием ископаемых топлив при минимуме технологического разнообразия. Последнее направление основано, во-первых, на принципе всесторонней экономии природных ресурсов и, во-вторых, на экологических концепциях.
1. Процесс деструктивной гидрогенизации углей равносилен процессу ожижения углей. На самом деле смысл процесса заключается в сочетании термического крекинга углеводородов с гидрогенизацией с целью получения жидкого топлива (бензинов). Технологии получения жидкого топлива из углей возникли уже к началу 20-го столетия, когда стало ясно, что
объемы нефтедобычи недостаточны для одновременного удовлетворения потребностей промышленного органического синтеза и топливных потребностей. История деструктивной гидрогенизации углей начинается с 1913 г., когда Ф. Бергиус в Германии предложил промышленный способ получения жидкого углеводородного топлива из углей. Известно 0 10, что соотношение «водород - углерод» в единицах (массовых процентах) 100г водорода на 1г углерода, обозначаемое как 100 Н/С, для бензинов состава С5 — Сц равно 17-18; для сапропелитовых углей, отличающихся высоким содержанием водорода, - 9-12; для каменных и бурых углей - 5-9; для тощих каменных углей 5-6, а для нефти 14-15. Таким образом, ясно, что для получения бензина из каменных или бурых углей необходима добавка 9-13% водорода. Процесс присоединения водорода протекает по свободнорадикальному механизму, сопровождающемуся ростом длины углеводородной цепи, при температуре 450-470°С , то есть существенно ниже температуры коксования и даже ниже температуры полукоксования, давлении 20-7ОМПа и в присутствии катализатора (сульфат или оксид железа) в силу высокой энергии связи в молекуле водорода (432 кДж/молъ). При этом энергия связи С — С (298кДж/молъ) меньше. Процесс включал также такие трудоемкие операции, как тонкое измельчение угля, а затем, в ранних вариантах технологии, растворение его в бензоле или смешивание с тяжелым антраценовым маслом, являющимся доноров водорода, а в более поздних вариантах - растворение в нафтенаромати-ческих углеводородах (комбинациях нафтеновых и ароматических колец), также являющихся одновременно донорами водорода.
Способ Бергиуса до сих пор считается одним из лучших для получения бензинов из угля и просуществовал в ФРГ до 50-х годов, но далее не выдержал конкуренции с более технологичной нефтепереработкой. Кроме того, его эффективность очень сильно зависит от применяемого катализатора.
Параллельно во всем мире развивался и хорошо известный процесс Фишера-Тропша 02121 получения жидкого углеводородного топлива путем газификации твердых топлив с получением синтез-газа (СО — Н2) и последующим синтезом жидких углеводородов (—СН2 —)п . Ф. Фишер и Г. Тропш из компании Яикгскетге запатентовали способ в 1926 г. Известно, например, что бензин, произведенный по технологии Фишера-Тропша, использовался для развития наступательных действий германских армий в Великой Отечественной войне. С 1938г. по март 1945г. на 44-х немецких заводах, а также в Японии и во Франции, было произведено 21,5 млн. тонн так называемого эрзац-бензина. Процесс производился на катализаторе состава Со — 771 — Мд, а выход бензина и
дизеля составлял соответственно 46% и 23%. Типичный состав продукта процесса Фишера-Тропша на современном предприятии (компания Ке11о§- 8упЙю1) с катализатором на основе железа включает в себя 33,4% бензиновых фракций состава С5 — Сц и 5,1% дизельного топлива состава С12 — С2 о. Остальное - низшие углеводороды и кислород - содержащие продукты (спирты, эфиры и их смеси). Процесс протекает при относительно низкой температуре (320-330°С), низком давлении (2,2 МПа) и при высоком значении мольного отношения в синтез-газе Н2 • СО (3:1). На сегодня в Южной Африке 4 завода производят 24 млн. литров ежедневно синтетического бензина на основе процесса Фишера-Тропша с выходом бензина около 200г в расчете на 1 куб. метр синтез-газа. Отметим также, что в 2007-м году в Пекинском университете был осуществлен процесс Фише-ра-Тропша в водной среде с коллоидным катализатором на основе рутениевых нанокластеров, стабилизируемым водорастворимым полимером (поливинилфенол) 03 0. При температуре в водном реакторе 150°С активность катализатора была в 35 раз выше, чем активность катализатора, нанесенного на поверхность. Этот процесс был безупречен с экологической точки зрения, поскольку все отходы процесса, включая катализатор, оставались в водном реакторе.
2. Другим активно развивавшимся технологическим процессом была газификация твердых топлив (углей). В Советском Союзе были хорошо изучены процессы получения синтез-газа, генераторного газа, коксового и доменного газов, а также разработаны принципы конструирования газогенераторов. В 50-х годах газогенераторный газ использовался как котельное и печное топливо, а также и для получения аммиака, метанола и синтетического жидкого топлива, но был вытеснен разработкой газовых месторождений. Газификация углей и разработка газогенераторных установок потеряли свое значение и сохранялись только на сланцедобывающих предприятиях и частично с целью производства метанола. Интерес к газификации твердых полезных ископаемых стал актуальным для некоторых районов Восточной Сибири, далеких от газовых месторождений, но имеющих достаточно угля.
Все методы газификации сводятся к протеканию эндотермических реакций восстановления С02иН20 за счет тепла сгорания части первичного топлива (угля). В газогенераторах на воздушном дутье восстановление С02иН20 не превышает 35-40%. Для более глубокого протекания восстановительных реакций требуются очень высокие температуры (до 2000°С). Однако при воздушном дутье восстановительная зона газогенератора обогащается азотом. Например, при газификации антрацита на паровоздушном дутье выход полезно-
го продукта (СО + Н2) составляет 41%, а выход азота составляет 52,6%. В более поздних установках на парокислородном дутье выход конечных продуктов и, в частности, азота сильно отличался: СО — 64%; Н2 — 29%; N2 — 1% . В наиболее совершенной скоростной и полностью безотходной высокотемпературной технологии Koppers-Totzek 040 благодаря высокой степени измельчения угля (размер зерен менее 0,1 мм) выходным продуктом, кроме жидкой золы, являются только газовые составляющие. Производительность реактора объемом 28 куб. метров по сухому газу составляет 50000 куб. метров в час при расходе угля 560-660 кг на 1000 куб. метров газа. Содержание смеси СО + Н2 составляет по объему 80-95%. Температура процесса - 1300-1700°С. Использование далее процесса Фишера-Тропша позволяет получать жидкое топливо.
Если газификация углей позволяет получить сначала весь спектр топливных газов, а затем и жидкое углеводородное топливо, то при использовании газообразного исходного продукта (природного газа) помимо прямого сжигания газа появляется большое разнообразие путей для получения разнообразных топлив. Отметим еще раз, что деструктивная гидрогенизация и газификация углей требуют предварительного ожижения твердого вещества угля путем растворения или приготовления коллоидных взвесей в органических маслах. Отметим также, что протекание эндотермических реакций при газификации происходит за счет теплоты сгорания части исходного топливного материала, то есть тепловых потерь. Хотя эти потери, являясь неотъемлемой частью процесса, частично рекуперируют, то есть используются в эндотермических восстановительных процессах, в общем энергетическом балансе они означают затраты энергии.
Развитию газовых технологий в направлении GTL (Gas-to-Liquid) препятствуют высокие цены на нефть. Так называемая «привязка» к нефти не позволяет снижаться ценам на газ. В основе американского ценового индекса (Hub) лежит линейная зависимость стоимости единицы тепловой энергии (1млн.ВТи, то есть
0,238Гкал или 1 Гкал=4,2млн.ВТЦ) от рыночной стоимости 1 барреля нефти. Эта зависимость немного отклоняется от линейного закона (в сторону уменьшения стоимости тепла) при стоимости барреля нефти ниже 20-25 долл. (поддержка производителя) или выше 75-80 долл. (поддержка потребителя). В соответствии с американским индексом 1 млн. BTU оценивается в 4-5 долл. за 1млн. BTU. С другой стороны, азиатский (японский) индекс JCC соответствует стоимости 1 млн. BTU, равной 15-17 долл. Пока цена нефти продолжает оставаться неизменной, а цена СПГ (сжиженного природного газа) в силу «привязки» не будет падать даже при быстром росте предложений по по-
ставкам СПГ. Кроме того, слишком велика разница в ценовых индексах. Это сдерживает развитие ОТЪ- технологий, поскольку сжижать газ и продавать СПГ выгоднее, чем делать из него бензин или дизель на дорогих предприятиях, работающих по этим технологиям. Производство газового бензина, как уже отмечалось выше, имеет место в Катаре исключительно благодаря предельно низкой себестоимости добычи газа. Точно так же низкая внутренняя цена газа в США (4 долл. против 15-17 долл. так называемой азиатской цены) стимулирует развитие технологических цепочек. Это относится к технологиям (например, синтез метанола), связанным с процессом Фишера-Тропша: паровая конверсия метана (СЯ4 + Н20 = СО + 3Н2); парциальное окисление метана кислородом (2СЯ4 + 02 = 2 СО + 4 Н2); конверсия водяного пара (СО + Н20 = С02 + Н2); синтез метанола (2Н2 + СО = СН3ОН) и других. Еще далее, многие фирмы (например, МоЫ1, США) развивают технологию получения диметилового эфира путем дегидратации метанола (2СН3ОН = Н3С - О - СН3 + Н2О) на цеолитном катализаторе 28М-5, содержащем добавки вольфрама и молибдена. Еще один процесс дегидратации на том же катализаторе позволяет получить бензин с 80%-м весовым содержанием пентана. Получение бензина из метанола (процесс МоЫ1), то есть конверсия метанола или диметилового эфира в смесь углеводородов, идентичных высокооктановым компонентам автомобильного бензина, начало развиваться с 1975г.
Для азиатской цены 15 долл. за вычетом расходов на газификацию, транспортировку и ожижение стоимость 1 млн. ВТи оказывается равной примерно 9,5 долл., что делает крупномасштабное применение этих технологий невыгодным. Отметим, что в России отсутствует промышленное производство диметилового эфира из синтез-газа 05121.
Диметиловый эфир (Н3С — О — СН3) представляет собой экологически чистое альтернативное дизельное топливо с теплотой сгорания 30МДж • кг-1 (для нефтяной дизельной фракции - А2МДж • кг-1), цетановым числом, равным 55 (для нефтяного дизеля—38 -н 53) и отсутствием серы и окислов азота в выхлопных газах. Ожижение диметилового эфира требует давления выше 5 бар, что радикально снижает стоимость его транспортировки. Мировое производство ДМЭ около 5млн. тонн в год сосредоточено, в основном, в Китае и основано на использовании углей. Китай намерен к 2020-му году увеличить производство ДМЭ, основанное на углях, до 20млн. тонн.
Химический реактор сжатия (ХРС) разработки Института нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева представляет собой модернизированный дизельный ДВС с высокой степенью сжатия (73 против стандартного значения
28) и предназначен для конверсии углеводородных газов (включая шахтный метан, попутные нефтяные газы и другие источники) в метанол, диметиловый эфир и высокооктановый бензин 060. Прототипом разработки послужил газовый 8-цилиндровый V-образный двигатель мощностью 300 л.с. фирмы «Ingersoll Rand», работающий на богатой смеси газа коксовых производств с обогащенным кислородом воздухом.
3. Получение синтетических топлив из биомассы (совокупность технологий BTL, Bio-mass-to-Liquid) началось сравнительно давно, а за два последних десятилетия имело насыщенную и плодотворную историю. Ферментативный метод 070 получения бутанола (вместе с ацетоном и этанолом) из кукурузной патоки с использованием Clostridia acetobutylicum известен с 1916г., однако с начала 50-х годов получение бутанола из нефти стало более дешевым, чем его производство из сахара. Последующее применение процесса Фишера-Тропша показало возможность создавать метанол, а затем и смесь топливных углеводородов, из любого биоорганического материала.
Обычно выделяются 080 три поколения биотоплив и три технологических направления, которые развиваются параллельно. В первом поколении (G-l) источником углерода были сахара, липиды, крахмал, полученные из натурального растительного материала (кукуруза, рапс, подсолнух, соя и другие), используемого в различных пищевых производствах без ущерба для пищевых потребностей. Типичные химические продукты переработки - метиловые эфиры жирных кислот (FAME). Во втором поколении (G2) как источники углерода использовались целлюлоза, лигнин, пектин из отходов сельскохозяйственных производств, лесопереработки, лигноцеллюлозное сырье (пшеничная солома, трава). Для третьего поколения (G3) характерны морской фитопланктон, водоросли, вся совокупность водных автотрофов, но не гетеротрофные организмы, нуждающиеся для производства биотоплив в сахарах или целлюлозе. Для сравнения целесообразно отметить, что с площади в 1 гектар, засеянной соей, можно получить около 80 литров биотоплива в год; при засеве рапсом, характерным, в частности, для России, - 230 литров; для водорослей, культивируемых в мелководных открытых прудах, - примерно 16 тыс. литров или 15 тонн биотоплива с гектара в год. Такие популярные разновидности, как Chlorella или Scenedesmus содержат, соответственно, 30% и 45% масла по сухому весу. Основное направление развития состоит в увеличении содержания в водорослях масел (жирных кислот). Эта работа связана, прежде всего, с поисками штаммов водорослей с наибольшим содержанием масла, которое может доходить до 70% по сухому весу 090.
К 2009-му году производство биотоплива всех видов в Европейском Союзе составило 9,046 млн. тонн ежегодно, причем в Германии этот уровень был равен 2,54 млн. тонн, а в Швеции (совместно с Данией) - 0,24 млн. тонн. В расчете на душу населения стран эти значения вполне сопоставимы.
Развитие освоения новых топливных технологий в направлении использования биомассы удобно проследить на примере, вероятно, самой продвинутой в этом отношении Швеции. Исходным пунктом развития биотоплив-ных технологий, помимо энергетической выгоды, были начавшиеся изменения климата, связанные с сжиганием ископаемого топлива, и деградация окружающей среды. Этот пример может стать существенным и для Северо-Запада РФ, включая Санкт-Петербург. Уже к 1999г. в Швеции кроме стандартного состава энергетических источников (35%- ядерная энергия, 32% - нефть; 4% -уголь и 11%- гидроэнергия) 14% в общем энергетическом балансе приходилось на биотопливо 010(21. Однако уже к 2002г. энергетический эффект биомассы составлял 86 ТВт • ч (примерно 70млн. Гкал), что соответствовало росту, по отношению к 1999-му году, на 44%. Если оценить годовую потребность в отоплении на одного человека в год в 5-6 Г кал (примерно соответствует Санкт-Петербургу, с учетом больших тепловых потерь), то энергии биотоплива оказывается достаточно для отопления всего населения страны. Источники тепловой энергии биомассы рассмотрены 0100 следующие: 39%- отходы целлюлозной промышленности; 14%- древесностружечные отходы в индивидуальных домах; 24% - отходы деревообрабатывающей промышленности; 23% - биомасса придомовых садовых участков. В Швеции были ясно сформулированы условия и предпосылки для развития биотопливных технологий: 1. Наличие достаточно развитой деревообрабатывающей промышленности; 2. Централизованная система теплоснабжения (в Швеции примерно 39%); 3. Снижение налогов на производство биотоплива с одновременным увеличением налогов (на 30-160%) на использование ископаемых топлив. Этот налог определяется в Швеции содержанием в топливе углерода, но это правило не распространяется на биотопливо.
Биотопливные технологии первого поколения используют растительные жирные кислоты. В Европе, а также и в РФ наиболее подходящим для производства биотоплив считается рапсовое масло. Все растительные масла содержат сложные эфиры глицерина. Соответственно, биодизелем называют алкидные эфиры жирных кислот, получаемые переэтерификаци-ей природных масел и жиров низшими спиртами (метанолом) в присутствии катализаторов. Продуктами этого процесса являются метиловые эфиры жирных кислот и глицерин. Жир-
ные кислоты рапсового масла: олеиновые мо-ноненасыщенные - до 56-65%; линолевые по-линенасыщенные - 30%; насыщенные (считающиеся неприемлемыми в пищевом рационе) - 5-7%. Производство биодизеля из рапсового масла включает в себя отжим из семян масла, содержащего глицериды жирных кислот; очистку масла; реакцию переэтерификации с добавлением метанола (с избытком) и катализаторов; отгонку избыточного метанола и очистку конечного продукта. Метиловые эфиры жирных кислот (МЭРМ, FAME) рапсового масла могут быть использованы на 100% в грузовых автомобилях и тракторах и в качестве 5%-ной добавки для двигателей легковых автомобилей (так называемый биодит). Ниже представлена реакция переэтерификации глицерид-ного эфира эруковой (цис-13-докозеновой) мо-ноненасыщенной кислоты С2±Н41С00Н , относящейся к группе олеиновых кислот. Содержание ее в рапсовом масле может доходить до 65%.
H2COOR
HCOOR + ЗСН3ОН = 3RCOOCH3 + С3Н5(ОН)з ,
H2COOR
где R - (СЯ2)цЯС = СН(СН2)7СН3.
Получение экологически чистого дизельного топлива обязательно требует освобождения масел от всех возможных примесей. Технология водородной очистки масел (НЕЮ, Hydrotreated Vegetable Oils) предусматривает каталитическое (NiMo,CoMo) удаление связанного кислорода путем образования воды (Я2 О); серы с образованием сероводорода (Я2 S); азота с образованием аммиака (NH3); галогенов, например, хлора с образованием хлористого водорода (НС1) и других примесей 0110.
До 2009-го года производство биодизеля в России отсутствовало, однако в настоящее время Минсельхоз РФ планирует довести к 2020-му году выпуск рапсового масла с целью переработки в биотопливо до 2,5 млн. тонн. К 2006-му году в Германии вырабатывалось 2662 тыс. тонн биодизеля; в Италии - 857 тыс. тонн; во Франции - 775 тыс. тонн. Стоимость 1 литра биодизеля к 2010-му году в Германии составляла 1,1 евро, а общее число биотопливных заправочных станций - примерно 2000. Стоит отметить, что в России площадь плодородных земель составляет 1219 тыс. кв. километров, а в Европе при вчетверо большем населении - 850 тыс. кв. километров. В целом же, более предпочтительным по сравнению с выращиванием специально предназначенных для производства биотоплива сельскохозяйственных культур (в основном, сои, кукурузы и рапса) признается использование сырья второго поколения, то есть, прежде всего, целлюлозной биомассы.
Производство целлюлозы и отходы этого производства породило множество биотопливных технологий, использующих отходы
целлюлозной промышленности. Щелочная де-лигнификация древесины или сульфатная варка целлюлозы после отделения белого щелока, содержащего основной продукт (безводный полисахарид [С6Н702(0Н)3\п), дает множество полезных отходов (сульфатный лигнин, талло-вое масло, канифоль, скипидар, метанол и многие другие), содержащихся в черном щелоке. Основной продукт процесса целлюлоза (бумага) и, соответственно, отходы промышленности производятся во всех странах в огромных количествах. В России объем производства составлял к 2009-му году 6,6 млн. тонн, а в США примерно в 10 раз больше. Интересно отметить, что в промышленности крупнейших стран-производителей (США, Канада) за последнее десятилетие производство целлюлозы медленно, но монотонно падало, но в России, также относящейся к числу крупнейших производителей, медленно росло.
Отметим частично уже упоминавшуюся технологию НЕЮ получения биодизеля из гид-роочищенного таллового масла. Сравнительная характеристика дизельных топлив (алканов), полученных в технологии НЕЮ, и метиловых эфиров, полученных путем переэтерификации глицеридов метанолом, сводится к следующим основным оценкам. Низшая теплота сгорания алканов НЕЮ составляет 44 МДж • кг-1 против 37-38 МДж • кг-1 для метиловых эфиров; цета-новое число 70-90 для алканов НВО против 50-65 для метиловых эфиров 0120.
Отметим также технологию второго поколения производства биодиметилового эфира (BioDME) из черного щелока. Технология основана на использовании черного щелока целлюлозного производства как целостного органического субстрата без разделения на составные части, то есть лигнин (37,5%), сахарные кислоты состава С6Н10О8 (23%), низшие (алифатические) жирные кислоты (15%), полисахариды (3%) и другие компоненты. Технология предусматривает возвращение черного щелока в варочный котел, получение синтез-газа и далее диметилового эфира, как это представлено выше. Теплота сгорания конечного продукта составила примерно 29 МДж ■ кг-1', цетановое число - 55-60. На сегодня единственный завод в мире по производству BioDME из возобновляемого сырья (черный щелок) находится в Швеции (Pitea, Sweden). Первый объем продукции был выпущен на этом заводе в 2011-м году. Тогда же концерн Volvo выполнил полевые испытания нового топлива.
Переход к новым биотопливным технологиям происходит со все возрастающей скоростью, несмотря на высокую стоимость соответствующих предприятий. Крупнейшими потребителями биотоплив являются США (45%) и Бразилия (23%) почти исключительно благодаря использованию топливного этанола.
Доля Евросоюза составляет около 17%. Российский рынок биотоплив развивается медленно. Есть много примеров торможения развитию биотопливной энергетики. Например, предприятие «Биохимзавод» по производству топливного этанола в Кирове так и не было запущено полностью.
Развитие биотопливных технологий во многом связано с использованием отходов различных производств и потому прекрасно сочетается с задачами защиты окружающей среды от загрязнений. Постепенно складывается убежденность в том, что альтернативная энергетика должна и может основываться не только или даже не столько на использовании ветра или солнечной энергии, сколько на разработке биотоплив. Неиспользование биотопливных технологий становится признаком хозяйственной отсталости.
Литература
1.Рябов В.Д. Химия нефти и газа. М.: ИД «Форум», 2009,-ЗЗбс.;
2.Шелдон Р.А. Химические продукты на основе синтез-газа. Пер. с англ. Под ред. С.М. Локтева. М.: Химия, 1987.- с.248;
3.Angewandte Chemie Int. Ed. 2007, DOI: 10.1002/anie. 20070348;
4.Козлов C.H., Фоминых A.B., Филимонова И.Н. Высокотемпературные установки и технологии. Бийск: Изд. Алтайского Технологического Университета им. И.ИПолзунова, 2011;
5.Косова Н.А. Процесс получения диметилового эфира из синтез-газа на промышленных катализаторах синтеза и дегидратации метанола. Автореф. дисс. на соискание уч. ст. канд. хим. наук. Томск, 2011.6.Патент РФ №2129462. Химический реактор сжатия для получения синтез-газа. Заяв. 27.04.1999; (ru.patent.info/21/25-29/2129462.html);
7.Патент США №1315585 Н. Weizmann. Ферментативный способ получения бутанола с использованием Clostridia acetobutilicum;
8. Production of Liquid Biofuels. Technology Brief. Publ. Int. Renewable Energy Agency (IRENA),2013;
9.Chisti Y. Biodiesel from microalgae. Biotechnology Advances. 2007,25(3), pp.294-306;
10.Johansson B. Biomass in Sweden - Historic Development and Future Potential under new Policy Regimes. Environmental and Energy Systems Studies, Lund Univ., 2004;
11.Conakci М., Van Gerpen J. Biodiesel Production from Oils and Fats with HighFree Fatty Acids. Transaction of the American Society of Agricultural Engineers. 2001, vol.44, №5,pp. 1429-1436;
12.Sunde K., Brekke A., Solberg B. Environmental Impacts and Costs of Hydrotreated Vegetable Oils, Transesterified Lipids and Woody BTL. A Review. Energies, 2011,(4), pp. 845-877.
