CC BY
0
НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.NEFTEGAZOHIMIYA.RU ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
шо-
УДК 665.112
https://doi.org/10.24412/2310-8266-2024-2-5-8
Сырьевая база России при переходе к производству отечественного биокеросина
Давыдов В.О.1, Коровченко П.А.3, Заикин М.А.3, Древко Я.Б.1, Александренков И.С. 2
1 Саратовский государственный университет генетики, биотехнологии и инженерии им. Н.И. Вавилова, 410028, г. Саратов, Россия
ORCID: http://orcid.org/0009-0008-7699-2794, E-mail: vladislav.davydov-23@yandex.ru ORCID: http://orcid.org/0000-0003-4007-2140, E-mail: Drevko@list.ru
2 Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450064, г. Уфа, Россия ORCID: http://orcid.org/0009-0005-2237-2512, E-mail: Ilyaaleksandrenkov@gmail.com
3 ПАО «Газпром нефть», 190000, Санкт-Петербург, Россия ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3765-5209, E-mail: PK_RUS@mail.ru ORCID: http://orcid.org/0009-0009-8759-7105, E-mail: Mixail-zaikin@yandex.ru
Резюме: В статье описаны потенциальные сырьевые ресурсы для получения биотоплива. Рассмотрены основные поколения возобновляемого сырья по критерию устойчивости директивы RED II. Идентифицированы основные категории сырья (2-3-го поколений), наиболее подходящие для переработки в биотопливо, а также трудности применения в каталитических процессах гидрооблагораживания. Россия обладает необходимым объемом сырьевых ресурсов для развития технологий производства биокеросина, но сохраняются барьеры ввиду отсутствия государственного регулирования в области применения биотоплив и сертификации биокеросина. Ключевые слова: биокеросин, эмиссия парниковых газов, масложировое сырье, критерий устойчивости, авиационное топливо, устойчивое развитие. Для цитирования: Давыдов В.О., Коровченко П.А., Заикин М.А., Древко Я.Б., Александренков И.С. Сырьевая база России при переходе к производству отечественного биокеросина // НефтеГазоХимия. 2024. № 2. С. 5-8. D0I:10.24412/2310-8266-2024-2-5-8
THE RAW MATERIAL BASE OF RUSSIA IN THE TRANSITION TO THE PRODUCTION OF DOMESTIC BIO-KEROSENE Davydov V.O.1, Korovchenko P.A.3, Zaikin M.A.3, Drevko YA.B.1, Alexandrenkov I.S.2
1 Saratov State University of Genetics, Biotechnology and Engineering named after N.I. Vavilov, 410028, Saratov, Russia
ORCID: http://orcid.org/0009-0008-7699-2794, E-mail: vladislav.davydov-23@yandex.ru ORCID: http://orcid.org/0000-0003-4007-2140, E-mail: Drevko@list.ru
2 Ufa State Petroleum Technical University, 450064, Ufa, Russia
ORCID: http://orcid.org/0009-0005-2237-2512, E-mail: Ilyaaleksandrenkov@gmail.com
3 PJSC Gazprom Neft, 190000, St. Petersburg, Russia
ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3765-5209, E-mail: PK_RUS@mail.ru ORCID: http://orcid.org/0009-0009-8759-7105, E-mail: Mixail-zaikin@yandex.ru
Abstract: The article describes potential raw materials for biofuel production. The main generations of renewable raw materials are considered, according to the criterion of sustainability of the RED II directive. The main categories of raw materials (2-3 generations) are most suitable for processing into biofuels, as well as the difficulties of application in catalytic processes of hydrogenation, are identified. Russia has the necessary amount of raw materials for the development of technologies for the production of bio-kerosene, but barriers remain due to the lack of state regulation in the field of biofuels and certification of bio-kerosene. Keywords: bio-kerosene, greenhouse gas emissions, fat-and-oil raw materials, sustainability criterion, aviation fuel for sustainable development.
For citation: Davydov V.O., Korovchenko P.A., Zaikin M.A., Drevko YA.B., Alexandrenkov I.S. THE RAW MATERIAL BASE OF RUSSIA IN THE TRANSITION TO THE PRODUCTION OF DOMESTIC BIO-KEROSENE. Oil & Gas Chemistry. 2024, no. 2, pp. 5-8. DOI:10.24412/2310-8266-2024-2-5-8
Введение
Мировая авиационная отрасль испытывает динамичные изменения. По данным Международной ассоциации воздушного транспорта (IATA), общий прогнозный пассажиропоток в 2024 году составит 103% от уровня 2019 года, а в 2025 году - 111% [1]. При этом существует прямая связь между количеством пассажирских перевозок и объемом авиационного топлива, потребляемого в процессе, и, соответственно, выбросов в атмосферу.
Керосин - это основное авиационное топливо для современных воздушных судов. В России на нефте- и газоперерабатывающих заводах производят следующие марки авиакеросина: Т-1, ТС-1, T-2, Т-6, Т-8В, РТ для внутреннего использования и Jet A /Jet A-1 для внешнего. Базовым процессом для производства авиационного керосина является первичная переработка нефти. На современных промышленных предприятиях происходит внедре-
2 • 2024
НефтеГазоХимия 5
350
300
250
200
150
2019
ние вторичных процессов глубокой переработки нефти, в том числе гидрокрекинга, для увеличения выхода товарного керосина [2].
На рис. 1-3 представлена динамика изменения потребления авиационного керосина за период с 2009 по 2019 год в США, международное потребление авиационного керосина за период с 2019 по 2024 год и производства и потребления авиационного керосина в России за период с 2017 по 2030 год [3-5].
Темпы роста потребления и динамика производства авиационного топлива приводят к риску возможного изменения климатических условий в связи с эмиссией парниковых газов, включая СО2. Качественные показатели авиакеросина и режим работы газотурбинных двигателей во многом определяют состав продуктов сгорания топлива, загрязняющих атмосферу [2].
В контексте глобальных выбросов парниковых газов авиационным сектором задача снижения темпов эмиссии носит глобальный характер.
Ведущую роль в решении задач повышения экологичности авиационного транспорта занимает специализированное агентство Организации Объединенных Наций 1САО (Международная организация гражданской авиации). Так, в 2007 году на совете 1САО обозначена важность исследований в области эффективности полетов и оказания содействия в потенциальном использовании альтернативных видов топлива. А начиная с 2027 года 1САО планирует ввести штрафные санкции для авиакомпаний, не присоединившихся к данной инициативе [6].
Основная часть
Применение альтернативного авиатоплива из возобновляемых источников сырья на сегодняшний день является одним из наиболее эффективных способов снижения воздействия авиации на окружающую среду. Зарубежные и отечественные производители активно участвуют в экологической повестке по снижению антропогенного СО2. При этом зарубежные производители предлагают вовлекать в нефтяной керосин - биокеросин (авиационное топливо устойчивого развития SAF) [7].
Преимуществом биокеросина является то, что за весь «жизненный цикл», от получения сырья до сгорания топлива, выбросы парниковых газов от биокеросина до 90% ниже, чем выбросы от традиционного нефтяного авиатоплива [6]. Однако существует ограничение по использованию SAF в гражданской авиации. В настоящее время SAF, одобренный и соответствующий требованиям стандарта ASTM D7566, может использоваться в виде смеси с традиционным авиакеросином с коэффициентом смешения до
Потребление авиационного керосина в США в 2009-2019 гг. [3]
1000 900
800 °
700 I
о
600 |
500 |
400 |
300 |
200 |
100 § 0
2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
2019 Годы
Потребление
Пассажиропоток
Международное потребление авиационного керосина в 2019-2024 годах [4]
400 -
2020
2021
2022
2023
2024 Годы
Производство и потребление авиационного керосина в России в 2017-2030 годах [5]
18
12
14,0
п
14,9
10,3
0,9
200000
150000
100000
50000
2017
2018
2019
2020
2021
2022
2025
2030
Годы
Производство
Потребление
Пассажиропоток
50% [8]. Обязательная сертификация и контроль качества производимого биокеросина необходимы для обеспечения безопасной эксплуатации воздушных транспортных судов. Важно учитывать, чтобы и топливо из возобновляемого сырья было не конкурентно по стоимости с традиционным топливом нефтепереработки, в связи с чем необходима государственная регулирующая инициатива.
На рис. 4 представлена схема производства биокеросина [7].
Альтернативное топливо для реактивных двигателей возможно производить из масел растительного происхождения, животных жиров, масложировых отходов и/или полу-
НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.NEFTEGAZOHIMIYA.RU ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
'о-
Схема производства SAF
Таблица 1
Поколения возобновляемого сырья для производства SAF
Поколение
Характеристика сырья
Технология
1 -е поколение Масличные культуры и растительные масла. Пищевые сахаро- и крахмалосодержащие культуры. Животный жир
CHJ (каталитический гидротермолиз), HEFA (гидрообработка эфиров и жирных кислот)
2-е поколение Отработанные пищевые масла, биомасса деревьев и растений, побочные продукты производства растительного масла
Co-processed HEFA (совместная гидрообработка жирных кислот и УВ на НПЗ)
3-е поколение Сельскохозяйственные остатки (биомасса), производственные лигноцеллюлозные остатки, твердые бытовые отходы, жиросодержащие микроводоросли
4-е поколение Возобновляемое сырье небиологического Используются
происхождения микроорганизмы
Таблица 2
Содержание фосфора и металлов в некоторых растительных маслах и животном жире [8]
Масло Фосфор, мг/кг Na, мг/кг K, мг/кг Fe, мг/кг Cu, мг/кг
Соевое 890 2,28 0,51 0,59 0,08
Рапсовое 704 2,06 0,45 0,62 0,06
Подсолнечное 357 2,50 0,57 0,55 0,06
Кукурузное 656 1,22 0,97 0,15 0,02
Животный жир 75,3 11,4 (Mg) 2,8 2,8 (Ca) 117
продуктов целлюлозно-бумажных комбинатов. Выделяют четыре поколения сырья для производства биотоплива, которые различаются по типу используемого сырья и способу производства. Некоторые данные о характеристиках сырья и технологиях переработки представлены в табл. 1 [8, 9].
К основным недостаткам масложирового сырья 1-го поколения для производства биотоплива относят необходимость задействования больших площадей качественных пахотных земель, конкуренция за использование в качестве продуктов питания, незначительный эффект по снижению выбросов С02, а также содержание фосфора и металлов.
Масложировое сырье 1-го поколения обычно не содержит значительных количеств серы и азота, поэтому необходимости удаления данных ге-тероатомов не возникает, однако в сырье помимо них могут содержаться значительные количества фосфора и металлов. Фосфор в растительных маслах присутствует в форме фос-фолипидов. В табл. 2 представлено содержание фосфора и металлов в некоторых растительных маслах и животном жире [10]. Данные компоненты относятся к неудаляемым катализа-торным ядам процессов гидрооблагораживания. Поэтому вовлечение сырья 1-го поколения в производство биотоплива нецелесообразно.
В настоящее время наиболее перспективным для производства биотоплива выступает возобновляемое сырье 2-го и 3-го поколений. Данные виды сырья являются вторичными энергоресурсами и соответствуют критериям устойчивости Директивы ЕС о возобновляемых источниках энергии Renewable Energy Directive (REDII) [11]. Как правило, к вторичным материальным ресурсам относят наиболее ценные отходы растительного, пищевого, деревообрабатывающего и целлюлозно-бумажного производства, которые могут быть использованы в производстве биокеросина после дополнительной обработки, глубина и сложность которой зависят от типа и происхождения сырья.
По данным Business Stat, показатель предложения животного жира в России в 2020 году составил 200,1 тыс. т, что на 43,3% выше уровня 2016 года. К 2025 году прогнозируется производство 234,3 тыс. т животного жира. Практически весь произведенный объем животного жира экспортируется. Продажи растительного масла на экспорт в 2020 году составили 2151,4 тыс. т [12, 13].
Общее количество жиросодержа-щих отходов, в качестве сырья 2-го и 3-го поколений для переработки, в России за 2019 год составило 200 тыс. т [14, 15]. Объемов сырья 2-го и 3-го поколений достаточно для удовлетворения спроса РФ по бесперебойному обеспечению международных авиаперелетов с 2027-2030 годов. Альтернативным способом увеличения объемов производства является совместная переработка подтвержденных сырьевых ресурсов 2-го и 3-го поколений с экспортируемыми животными жирами и растительными маслами (1-го поколения), что обеспечит устойчивое производство SAF и стратегический суверенитет РФ в области международных авиаперелетов.
Выводы
Инициативы, предлагаемые зарубежными регуляторами в области гражданской авиации и грузоперевозок, явля-
HC-HEFA-SPK (гидрообработка сложных эфиров жирных кислот), FT (синтез Фишера-Тропша)
Рис. 4
2 • 2024
НефтеГазоХимия 7
ются актуальными в экологической повестке, но в связи с высокой стоимостью сырьевых ресурсов, а также отсутствием государственного регулирования и технологий для отечественных производителей существуют трудности с внедрением данных технологий.
В настоящее время Россия обладает большим потенциалом в развитии собственных технологий производства биокеросина ввиду фактического наличия неиспользуемых сырьевых ресурсов. Внутренний рынок возобновляемого сырья в России сформирован. При этом до 2022
года основной объем произведенной масложировой продукции шел на экспорт, а теперь стал доступен для внутренней переработки. С учетом сырьевого потенциала возобновляемого сырья 2-го и 3-го поколений, в ближайшее время предстоит решить задачу стандартизации сырья, государственного регулирования в области производства устойчивого авиационного топлива, разработки и промышленного внедрения технологий, международной сертификации авиационного топлива российского происхождения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. IATA. Air Passenger Numbers to Recover in 2024. URL: https://www.iata.org/ (дата обращения 03.04.2023).
2. Шлёкова И.Ю. Экологические и технические аспекты производства авиакеросина марки JetA-1 // Журнал естественно-научных исследований. 2018. № 1. С. 1-7.
3. NREL. U.S. Airport Infrastructure and Sustainable Aviation Fuel. URL: https:// www.nrel.gov/ (дата обращения 03.04.2024).
4. IATA. Global Outlook for Air Transport. URL: https://www.iata.org/ (дата обращения 03.04.2024).
5. TebizGroup. Анализ рынка нефтепродуктов в России. URL: https://www. tebiz.ru/ (дата обращения 05.04.2024).
6. ICAO. Action plan for CO2 emissions reduction in the aviation sector 20222028. URL: https://www.icao.int/ (дата обращения 05.04.2024)
7. SHELL. Sustainable aviation fuel. URL: https://www.shell.com (дата обращения 05.04.2024)
8. ASTM D7566
9. Гаева Т.Н., Варакин А.Н., Гуляева Л.А. и др. Развитие технологий и пер-
спективы внедрения авиационного биотоплива // Биотехнология. 2020. № 5. С. 13-30.
10.M. D. Garrido, I. Frias, C. Diaz, A.Hardisson Concentrations of metals in vegetable edible oils. Food Chemistry. 1994, no. 3, pp. 237-243.
11. Directives (EU) 2018/2001 of the European Parliament and of the Council. -Official Journal of the European Union, pp. 82-209.
12.Busines Stat. Анализ рынка подсолнечного масла в России в 2019-2023 гг., прогноз на 2024-2028 гг. Структура розничной торговли. URL: https:// businessstat.ru (дата обращения 05.04.2024)
13.Business Stat. Анализ рынка животного жира в России в 2019-2023 гг., прогноз на 2024-2028 гг. URL: https://businessstat.ru (дата обращения 05.04.2024)
14. Росстат. Таможенная база России, растительные масла. URL: https:// rosstat.gov.ru/ (дата обращения 04.04.2024)
15. Данные по образованию отходов, не относящихся к твердым коммунальным, в разрезе видов и классов опасности (тонн). URL: https://rpn.gov.ru/ (дата обращения 05.04.2024).
REFERENCES
1. IATA. Air passenger numbers to recover in 2024 Available at: https://www.iata. org/ (accessed 3 April 2024).
2. Shlokova I.YU. Environmental and technical aspects of the production of JetA-1 jet fuel. Zhurnalyestestvennonauchnykh issledovaniy, 2018, no. 1, pp. 1-7 (In Russian).
3. NREL. U.S. Airport infrastructure and sustainable aviation fuel Available at: https://www.nrel.gov/ (accessed 3 April 2024).
4. iata. Global outlook for air transport Available at: https://www.iata.org/ (accessed 3 April 2023).
5. TebizGroup. Analiz rynka nefteproduktov v Rossii (TebizGroup. Analysis of the petroleum products market in Russia) Available at: https://www.tebiz.ru/ (accessed 5 April 2023).
6. ICAO. Action plan for CO2 emissions reduction in the aviation sector 20222028 Available at: https://www.icao.int/ (accessed 5 April 2024).
7. SHELL. Sustainable aviation fuel Available at: https://www.shell.com (accessed 5 April 2024).
8. ASTM D7566
9. Gayeva T.N., Varakin A.N., Gulyayeva L.A. Development of technologies and prospects for the introduction of aviation biofuel. Biotekhnologiya, 2020, no. 5, pp. 13-30 (In Russian).
10. Garrido M. D., Frias I., Diaz C., Hardisson A. Concentrations of metals in vegetable edible oils. Food Chemistry, 1994, no. 3, pp. 237-243.
11. Directives (EU) 2018/2001 of the European Parliament and of the Council. Official Journal of the European Union, pp. 82-209.
12. Business Stat. Analiz rynka podsolnechnogo masla v Rossii v 2019-2023 gg, prognoz na 2024-2028 gg. Struktura roznichnoy torgovli (Business Stat. Analysis of the sunflower oil market in Russia in 2019-2023, forecast for 2024-2028. Retail structure) Available at: https://businessstat.ru (accessed 5 April 2024).
13. Business Stat. Analiz rynka zhivotnogo zhira v Rossii v 2019-2023 gg, prognoz na 2024-2028 gg. (Business Stat. Analysis of the animal fat market in Russia
in 2019-2023, forecast for 2024-2028) Available at: https://businessstat.ru (accessed 5 April 2024).
14. Rosstat. Tamozhennaya baza Rossii, rastitel'nyye masla (Rosstat. Russian customs base, vegetable oils) Available at: https://rosstat.gov.ru/ (accessed 4 April 2024).
15. Dannyye po obrazovaniyu otkhodov, ne otnosyashchikhsya k tverdym kommunal'nym, v razreze vidov i klassov opasnosti (tonn) (Data on the generation of waste not related to solid municipal waste, by type and hazard class (tons)) Available at: https://rpn.gov.ru/ (accessed 5 April 2024).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Давыдов Владислав Олегович, аспирант кафедры микробиологии и биотехнологии, Саратовский государственный университет генетики, биотехнологии и инженерии им. Н.И. Вавилова.
Коровченко Павел Александрович, к.х.н., руководитель центра НИОКР «Нефтепереработка», ПАО «Газпром нефть».
Заикин Михаил Алексеевич, к.х.н., руководитель проектов НИОКР «Нефтепереработка», ПАО «Газпром нефть».
Древко Ярослав Борисович, к.х.н., доцент кафедры микробиологии и биотехнологии, Саратовский государственный университет генетики, биотехнологии и инженерии им. Н.И. Вавилова.
Александренков Илья Сергеевич, соискатель ученой степени кандидата наук кафедры технологии нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Vladislav O. Davydov, Postgraduate Student of the Department of Microbiology and Biotechnology Saratov State University of Genetics, Biotechnology and Engineering named after N.I. Vavilov.
Pavel A. Korovchenko, Cand. Sci. (Chem.), Head of the R&D Center "Oil Refining", PJSC Gazprom Neft.
Mikhail A. Zaikin, Cand. Sci. (Chem.), Project Manager, PJSC Gazprom Neft. Yaroslav B. Drevko, Cand. Sci. (Chem.), Assoc. Prof. at the Department of Microbiology and Biotechnology Saratov State University of Genetics, Biotechnology and Engineering named after N.I. Vavilov
Ilya S. Alexandrenkov, PhD student of the Department of Oil and Gas Technology, Ufa State Petroleum Technical University.
