Применение биоэтанольного топлива на автотранспорте Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

<äщ

Альтернативное моторное топливо

Применение биоэтанольного топлива на автотранспорте

Г.С. Дугин,

заместитель заведующего отделом проблем транспорта ВИНИТИ РАН

В статье рассмотрены перспективы применения биоэтанольного топлива на автотранспорте различных стран мира. Также показаны преимущества и недостатки этанола и нового топлива Е85 на основе смеси этанола и бензина.

Ключевые слова: биотопливо, этанол, способы получения, характеристики, применение.

Bioethanol fuel application on the automobile transport

G.S. Dugin

The prospects of bioethanol fuel use in the automobile transport sphere of different countries of the world are considered. Advantages and deficiencies of the ethanol and new E85-fuel (on the base of ethanol and petrol mixture) also were discussed.

Keywords: biofuels, ethanol, methods of production, characteristics, application.

Наблюдающийся в мире дефицит жидкого нефтяного моторного топлива, загрязнение окружающей среды отработавшими газами автомобилей активизировали разработку альтернативных видов моторного топлива. И здесь наибольшее внимание уделяется возобновляемым источникам энергии, среди которых можно назвать те источники, которые можно получить из растительного сырья. В качестве таких топлив наибольшее распространение получили биоэтанол, биобутанол, биодизельное топливо и биогаз.

Преимущества и перспективы производства биотоплива из растительного сырья и его экологичность доказаны эффективными результатами применения биотоплива во многих странах мира. По прогнозам мировое производство биотоплива может достичь к 2030 г. 150 млн. т.

Наибольшее распространение среди биотоплив получил биоэтанол,

который отличается сравнительно простой технологией производства. Его, например, можно получать путем

сбраживания зернового или сахаро-содержащего сырья.

Представляют интерес данные об удельном выходе этилового спирта при переработке различных сельскохозяйственных культур (л/т): кормовой свеклы - 57, сахарной свеклы - около 43, картофеля - 25, кукурузы (зерно) - 22 , пшеницы - 14, ржи - 13, ячменя - 10. При этом, если учитывать урожайность этих культур, то максимальный выход этого спирта на 1 га посадок имеют кормовая и сахарная свекла, картофель и кукуруза.

В мире основным производителем биоэтанола в качестве моторного топлива являются США, которые планируют произвести к 2012 г. около 22 млн. т биоэтанола. Особая роль в производстве биоэтанольного топлива принадлежит Бразилии, где этот вид топлива, производимый из сахарного тростника, давно стал реальностью. Так, в энергобалансе этой страны биоэтанол занимает около 16%. По итогам урожая 2009 г. Бразилия собрала рекордный урожай сахарного тростника, что позволяет произвести из этого сырья около 27 млрд. л этанола. Планируется до 2012 г. инвестировать около 30 млрд. долл. США в повышение производительности переработки этого сырья в этанол. Если сейчас с 1 га сахарного тростника в Бразилии

Завод по производству биоэтанола

Альтернативное моторное топливо

Ш)

к-»,..,.,»•

получают 7 тыс. л этанола, то через десятилетие, по мнению экспертов, эта цифра достигнет 12 тыс. л. Уже сейчас в стране насчитывается около 390 предприятий по переработке сахарного тростника.

По мнению специалистов и руководства страны более активное использование возобновляемых источников энергии может способствовать замедлению процесса потепления климата в мире. Хотя многие страны не ратифицировали Киотский протокол, по которому индустриально развитые страны должны сократить выбросы парниковых газов в атмосферу, Бразилия же это условие выполнила. Широко применяя этанол, страна значительно снизила выбросы углекислого газа в атмосферу.

В международной прессе в последнее время активно обсуждается тема зависимости значительного повышения цен на продукты питания от увеличения темпов производства этанола. Поэтому следует отметить, что биотопливо в Бразилии производится из сахарного тростника, который не является базовым продуктом питания. В США для его производства используется кукуруза. В 2006-2008 гг. на производство этанола в США было затрачено 50 млн. т кукурузы, что привело к росту цен на нее более чем на 200%.

Наряду с Бразилией из остальных стран Латинской Америки только Сальвадор обладает оптимальными климатическими условиями для превращения в одного из лидеров по производству этанола. Эта страна является одной из четырех стран континента, включенных в план развития производства биотоплива, который финансируется США и Бразилией. В соответствии с этим планом в Сальвадоре начинается строительство пилотного предприятия в Центрально-Американском регионе по производству биотоплива на основе сахарного тростника.

К данной теме существует большой интерес и в других странах континента. Так, в Коста-Рике в 2009 г. началась реализация национальной программы по производству биотоплива,

которая направлена на консолидацию энергетической безопасности страны без нанесения ущерба продовольственной безопасности и улучшение экологии (например, уменьшение выбросов токсичных веществ в атмосферу при использовании угля). Здесь, кроме использования для этих целей сахарного тростника, могут применяться также пальма, сорго, отходы ананасов и бананов. Большой потенциал в этом плане имеет и Колумбия, где в последнее время интенсифицировалось производство пальмового масла.

В странах Евросоюза в 2009 г. импорт этилового спирта, из которого производится моторный этанол, ежемесячно составлял около 72 млн. л. Основными странами-поставщиками спирта были Бразилия и Гватемала, за которыми следовал Пакистан. Из европейских стран наиболее широкое распространение биоэтанол получил в Швеции. Следует отметить, что в Европе производство и применение биоэтанола регулируются Директивой 2003/30/ЕС, выполнение которой приведет к тому, что доля возобновляемых источников сырья в производстве топлив на этом континенте составит в 2010 г. 5,75%, а к 2020 г. - более 10%. В течение ближайших 15 лет Швеция планирует полностью отказаться от жидких нефтяных моторных топлив и перевести весь автотранспорт на биотопливо.

В Литве большое внимание уделяется производству биодизельных топлив из рапса. Латвия с 2005 г. ввела финансовую поддержку производителям биотоплива. На Украине для стимулирования производства биоэтанола с 2007 г. освобождено от акцизов производство этого топлива и введены пониженные в два раза ставки акцизных сборов на бензины с добавкой биоэтанола. В Казахстане с 2006 г. началась эксплуатация пром-комплекса «Биохим» по производству до 60 тыс. т биоэтанола в год.

После введения в действие индийской программы Е-5 примерно 540 млн. л этилового спирта было поставлено для производства этанола с ноября 2006 г. В последующий трехлетний период ежегодно поставлялось уже 600 млн. л этого продукта. В Таиланде внутреннее потребление этилового спирта в 2009 г. составляло ежемесячно от 31 до 35,7 млн. л, что на 40% выше, чем в предыдущий год.

В США сегодня этанол применяется на автомобилях, в качестве авиационного топлива, а также в качестве добавки к бензину, повышающей экологические характеристики последнего. В этой стране уже создана промышленность по производству этанола, мощности которой позволяют вырабатывать свыше 13 млрд. л высокооктанового этанола в год. Инвестиции в производство этанола в

íéü

Альтернативное моторное топливо

США превысили уже 5 млрд. долл., а в 20 штатах страны создано 75 предприятий по производству топливного этанола.

В ряде стран мира были изготовлены автомобили для универсального использования, работающие на топливе переменного состава (бензин + 85% объема этанола) - топливо Е85. Мировые производители топлив активно инвестируют в строительство предприятий по выпуску этилового спирта из растительных продуктов. Так, в США уже сегодня предпринимаются активные меры по расширению производства этанола, что позволит удвоить его производство и довести до 17 млрд. л в год.

Основным преимуществом биоэтанола является то, что он имеет большое октановое число (около 108). При его сжигании в двигателе автомобиля отработавшие газы содержат меньше окиси углерода, окислов азота и несгоревших углеводородов. Но рассматривая эти преимущества, следует отметить, что применение одного биоэтанола в двигателях транспортных средств приводит к определенным техническим и экономическим осложнениям. Кроме того, биоэтанол в сравнении с бензином имеет почти на 40% более низкую теплотворную способность (28,3 против 43,5 МДж/кг), что приводит к увеличению его расхода. Также необходимо, чтобы этот вид топлива не содержал воды. Повышенная гигроскопичность, коррозионная агрессивность этанола и ряд других особенностей ограничивают его использование в качестве моторного топлива на транспорте. Все вышесказанное привело к тому, что было принято решение об использовании этанола в качестве добавок к традиционному бензину в количестве от 5 до 10% без какой-либо переделки двигателя автомобиля.

Моторное топливо, состоящее из жидких нефтепродуктов с добавкой этанола, представляет собой нестабильную смесь. Поэтому для придания устойчивости этой смеси в нее добавляют стабилизаторы, например, метилэфир рапсового масла (МЭРМ).

Применение стабилизаторов позволяет получить устойчивые топливные смеси с высоким содержанием биоэтанола. Недостатком смеси «бензин-этанол» является то, что она обладает высокой чувствительностью к воде, которая может попасть в смесь в результате конденсации водяных паров в осенний и зимний периоды, когда наблюдаются большие перепады температур в течение суток. Попавшая в смесь вода приводит к ее расслоению. Использование бензино-биоэтаноль-ной смеси может привести к затруднениям при пуске двигателя за счет меньшего испарения смеси при низкой температуре, поэтому в Бразилии, например, некоторые автомобили, работающие на подобной топливной смеси, снабжены дополнительным баком с чистым бензином. Еще одним недостатком смеси «бензин-этанол» является образование при ее использовании альдегидов, которые приводят к коррозии деталей двигателя.

В последнее время получило распространение топливо Е85, которое представляет собой смесь бензина (15-25%) и биоэтанола (75-85%). Это связано с господдержкой биотопливных технологий во многих странах, так как данное топливо дешевле стандартного бензина на 15-20%. Можно отметить, что топливо Е85 гораздо экологичнее бензина, обладает высокой детонационной стойкостью, улучшает наполнение цилиндров двигателя, повышая его мощность и крутящий момент за счет сильного охлаждения топливовоздушной смеси при испарении этанола. Особенно широкое распространение этот вид топлива получил в США.

Недостатком топлива Е85 можно назвать то, что его применение ведет к необходимости переделки двигателя автомобиля, что связано с низкой теплотой сгорания и высокой теплотой испарения этилового спирта. А это, в свою очередь, приводит к уменьшению топливной экономичности и затрудненному пуску двигателя. Но расходы на данные переделки двигателя окупаются за счет его повышенной мощности (приблизительно на 20%).

Многие известные автомобильные компании (такие как «GM», «Ford», «Volvo», «Volkswagen» и другие) производят автомобили FFV, в которых применяется в качестве топлива стандартный бензин, его смеси с этанолом, а также топливо Е85. Еще в 2000 г. компания «Ford» поставила 500 тыс. таких автомобилей, а компания «Daimler Chrysler» в 2002 г. продала свой миллионный автомобиль, работающий на топливе Е85.

В качестве недостатка, связанного с использованием топлива Е85, можно назвать то, что во всех странах сеть заправочных станций с отпуском этого вида топлива еще недостаточна развита.

Требования к топливу Е85 изложены в стандарте США ASTV D 5798-07, а в Европе недавно разработан проект спецификации SWA 15293:2005 «Автомобильное топливо этанол Е85. Технические требования и методы испытаний». Если в стандарте США нет требований к октановому числу топлива, то в европейских спецификациях определена норма по детонационной стойкости (октановое число по моторному методу не менее 85, по исследовательскому методу - не менее 95). Установлено, что содержание этанола в топливе в зависимости от класса испаряемости в США составляет 70-80%, а в Европе - 70-75%. В европейской и американской спецификациях допускается применение присадок для улучшения эксплуатационных характеристик моторного топлива.

Среди наиболее острых проблем, связанных с использованием топлива Е85, является его повышенная коррозионная агрессивность. При его хранении, транспортировке и применении резервуары и топливные баки подвергаются коррозионному разрушению. Поэтому для снижения этого нежелательного эффекта рекомендуется использовать специальные ингибиторы коррозии, а также многофункциональные присадки с антикоррозионными свойствами. Для обеспечения требуемого уровня защитных свойств моторного топлива, полученного из различных спиртов,

Альтернативное моторное топливо

требуется разная концентрация присадок. Так, ингибиторы коррозии DCI-I и Инкор в концентрации 10 частей на 1 млн. обеспечивают необходимый уровень антикоррозионных свойств топлива Е85. Другая многофункциональная присадка Keropur-3458N должна применяться уже в концентрации 100 частей на 1 млн.

Хотя в России использованию альтернативных видов моторного топлива уделяется недостаточное внимание (очевидно, из-за соотношения производства и потребления энергоресурсов), все же весьма важно наладить производство и использование таких биотоплив, которые в условиях снижения мировых запасов нефти могут стать конкурентоспособными. В настоящее время Россия имеет свободные мощности по годовому выпуску этилового спирта в объеме 250 тыс. т, в том числе - половина из возобновляемых источников. На сегодняшний день Россия - единственная страна в мире, которая обладает промышленным опы-

том, позволяющим получать этанол по гидролизным технологиям.

Что касается топлива Е85, то в нашей стране начаты его разработка и испытания. Этот вид топлива будет призван заменить собой высокооктановый бензин Аи-98. В то же время в России принят национальный стандарт ГОСТ Р 52201-2004, регламентирующий возможность добавки этанола к бензину до 10% объема. Однако существующая система на-

логового законодательства в значительной степени затрудняет реализацию биоэтанола на внутреннем рынке. В отличие от стран Европы, где площади под посевы высокоэнергетических сельскохозяйственных культур ограниченны, Россия обладает значительными ресурсами посевных площадей, что дает возможность интенсивными темпами развивать производство биотоплив и в частности биоэтанола.

Литература

1. Бугаенко И.Ф. Биоэтанол - альтернативное топливо для автомобилей. Са-хар-2010, № 1. - С. 55-57.

2. Туровский Ф., Бакалейник А., Максимова Е. Проблемы применения новых автомобильных топлив. Автотранспорт: эксплуатация, обслуживание, ремонт, 2009, № 5. - С. 43-48.

3. Емельянов В.Е., Никитина Е.А., Осяев А.Н. Применение биоэтанольного топлива Е85 в качестве моторного топлива. 5-я Международная научно-практическая конференция «Новые топлива с присадками», 2008: Сб. трудов конференции. - СПб: Акад. прикладн. исслед., 2008.

4. Трушин А. «Топливо будущего» по-латиноамерикански. Нефть России, 2009, №10. - С. 98-101.

5. The mixture of biobutanol and petrol for Otto engines. - Transport. - 2009, 24, №4. - Р. 301-307.

Автомобильные газовые баллоны

ООО «балсити» является ёщи нет ценным производителем в России, изготавливающим баллоны для СУ Г, сертифицированные по Международным Правилам ЕЭК ООН №67-01. На предприятии внедрена и действует система менеджмента качества в соответствии с ГОСТ Р И СО 9001 -200 В {130 9001 -2003 >

В настоящее время серийно изготавливаются:

- цилиндрические баллоны емкостью от 30 до 220 л.

- тороидальные бз планы емкостью от 42 до 94 л, -блоки цилиндрических баллонов различной

емкости (спаренные баллоны),

Широкое разнообразие типов и объемов выпускаемых баллонов позволяет оснастить ими автомобили любой марки.

ООО «€злсити» является эксклюзивным поставщиком баллонов на конвейер Горько веко го автозавода ГАЗ.

Тел. +7 (495) 955-43-77

Факс +7 (495) 7ВЗ-84-92

E-mail: [email protected]

Сайт: www.batcity.rj