Возобновляемые источники сырья. Биотопливо



В данной статье рассматриваются некоторые виды возобновляемых источников энергии, в т. ч. рассмотрено понятие биотоплива, приведена некоторая характеристика биомассы, биоэтанола и т. д. Показана статистика резкого увеличения в нефтяной отрасли биоэтанола и других экологически чистых источников сырья. Сделаны некоторые выводы.

Ключевые слова: биомасса, биотопливо, биоэтанол, энергия.

Keywords: biomass, biofuel, bioethanol, energy.

Менее чем за два десятилетия мощность новых возобновляемых источников энергии, включая солнечную, ветровую, биомассу, в целом увеличились в несколько десятков раз. По данным Инновационного центра «Сколково», мощности НВИЭ 2000 г. было 56 ГВт и 2018 г. — 1179 ГВт. Их доля в выработке электроэнергии составила 3,4 % в 2006 г. 10,5 % на конец 2018 года. При этом окончательно фактические объемы ввода возобновляемого сырья в год энергетическая структура оказалась выше прогнозируемой. Распространение такого быстрого производства тепла и электроэнергии за счет использования возобновляемых источников энергии связано, в основном, с нестабильностью рынка нефти.

Рис. 1. Динамика мировых цен на нефть

Как видно из графика на рисунке 1, динамика цен нефти марки Brent была очень волатильной в течение последних нескольких лет. Динамика цен на основные виды топлива из углеводородного сырья по данным Санкт-Петербургской товарно-сырьевой биржи 2014–2019 годы показывают уверенный рост. Стоимость автомобильного бензина Нормаль-92 в указанный период увеличилась с до , а стоимость бензина Регуляр-95 — от

руб/т по руб/т. Дизельное топливо всех марок так же выросло в цене, летнее — с по , межсезонное — с по , зимнее — с по . К концу 2020 года цены на дизельное топливо в России выросли на 1,7 %. При этом, согласно оценке Росстата, бензин в стране подорожал в среднем на 2,3–2,7 %. Удержать рост стоимости топлива ниже уровня инфляции позволил специальный компенсирующий механизм. Более того, по мнению экспертов, дополнительное давление на цены оказало внезапное сокращение спроса на нефтепродукты в период коронавирусной пандемии.

Приведенные данные усиливают глобальную тенденцию поиска альтернативных возобновляемых источников топливной энергии, что может помочь, с одной стороны, обеспечить энергетическую безопасность и избежать рыночной зависимости сырой нефти, с другой стороны, значительно улучшить экологическое состояние окружающей среды (ОС). Продвижение возобновляемых источников энергии является ключевой концепцией в Еврозоне (ЕС) как по экономическим, так и по экологическим причинам. Эта энергия способствует достижению целей, поставленных Киотским протоколом, и, кроме того, позволяет получать различные социально-экономические выгоды, такие как создание новых мест для сотрудников, диверсификация энергетики, создание сильной отечественной промышленности и региональные и местное развитие.

Биомасса широко используется в мире для производства биотоплива (биодизеля и биоэтанола). Производство биоэтанола растет огромными темпами за счет наличия свободных ресурсов и экономической целесообразности их добычи. За 13 лет, прошедших с 2007 г., мировое производство этанола на основе возобновляемого сырья увеличилось более чем в два раза, достигнув по данным 2019 г. 109,86 млрд литров. В данный момент около 26 % этанола получают из сахарного тростника, 64 % — производится из кукурузы, 3 % из пшеницы 3 % из мелассы и остальное из других зерновых, маниоки или сахарной свеклы.

Директива о возобновляемых источниках энергии также ускорила замену ископаемого топлива биотопливом в связи с защитой климата в Еврозоне. Так, например, первое место по производству биоэтанола принадлежит Франции, а второе место занимает ФРГ, 3–4 места принадлежат Польше и Венгрии соответственно. В 2019 году всего в странах ЕС было произведено около 5,6 единиц. млрд литров биоэтанола и 82,3 %, или 4,61 млрд тонн топлива было использовано. Остальная часть нашла свое применение в пищевой и химической промышленности.

В 2019 году мировой рынок биоэтанола достиг 43,2 млрд долларов США, а к 2025 году ожидается, что он достигнет . В мире имеются значительные ресурсы этанола, страны в значительной степени вовлечены в процесс получения биотоплива, особенно в России. Здесь имеются свободные мощности для производства 250 тыс. тонн этилового спирта в год, в т. ч. половина из возобновляемых источников.

Таблица 1

Получение биоэтанола из различных зерновых культур

В таблице 1 представлены результаты исследований выхода биоэтанола из различных культур. Развитие отрасли производства биодизельного топлива определяется также наличием свободной сырьевой базы растительных масел, мировое производство которых неуклонно растет. (по данным мирового баланса спроса и предложения растительных масел Oil World).

Рис. 2. Баланс мирового спроса и предложения растительных масел (млн тонн)

В настоящее время примерно 77 % биодизельного топлива состоит из растительных масел (37 %), 27 % соевого масло, рапсового масла и 9 % пальмового масла или отработанных растительных масел (23 %). Более современные технологии производства позволяют использовать целлюлозное сырье. Несмотря на то, что в России ежегодно производят только деревообрабатывающие предприятия более

, могут быть обработанными также другие виды отходов сырья. Для этого для целей применяют термические процессы, наиболее эффективным из которых является быстрый пиролиз (термическая деструкция без окислителя , высокая скорость нагрева и очень короткое время пребывания продуктов площадь реакции до 2–3 с). При сравнении, материальные балансы процесса быстрого пиролиза древесина, куриный помет, торф, навозная подстилочная масса, грязь осадка сточных вод, элеваторные отходы, наибольшее количество жидкого продукта образуется при обработке древесины (65 %). Полученный продукт можно использовать в качестве котельного топлива без предварительной подготовки и после дальнейшей обработки. — как биодизель.

Сахарный тростник и кукуруза будут по-прежнему доминировать в качестве исходного сырья для этанола [15]. Ожидается, что к 2029 году на производство этанола будет приходиться 25 % и 14 % мирового производства сахарного тростника и кукурузы соответственно. Ранее он был предпочтительным сырьем для ЕС, Канады и производства биодизеля в США. По прогнозным данным, ожидается к 2027 г. 12,9 млрд литров производства биодизеля, 13,5 млрд литров в 2017 году и 14 млрд литров в 2020 году. Таблица цен в долларах гектолитр (100 литров) для биодизеля, этанола и сырья для их производства показано на рисунке 3.

Рис. 3. Динамика цен на этанол, биодизель и исходное сырье

Важная роль в формировании цен на биоэтанол есть в налоговом законодательстве. Например, страны Еврозоны поощряют производителей к расширению полностью очищенного биотоплива и платят за это налог. В РФ такая правовая база производства биотопливо, в настоящее время находится на этапе развития. В ЕС Директива о возобновляемых источниках энергии (RED II) классифицирует биодизель на основе пальмового масла как категорию риска с высоким уровнем косвенного риска.

Бразильский закон RenovaBio направлен на сокращение выбросов топлива на 10 % к 2028 году. Ожидаемый результат — повышенное потребление этанола и биодизеля. При этом расчетный расход биодизеля будет соответствовать общему потреблению доли дизельного топлива и этанола в потреблении.

Китай разрабатывает множество программ по развитию производства биотоплива, финансовых стимулов и национальных стратегий. В Марте 2005 г. Конгресс принял Закон о возобновляемых источниках энергии, который вступил в силу 1 января 2006 года. Это год, в котором помощь была гарантирована. Развитие, продвижение использования биотоплива биомассы, льготные кредиты и налоговые субсидии для выращивания биоэнергетических культур, а также производство оборудования и др. Производство биоэтанола в Китае выросло с 30 тыс. тонн в 2002 г., до 1,9 млн тонн в 2008 г., это выводит Китай в тройку лидеров по величине производителя биоэтанола.

Производство биодизеля в Китае зародилось в начале 2001 года, но оно не смогло найти широкое использование и государственную поддержку. Для продвижения биодизельной промышленности в 2007 году в Китае был введен добровольный стандарт BD100. В настоящее время только обсуждается использование стандартов B5 (GBT 25199–2010) и B10; в настоящее время в Китае нет обязательных требований к смешиванию биодизельного топлива.

Мировые тенденции развития и использования биотоплива подтверждают его проблемы и актуальность. При этом наибольшее внимание привлекает такое сырье как биомасса, занимающая две трети энергии из возобновляемых источников. В своем виде биомасса имеет продукты растительного и животного происхождения, включая различные отходы агропромышленного, сельскохозяйственного и лесохимического комплексов. Она служит ресурсом как газообразных (биогаз, синтез-газ), так и жидких компонентов, имеет большую сырьевую базу для производства и много целей, включая тепло, автомобильное топливо и производство электроэнергии. Главное её преимущество — экологичность — энергия из биомассы производит меньше парниковых газов и углерода, а также имеет низкое содержание в выбросах, который приводит к образованию кислотных дождей. Трудности использования биомассы в качестве сырья производства источников энергии — это высокая стоимость организации процессов получения компонентов из биомассы, а также проблемы ресурсов и хранения.

В статье рассмотрены полученные соединения из биомассы, которая может быть включена в состав обычных моторных топлив как для бензиновых, так и для дизельных двигателей. Большинство новых биокомпонентов могут иметь существенные недостатки, связанные с их физико-химическими свойствами и эксплуатационными характеристиками. Биогаз, синтез-газ и водород, полученные из органических отходов, могут удовлетворить более 20 % мирового спроса на моторное топливо на основе ископаемого газа.

Анализ подтверждает развитие исследований в области топливных компонентов на основе возобновляемого сырья. Применение полученных результатов на практике способствует снижению среднегодовой температуры окружающего воздуха. Вред ОС растет с каждым годом из-за большого количества производимых парниковых газов, включая сжигание моторного топлива. Развитие биотоплива позволит предотвратить глобальный экологический кризис и увеличит долю альтернативных источников сырья в общей структуре топливно-энергетического комплекса.

Литература:

1. А. А. Макаров, Т. А. Митрова, В. А. Кулагин, Прогноз развития энергетики мира и России 2019. ИНЭИ РАН–Московская школа управления Сколково, Москва, 2019, 210с.
2. H. Jianbai, D. Qian, Z. Hongwei, G. Yaoqi, S. Muhammad Tahir. Nonlinear dynamic correlation between geopolitical risk and oil prices: A study based on high-frequency data. Research in International Business and Finance, 56 (2021)
3. (АО «Санкт-Петербургская Международная Товарносырьевая Биржа»: [https://spimex.com/])
4. Д. Н. Сафина, И. Ш. Хуснутдинов, А. Г. Сафиулина, Р. Р. Заббаров, А. З. Шангараева. Традиционные и альтернативные источники сырья для получения моторных топлив. Вестник технологического университета, 24, 6, 26- 40 (2021)