Научная статья на тему 'Жидкое биотопливо: проблемы и перспективы создания и использования'

Жидкое биотопливо: проблемы и перспективы создания и использования Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
1135
173
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
БИОТОПЛИВО / БИОТЕХНОЛОГИИ / ВОЗОБНОВЛЯЕМОЕ СЫРЬЕ / BIOFUEL / BIOTECHNOLOGY / RENEWED RAW MATERIALS

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Кольниченко Г. И., Сиротов А. В., Тарлаков Я. В.

Кольниченко Г.И., Сиротов А.В., Тарлаков Я.В. ЖИД КОЕ БИО ТОПЛИВО: ПРО БЛЕМЫ И ПЕР СПЕКТИВЫ СОЗДАНИ Я И ИСПОЛЬЗОВАНИ Я. В статье рассмотрены предпосылки к наращиванию производства жидкого биотоплива и дано обоснование научно-исследовательских работ по изучению влияния свойств биотоплива на итоговые характеристики двигателей внутреннего сгорания, работающих в условиях лесного комплекса.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Kolnichenko G.I., Sirotov A.V., Tarlakov Y.V. LIQUID BIOFUEL: PROBLEMS AND PERSPECTIVES OF ITS CREATION AND USE. This article examines the background for increasing the production of liquid biofuel and dives the ground for research works studying the influence of biofuel on final characteristics of internal combustion engines in forest complex.

Текст научной работы на тему «Жидкое биотопливо: проблемы и перспективы создания и использования»

ДЕРЕВООБРАБОТКА. ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

ЖИДКОЕ БИОТОПЛИВО: ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Г.И. КОЛЬНИЧЕНКО, проф. каф. электроэнергетики ЛКМГУЛ, д-р техя. наук,

А.В. СИРОТОВ, проф. каф. электроэнергетики ЛК МГУЛ, д-р техн. наук,

Я.В. ТАРЛАКОВ, асп. каф. электроэнергетики ЛК МГУЛ

Сокращение запасов ископаемых углеводородов, повышение стоимости их добычи, а также ужесточение экологических требований делает все более актуальной проблему использования альтернативных источников энергии, в числе которых особое место принадлежит биотопливу.

Существует твердое, жидкое и газообразное биотопливо.

В мире уделяется все больше внимания использованию жидкого биотоплива для дизельных и бензиновых двигателей в виде биодобавок к основному топливу. В связи с этим во многих странах наращивается производство биоэтанола, биодизеля и биобутанола [1, 2].

В Америке и странах американского континента наибольшую популярность приобрел топливный этанол, используемый как вместо бензина, так и в смеси с ним [3]. В США уже сейчас на производство биоэтанола идет до четверти американского урожая кукурузы. А в Бразилии этанол производят из кукурузы и сахарного тростника в таком количестве, что этанол является серьезным конкурентом традиционному нефтяному топливу.

В Европе широко используется биодизель, сырьем для которого служат различные масла - рапсовое, пальмовое, подсолнечное - и который может применяться как вместо дизельного топлива, так и в смеси с ним.

По аналогии с этанолом смеси с низким содержанием биодизеля не требуют внесения изменений в конструкцию двигателя.

Щедрая поддержка со стороны государств Западной Европы и США привела к заметному росту мощности по производству биоэтанола и биодизеля в этих странах. Только за последние три года производственная мощность этих производств увеличилась примерно в три-четыре раза. Однако следует отметить, что это увеличение сопровождалось ростом цен на продовольствие, что дало

panferov@mgul.ac.ru

повод политикам обвинить биотопливную индустрию в раздувании цен на продовольственные товары. Другими словами, по мнению многих, есть опасение, что производство биотоплива, спасая мир от энергетического кризиса, спровоцирует другой кризис - продовольственный.

Исследования последних лет показывают, что заметный рост цен на продовольствие в мире происходит в основном не из-за безудержного развития биотопливной промышленности, а связан с увеличением населения в развивающихся странах и повышением уровня жизни. Тем не менее, больше внимания стало уделяться биотопливу, которое получают из производств, не конкурирующих с пищевыми отраслями. Например, предпочтительно использование биотоплива, получаемого из соломы и других отходов сельскохозяйственного производства, из отходов древесного производства, а также из водорослей. Сейчас в Японии решается задача, как культивировать водоросли в промышленных масштабах, т.е. как создать поля своей «нефтяной водоросли». В американской Силиконовой долине созданы генетически измененные одноклеточные организмы, которые способны из любого органического мусора (солома, опилки и т.д.) делать настоящий этанол. Причем эти бактерии выделяют уже полностью готовую к заправке в моторы жидкость. Первый завод такого топлива, где будут трудиться микроорганизмы, предполагается изготовить и продемонстрировать в работе к 2010 г.

Биотопливо имеет немало преимуществ перед традиционными видами моторного топлива:

- биотопливо получают путем переработки продуктов растительного происхождения, что не ухудшает структурный и химический состав почв в системах севооборота;

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2010

105

ДЕРЕВООБРАБОТКА. ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

- выброс углекислого газа (CO2) значительно меньше, чем у обычного топлива;

- по сравнению с бензином и дизельным топливом демонстрирует отличные результаты по показателям продуктов сгорания монооксида углерода, остаточных частиц и сажи;

- в биотопливе по сравнению с минеральными аналогами почти не содержится серы;

- при попадании на биологические объекты биотопливо не причиняет вреда ни растениям, ни животным, ни водным источникам. Кроме того, оно подвергается практически полному биологическому распаду.

Внедрение биодобавок приведет к существенному уменьшению вредных выбросов в атмосферу и значительно улучшит экологическое состояние планеты при сложившихся обстоятельствах глобального потепления.

В странах мира намечены следующие масштабы такого внедрения:

- ЕС планирует достижение к 2020 г. 10 % доли биотоплива в общем количестве топлива, используемого транспортом;

- Китай к 2020 г. планирует достижение 15 % такой доли биотоплива;

- Индия планирует увеличение этой доли до 10 % к 2010 г.;

- Австралия стремится к 5-6 % к

2020 г.;

- США планирует увеличить потребление биотоплива более чем в 10 раз к 2030 г. по сравнению с объемом потребления в 2010 г. [4].

Наряду с этанолом и биодизелем получает все большее распространение биотопливо второго поколения - биобутанол. Это синтетическое топливо, которое не содержит серу и ароматизаторы, при сгорании выделяется мало побочных веществ, и оно имеет хороший баланс CO2. Его можно получить из любого вида биомассы, т.е. для его получения можно использовать отходы лесозаготовок и лесопереработки (древесные опилки, стружки, щепу), а также энергетическую древесину, остатки кормовых культур и др. отходы сельскохозяйственного производства.

Как известно, Россия обладает огромными резервами углеводородов и еще долго будет оставаться основным поставщиком традиционных энергетических ресурсов в мире.

Но в отличие от традиционных энергоресурсов использование биотоплива сокращает выброс парниковых газов, поскольку при сгорании биотоплива в атмосферу возвращается углерод, который ранее поглотили растения. У ископаемых топлив - другое дело: углерод в их составе миллионы лет оставался «законсервированным» в земных недрах, и когда он попадает в атмосферу, концентрация углекислого газа на поверхности планеты повышается. Таким образом, при использовании биотоплива не происходит накопление углекислого газа в атмосфере, приводящего к «парниковому эффекту», что благотворно скажется на выполнении Россией требований Киотского протокола и создаст дополнительные резервные условия для развития промышленности.

Развитые страны, оценив высокую перспективность получения моторного топлива из возобновляемого сырья, включили это направление в число приоритетных и обеспечили поддержку на государственном уровне. В результате сегодня доля США в мировом объеме биотехнологической продукции составляет 42 %, Евросоюза - 22 %, Китая - 10 %, Индии - 2 %, а доля России составляет всего лишь около 0,2 % [4].

Поэтому в России уже идет работа по созданию новой высокотехнологичной отрасли по производству биотоплива из отходов непищевых и самых дешевых источников и прежде всего из отходов деревообработки. В этом плане у нашей страны экономически выгодные позиции.

В России, также как и в Бразилии, сосредоточены основные лесные массивы планеты, в связи с чем остро стоит проблема более эффективного их использования, в том числе посредством сокращения экспорта круглого леса, внедрения безотходных технологий и технологий глубокой переработки древесины, что связанно с проблемой утилизации отходов деревообработки, которые являются сырьем для получения биотоплива

[5]. И это сырье в 5-6 раз дешевле зерна.

При активном участии госкорпорации «Ростехнология» уже создана корпорация «Биотехнологии». Это открытое акционерное общество. Им разработана и продвигается программа создания российского рынка экологически

106

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2010

ДЕРЕВООБРАБОТКА. ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

чистых присадок к бензинам. Напомним, что постановлением правительства РФ утвержден технический регламент требований к качеству топлива. На смену экологическому стандарту для топлива Евро-2 придет в текущем году Евро-3, а в 2010-2013 гг уже будет действовать Евро-4, предполагающий использование пятипроцентной присадки к бензинам.

Основная цель программы корпорации «Биотехнологии» - замещение пятипроцентной доли российского рынка бензинов за счет применения этанола и бутанола.

Россия - единственная страна в мире, имевшая развитую промышленность по производству спирта из непищевого растительного сырья. За основу новой технологии и в целом всей отрасли по производству биотоплива взяты производственные площадки бывших гидролизных заводов и предприятий спиртовой промышленности. Предполагается до 2020 г. в зонах переработки отходов построить или модернизировать порядка 30 заводов. К этому времени российская биотопливная отрасль может иметь капитализацию более 5 млрд долл. Данный проект реализуется на основе принципа частногосударственного партнерства. Финансирование - на долевой основе: 50 % за счет федерального бюджета, а 50 % из внебюджетных источников.

Реализация на практике разработанного корпорацией проекта «Развитие биотехнологии в РФ в 2008-2020 гг.» позволит осуществить масштабное преобразование в экономике с обеспечением равновесия топливного баланса страны и решения важнейших технических, экологических и социальных задач.

В России в течение 2007-2008 гг. было заявлено около десяти проектов по производству биодизеля и биобутанола. На средства корпорации «Биотехнологии», например, в Иркутской области запущен пилотный проект по производству биотоплива (Тулунский топливный завод). В числе реализуемых проектов уникальная технология производства биоэтанола из отходов деревообрабатывающей промышленности, разработанная и внедренная на Кировском биохимическом заводе (БХЗ). В этой технологии в качестве исходной биомассы используются опилки и другие отходы лесной и деревообрабатывающей промыш-

ленности. Таким образом, при ее реализации не затрагивается продовольственный сектор экономики. Вложенные в реконструкцию Кировского БХЗ 60 млн руб. окупятся уже через 2 года за счет производства конкурентоспособного по цене биоэтанола. Важным фактором низкой его себестоимости станет отсутствие необходимости транспортировки биомассы из других регионов [3].

Большинство биотоплив значительно отличаются по физико-химическим свойствам от традиционных жидких углеводородных топлив. Поэтому весьма важной задачей является изучение влияния свойств биотоплива на итоговые показатели работы двигателя (эксплуатационные, экономические, экологические). В проведении указанной работы особенно заинтересованы лесной, агропромышленный и транспортный секторы экономики России с их многочисленными двигателями внутреннего сгорания. Общепризнано, что разработка и внедрение двигателей с использованием возобновляемых источников энергии, в том числе биотоплива, является одним из приоритетных направлений в области механизации, электрификации и автоматизации перечисленных выше секторов экономики страны. В первую очередь, это относится к дизельным двигателям, которые являются важнейшей составной частью дизельных электростанций (стационарных и передвижных), широко применяемых в районах страны без централизованного электроснабжения.

В условиях лесного комплекса имеются огромные возможности применения биотоплива и традиционного топлива с биодобавками, так как многие энергопотребители лесных отраслей располагаются в местах, удаленных от централизованных источников энергоснабжения.

Библиографический список

1. Мировая Энергетика. - 2007. - № 10 (46).

2. Мировая Энергетика. - 2008. - № 9 (57).

3. Валенчук, О. Не панацея, а реальная альтернатива / О. Валенчук // Независимая газета - 29 сентября 2008 год.

4. «Биоинформатика» [Электронный ресурс] URL: http://www.rusbiotech.ru/

5. Лесная биоэнергетика: учебное пособие / под ред. Ю.П. Семенова. - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2008. - 348 с.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2010

107

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.