CC BY
37
УДК 330.3+332.1
ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ ДОСЛ1ДЖЕНЬ З1 СТВОРЕННЯ Б1ОПАЛИВА В УКРАТН!
© 2014
БУНТОВ I. Ю.
УДК 330.3+332.1
Бунтов I. Ю. Перспективи розвитку дослiджень 3i створення бюпалива в Укра'ш
Наведено основт напрямки використання енергоресурав поновлюваноi енергЦ накопичено:' живою речовиною завдяки фотосинтезу, а саме -бю-палива в кранах свту i в УкраЫ. Встановлено, що виршенням проблеми створення промислового виробництва бюпалива в УкраЫ е: значне nid-вищення ефективностi виробництва рзного типу бюпалив шляхом розширення сировинноi бази, i3 застосуванням нових нетрадицйних культур i вдосконаленням традицйних культур шляхом селекци та використання досягнень геномки i б'ютехнологи; створення та вдосконалення тех-нологй отримання бюпалив i б'шкових концентрат'взр'внихкультур iрешток альськогосподарського виробництва та продукцПлсового госпо-дарства. Представлено результати виконання цльовоi комплексноi програми наукових дотджень НАН Украни «Б'юмаса як паливна сировина» («Бюпалива») за 2007- 2012 рр., а також цльовоiкомплексноiпрограми наукових доМжень НАН Украши «Б'юлог'нт ресурси i нов'тт технологи б'юенергоконверси», прийнятоiна 2013 - 2017рр., у 2013 р. i визначено оч'шуват результати виконання вказаноiпрограми до 2017р. Ключов'! слова: бюпаливо, бюресурси, б'юмаса, поновлювана енерг'я, б'юенергоконверс'т. Табл.: 2. Ббл.: 10.
Бунтов 1ван Юрйович - здобувач, Науково-досл'дний центр 'тдустр'шльних проблем розвитку НАН Украни (пл. Свободи, 5, Держпром, 7 тдЪд, 8 поверх, Харт, 61022, Украна)
УДК 330.3+332.1
Бунтов И. Ю. Перспективы развития исследований по созданию биотоплива в Украине
Представлены основные направления использования энергоресурсов возобновляемой энергии, накопленной живыми организмами благодаря фотосинтезу, а именно - биотоплива в странах мира и в Украине. Установлено, что решением проблемы создания промышленного производства биотоплива в Украине является: существенное повышение эффективности производства различных типов биотоплива путем расширения сырьевой базы, с использованием новых нетрадиционных культур и усовершенствованием традиционных культур путем селекции и использования достижений геномики и биотехнологии; создание и усовершенствование технологий получения биотоплив и белковых концентратов из различных культур и остатков сельскохозяйственного производства и продукции лесного хозяйства. Представлены результаты выполнения целевой комплексной программы научных исследований НАН Украины «Биотопливо как топливное сырье» («Биотоплива») за 2007 - 2012 гг., а также целевой комплексной программы научных исследований НАН Украины «Биологические ресурсы и новейшие технологии биоэнергоконверсии», принятой на 2013 - 2017гг., в 2013 г. и определены ожидаемые результаты выполнения указанной программы до 2017 г. Ключевые слова: биотопливо, биоресурсы, биомасса, возобновляемая энергия, биоэнергоконверсия. Табл.: 2. Библ.: 10.
Бунтов Иван Юрьевич - соискатель, Научно-исследовательский центр индустриальных проблем развития НАН Украины (пл. Свободы, 5, Гос-пром, 7 подъезд, 8 этаж, Харьков, 61022, Украина)
UDC 330.3+332.1
Buntov I. Yu. Prospects of Developing the Research on Establishment of Biofuel in Ukraine
The main directions of using energy supply from the renewable energy, generated by living organisms through photosynthesis, namely - biofuel, in countries around the world as well as in Ukraine, have been presented. It has been determined, that a solution to the problem of creation of industrial production of biofuel in Ukraine will be: a significant increase of production efficiency of different types of biofuel through expansion of the raw material base, using the new non-traditional crops, and improvement of traditional crops through breeding and the application of achievements of genomics and biotechnology; establishment and improvement of technologies for the production of biofuels and protein concentrates from a variety of crops, agricultural residues and forest products. Results of implementation of the integrated target program of research by the National Academy of Sciences of Ukraine «Biofuel as raw materials for fuel production» («Biofuels») for 2007-2012, as well as the integrated target program of research by the National Academy of Sciences of Ukraine «Biological resources and the latest technology for bioen-ergy conversion», approved for 2013-2017 in 2013, and the expected results of this program by 2017, have been presented.
Key words: biofuel, bioresources, biomass, renewable energy, bioenergy conversion.
Tabl.: 2. Bibl.: 10.
Buntov Ivan Yu. - Applicant, Research Centre of Industrial Problems of Development of NAS of Ukraine (pl. Svobody, 5, Derzhprom, 7 pidyizd, 8 poverkh, 61022, Ukraine)
Сьогоднг у свгтг дедалi бгльша увага придгляеться по-шуку шляхiв використання енергоресурсГв поновлювано! енергГ!, накопичено! живою речовиною завдяки фотосинтезу - бгопаливу. За рахунок продуктГв фотосинтезу найближчим часом орieнтовно може покриватися до 10% всГх енерговитрат. Разом з тим сучасна енергетика Украши значною мiрою базуеться на iмпортi енергетично! сировини - нафти i газу, цгна на яку постгйно зростае.
Леером у виргшеннг ще! проблеми е Бразилгя, де рiчне виробництво бюетанолу з цукрово! тростини, напри-клад, у 2006 р., перевищило 150 млн гкл. Таку ж кглькгсть бюетанолу виробляли з кукурудзи у 2006 р. i США, але вже у 2012 р. вони тдняли виробництво приблизно до 284 млн гкл, одночасно розвиваючи виробництво бгодизельного пали-ва - бюдизеля з ргпаку та со!.
В бврош нарощуеться виробництво бюдизеля пере-важно з ргпаково! та соево! олГ!, а також бюетанолу з ку-
курудзи та шших зернових культур. Цьому сприяли в^-пов^ш директиви, в яких, з одного боку, регламентуеться обов'язкове використання домшок до бензину етанолу та бюдизеля, а з шшого - створення економiчних умов для сприяння виробництву цих джерел енергп. У найближчш перспективi вважаеться, що частка бюпалива в загальних витратах пального становитиме до 10% з подальшим наро-щуванням потужностей. Розглядаються рiзнi шляхи отримання бюпалива. На першому мкщ сто!ть етанол iз зернових культур, осюльки середш врожа! кукурудзи, пшенищ та тритикале переважають 80 ц/га, на другому - етанол з цукрового буряка, на третьому - бюдизель з ршаку. На-приклад, у Францп плануеться в основному з цих джерел в найближчi роки потро!ти виробництво бюпалива i довести його в перспективi до 1 млн 300 тис. тонн. бвропейсьи кра!ни вiдрiзняються за прюритетами у виробництвi бюпалива - Франщя в^дае перевагу кукурудз^ пшенищ, цу-
О О CQ
О ^
О
О Q_ 1=
С
о
<
кровому буряку, Шмеччина opieHTyern^ поки що бiльше на бiодизель з ршаку.
Як джерела для виготовлення бюпалива сьогоднi почали використовувати також вiдходи скьського госпо-дарства, харчово! та лково! промисловостi (солома, стебла кукурудзи, стебла i лузга соняшника, тирса тощо). Хоч !х не розглядають як першочерговi прiоритети, проте вони мо-жуть стати в майбутньому досить важливим сировинним джерелом. Набувае значення i використання як сировини для бюпалива деревини, наприклад, отримано! в1д спець ально створених швидкорослих сортiв тополi, а також но-вих культур, зокрема, мiскантy. Особливий акцент на вико-ристаннi швидкорослих деревних культур роблять у Кита!.
ВУкраШ, виходячи з Грунтово-^матичних умов, джерела для бюпалива можна розташовувати в таий послiдовностi: кукурудза, тритикале, пшениця, рiзнi види сорго та проса, цукровий буряк, соняшник, ршак, в1д-ходи скьського i люового господарства, а також мiскант, тополя, стебла i лузга соняшника. Безумовно, рекордсменом з накопичення енергп на гектар площi в укра!нських умовах е картопля, але зовам не виршеш проблеми 'й збе-р1гання протягом тривалого часу до переробки. В Украш вiдходи альськогосподарського виробництва застосовува-ти як сировину для палива поки недоцiльно, тому що спо-стер1гаеться зростаючий дефщит органiки в Грунтах, тому краще солому, стебла кукурудзи, гичку кукурудзи, со! зали-шати на полi (крiм бадилля соняшника). Але в окремих ви-падах, за кнування надлишку вiдходiв, можна !х перероб-ляти на хiмiчнi продукти та бюпаливо.
Крiм того, до 2007 р. вчеш Нацюнально! академп наук Укра!ни вже мали доробки з покращення i розширення си-ровинно! бази, удосконалення традицiйних i розроблення власних технологiй виробництва бюпалив з урахуванням регiональних i технолопчних особливостей, створення i полiпшення рецептур добавок до товарних палив тощо. Тим часом юнуюче виробництво бюпалива в Украш базу-еться на застарких та в^носно дорогих технолопях, якi не забезпечують нi належно! !х собiвартостi, нi кiлькостi.
Враховуючи необхiднiсть досягнення енергетично! незалежностi Укра!ни, у тому числi за рахунок сут-тевого розширення використання альтернативних видiв палива (наприклад, за рахунок ефективного використання бюпалив в енергетичному балана Укра!ни), як це передбачено Законом Укра!ни «Про альтернативш види рiдкого та газового палива» в1д 14 сiчня 2000 р. № 1391-XIV (1391-14) та на виконання п. 4.2 постанови президп НАН Укра!ни вiд 12.07.2006 р. № 213 (v0213550-06), науковцями Секцп хiмiчних та бiологiчних наук НАН Укра!ни була тд-готовлена Концепщя щлъювог комплексноi програми на-укових дошджень «Бюмаса як паливна сировина» («Бюпалива»). в1дпов1дно Постановою Президп НАН Укра!ни вiд 28.02.2007 р. № 56 було затверджено Цыьову комплексну програму наукових дошджень НАН Украши «Бюмаса як паливна сировина» («Бюпалива») [1].
Основною метою цкьово! комплексно! програми наукових досл^жень «Бюмаса як паливна сировина» («Бюпалива») е визначення прюритетш у виршенш проблеми значного тдвищення ефективносп виробництва рiзного типу бюпалив шляхом розширення сировинно! бази, iз за-стосуванням нових нетрадицiйних культур i вдосконален-ням традицiйних шляхом селекцп та використанням досяг-
нень геномжи i бютехнологп, створення та вдосконалення технологiй отримання бiопалив i бккових концентратiв з р1зних культур i решток альськогосподарського виробництва та продукцп л1сового господарства. Реалiзацiя програ-ми дозволить розширити й удосконалити сировинну базу i технологп для перетворення бiомаси на продукти, придатш для застосування в техшщ (бiодизель, бiоетанол, бiобyтанол тощо), створити наукову базу для забезпечення в найближ-чому майбутньому яисних зм1н в бiоенергетицi Укра!ни.
Першочерговими стратегiчними прюритетами програми е таи:
f
f
f
f
f
f
визначення найбкьш перспективных джерел б1опалива в УкраМ, включаючи нетрадиц1йн1 (тополя, верба, м1скант та шш1 нов1 культури); розробка технологш вирощування та основних напрям1в використання нетрадицшних бю-енергетичних культур як високоефективного в1дновлюваного джерела енергп. Забезпечення стабкьно високого виходу абсолютно сухо! маси (10 - 20 т/га, яка придатна для використання на тверде бюпаливо) та високояюсно! техтчно! олп (900 - 1100 кг/га - як джерела для бюдизеля);
застосування метод1в бютехнологп та генетич-но! шженерп рослин з метою збкьшення продукцп сировини для б1опалива з одинищ площ1 при м1н1мальних енерговитратах з шдвищеним вм1стом корисних речовин, а також створення рослин - продуценпв олш; удосконалення технолог1й отримання бюпалива (бюдизель та б1оетанол) 1 бккових концен-трат1в з рослинно! сировини, з пошуком 1 гене-тичним конструюванням в1дпов1дних штам1в мжрооргашзм1в;
розробка метод1в одержання вуглеводн1в з бю-маси сухих в1дход1в та пошук метод1в одержання етилену з б1омаси (х1м1чн1 та ферментативш процеси);
технолог!! використання 61осировини для отримання бюпалива разом Гз створенням технологш для отримання супутнк оргашчних хГм^-т1в (полкактат, молочна кислота, пдроксимас-ляна кислота, глютамшова кислота, фурфурол та продукти на його основ1); f пошук шлях1в використання по61чних продук-т1в та в1дход1в виробництва бiопалива.
Основт роздии програми таи:
I. Джерела отримання бюпалив та бюлопчш засоби тдвищення ефективносп сировини для бюпалив.
II. х1м1чш технологГ! отримання бюпалив i супутшх продукт.
III. Технологiчнi та еколопчш основи виробництва та використання бюпалив.
Найбкьш значyщi результати виконання вказано! програми за 2007 - 2012 рр. наведено в табл. 1 [2 - 7].
Продовженням програми дооиджень з1 створення укра!нського бюпалива стала Циьова комплексна програ-ма наукових дошджень НАН Украши «Бiологiчнi ресурси i новтт технологй бюенергоконверси» на 2013 - 2017рр., концепщя яко! була затверджена розпорядженням Прези-дг! НАН Укра!ни в1д 20.03.2013 р. № 189 [8; 9].
Таблиця 1
Найбшьш значущi результати виконання цiльовоï комплексно'!' програми наукових дослщжень НАН Украши «Бiомаса як паливна сировина» («Бюпалива») за 2007 - 2012 рр.
Р1к Напрямок програми Найбшьш значущий результат Практична цшшсть Галузь Глобальна проблема
1 2 3 4 5 6
Джерела отримання бюпалив та тдвищення ефективносп сировини Видшеш високопродуктивш форми сорго-вих культур, сориту, пальчастого проса, тошнамбуру, топiнсоняшнику з розрахун-ковим виходом етанолу вщ 150 - 200 дкл/га до 450 - 900 дкл/га Сформовано генофонд рослин з високою олiйнiстю та виходом лтрв Сшьське господарство; енергетика Нова енергетика
Проведено скриншг целюлозолiтичноí активностi широкого спектру штамiв мiкроорганiзмiв та вiдiбранi найбшьш Вiдiбранi перспективнi штами - продуценти етанолу
перспективы штами - продуценти етанолу
2007 Виготовлено та дослщжено полiмернi мембрани, як можуть працювати при температурi до 6000 0 С та тиску до 10,0 МПа Полiмернi мембрани, що можуть працювати при високих температурах i тиску Енергетика Нова енергетика
Отримано новий нанопоруватий вуглецевий
матерiал з ушкально високою граничною Новi матерiали для
адсорбцмною мктюстю щодо поглинання одержання пол^ Енергетика
XiMi4rn технологи отримання бюпалив i супутшх продукпв пари бензолу та ракцшноздатш iзоцiанат- мерних матерiалiв
акрилатнi олiгомери з рослинних олiй
Синтезовано низку зразюв бюдизель-ного палива, для яких визначено основы експлуатацшш характеристики та низку Новi зразки бiопалива
та новi речовини, що е присадками до мастил Енергетика -«-
нових поверхнево-активних речовин
Оптимiзовано параметри одержання
дешевих вуглевмiсних високопорува- Створення гетеро-
тих адсорбентiв iз синтетичних смол i фруктових кiсточок, дослiджено Гх генних каталiзаторiв синтезу бiодизеля Енергетика -«-
експериментальнi зразки
Розроблено технiчнi вимоги та конструк-
торську документацiю на дослщну установку для одержання рщких бiопалив Документацiя на дослщну установку для одержання рщких бюпалив. Елементи лабораторного устаткування для виробництва, транспортування i спалювання бюгазу. Схеми виробництва
Технологи виробництва i використання бюпалив i гомогенiзатор-теплогенератор. Розроблено схему лабораторноГ' установки для оцшки виходу та складу бiогазу при сумкному зброджуваннi рiзних субстратiв, основы елементи технологи та обладнання для транспорту бюгазу та принципову Енергетика
конструкцт вихрового пальника для одно-часного i роздiльного спалювання бiогазу та природного газу. Розроблено технолопчш схеми виробництва електричноГ й тепловоГ енергп газо-
теплово! та електричноГ енергп з бюгазу
поршневими двигунами на бюга
Отримано сорти 13 культур та проведено Гх експертизу як джерел бюетанолу Пошук нових сор^в -джерел бюетанолу Сшьське господарство; енер-гетика Нова енергетика
Джерела отри-мання бюпалив та тдвищення ефективносп сировини Виведено високопродуктивнi стрес-стшк сорти нетрадицiйних для УкраГни культур для виробництва бюдизеля, три з яких зареестроваш у Держкомiсií з сортовипро-бування Три нових сорти культур для виробництва бюдизеля
2008 Отримано 8 трансгенних рослин картоплi сорту Лупвська та 39 лшш рослин рiпаку Високопродуктивш рослини
високо1 продуктивност
Серед дрiжджiв украГ'нськоГ' колекцп Рекомбшантш
XiMi4rn технологй' отримання бюпалив i супутшх продукпв мiкроорганiзмiв виявленi штами -активнi зброджувачi вуглеводiв (моно- та дисахаридiв, у тому чиш целобiози). Пiдiбрано дрiжджовi промотори, що iнду-куються етанолом конструкци та штами для застосування при позитивна селекцп дрiжджових надпродуцен^в Харчова промисловiсть Нестача продоволь-ства; нова енергетика
О О CQ
О ^
О
О Q_
1= <
О
<
О ш
1 2 3 4 5 6
Синтезовано ряд домшок антифрикцшного Мастила на основi Промисловiсть 6-й техно- логiчний уклад
призначення для створення мастил ртаково! олil
Вивчено фактори, що впливають на фор-
мування структури активних центрiв каталiзаторiв синтезу бюпалива на основi смектитоподiбних шаруватих метало-сил^ Синтез бiопалива Енергетика Нова енергетика
капв, подвiйних змiшаних оксидiв, цеолiTiв,
а також мезоструктурованого кремнезему
Створено шлотну установку одержання бюдизеля в безперервному режимi шляхом переетерифкацп рiпаковоí олп етанолом на гетерогенних кислотних та основних Пiлотна установка одержання бюдизеля Енергетика Нова енергетика
каталiзаторах
Визначено реологiчнi властивост низки Властивосл паливних
паливнихсумiшей сумшей
Проведено дослщження спiльного
спалювання у потоцi деревно! тирси з Замiнник природ-
пилоподiбним антрацитом тдвищено! ного газу в топках -«- -«-
Технологи виробництва i використання бюпалив зольностi (24 - 28%) як замшника при- парогенерак^в
родного газу в топках парогенеракрв
Розроблено та побудовано два варiанти Топковi пристро!' для спалювання тююв
експериментальних топкових пристро!в для безперервного спалювання цiлих тююв -«- -«-
соломи
Проаналiзовано законодавчi та фшанога
iнструменти стимулювання розвитку бю-
енергетики в кранах £С i США, розгляну- Визначення най-
то доцiльнiсть и застосування в УкраМ Визначено, що найкращi перспективи бiопаливного виробництва в Украш мо-жуть бути забезпеченi на основi целюлоз- кращих перспектив бюпаливного виробництва в Укра'У -«- -«-
но! сировини та технологш 2-го поколiння
Створено одну з найбшьших в УкраУ
Джерела отри-мання бюпалив та пщвищення колекцш енергетичних рослин, яка на-раховуе 352 таксонiв (139 - олшних, 71 -цукроносних, 142 - сировинних культур для виробництва бюпалива та бюгазу) Колекцiя енергетичних рослин Сшьське господарство; енергетика Нова енергетика
ефективносп сировини Сформовано колекцт штамiв мiкро-водоростей перспективних продуцент-тiв Колекщя штамiв мiкро-водоростей продуценттiв лтрв
лiпiдiв i проведено !х молекулярно-
генетичний аналiз
lдентифiковано ген цитокiнiноксидази
XiMi4rn технологи отримання бюпалив i супутшх продуктiв пальчастого проса, вщповщальний за збiльшений прирiст бiомаси, та отриманi мутантнi пбриди кукурудзи по гену waxy Генномодифiкованi мутантнi гiбриди кукурудзи зi збiльшеним -«-
2009 зi змiненим у зернi складом крохмалю для виготовлення бюетанолу вмiстом крохмалю
Створено та апробовано модуль плотно! установки для одержання бюдизеля на твердих каталiзаторах у перюдичному або безперервному режимах Модуль пшотно!' установки для одержання бюдизеля Енергетика Нова енергетика
Оптшзовано методи формування нано-
Технологи вироб-ництва i викори-стання бюпалив кластерiв каталiтичних сполук усерединi нанопор активованого антрациту та рекомендовано його для газифкацп бюмаси у високоефективних мембранних реакторах Оптимальн методи газифiкацiï бюмаси -«- -«-
Розроблено рецептуру та виготовлено дослщну партто бюбензишв типу Е 10, Е 80 та Е 85 на основi товарного прямогонного бензину, автомобшьного бензину А-76, бюетанолу та технолопчних присадок, Рецептура та виготовлення дослщно!' партп бiобензинiв -«- -«-
що вщповщають вимогам ДСТУ та ISO
О
о m
о ^
о
о
Q_ 1=
С
о
<
s
Ш
1 2 3 4 5 6
Випробувано на тракторному дизельному двигуш орипнальне дизпаливо, синтезо-ване за технолопею етанольно!' переесте-рифiкацiï рiпаковоï олй', у суммах з тради-цiйним дизпаливом, i визначено його енерго-еколопчш переваги у порiвняннi з нафто-вим дизпаливом пiдвищеноï якостi (£вро) Орипнальнедизпаливо, синтезоване з ртаково!' олй', у сум^ шах з традицiйним дизпаливом -«- -«-
Розроблено технологiчну схему пщпри-емств з виробництва бiодизеля потужнiстю вщ 8 до 128 тис. т на рк Технологiчна схема пщприемств з виробництва бiодизеля -«-
Створено модифiкатори шинних гум на основi гiдразидiв рослинних олш Модифтатори, що пщ-вищують динамiчнi вла-стивостi шинних гум Промисловiсть 6-й техноло-гiчний уклад
Джерела отримання бюпалив Проведено огляд iнтродукцiйних ре-сурсiв нетрадицiйних ярих та озимих високоолшних культур Огляд нетрадицшних високоолiйних культур Сiльське господарство; енергетика Нова енергетика
та пщвищення ефективносп сировини Створено генофонд та пiдiбрано найперс-пективнiшi для виробництва бюетанолу види та форми мкканусу i прутоподiбного проса Найперспективнiшi для виробництва бюетанолу види рослин -«-
Оптимiзовано процес ферментацй та отримання бутанолу за допомогою масляноТ кислоти, що ктотно збiльшило вихiд, об'емну продуктивнiсть i концентрацто бутанолу Збшьшення виходу, об'емноТ продуктивно-стi та концентрацй' бутанолу Енергетика Нова енергетика
2010 Хiмiчнi технологй' отримання бюпалив i супутшх продуюГв Вдосконалено технологiю гомогенно-каталiтичноï переестерифiкацiï рiпаковоï олй' етанолом задля зменшення кiлькостi глiцерину, а також моно- та диглiцеридiв у сумш етилових естерiв жирних кислот (бюдизельному паливi). Одержане паливо перевищуе параметри дизельного палива нафтового походження i не потребуе спещально!' адаптацй паливноТ системи дизельних двигунiв Одержане паливо може використову-ватись на працюючш дизельшй технiцi в широкому дiапазонi сшввщношень iз наф-товим дизпаливом -«-
Технологй' вироб-ництва i викори-стання бюпалив Проведено дослщження режиму одержання рщких моторних та енергетичних палив з бюкомпонентами рослинного походження. Отримано зразки бюпаливних сумшей традицiйного моторного та енер-гетичного палива (дизельне паливо, мазут) з бюкомпонентами (рослинш олй', бiодизель, бiоетанол) Бiопаливнi сумiшi традицшного моторного та енергетичного палива з бюкомпонен-тами -«- -«-
Споруджено лабораторну установку швид-кого пiролiзу для виробництва рiдкого палива з бюмаси, проведено ÏÏ налагодження та запуск Установка для вироб-ництва рiдкого палива з бюмаси
Створено сортозразки мккантусу та проса дротоподiбного як джерела бюетанолу Новi сорти рослин як джерело бюетанолу Сiльське господарство; енергетика Нова енергетика
Джерела отримання бюпалив i пщвищення ефективносп сировини Отримано прототрофшш мейотичнi сегре-ганти з пiдвищеною термотолерантнiстю, яю продукують на 15 - 20% етанолу бшьше, нiж вихiднi штами i промисловi дрiжджi Нов^ бшьш продук-тивнi штами про-мислових дрiжджiв -«-
2011 У результат проведеного молекулярно-генетичного аналiзу мiкроводоростей визначено 7 найперспективнiших штамiв мiкроводоростей продуцентiв бiомаси Перспективнi штами мiкроводоростей продуцент бiомаси -«- -«-
Хiмiчнi технологй' отримання бюпалив i супутшх продукпв Встановлено, що олкомери на основi епоксидованоТ олй' та трихлороцтово!' кислоти е самозатухаючими i можуть бути використаш для розробки самозатухаючих покриглв i герметикiв Речовини для розроб-ки самозатухаючих покриттiв i герметиш Промисловiсть 6-й техноло-гiчний уклад
О
о m
о ^
о
о
Q_ 1=
С
о
<
3
4
Запропоновано покращену технолопю та налагоджено дослщну установку для одержання бюдизельного палива на повнктю вiдновлювальнiй сировиннiй базi
Технологiя i облад-нання для одержання бюдизельного палива
Енергетика
Нова
енергетика
Розроблено техшчш умови i тимчасовий технологiчний регламент до використання присадки Фосфолрн - одного з кращих полiфунцiональних додатюв до мастильних матерiалiв
Технологiя використання присадки Фосфолрн до мастильних матерiалiв
Промисловiсть
6-й техноло-гiчний уклад
Визначено теплофiзичнi параметри проце-ав обробки при виготовленнi рiдких бю-паливних сумiшей на основi дизельного палива, бензину, рослинних олш, бюди-зелю та етанолу
Параметри виготов-лення бiопаливних сумiшей
Енергетика
Нова
енергетика
Створено лабораторну установку з гщро-динамiчним кавттором для виготовлення бензоетанолу. За прогнозною оцшкою при використаннi бензоетанолу для транспортних заойв з ккровим запалюванням та електронним керуванням економiя може скласти 15 - 40% експлуатацшних витрат
Установка для виготовлення бензоетанолу
Оптимiзовано рецептуру та напрацьовано дослщну партто моторного бюпалива Е 85, проведено його розширен моторн випробування
Дослщна партiю моторного бюпалива Е 85
Технологи вироб-ництва i викори-стання бюпалив
Дослщжено ефектившсть сумкного зброд-жування гнойових вiдходiв iз силосом в умовах перiодичного непроточного процесу при температурi 35 ± 10 0С. Визначено вихщ бiогазу та його склад при зброджуванн тестових сумiшей з рiзним спiввiдношенням органiчноí речовини
Технологiя одержання бюгазу при сумкному зброджуваннi гнойових вiдходiв iз силосом
О О CQ
О ^
О
О Q_
1= <
О
<
s
Ш
Удосконалено модель вiдбору бюгазу окремою свердловиною та групою сверд-ловин i на ÏÏ основi розроблено систему збору бiогазу, що враховуе фiзичнi умови укра'шських полкошв
Система збору бiогазу, для реальних умов полкону
Виготовлено мобiльний експеримент-тальний стенд i проведено експеримен-тальнi дослiдження обмеженоí системи збору бюгазу
Дослщження обмежено!' системи збору бюгазу
Джерела отри-мання бюпалив та пщвищення ефективнос^ сировини
Впроваджено перспективы культури для виготовлення бюдизелю та технологи Тх виро-щування на площi близько 3 тис. га, а також сорти мккантуса та проса дротоподiбного для виробництва бiопалива в УкраТш, розташованi на площi близько 180 га
Впровадження пер-спективних культур для виготовлення бюдизелю
Сшьське
господарство;
енергетика
Нова
енергетика
Хiмiчнi технологи отримання бюпалив i супутшх продую1в
Розроблено споаб одержання бiомаси мкроводоростей Desmodesmus
Спосiб одержання бiомаси з мкрово-доростей
Енергетика
Нова
енергетика
2012
Створено рекомбiнантнi штами дрiжджiв БассИаготусеБ сегеуыае, що характеризуются пiдвищенням ефективностi алкогольно!' ферментаци
Новi рекомбiнантнi штами дрiжджiв
Технологи вироб-ництва i викори-стання бюпалив
Розроблено конструкцто та змонтовано лабораторну установку для зброджування твердих харчових вiдходiв з отриманням бюпалива. Створено технолопчну установку добування бюдизельного палива гомо-генно-каталiтичною переестерифкафею олй етанолом i вироблено близько 900 кг продукту. Порiвняно з дизпаливом, що вироблясться в УкраУ за дiючим втизняним стандартом ДСТУ 3868-99, синтезованi продукти мають не лише еколопчш, а й енергетичн показники
Установки для зброд-жування твердих харчових вiдходiв i для гомогенно-каталiтич-но!' переестерифiкацií олй' етанолом з отриманням бюпалива
2
5
6
Зактчення табл. 1
1 2 3 4 5 6
Пщготовлено конструкторську докумен-тацiю на науково-техшчну продукцiю «Станщя приготування бюпаливних сумiшей» продуктивнiстю 1000 кг/год. Розроблено конструкторську документацто на новий дисково-цилшдричний диспер-гатор-гомогенiзатор, який е основним робочим вузлом розроблено! установки. Створена можливкть подальшого запуску науково-техшчно! продукци в сершне виробництво Впроваджено станцiю приготування бюпаливних сумшей на ТОВ «1л-Пром» i ПАТ НВП «Бiльшовик» -«- -«-
Створено першу в Укра'У установку швидкого пiролiзу бiомаси та отримано зразки пiропалива (бюнафти). Надано рекомендаци для проектування шлотно! установки абляцiйного пiролiзу бiомаси Впроваджено установку швидкого пiролiзу бiомаси на ДП «Гршенерго» -«- -«-
Оптимiзовано рецептуру, вироблено дослщ-ну партто бюпалива Е 85 i проведено його моторн випробування. Установлено, що при робот двигуна на паливi Е 85 iстотно знижуеться токсичшсть вiдпрацьованих газiв у порiвняннi з бензином. Визначено, що ефективний коефрент корисно! ди (ККД) двигуна на вах режимах при роботi на бюетанольному моторному паливi Е 85 вищий, шж при роботi на бензин Нове бiопаливо Е 85, що знижуе токсичнiсть вiдпрацьованих гав i пщвищуе ККД двигуна на вах режимах роботи -«- -«-
Джерело: складено за [2-7].
Останне десятирiччя ознаменувалось значним по-силенням уваги до пошуку та розвитку ефектив-них шляхш використання бiологiчних ресурсiв як продуценпв або джерел отримання поновлювано! енерги (бiопалив). Це обумовлюеться загрозою вичерпання запа-сiв викопних джерел енерп! ^ вiдповiдно, 1х значним подо-рожчанням у найближчому майбутньому. Ще одним стимулом для розвитку новггнк технологiй бюенергоконверси е потенцшна можливiсть зменшення викидiв в атмосферу вуглекислого газу за рахунок розширення споживання бю-етанолу та бюдизеля, покращення властивостей пального за рахунок бюлопчних домiшок. Тому в найближчш пер-спективi очiкуеться, що ршень використання бiопалив у загальному споживанш пального суттево зростатиме i пе-ревищить одну десяту частину.
Як в^омо, сучасна енергетика Украши значною мь рою базуеться на iмпортi енергетично'1 сировини - нафти, газу, бензину, цша на яи постiйно зростае. Ускладнюеть-ся ситуащя i з урановою сировиною для атомних станцш. Останнiм часом для подолання енергетично'1 залежност в нашш краМ запроваджуеться широкомасштабний ви-добуток сланцевого газу, що не завжди е однозначним з точки зору техногенно'1 (еколопчно!) безпеки. Збкьшен-ня потужност сонячних електростанцiй (пряме пере-творення сонячно'1 енерги в електричну) мае природш обмеження в силу географiчного розташування Укра'1ни. Застосування ж нових джерел енерги (водень, термоядер-ний синтез тощо) е досить проблематичним у найближчш перспективi та й не так швидко може стати економiчно привабливим, особливо за умов широкомасштабного використання. Усе це дозволяе стверджувати, що най-ближчим часом немае рiвноцiнноl альтернативи рiдкому паливу для рiзних видiв транспорту (автотранспорту, по-вiтряного та водного транспорту).
В Укра'ш для виробництва бiопалив уже викорис-товуються рiзнi сировиннi джерела: пшениця, кукурудза, цукровий буряк i рiпак. Але на сьогоднiшнiй день варто досл1дити, як1 с1льськогосподарськ1 культури можуть за-мшити традицшну кукурудзу, цукровий буряк, пшеницю для того, щобне стати об'ектом критики за марнотрат-ство продовольчо! сировини. Стрiмкий науково-техшчний розвиток цього сектора економжи диктуе новi завдання, яи необх^но виршити заради того, щоб забезпечити по-ступальний розвиток ринку бюпалив у нашiй кра!ш та кон-курентоспроможнiсть створювано'1 продукци. Це означае, що необх^но забезпечити сучасний технолопчний супро-вiд процесу виробництва бюпалив для того, щоб Украша перейшла до виробництва бiопалив другого I третього по-колшь i перестала використовуватись як сировинна база.
Метою програми е послаблення залежност Укра1-ни в1д iмпорту енергетично'1 сировини та забезпечення ефективного науково-технолопчного супроводу процесу виробництва бюпалив у державу зокрема, у частиш впровадження новiтнiх технологiй бюенергоконверси для отримання р^ких бiопалив i розширення '1х використання; вирiшення проблеми значного тдвищення ефективностi виробництва рiзних видiв бiопалив завдяки розширенню сировинно! бази iз застосуванням нових (альтернативних) культур i тих культур, що вже використовуються, з полш-шенням '1х продуктивностi та технiчних характеристик за допомогою методiв геномiки, бютехнологи та селекцп; роз-роблення та вдосконалення технологш отримання рiдких бiопалив з рiзних культур, решток скьськогосподарського виробництва та продукци лiсового господарства, а також вдосконалення виробництва шших видш бiопалив.
Основними роздыами програми е таи:
I. Бюлопчш ресурси та технолопчш засади '1х пер-винно! переробки.
II. Х1м1чт аспекти новггшх технологш бюенергокон-версп.
III. Техшчт засади новггнк технологш бюенергокон-версп.
Найбкьш значущ1 результати виконання вказано! програми за 2013 р. наведено в табл. 2.
Таким чином, очшуваними результатами виконання вказано! комплексно! програми стане:
+ залучення перспективних бюлопчних ресурс1в 1 розробка та впровадження новггнк технологш б1о-енергоконверсГ! для отримання р1дких бюпалив 1 розширення !х використання;
Таблиця 2
Найбгльш значущi результати виконання цшьовоТ комплексно'!' програми наукових дослiджень НАН Укра'ни «Бiологiчнi ресурси i новiтнi технологи бюенергоконверсп» на 2013 - 2017 рр. за 2013 р.
Ргк Напрямок програми Найбiльш значущий результат Практична цшшсть Галузь Глобальна проблема
Бiологiчнi ресурси та технолопчш засади Г'х первинноГ' переробки Проведено скриншг 87 штамiв зелених водоростей - потенцшних продуцентiв бюдизелю. Визначено перспективнiсть продуцентiв бутанолу при використанн альтернативних субстратiв i за депонова-но найефективнiший штам - продуцент бутанолу - С.асе1:оЬи1у!1сит ^Вв С6Н Визначено найефек-тивнiший штам -продуцент бутанолу Сшьське господарство; енергетика Нова енергетика
Розроблено енрего- та ресурсозаощад-ливий спосiб двостадiйноГ' трансформацй' триглiцеридiв шляхом етанолiзу з подаль-шим сульфiдуванням етилових естерiв вищих жирних кислот. Це дозволяе змен-шити температуру та тривалiсть про-цесу, виключае видiлення сiрководню та використання метанолу. Синтезоваш продукти мають токсиколого-еколопчну безпечнiсть Створенi мaтерiaли пiдвищують фрикцiйнi характеритики мастил та 'х захисш власти-востi щодо чорних i кольорових метaлiв беззастосування iнгiбiторiв корозй Промисловiсть Технолопчне вiдстaвaння; 6-й технологiч-ний уклад
Хiмiчнiаспекти новiтнiх технологiй бiоенергоконверсiГ' Розроблено ефективний, стабiльний каталiзатор Си/Д!203-Сг203 гiдрування етанол-глiцериновоГ' сумiшi в пропшен-глiколь. Показано можливiсть селективного одержання за двореакторною схемою конверсп глщерину 2,24-триметил-1,3-дюксану Одержання високо-октанового компоненту бензишв Енергетика Нова енергетика
2013 Стендовими випробуваннями етилових естерiв кислот льняно'' олй' на сершному тракторному двигунi встановлено, що за прийнятних енергоекономiчних показникiв роботи двигуна сумiшевi палива (20 - 60% об. естерiв) переважа-ють дизпаливо нафтового походження як за складом вихлопних гав, так i за повнотою згоряння Високоефективнi пaливнi сумш з використанням естерiв кислот льняно'' олй -«-
Техшчш засади Спроектовано та виготовлено пшотну установку для отримання рiдкого шро-палива шляхом швидкого пiролiзу бю-маси. Проведено першу серiю експери-ментiв iз швидкого пiролiзу подрiбненоГ' деревно'' бiомаси (тирси) з отриман-ням бiонафти. Створена установка мае продуктившсть до 4,65 кг/год по переробф сировини з виходом бюнафти до 51,3% маси перероблено'' бюмаси Обладнання для отримання рщкого пiропaливa (бiонaфти) -«- -«-
бiоенергоконверсiГ' За допомогою удосконалено'' та вери-фiкованоГ' теплофiзично'' моделi розра-ховано параметри процеав утворення, фiльтрaцй' та збору бюгазу. Розроблено ескiзний проект мало коштовно'' рекон-струкцГ'' Бортницько'' станцй аерацй з метою одночасного спалювання бюгазу i природного газу та збшьшення надходження бюгазу до котельш за рахунок зменшення втрат у метантенках i газгольдерах Реконструкцiя дiючоí станцй аерацй з одно-часним спалюванням бюгазу i природного газу -«- -«-
О О CQ
О ^
О
О Q_ 1=
С
о
<
Джерело: складено за [10].
+ запровадження використання найбiльш ефектив-них, у т. ч. нетрадицшних та альтернативних, дже-рел сировини для отримання бюпалив; + отримання високоякiсноï сировини з енергетично цiнних рослин, включаючи покращення показни-кш ïx продуктивностi та кiнцевого виходу спирту й олiй;
+ пiдвищення яисного складу та кiлькiсного вмiсту енергетично цшних речовин (крохмалю, цукру, олй тощо) у бiосировинi для отримання р^ких бiопалив;
+ створення нових штамiв мiкроорганiзмiв, грибiв та мжроводоростей, а також розширення к ре-сурсно'1 генетично'1 бази для отримання р1дких бiопалив;
+ удосконалення i розроблення новiтнix xiмiчниx теxнологiй, а також застосування нових пiдxодiв для бюенергоконверсй; + удосконалення теxнологiй xiмiчноï трансформацй
жирних кислот в олй для одержання бюдизеля; + вдосконалення iснуючиx i розробка альтернативних технологш отримання паливних компонентiв, необх^них для виробництва бiопалив; + використання вiдxодiв скьськогосподарського виробництва, лiсовоï, харчово'1 промисловостi та побутових вiдxодiв як сировини для отримання бюпалив;
+ практичне використання побiчниx продуктов та
в^ходш виробництва бiопалив; + поршняльний аналiз рiзниx джерел бiоенергетичноï сировини з урахуванням собiвартостi, екологiчноï безпеки, а також можливост отримання при цьому додаткових корисних продуктов. ■
Л1ТЕРАТУРА
1. Про цтьову комплексну програму наукових дош-джень НАН Укра'Гни «Бюмаса як паливна сировина» («Бю-палива») / Постанова ПрезидГГ НАН Укра'Гни в1д 28.02.2007 р. № 56 [Електронний ресурс] - Режим доступу : http://www1. nas.gov.ua/infrastructures/Legaltexts/nas/2007/regulations/ OpenDocs/070228_56.pdf
2. Зв1т про дiяльнiсть Нацiональноï АкадемГГ наук Укра'Гни у 2007 р. - К. : Видавничий д1м «Академперюдика» НАН Укра'Гни,
2008. - Ч. 2. - 184 с.
3. Звгт про дiяльнiсть Нацiональноï АкадемГГ наук Укра'Гни у 2008 р. - К. : Видавничий д1м «Академперiодика» НАН Укра'Гни,
2009. - Ч. 2. - 218 с.
4. Звгт про д1яльн1сть Нацюнально'Г АкадемГГ наук Укра'Гни у 2009 р. - К. : Видавничий д1м «Академперюдика» НАН Укра'Гни,
2010. - Ч. 2. - 192 с.
5. Звгт про дГяльшсть Нацюнально'Г АкадемГГ наук Укра'Гни у 2010 р. - К. : Видавничий д1м «Академперюдика» НАН Укра'Гни,
2011. - Ч. 2. - 194 с.
6. Звгт про дГяльшсть Нацюнально'Г АкадемГГ наук Укра'Гни у 2011 р. - К. : Видавничий д1м «Академперюдика» НАН Укра'Гни,
2012. - Ч. 2. - 198 с.
7. Звгт про дГяльшсть Нацюнально'Г АкадемГГ наук Укра'Гни у 2012 р. - К. : Видавничий д1м «Академперюдика» НАН Укра'Гни,
2013. - 564 с.
8. Про виконання цтьово'Г комплексно!' програми наукових дошджень НАН Укра'Гни «Бюмаса як паливна сировина» («Бюпалива») - етап 2010 - 2012 рр. / Розпорядження ПрезидГГ
НАН Укра'Гни в1д 20.03.2013 р. № 189 [Електронний ресурс]. - Режим доступу : http://www1.nas.gov.ua/infrastructures/Legaltexts/ nas/2013/directions/0penDocs/130320_189.pdf
9. Концепцт цтьово'Г комплексно!' програми наукових дошджень НАН Укра'Гни «Бюлопчш ресурси i новп>л технологи бюенергоконверсй» на 2013 - 2017 рр. / Додаток до розпорядження ПрезидГГ НАН Укра'Гни в1д 20.03.2013 р. № 189 [Електронний ресурс]. - Режим доступу : http://www1.nas.gov. ua/infrastructures/Legaltexts/nas/2013/directions/OpenDocs /130320_189_concept.pdf
10. Звгт про дГяльшсть Нацюнально'Г АкадемГГ наук Укра'Гни у 2013 р. - К. : Видавничий д1м «Академперюдика» НАН Укра'Гни, 2014. - 560 с.
REFERENCES
[Legal Act of Ukraine] (2007). http://www1.nas.gov.ua/infra-structures/Legaltexts/nas/2007/regulations/OpenDocs/070228_56. pdf
[Legal Act of Ukraine] (2013). http://www1.nas.gov.ua/infra-structures/Legaltexts/nas/2013/directions/0penDocs/130320_189. pdf
[Legal Act of Ukraine] (2013). http://www1.nas.gov.ua/infra-structures/Legaltexts/nas/2013/directions/OpenDocs/130320_189_ concept.pdf
Zvit pro diialnist Natsionalnoi Akademii nauk Ukrainy u 2007 r. [Annual Report of the National Academy of Sciences of Ukraine in
2007]. Kyiv: Akademperiodyka, 2008.
Zvit pro diialnist Natsionalnoi Akademii nauk Ukrainy u 2008 r. [Annual Report of the National Academy of Sciences of Ukraine in
2008]. Kyiv: Akademperiodyka, 2009.
Zvit pro diialnist Natsionalnoi Akademii nauk Ukrainy u 2009 r. [Annual Report of the National Academy of Sciences of Ukraine in
2009]. Kyiv: Akademperiodyka, 2010.
Zvit pro diialnist Natsionalnoi Akademii nauk Ukrainy u 2010 r. [Annual Report of the National Academy of Sciences of Ukraine in
2010]. Kyiv: Akademperiodyka, 2011.
Zvit pro diialnist Natsionalnoi Akademii nauk Ukrainy u 2011 r. [Annual Report of the National Academy of Sciences of Ukraine in
2011]. Kyiv: Akademperiodyka, 2012.
Zvit pro diialnist Natsionalnoi Akademii nauk Ukrainy u 2012 r. [Annual Report of the National Academy of Sciences of Ukraine in
2012]. Kyiv: Akademperiodyka, 2013.
Zvit pro diialnist Natsionalnoi Akademii nauk Ukrainy u 2013 r. [Annual Report of the National Academy of Sciences of Ukraine in
2013]. Kyiv: Akademperiodyka, 2014.
О О m
о ^
о
о
Q_ 1=
С
о
<
