Трынь-трава

Мы уже писали о возобновляемых источниках энергии: была статья о солнце, была о ветре. И вот, пришло время написать о биотопливе. 

Если говорить откровенно, то это такой небольшой кусочек «энергетического мира», что, порой, его и всерьез не воспринимают. Так, например, биотопливо едва составляет 3% от общего объема используемого жидкого (моторного) топлива. Но с другой стороны, по оценкам Merrill Lynch, прекращение производства биотоплива приведет к 15-процентному (!) росту цен на нефть. 

Поэтому не стоит сбрасывать со счетов и этот вариант замены ископаемого топлива. Время идет, меняются технологии. Возможно, в недалеком будущем биотопливо займет свое прочное место в среде энергоресурсов, а возможно и нет.

Но для начала разберемся, что это такое, как это можно использовать и какие достоинства и недостатки есть у этого источника энергии.

Биологическое топливо

Считается, что использование биотоплива открывает значительные перспективы для преодоления экологических проблем, связанных с использованием ископаемого топлива. По оценкам специалистов применение биотоплива может существенно снизить вредные выбросы парниковых газов. Но не всё так радужно-однозначно. К сожалению, из-за нехватки пахотных земель, ради биотоплива часто вырубают леса, в том числе тропические. Что, конечно, никак не улучшает экологическую ситуацию.

«Биотопливо не является ни панацеей, ни парией, но, как и все технологии, оно представляет как новые возможности, так и проблемы», - сказал Ахим Штайнер, заместитель Генерального секретаря ООН и исполнительный директор ЮНЕП.

Биотопливо представляет собой продукт биологического происхождения (о чем можно догадаться из названия), твердый, жидкий или газообразный. Для производства биотоплива используют, всё что растет. Условно биологическое топливо делят на «три поколения».

Три поколения энергоресурса

Например, чтобы использовать рапс как сырьё, его надо для начала вырастить, используя посевные площади. Возникает потребность в применении удобрений, что наносит определенный вред окружающей среде. Биотопливо такого типа относится к первому поколению.

Однако биотопливо можно получить и из отходов иных производств. Это могут быть опилки, пищевые отходы, солома, шелуха после обработки зерновых и многое другое. Все это дает так называемое биотопливо второго поколения, для которого нет необходимости выращивать сырье, а можно использовать отходы.

Биотопливом третьего поколения многие называют водоросли. Существуют определенные их сорта, содержащие значительное количество растительных жиров. Их, конечно, нужно выращивать, но они не занимают посевные площади, которые могут быть задействованы в производстве продуктов питания.

Топливные брекеты, пеллеты

Нужно заметить, что и обычная древесина, которую человек использует уже несколько тысячелетий для получения тепловой энергии, также относится к  биотопливу.

Сегодня древесное биотопливо чаще всего представлено в виде гранул или пеллетов. Пеллеты, топливные гранулы, как и топливные брикеты, производят не только из опилок или других древесных отходов. В ход идет и шелуха подсолнечников, и солома. Вся эта масса измельчается, выпаривается в сушилке и прессуется. В растительных частицах содержится вещество лигнит (чем-то схожее со смолой). При нагревании оно становиться вязким и склеивает измельченные частицы. 

Стоит заметить, что, например, в Швеции до 80% всей тепловой энергии производится именно с использованием твердого биотоплива. А это не самая южная страна. Сегодня Европа потребляет 35% всех произведенных в мире пеллет. 

Главные их экспортеры на рынок ЕЭС – это Америка, Канада и страны постсоветского пространства.

Мировые и отечественные объемы производства/потребления пеллет*

 

*Источник: www.zdi-les.ru

Западная Европа является основным производителем и потребителем пеллет, которые, в основном, идут на выработку электрической и тепловой энергии.

Популярность пеллет растет и в азиатском регионе. В планах Китая и Южной Кореи – строительство целой сети заводов, продукция которых удовлетворит нужды внутреннего рынка. Это поможет решить множество энергетических проблем, в частности, сократить топливную импортозависимость.

Биогаз

Биогаз может существенно удешевить обычное топливо и сделать его экологически более безопасным. Процесс производства биогаза - процесс разложения биологических отходов при помощи бактерий при отсутствии воздуха.

Измельченное сырье помещают в специальный реактор, где бактерии и вырабатывают биогаз. Образующийся биогаз поступает в газгольдер, очищается и транспортируется к потребителю.

Этот вид биотоплива можно получать, используя птичий помет или навоз. Но тогда технология включает еще один этап - фильтрацию.

Биоэтанол

Биоэтанол - самый распространенный вид биотоплива. Его доля превышает 80% всего производимого в мире топлива из биологического сырья.

И это не случайно. На заре своего существования для двигателя внутреннего сгорания как топливо применялось практически все, что горит: спирт, эфир, газ и даже дрова. Этанол, или обычный спирт, хорошо известен в истории автомобилестроения. В свое время Генри Форд даже организовал строительство заводов по производству спирта, предназначенного на роль топлива.

Производство биоэтанола по своей сути очень напоминает производство этанола и предполагает переработку растительного сырья. Главное условие, предъявляемое к последнему, - высокое содержание крахмала. Именно поэтому злаковые культуры наиболее подходят для данного процесса. В отходы идут сивушные масла и барда (ее используют при изготовлении кормов). Наука не стоит на месте. Ученые выводят все новые виды бактерий, которые удешевляют и улучшают процесс производства. 

Биоэтанол не смешивается с водой и это определяет его основное преимущество - легкость хранения и транспортировки. Из недостатков биоэтанола стоит отметить его повышенную агрессивность по отношению к некоторым цветным металлам, пластмассам и резине. В результате этого часто приходится модифицировать двигатель для использования биоэтанола.

Основными производителями являются США и Бразилия. При этом в США традиционно используется кукуруза, а в Бразилии - сахарный тростник. Причем в Бразилии большинство новых автомобилей (более 90%) имеют оборудование, позволяющее использовать смесь бензина и этанола или чистый этанол. В плане конкуренции на этом рынке с южноамериканской страной тяжело тягаться. Здесь играют роль как географическое положение, так и низкая стоимость рабочей силы. Именно поэтому ведущие энергетические концерны, такие как Schell и BP, организуют там совместные предприятия по производству биотоплива первого поколения.

Выработка биоэтанола из 1 т сырья*

 

* Источник: www.cleandex.ru

В настоящее время биоэтанол используется как основное топливо, так и в качестве добавки в традиционный бензин. В США, Европе и Таиланде широкое распространение получил биоэтанол марок Е-5, Е-7, Е-10 и Е-85 (доля спирта - 5, 7, 10 и 15% соответственно). Это топливо не требует модификации двигателя. В Бразилии и Аргентине в качестве топлива под маркой Е-100 используют практически чистый биоэтанол (биоэтанол - 96% и вода 4%), но его воспламенение нестабильно при температуре ниже 15° С.

Биодизель

Это второй по популярности вид биотоплива. Он заменяет солярку, а не бензин. Биодизель производят из масленичных культур при помощи реакции переэтерификации. Сегодня для его производства используют более 50 культур (подсолнечник, рапс, сою, хлопок, лен, пальмы, арахис и др.). Можно применять и животные жиры, но пока эта тема не слишком популярна.

Под воздействием катализатора растительное масло или жир превращаются в эфир метила. Современные промышленные установки могут производить до 16 тысяч литров биотоплива в час, только, знай, сырье подвози. Биодизель используется в основном в качестве добавки в традиционное дизельное топливо. 

Достоинство биодизеля заключается в отсутствии серы в составе выхлопных газов, и, как следствие этого, то, что такое биотопливо не теряет смазочных свойств и может служить гораздо дольше. К недостаткам биодизеля стоит отнести необходимость его подогрева в холодное время и весьма незначительный срок хранения (не более 3-х месяцев).

Самым популярным сырьём для биодизеля в Европе является рапс (около 80% производства). Его посевы благоприятно влияют на структуру почвы и позволяют увеличить урожайность зерновых культур. Смесь рапсового масла и традиционного дизеля получило название «биодит». «Рапсовое» топливо отвечает европейскому стандарту EN 14214 и может использоваться в зимнее время.

В США и Аргентине для производства биодизеля широко используют сою. В Малайзии под те же цели приспособили пальмовое масло. Но этот дизель - только для южных регионов. При температуре ниже 11° С он теряет текучесть.

Основное производство биодизеля сосредоточено в Европейском Союзе (50% от общемирового). По оценке Joint Research Centre, доля биодизеля в мировом объёме биотоплива быстро растет в связи с появлением новых стран-производителей в Юго-Восточной Азии. Но, по-прежнему, три крупнейших производителя остаются в ЕЭС – это Германия, Франция и Италия.

Культуры, используемые в разных странах для производства биодизеля*

 

*Источник: www.cleandex.ru

Водоросли

Водоросли считаются сырьем для биотоплива третьего поколения. Из них с помощью биоустановки производится дизель, в качестве питательной среды выступает  двуокись углерода. Этот вид сырья считается весьма перспективным. Основной плюс - водоросли не занимают посевные площади и, соответственно, не влияют на стоимость продуктов питания. Кроме того, они обладают более высокой энергоемкостью, чем соя и рапс. Так, из одного акра посева сои в год производится 189 л биотоплива, рапса - 568 л, морских водорослей - около 40 тысяч литров.

В США еще в 80-90-е годы Министерство энергетики страны осуществляло работы по программе «Aquatic Species Program». В течение нескольких лет американские специалисты в открытых прудах площадью примерно по 1 тысяче квадратных метров выращивали водоросли, суточный урожай которых превысил 50 г биомассы с 1 м2. Основная сложность этой технологии - поддержание постоянного температурного режима. Согласно проведенным расчетам, примерно 200 тысяч га прудов (менее 0,1% пахотных земель США) позволят обеспечить примерно 5% внутреннего спроса США на моторное топливо. 

На сегодняшний день обширная программа по созданию технологии производства биотоплива из водорослей запущена и в Японии. Руководство проектом осуществляет Управление водных ресурсов страны, а НИОКР - компания Mitsubishi. В ближайшие годы вдоль побережья Японии могут быть созданы плантации «непищевых» быстрорастущих водорослей. 

Концерн Royal Dutch Shell наметил планы по созданию подобных плантаций на Гавайях.

Перспективы

Как я уже писала выше,  три самых больших рынка биотоплива в мире - США, Бразилия и Европейский Союз. Здесь сконцентрировано 85% мирового производства биотоплива.

Франция и Германия - крупнейшие потребители биотоплива в ЕЭС.

Перспективы биотоплива сильно связаны с целым рядом факторов:

  • ценами на нефть;
  • наличием недорогих видов сырья;
  • правительственной поддержкой;
  • новыми технологиями;
  • конкуренцией со стороны других «альтернативных» видов топлива.

Процесс инвестирования в биотопливо сильно сократился за последние годы. Хотя по объемам эти инвестиции были не сравнимы с инвестициями в солнечную энергетику или ветрогенерацию. Связано это, в том числе, с очень значительным ростом цен на сырье. А ведь оно составляет от 50% до 80% стоимости биотоплива.

Противника этого вида топлива напрямую винят биотопливо в удорожании продуктов питания. И это очень серьезная проблема, особенно с учётом роста населения Земли. Эксперты из Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН подсчитали, что в западных странах продовольственные товары могли бы стоить на 75%(!) дешевле, если бы не производство биотоплива.

Конечно, процессы идут. Для производства биотоплива было освоено более 100 новых видов растений. Существенно выросло качество производимого продукта. Внедряются передовые технологии, снижается себестоимость. Но все это пока еще не в слишком существенных масштабах.

Тем не менее, эксперты прогнозируют, что рост производства и потребления биодизеля продолжится в США, странах ЕЭС (будет расширение производства биоэтанола из пшеницы, кукурузы и сахарной свеклы), в Бразилии и ряде других стран третьего мира в Африке, Южной Америке и Азии (Китай сегодня занимает третье место по произодству биоэтанола!). Кроме того, вырастет производство биоэтанола в Индии, где он будет производиться из мелассы и ятрофы. 

Пока успехи этого вида ВИЭ держаться в основном на господдержке. Именно мощная господдержка способствовала успеху биотоплива в Бразилии, США, ЕС, Китае и ряде других стран. Наиболее распространенным средством поддержки является требование примеси биотоплива к традиционному топливу для обеспечения гарантированного спроса на него. В некоторых странах также используются субсидии, налоговые льготы и др.

Биотопливо в России

Для России биоэнергетика перспективна прежде всего в области использования отходов. Львиная доля инвестиций в ВИЭ в нашей стране была направлена именно на биоэнергетику. Эксперты компании AEnergy полагают, что в сегменте ВИЭ для России биогазовая энергетика является фаворитом. Но развивать ее необходимо как комплексное решение по утилизации отходов. 

Не знаю, как точны оценки, но компания «Системы альтернативной энергетики» подсчитала, что общий потенциал биомассы в РФ (отходы агропромышленного, деревообрабатывающего секторов, пищевой промышленности и бытовые отходы) составляет 15-20 тысяч МВт (мощность всех АЭС в России около 23 тысяч МВт).

Ключевой проблемой биоэнергетики в РФ является тот факт, что биогазовые установки являются прибыльными только при бесплатном и бесперебойном снабжении отходами. Кроме этого, нужен гарантированный сбыт, а это пока из разряда фантастики.

Впрочем, Россия могла бы поучаствовать в производстве биотоплива за счет использования посевных площадей. Ведь у нас сосредоточено около 10% от мировой пашни – а это весьма солидно. Сейчас в России около 40 млн. га невостребованных пахотных земель. Кстати, часть рапса для производства биодизеля в Европе уже выращивается у нас.

Что касается биотоплива, то общий объем его потребления в России составляет менее 1%. Моторное биотопливо в России практически не используется. К сожалению, до недавнего времени государство не только не поддерживало производство биотоплива в России, но и активно «мешало» процессу. Главным препятствием являлся запрет на реализацию в качестве топлива смеси биоэтанола с бензином, а также биодизеля. Кроме того, ФЗ № 171-ФЗ «О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции» также не способствует облегчению жизни производителей биотоплива. В России биоэтанол облагается такими же акцизами, как спирт. Налоговые послабления, поддерживающие отрасль в других странах, у нас даже не рассматриваются.

Кутняк Екатерина