CC BY
668
Н. Л. Солодова, Н. А. Терентьева
НЕМНОГО О БИОТОПЛИВАХ
Ключевые слова: биотопливо, сырье, экология, биоэтанол, биодизель, микроводоросли.
Основной тенденцией развития топливного рынка считают биоэнергетику. Ожидается, что она в ближайшие 30-40 лет станет доминирующей в развитии мировой системы энергообеспечения. Применение биотоплив из возобновляемого сырья позволяет уменьшить потребление нефтяных ресурсов, улучшить эксплуатационные характеристики топлив, снизить загрязнения окружающей среды и решить проблему выброса парниковых газов. В статье приведен обзор сырьевых источников для получения биотоплив - сельскохозяйственных продуктов, лигноцеллюлозы, водорослей, дана их сравнительная характеристика.
Keywords: biofuel, feedstock, environment, bioethanol, biodiesel, microalgae.
The bioenergetics is considered the main tendency of fuel market evolvement.
It is expected that it will be dominate in evolvement of power supply world system in near 30-40 years. The application of biofuels from renew feedstock allows to decrease the consumption of petroleum resources, to improve the fuels operational properties (service properties), to reduce environmental pollutions and to solve the problem of greenhouse gas emissions. This article is represented the review of the raw material sources for biofuels production such as agricultural products, lignocel-lulose, algae, and their comparative analysis.
В связи с приближающейся угрозой истощения мировых запасов углеводородов в качестве основной тенденции развития топливного рынка международным экспертным сообществом заявлена биоэнергетика, которая должна стать фундаментом для начала новой эры энергетики. В ближайшие 30-40 лет именно биоэнергетика станет доминирующей в развитии мировой системы энергообеспечения.
Во второй половине 20 века мир столкнулся с новой для себя экологической проблемой, которая может принять угрожающие формы. Это выбросы CO2 в атмосферу Земли. Они составляют до 8 млрд. т ежегодно, из них экосистемы Земли способны поглотить лишь половину. Остальное накапливается в атмосфере и последствия этого пока не ясны. Однако очевидно, что столь грубое вмешательство в сложившуюся экосистему, когда нарушается экологическое равновесие, не останется безнаказанным для человечества.
В 1997 году 105 государств подписали в г.Киото протокол, направленный на уменьшение выбросов в атмосферу избыточного углекислого газа, образующегося при сжигании нефти, угля, ископаемого газа, а также продуктов их переработки.
Моторные топлива при сгорании вносят существенный вклад в нарушение баланса углекислого газа в атмосфере. Использование в составе моторных топлив компонентов, произведенных из возобновляемого сырья [1] и в первую очередь оксигенатов [2-4] позволяет уменьшить его вредное воздействие на окружающую среду.
В 2003 году Европейская комиссия предложила директиву [5], которая поощряет государства, являющиеся членами Европейского Союза (ЕС), широко применять биокомпоненты в моторном топливе. В 2010 году планируется довести содержание биокомпонентов в моторном топливе, поступающем на рынок ЕС, до 6,75%.
Существующий парк автомобилей и транспортных средств, в которых используются стандартные двигатели, не позволит в ближайшее время начать применять моторные топлива, полностью состоящие из биокомпонентов, т.е. очевидно, что вырастет роль сме-севых моторных топлив, часть которых будет изготовлена из нефти, а часть из возобновляемого сырья.
Использование ненефтяного сырья не только расширяет ресурсы топлив, но часто позволяет улучшить их экологические характеристики.
В качестве биотоплив наиболее широкое распространение получили биоэтанол и биодизель.
Биоэтанол применяется в качестве добавки к бензинам от 5 до 20%. Такая смесь маркируется буквой Е (Е85, в России Аи95Э). Возможна также более значительная концентрация этанола в бензине (до 85%), однако в этом случае должен использоваться специально модифицированный двигатель.
Биэтанол нашел широкое применение в США и Бразилии с 1975 года. В Бразилии весь бензин продается с добавкой 20 - 25% об. топливного этанола. Такое топливо имеет название «газохол». Применение этанола как компонента бензинов имеет ряд существенных преимуществ, а именно [1]:
- добавление этанола к бензину приводит к увеличению октанового числа бензино-этанольной смеси (10%-ная добавка увеличивает октановое число на 3 единицы);
- добавление этанола к бензину приводит к улучшению процесса горения топлива и, как следствие, к уменьшению вредных выбросов в составе выхлопных газов (токсичность выхлопа снижается на 30%);
- способствует очистке топливной системы и двигателя;
- предупреждает замерзание воды в топливной системе зимой.
В то же время применение этанола, как компонента бензинов, имеет ряд существенных недостатков, а именно:
- добавление этанола к бензину приводит к увеличению давления паров бензино -этанольной смеси и требует в связи с этим удаления из бензина легких фракций углеводородов;
- добавление этанола к бензину снижает устойчивость бензино - этанольной смеси к действию воды (происходит расслоение топлива);
- добавление этанола к бензину увеличивает расход топлива.
Впервые крупномасштабное потребление этанола в качестве топлива отмечалось в начале 1900-х годов в период дефицита запасов нефти в Европе. В Америке автомобили выпуска начала 1920-х годов первоначально создавались для работы на спиртовом топливе. Несколько десятков лет этанол был известен как топливо. Генри Форд, разрабатывая автомобиль «модель Т», надеялся на то, что этанол, изготовленный из возобновляемых биологических материалов, будет основным автомобильным топливом.
Германия и США использовали этанол в качестве топлива для военного транспорта в период Второй Мировой войны. После ее окончания цены на нефть упали, что обусловило снижение потребления этанола. Спад потребления этанола продолжался до нефтяного кризиса начала 1970-х годов [6].
Использование этанола как топлива возросло в конце 1970-х годов. Первоначально он использовался в качестве добавки к бензину, что было вызвано дефицитом нефти. Тем не менее, в начале 20 века бензин выступал основным видом транспортного топлива вследствие легкости в управлении работы бензиновых двигателей на этом материале и роста поставок более дешевой нефти из открытых нефтяных месторождений. Однако бензин, используемый в качестве топлива двигателей внутреннего сгорания, имеет много недостатков - более низкую детонационную стойкость по сравнению с этанолом, большую токсичность, более легкую воспламеняемость, большее нагарообразование в двигателе. Несмотря на недостатки за последние три четверти столетия потребление нефтяного топлива в автотранспортных средствах занимало лидирующую позицию. Фактически единственным фактором, определяющим выбор, были расходы на один километр пробега, а также крупные инвестиции, сделанные нефтяными и автомобильными компаниями в основной капитал, задействованные человеческие ресурсы и технологии.
В 1973 году Организация стран - экспортеров нефти (ОПЕК) спровоцировала дефицит бензина, повышая цены и блокируя поставки нефти в США. После арабского эмбарго на поставку нефти стала понятна существенная зависимость США от импортируемой нефти. Внимание вновь сконцентрировалось на альтернативном топливе - этаноле.
Правительством США были приняты ряд законов о льготном налогообложении производителей топливного этанола, программы проведения исследований, предоставления автомобильным компаниям кредитов на развитие программ рационального потребления топлива. Бензин с содержанием этанола в конце 1970-х годов получил название «газо-хол», позже это название было заменено новым, отражающим более высокое октановое число, например «Е-10 неэтилированный», «неэтилированный марки Super».
В результате проведенных Конгрессом США за последние 25 лет законодательных инициатив более двух триллионов миль было изъезжено на топливе с добавкой этанола. Сейчас этанол применяется в автотранспортных средствах, работающих на альтернативном топливе, в качестве авиационного топлива, а также как добавка к бензину для улучшения его экологических характеристик. Созданы производственные мощности, позволяющие ежегодно вырабатывать более трех миллиардов галлонов топливного этанола (создано 75 предприятий в 20 штатах).
В Европе также идет взрывной рост потребления биотоплива (в 2010 году в 3 раза). В Швеции заявлена программа отказа от нефти в производстве моторных топлив к 2020 году «Жизнь без нефти».
Запущен завод топливного этанола в Казахстане, на Украине.
В России утверждены ТУ 38.401-58-330-2003 на бензанолы с 5-10% этанола, утвержден ГОСТ Р52201-2004 «Этанольное топливо для автомобильных двигателей...», в 2008 году начато строительство биокомплекса в Омске, запланировано строительство завода по производству биобутанола под Иркутском.
Основная проблема, тормозящая производство и потребление этанола - отсутствие разницы в государственно регулировании цены для водки и смеси бензина с этанолом. При взимании акцизов на спирт и спиртосодержащую продукцию топливо АИ-95Э будет почти в два раза дороже обычного бензина АИ-95 [7,8].
Основным сырьем для производства биоэтанола являются крахмало- и сахаросодержащие сельскохозяйственные культуры. В наших широтах такими культурами являются пшеница и кукуруза, а также меласса - отход свеклосахарного производства. В тропических странах наиболее эффективно использование сахарного тростника. Необходимо отметить, что в процессе производства биоэтанола могут быть получены дополнительные
продукты, такие как барда, источник кормов для животных, и глютен, ценный для пищевой промышленности [9,10].
Следующий значительный этап развития биотоплив - биобутанол, применение которого должно удовлетворить росту потребности в экологически безопасном, возобновляемом транспортном топливе [10,11].
Бутанол может добавляться к обычному бензину или бензину, содержащему этанол.
Биобутанол более калорийный и менее затратный при производстве, чем биоэтанол. К тому же само производство биобутанола с технической точки зрения значительно проще, чем этанола. Биобутанол можно производить из того же сырья, что и биоэтанол - кукурузы, пшеницы, сахарной свеклы, сахарного тростника, сорго, ячменя. В будущем для производства биобутанола можно будет использовать и целлюлозосодержащие компоненты сельскохозяйственных культур, такие как сухие стебли кукурузы или солому.
По сравнению с биоэтанолом биобутанол имеет ряд преимуществ. Он может добавляться в более высоких концентрациях, чем биоэтанол, он хорошо подходит для современных транспортных средств и двигателей, в присутствии воды смесь, содержащая биобута-нол, в меньшей степени склонна к расслоению, чем смеси этанола и бензина. В отличие от существующих биотоплив он может быть транспортирован по трубопроводам. Может быть использована существующая инфраструктура, не требуется модификации установок для смешения, хранения и заправок. Поэтому некоторые фирмы (DuPont, BP) перепрофилировали фабрики по ферментации биопродуктов в этанол для производства биобутанола.
Еще в 1913 году в патенте, описывающем принцип работы нового двигателя, Рудольф Дизель упомянул о том, что в качестве топлива может использоваться растительное масло. Еще раньше, на Всемирной выставке в Париже в 1900 году был выставлен дизель, работавший на арахисовом масле.
Растительное масло действительно может служить моторным топливом. Средняя теплотворная способность масла (33,1 МДж/л) лишь чуть меньше, чем у дизельного топлива (35,1 МДж/л). Однако поставленные эксперименты приводили к быстрому выходу двигателя из строя из-за больших отложений нагара в камере сгорания и в каналах впрыскивающей топливной аппаратуры.
Снова биодизельное топливо привлекло внимание исследователей сравнительно недавно, но быстро приобрело важное значение [12,13].
Согласно стандарту США, за биодизельное топливо принимаются моноалкиловые эфиры жирных кислот, получаемые из растительного или животного сырья. Важнейшее достоинство применения биодизельного топлива - замена продуктов нефтепереработки на возобновляемое сырье. Быстрое упрочнение позиций биотоплива объясняется стремлением поддержать сельскохозяйственного производителя, поскольку сырьем для биодизельного топлива являются рапсовое, подсолнечное, пальмовое и другие растительные масла, а также свиной жир. Как уже указывалось выше, введение в топливо непереработанных масел нежелательно, так как они имеют повышенную вязкость, сравнительно низкую тепло-производительность, что уменьшает мощность двигателя в среднем на 15%, обладают плохими пусковыми свойствами при пониженной температуре, а из-за наличия свободных кислот плохо совмещаются с конструкционными и уплотнительными материалами и имеют склонность к окислению при хранении. Поэтому масла подвергают этерификации метанолом. Полученные моноэфиры соответствующих кислот обладают улучшенными низкотемпературными свойствами, имеют более низкую вязкость по сравнению с кислотами, и це-тановое число повышается с 30-40 до 50-80 пунктов. Наиболее распространенным топливом этого типа является так называемый рапсметиловый эфир, который в заметном коли-
честве используется в Швеции, ФРГ, Франции и других странах. Его можно добавлять к дизельному топливу в концентрациях до 30% без дополнительной модификации двигателя. В западноевропейских странах принято решение об обязательной добавке 5% рапсме-тилового эфира (РМЭ) в дизельное топливо, но в некоторых странах, например в Швеции, его используют как самостоятельное топливо. Стоимость такого топлива в настоящее время примерно в 2 раза выше, чем нефтяного, но можно полагать, что объемы производства метилированных растительных масел будут увеличиваться, что приведет к снижению их себестоимости.
Испытания РМЭ и его добавок к дизельному топливу в США и Европе показали, что при его использовании снижается эмиссия углеводородов и СО2, а интенсивность образования оксидов азота остается без изменения. Было отмечено некоторое увеличение выбросов озонообразующих компонентов: ароматических углеводородов, олефинов и альдегидов, поэтому двигатели должны быть оборудованы каталитическими нейтрализаторами. В присутствии моноалкильных эфиров растительных кислот улучшаются свойства малосернистых экологически чистых дизельных топлив. Это очень важное обстоятельство, поскольку снижение содержания серы в дизельном топливе приводит к потере его смазывающих свойств.
Для этерификации масел можно использовать не только метанол, но и другие доступные спирты. В частности цетановое число этиловых эфиров жирных кислот на 10-15 ед. больше, чем соответствующих метиловых эфиров [14].
Известно, что молекулы жира состоят из так называемых триглицеридов - соединений трехвалентного спирта глицерина с тремя жирными кислотами. Для получения метилового эфира добавляется одна массовая единица метанола (т.е. соблюдается соотношение 9:1), а также небольшое количество щелочного катализатора. Все это смешивается в реакторах при температуре 600С и нормальном давлении. В результате химической реакции образуется метиловый эфир и побочный продукт - глицерин, широко используемый в фармацевтической и лакокрасочной промышленности. Полученный эфир отличается хорошей воспламеняемостью и соответственно высоким цетановым числом. Если для минерального масла цетановое число 50-52, то для биодизеля (метиловый эфир) 56-58, что позволяет использовать его в дизельных двигателях без прочих стимулирующих воспламенение веществ.
Биодизель не обладает бензольным запахом и изготавливается из масел, сырьем для которых служат растения, улучшающие химический и структурный состав почв в системах севооборота. Биодизель отличается биологической безвредностью. Если 1 л минерального масла способен загрязнить 1 млн. литров питьевой воды и привести к гибели водной флоры и фауны, то биодизель при попадании в воду не причиняет вреда ни растениям , ни животным - он подвергается практически полному биологическому распаду. При сгорании биодизеля выделяется ровно такое же количество С02, которое было потреблено из атмосферы растениями, являющимися исходным сырьем для производства масла за весь период его жизни (меньше чем обычные дизельные топлива). Биодизель, несмотря на обеднен-ность серой (содержание серы < 0,001%), характеризуется хорошими смазочными свойствами, что обусловлено его химическим составом и содержанием в нем кислорода.
При работе двигателя на биодизеле увеличивается срок службы самого двигателя и топливного насоса в среднем на 60%.
Таким образом, биотоплива первого поколения получают в основном из сельскохозяйственных продуктов, что приводит к необходимости увеличения посевных площадей, полив, обработка, увеличение стоимости сельскохозяйственных продуктов. Департамент
энергетики США недавно написал в своем докладе: «С энергетической и экологической точки зрения зерновой этанол явно превосходит все виды топлива из ископаемого сырья, а этанол, произведенный из биомассы (целлюлозы) будет следующим значительным шагом вперед». Уже разработаны ферменты для расщепления целлюлозы в простейшие сахара. Преимущества производства биомассы из целлюлозы - наличие большого количества сырья, чистота получаемого этанола, а также высокий уровень выработки энергии.
Специалисты Всемирного энергетического совета пришли к заключению, что использование биогорючего второго поколения, т.е. полученного путем использования технологии преобразования биомассы в жидкость и получения этанола из целлюлозы позволит снизить выбросы парниковых газов на 90%.
Сейчас биотопливная отрасль наиболее активно развивается в Бразилии, где биогорючее составляет 18% всего потребляемого транспортного топлива. Приблизительно 40% спроса на бензин удовлетворяется за счет этанола, выпускаемого на основе сахарного тростника.
Биотоплива второго поколения будут постепенно замешать биотоплива первого поколения, что связано с большей степенью его экологичности, производительности, а также с тем, что они производятся из непищевого сырья. Самыми энергоемкими растениями для биотоплива второго поколения являются для Европы - быстрорастущая ива, субтропической и тропической зоны - эвкалипт. Однако, топливо полученное на основе переработки сахарного тростника и растительных масел сохранит определенную долю рынка.
Таким образом, при развитии технологии получения моторных топлив из возобновляемого сырья - биомассы на первом этапе усилия концентрировались на совершенствовании технологии этанола из пищевого сырья, затем биоэтанола и биобутанола из непищевого лигноцеллюлозного сырья. Однако пришло осознание того, что спирты в существующих двигателях можно использовать только в качестве добавок к традиционному топливу, но не заменять его полностью. Попытки использовать в качестве топлива спиртов для большинства стран оказались неэффективны технически и экономически как из-за необходимости государственных дотаций на производство биотоплива, модификацию двигателей и инфраструктуры, так и из-за недостаточной теплотворной способности спиртов.
Параллельно с развитием промышленности топливного этанола были предприняты попытки создать сектор производства дизельного топлива из растительного масла - преимущественно на основе рапса. Однако низкая урожайность этой культуры оказалась непреодолимым препятствием.
Сегодня человечество является свидетелем новой революции в области получения из непищевого возобновляемого сырья топлив, практически не отличающихся по свойствам от традиционных и способных их заменить. Такое топливо не потребует замены или переделки двигателей, приспособленных для работы на топливе нефтяного происхождения. В качестве такого сырья выбраны водоросли [15]. От растений, произрастающих на твердом грунте, они отличаются рядом преимуществ - высокой урожайностью, способностью развиваться в воде, а не на пахотной земле.
Углекислый газ с помощью солнца и микроводорослей может быть успешно использован для производства энергоносителей.
Начиная с конца прошлого тысячелетия, во всем мире проявляется самый активный интерес к биомассе как источнику энергии. Существует ряд причин, которые подталкивают промышленность к использованию биомассы для производства топлив:
- устойчивое развитие: источник чистой и возобновляемой энергии;
- универсальность применения - энергетика, теплоснабжение, транспорт и т. д.;
- энергетическая безопасность - региональные источники;
- охрана окружающей среды - снижение выбросов парниковых газов, деградация
почвы;
- повышение социальной занятости.
Условно биомассу как сырье для производства энергоносителей можно разделить на три вида:
- пищевые масла- и сахаросодержащие наземные растения;
- непищевые, целлюлозосодержащие растения;
- непищевые водные растения.
Этические, социальные, экономические и технические аспекты сдерживают развитие производства энергоносителей из первых двух видов биомассы. И чем явственней эти проблемы, тем больший вес приобретает третий вид биомассы - водоросли. Это направление развития производства энергоносителей, в первую очередь моторных топлив, оказалось настолько перспективным, что эксперты связывают будущее биоэнергетики именно с водорослями, а именно с одноклеточными формами - микроводорослями.
Микроводоросли - одноклеточные «фабрики», преобразующие солнечную энергию и углекислый газ в биотопливо, продукты питания, корма и высокоценные биологически активные компоненты. Водоросли - самые быстрорастущие растения в мире, они могут удваивать свою массу несколько раз в день. Содержат рекордное количество масла (до 80%), чему нет аналогов в растительном мире. Могут применяться для производства моторных топлив, не отличающихся от традиционных.
Сравнение энергонасыщенности масличных культур показывает, что удельная энергетическая ценность водорослей с 50%-ным содержанием липидов (930 МВт»ч/га) в 15,5 раз больше, чем у самой энергонасыщенной наземной масличной культуры - китайского сального дерева (60 МВт-ч/га).
Существуют водоросли, в которых содержание триглицеридов, основы растительного масла, более половины массы. Ни одно из существующих наземных растений не в состоянии конкурировать с водорослями по эффективности фотосинтеза, лежащего в основе урожайности и по содержанию масел и, соответственно энергии в них.
Потенциал производства масла из различных культур характеризуется следующими показателями: «производительность» кукурузы составляет 172 л на гектар в год; пальмового масла 5950 л/гектар, а типичных «энергетических» водорослей - до 95000 л/га при выращивании в открытых водоемах.
При замене дизельного топлива нефтяного на дизельное топливо, произведенное из хлопкового масла, нужно засеять всю поверхность Земли, включая водные пространства и полюса, из сои и рапса - более четверти, из пальмового масла - шестнадцатую часть, из водорослей - весьма незначительную площадь.
СО2 был и остается самым масштабным отходом промышленности. Защита окружающей среды слишком дорого обходится промышленному потенциалу. Водоросли в производстве энергоносителей превращают углекислый газ из проблемы в фактор прибыли. СО2 становится важнейшим ресурсом, который можно поставить на промышленную основу. Из углекислоты с фотосинтетической эффективностью 5-10% при минимальных затратах воды, на земле, непригодной для использования в сельскохозяйственных целях, можно получить либо биотопливо, либо сырье для химической промышленности.
10 преимуществ водорослей:
1. Непищевая биомасса - не представляет угрозы продовольственной безопасности.
2. Растут в 20-30 раз быстрее наземных растений (некоторые виды могут удваивать свою массу несколько раз в сутки).
3. Производят в 15-100 раз больше масла с гектара, чем альтернативные рапс, пальмовое масло, сало и др.
4. Отсутствие твердой оболочки и, практически лигнина, делает их переработку в жидкие топлива более простой и эффективной.
5. Производство и использование биотоплива не требует изменения российского законодательства, как в случае с этаном.
6. Растут в пресной, соленой воде или в промышленных стоках, где используется для их очистки.
7. Можно выращивать промышленно в биореакторах или фотореакторах с искусственным освещением, либо в открытых резервуарах на некультивируемых почвах, включая пустыни.
8. Фотореакторы встраиваются в технологические линии уже существующих промышленных предприятий (ТЭЦ, НХ, цементные заводы).
9. Уменьшают эмиссию углекислого газа (поглощают до 90% СО2 с выделением кислорода).
10. Являются источниками масел, протеинов, углеводородов.
При получении биоэтанола из биосахаридов (от крахмала до лигноцеллюлозного сырья) всегда образуется углекислота в количестве (по массе), равном количеству полученного спирта. Если встроить в схему биореактор с водорослями, можно дополнительно получать биотоплива, максимально оптимизировав затраты, то же при сжигании угля и других процессов из высших жирных кислот благодаря водорослям можно получать продукты, которые на сегодняшний день производятся в нефтехимии ценой огромных затрат. Длинноцепочные линейные молекулы могут быть превращены в а-спирты, а-олефины, полиакрилаты и первичные амины - продукты с высокой добавленной стоимостью.
Актуальность получения моторных топлив из биомассы у большинства стран не вызывает сомнений. Альтернативная энергетика стала одним из первых приоритетов новой администрации США. Несмотря на глубокий экономический кризис, планируется 150 млрд. долларов в течение 10 лет на развитие альтернативной энергетики, в которой преобладающее место занимает биоэнергетика, с целью использования 20% моторного топлива из биомассы в общем топливном балансе страны к 2017 году. Приняты и реализуются национальные (Бразилия, США, Китай, Мексика и др.) и региональных (Европейское сообщество) программ производства и использования биотоплива с целью замены на него традиционного углеводородного топлива. Лавинообразно растет количество компаний и организаций, работающих в области переработки водорослей в энергоносители (единицы в 2007 г. и более 200 сейчас).
Россия настолько богата нефтью и газом, что источники возобновляемой энергии никогда сильно не интересовали энергетиков. Мы сжигаем огромное количество нефте- и газопродуктов, которые могут быть заменены биотопливами, а сами использоваться гораздо более рационально и мудро для производства продуктов глубокого превращения в продукты высокой добавленной стоимостью (полимеры, волокна, удобрения).
Мы значительно отстаем от Запада в разработке современных инновационных технологий переработки биомассы наземного происхождения. Пока это отставание не сказывается на возможностях быстрой разработки технологий производства биотоплив из водорослей. Новые технологии просты в аппаратурном оформлении и представляют собой ряд
известных и отработанных в других отраслях химической и нефтехимической индустрии методов.
В России сложилась своя научная школа предлагающая технологии с лучшими показателями в сравнении с зарубежными аналогами.
Технологический прогресс производства моторных топлив из водорослей практически безотходен. Сухие отходы биомассы сохраняют все витамины и ценные вещества, поэтому могут быть использованы как подкормка в рыбоводческих и животноводческих хозяйствах. Кроме того, возможно их превращение в еще один вид энергоносителей - топливные брикеты.
При наличии финансирования технологии, доведенные до промышленного применения, могут принести в течение 2 - 2,5 лет значительный экономический эффект. Московская ТЭЦ-21 - вырабатывает в год 9,1 млрд. кВт-ч электроэнергии, полное использование выбросов CO2 для выращивания водорослей позволит произвести жидкие энергоносители суммарной энергетической ценностью от 8 до 11,4 млрд. кВт-ч/год.
Таким образом, использование моторных топлив из водорослей может внести значительный, сопоставимый с производством электроэнергии вклад. Иными словами речь идет не об использовании смеси из «зеленого» и нефтяного топлива, а производстве точно таких же топлив, но из другого, возобновляемого сырья.
Существует серьезная политическая и финансовая поддержка нового направления, в особенности в США, но возможно, что ведущие нефтяные и энергогенерирующие компании Shell, BP, Chevron и другие уделяют серьезное внимание новому направлению, инвестируют в его развитие, осознавая неизбежность возникновения нового сектора рынка, так как они не хотят терять контроль над рынком моторных топлив.
Согласно Акту энергетической независимости и безопасности США планируют к 2022 году достичь производства биотоплива непищевого происхождения в объеме примерно 80 млн. т/год. Принимая во внимание тенденцию роста доли биотоплив из водорослей можно полагать, что к 2022 году оно перешагнет порог 50 %, что соответствует 40 млн. т/год и составляет 43% нынешнего потребления бензинов и дизельных топлив в России (примерно 92 млн. т/год, из них 32 млн. т/год бензина и 60 млн. т/год - дизельного топлива).
Литература
1. Hull, A. Альтернативное топливо для стандартного двигателя с воспламенением от искры зажигания / A. Hull, Т. Миранджева, J. Golubckov // Академия прикладных исследований. - Спб., 2003.
- С. 17-18.
2. Карпов, С.А. Применение алифатических спиртов в качестве экологически чистых добавок в автомобильные бензины / С.А. Карпов, Л.Х. Кунашев, А.В. Царев, В.М. Капустин // Нефтегазовое дело. - 2006. - 15 августа (http://www.ogbus.ru/authors/KarpovSA/KarpovSA_2.pdf).
3. Капустин, В.М. Проблемы повышения качества российских бензинов / В.М. Капустин // Химия и технология топлив и масел. - 2005. - № 2. - С.13-15.
4. Терентьев, Г.А. Моторные топлива альтернативных сырьевых ресурсов / Г.А. Терентьев, В.М.
Тюнов, Ф.В, Смаль. - М.: Химия, 1989. - 270 с.
5. Карпов, С.А. Этанол. Об опыте применения в составе автомобильных бензинов / С.А. Карпов // Мир нефтепродуктов. - 2006. - № 6. - С. 6-7.
6. Капустин, В.М. Возникновение и развитие производства топливного этанола / В.М. Капустин, С.А. Карпов // Нефтепереработка и нефтехимия. - 2006. - № 10. - С. 48-51.
7. Карпов, С.А. Автомобильные бензины с улучшенными экологическими свойствами / С.А. Карпов // Экология и промышленность. - 2006. - январь. - С. 30-32.
8. Holgren, J. Новые разработки в области возобновляемых топлив / J. Holgren, C. Golosling // Нефтегазовые технологии. - 2008. - № 1. - С. 78-84.
9. Данилов, А.М. История развития и применения биотоплив / А.М. Данилов, Э.Ф. Каминский, В.А. Хавкин // Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева. - 2003. - Т. XLVII. - № 6.
10. Кирюшин, П.А. Жидкое биотопливо / П.А. Кирюшин // (http://www.bioenergyinternational.com).
11. Cascone, R. Биотоплива: Что еще кроме этанола и биодизеля / R. Cascone // Нефтегазовые технологии. - 2008. - № 1. - С. 84-93.
12. Hull, A. Перспективное дизельное топливо из возобновляемого сырья // A. Hull, Т. Маранджева // Материалы II Международной научно-практической конференции «Новые топлива с присадками». - Спб.: Академия прикладных исследований. - 2002.
13. Mikkonen, S. Преимущества возобновляемого дизельного топлива второго поколения / S. Mikkonen // Нефтегазовые технологии. - 2008 - № 6. - С. 76-80.
14. Hodge, C. Перспективы для возобновляемого дизельного топлива / С. Hodge // Нефтегазовые технологии. - 2008. - № 7. - С. 90-93.
15. Моисеев, И. Эволюция биоэнергетики. Время водорослей / И. Моисеев, В. Тарасов, Л. Трусов // The Chemical Journal. - 2009. - декабрь. - С. 24-29.
© Н. Л. Солодова - канд. хим. наук, доц. каф. химической технологии переработки нефти и газа КГТУ, [email protected]; Н. А. Терентьева - асс. каф. химической технологии переработки нефти и газа КГТУ.
