Производство и использование биоэтанола в Украине

Биоэтанол

1. Что такое биоэтанол

Биоэтанол – сравнительно новое слово. Оно появилось в широком употреблении около 15 лет назад, чтобы отличать этиловый спирт, полученный путем биохимической переработки растительного сырья. Этиловый спирт (этанол) может быть получен и чисто химическим путем – из этилена. Однако этот этанол уже не будет «экологически дружественным», так как выработан из ископаемого, не возобновляемого углеводородного сырья. Сжигание такого этанола приводит к возрастанию концентрации углекислого газа в атмосфере так же, как и сжигание природного газа и нефти. При сжигании же биоэтанола выделяющийся в атмосферу углекислый газ рассматривается как не вызывающий глобального потепления, поскольку он совсем недавно был извлечен из атмосферы растениями. К тому же, производить из этилена этанол для топливных целей экономически нецелесообразно. Поэтому термин «биоэтанол» распространился в то время, когда возникла всеобщая озабоченность последствиями антропогенного изменения климата планеты.

Для смягчения последствий надвигающегося изменения климата международные организации, в первую очередь ООН, инициировали разработку «Рамочной конвенции об изменении климата», которая была в 1992 г. подписана 155 странами мира. В 1997 г. в Киото (Япония) был принят протокол, который обязывал поддержавшие конвенцию страны взять обязательства по снижению выбросов парниковых газов (главным образом углекислого газа). К 2008 г. должно быть достигнуто уменьшение выброса на 5 % от уровня 1990 г, а к 2010 г. – на 5,2 %. Разные по уровню экономического развития страны взяли на себя различные количественные обязательства, в зависимости от потребляемого их экономиками ископаемого топлива. Был предложен и реализуется экономический механизм поощрения за снижение выбросов.

В декабре 2009 на саммите в Копенгагене мировые лидеры решили продолжить борьбу с потеплением климата путем дальнейшего увеличения доли биотоплив в энергическом балансе — до 20 % к 2020 году. Имея в виду развитие производства биотоплив и других экологически чистых источников энергии, Барак Обама сказал: «…Америка выполнит свои обязательства – уменьшение эмиссии парниковых газов в районе 17 % к 2020 году и свыше 80 % к 2050 году …». Ведущие страны мира намерены потратить 10 млрд. долл. США на программы стимулирования производства биотоплив в развивающихся странах до 2012 г. и 100 млрд. — до 2020 г.

 

Биоэтанол – название товарного продукта, который котируется на биржах. В Распоряжении Европейского парламента и Совета Европейского союза от 8 мая 2003 г. № 30 «О мерах по стимулированию использования биологического топлива и других видов возобновляемого топлива в транспортном секторе» дано следующее определение этого термина: «Биоэтанол – этиловый спирт, производимый из биомассы и/или биологически разлагаемых компонентов отходов и используемый в качестве биотоплива». Этот товарный продукт в своем составе содержит не менее 99 % химического вещества – этанола (этилового спирта).

Интерес к этанолу, как топливу, возник гораздо раньше, чем человечество заметило глобальное потепление. Он был обусловлен дефицитом нефтяного топлива в некоторых странах и наличием значительных ресурсов для производства биоэтанола. Речь идет в первую очередь о Бразилии, правительство которой начало поощрять использование биоэтанола в качестве компонента топлива для двигателей с искровым зажиганием. Затем к процессу частичной замены нефтяного автомобильного топлива биоэтанолом стали подключаться США и Канада, страны Европы. На сегодняшний день это дело зашло достаточно далеко, чтобы стать одним из важных направлений развития мировой экономики. Увеличение производства биоэтанола потребовало расширения посевов возобновляемого углеводсодержащего сырья — сахарного тростника, кукурузы, других зерновых культур. Началось производство «гибких» двигателей с искровым зажиганием, приспособленных к потреблению топлив с содержанием до 95 % биоэтанола, и дизельных двигателей, работающих на 90 % -ном биоэтанольном топливе.

В 2011 г. топливного биоэтанола было произведено около 90 млн. м3, не топливного назначения – 15 млн. м3. Сырье: кукуруза – 55 %, сахарный тростник – 34 %, меласса – 6 %, пшеница – 3,5 % (см. рис.). Лидируют в производстве топливного биоэтанола США (около 42 млн. м3) и Бразилия (32 млн. м3).

 

Украина – страна с 46 миллионным населением потребляет 4,5 млн. тонн бензина в год.  Собственная добыча сырья — нефти и газовых конденсатов — обеспечивает только 20 % этого количества, остальной бензин производится из импортной нефти или завозится из соседних стран.

Бензиновая зависимость страны может быть существенно снижена за счет производства и использования альтернативных топлив, в частности, биоэтанола. На сегодня, несмотря на значительную подвижность цен, наиболее экономически привлекательным сырьем для его производства является кукуруза – с 1950-х годов традиционная культура для Украины .

Возможность создания биотопливной промышленности появилась после вступления  21 мая 2009 г. в силу закона Украины № 1391-VI «О внесении изменений в некоторые законы Украины относительно содействия производству и использованию альтернативних видов топлива». Если ранее производство биоэтанола было монополией государства, то новым Законом его выпуск разрешен предприятиям всех форм собственности. Кроме того, этанолсодержащие топлива  освобождаются от обложения акцизным сбором, если в них содержится менее 30 % углеводородов.

По состоянию на декабрь 2011 г. в стране работали 5 заводов по производству  этанолсодержащих добавок к бензинам, суммарной среднегодовой производительностью 36 тыс. тонн. Из них 3 завода – государственные, но в аренде у частных компаний, 2 – частные.

 

Интерес инвесторов к этому виду деятельности появился только после преодоления бензином на АЗС ценового уровня 9,5…11 гривен (1,25…1,35 долл. США) за литр. Себестоимость этанолсодержащих добавок на упомянутых предприятиях составляет 0,7…0,8 долл. США за литр. Будучи смешаны с дешевым прямогонным или газоконденсатным бензином, они дают вполне приличный бензин типа А-95, с низким содержанием серы и ароматических углеводородов.

 

В целом в Украине этанолом замещается уже около 0,7 % по объему бензиновых углеводородов, что составляет 0,4 %  в энергетическом эквиваленте. По сравнению с Европейским Союзом, где в 2010 году вышли на 3,5 %, это немного, но Европа шла к этому показателю 7 лет, начиная с Директивы 2003/96/EC.

 

Сырьем для всего топливного этанола на Украине пока является меласса – побочный продукт свеклосахарного производства. Это объясняется тем, что меласса, несмотря на периодические ценовые всплески, на сегодня самое дешевое  сырье для этанолсодержащих добавок. На производство 30 тыс. тонн этанолсодержащих компонентов за год использовано 120 тыс. тонн мелассы.

 

К сожалению, этот сырьевой источник, с каждым годом все более иссякает. Учитывая, что меласса является сырьем для многих других крупных производств – от хлебопекарных дрожжей до пищевых компонентов, потенциал производства «мелассного биотоплива»  вряд ли достигает более 100 тыс. тонн в год.

 

Вероятно, пока не будет достигнут уровень производства в 80…100 тыс. тонн топливного биоэтанола в год, выше которого станет ощущаться «мелассно-сырьевой голод», перехода на зерновое сырье не будет. Но наиболее дальновидные и располагающие средствами прозводители этанолсодержащих топливных компонентов уже приступили к перепроектированию и переоснащению своих мощностей для работы на зерне.

 

Создавшиеся условия открывают перспективу инвестирования в сферу изготовления и реализации биоэтанола и топлив на его основе. Действующие в Украине предприятия переделаны из старых спиртовых заводов и используют энергозатратные технологии и оборудование 30…40 летней давности. Нужно начинать строительство новых, технологически инновационных  биоэтанольных заводов с наименьшими затратами на производство и  выходить на рынок с более конкурентоспособной продукцией.

При проектировании и строительстве нового завода необходимо использовать доступные на мировом рынке технологии и оборудование,  позволяющие почти вдвое снизить энергопотребление на единицу продукции.

 

 

2. Применение биоэтанола

Биоэтанол сам по себе не может рассматриваться как готовое автомобильное топливо. В современных двигателях для транспортных средств и сельхозмашин необходимо применять стандартизированные топливные композиции, отвечающие определенным показателям, изложенным в соответствующих национальных и/или международных стандартах. Автопроизводители изготавливают двигатели, приспособленные для таких топлив, и отказываются от гарантий при применении иных топливных смесей.

Пока содержание этанола в бензин-этанольном топливе не превышает 10 % об. (топлива типа Е10), его характеристики меняются несущественно и в настоящее время потребителей (например, в США) даже не предупреждают о наличии этанола в бензине. Единственной проблемой, могущей возникнуть в этом случае, является фазовая стабильность топлива – возможность его расслоения при низких температурах и контакте с водой. Поэтому при дистрибуции таких топлив необходим определенный уровень технологической культуры, который не всегда достижим в постсоветских странах.

Более стабильными являются топлива с содержанием более 30 % этанола в смеси с углеводородами, но с ростом доли этанола характеристики топлива все более отличаются от требований стандартов на обычные бензины. Приходится производить определенную адаптацию двигателей и/или вводить в топливо дополнительные компоненты, “подгоняющие” его свойства под требования стандартов.

Этанол-углеводородные топливные смеси принято обозначать буквой Е и цифрой, соответствующей процентному содержанию этанола в смеси. Например, топливо Е10 содержит приблизительно 10 % этанола, Е85 – до 85 % этанола. В иностранной литературе встречаются определения Low Blend Fuel, High Blend Fuel (топливная смесь с низким — 5…15 %, содержанием этанола, и высоким – 60…95 %, содержанием этанола). На сегодняшний день все известные производители адаптировали автомобили к потреблению Low Blend Fuels с содержанием этанола до 10 %.

В Западной Европе, США и Бразилии реализуются топлива с содержанием биоэтанола 70…95 %, под маркой Е85 – Е95. Многие автопроизводители уже адаптировали двигатели под их использование. Транспорт с такими двигателями получил название FFV (Fuel Flexible Vehicle – гибкое по топливу транспортное средство), так как способен использовать топливо с любым содержанием этанола.

Топливные смеси (топлива) с этанолом в США условно классифицируются по следующей схеме:

  • Е95 – денатурированный топливный этанол. Согласно ASTM 4806 он должен содержать минимум 92 % этанола, и 2…5 % денатурантов – бензина или его компонентов, остальное – присадки.
  • Е85 – топливо «Flex Fuel» согласно ASTM D 5798. Оно подразделяется на три класса по минимальному содержанию этанола – 70 %, 74 % и 79 %. Остальное – бензин и присадки;
  • Е10 – топливо должно содержать около 10 % этанола, остальное – бензин и присадки.

Топлива Е85 и Е95 стабильны при смешении с водой до 20…30 % по объему, а топливо Е10 расслаивается уже при добавлении 0,5 % воды, если не содержит специальных стабилизирующих добавок и присадок. Когда речь идет о «расслаивании» этанолсодержащих топлив типа Е10, имеется в виду, что добавление небольшого количества воды приводит к появлению помутнения и затем нижнего слоя бóльшего объема – за счет сорбции водой этанола из углеводород-этанольной смеси. В этом случае, даже капли воды на дне бензобака «дестабилизируют» смесевое топливо, происходит его расслаивание.

Согласно законодательству Украины, к бензинам относятся топлива, в которых содержится не менее 70 % нефтепродуктов, и только бензины являются подакцизным товаром. Топлива с содержанием до 30 % не углеводородных компонентов называются смесевыми. Автомобильные топлива, в которых доля биоэтанола превышает 30 %, относятся к биотопливам и акцизным сбором не облагаются.

Лучшая фазовая стабильность и освобождение от акцизного сбора послужили для ряда украинских компаний стимулом для разработки смесевых топлив с долей углеводородов менее 70 %.

Инициатива по организации производства этанолсодержащих добавок к топливам исходит, так сказать, «снизу». Интерес инвесторов к этому виду деятельности появился только после преодоления бензином на заправках ценового уровня 9,5…11 гривен (1,25…1,35 долл. США) за литр. Себестоимость этанолсодержащих добавок на упомянутых предприятиях составляет 0,7…0,8 долл. США за литр. Будучи смешаны с дешевым прямогонным или газоконденсатным бензином, они дают вполне приличный бензин типа А-95, с низким содержанием серы и ароматических углеводородов.

Я сознательно не употребляю термин «биоэтанол» по следующей причине. Биоэтанол, согласно новому Национальному стандарту, введенному с 1 января 2011г. должен содержать не менее 98,3 % об. этанола и не более 0,2 % об. воды. При этом биоэтанол – подакцизный товар, хоть и с нулевой ставкой, но со всеми вытекающими  правилами регулирования производства и оборота:

  1. Лицензия на производство
  2. Налоговый пост на предприятии.
  3. Сопровождение перевозки.
  4. Особые требования к учету хранению.
  5.  Оформление банковского векселя в размере акцизного сбора на пищевой спирт (приблизительно 5 тыс. долл. США за кубометр) при отгрузке потребителю со сроком погашения до 90 дней при использовании биоэтанола по назначению.

 

Государство в лице налоговых органов относится к производству биотопливных добавок с подозрением, и никоим образом его не стимулирует, несмотря на декларации всех правительств о важности биотопливного сектора. Причина — в подмоченной пищевым спиртом репутации биоэтанола. Работники налоговой администрации часто путают понятие «биоэтанол, как товарный продукт» и «биоэтанол как химическое вещество». Если в какой-то жидкости содержится химическое вещество «биоэтанол» это не значит, что она является товарным продуктом под названием «Биоэтанол», который должен отвечать требованиям стандарта (ДСТУ). То же относится к понятиям «Спирт этиловый» — товарный продукт и химическое вещество. Часто работники администрирующих органов, сознательно или нет, путают эти понятия и оказывают давление на производителей этанолсодержащих добавок с тем, чтобы они оформляли лицензии на производство подакцизных товаров.

Российский стандарт на биоэтанол разработан Техническим комитетом  ТК-31 “Нефтяные топлива и смазочные материалы”,  украинский же — Техническим комитетом ТК-61 «Спиртоводочные изделия и дрожжи». Украинскому биоэтанолу стандартом присвоен код 22 по ТН ВЭД – «Спирт этиловый и спиртные напитки», российскому же и европейскому – код 38 – «Химическая продукция».

При таком положении все производители этанолсодержащих топливных добавок избегают выпускать биоэтанол, соответствующий Национальному стандарту. Они производят этанолсодержащую продукцию, которая формально не попадает в  товарную нишу «Биоэтанол», т. е. отличается по составу от требований ДСТУ.

 

Три из перечисленных заводов продают свою продукцию нефтетрейдерам с собственной сетью заправок. В бензинах типа А-95, которые реализуются на АЗС, содержится до 15 % этанола, который заменяет более дорогой метил- трет бутиловый эфир. Продаются также топлива, содержащие до 40 % этанола под собственными торговыми марками, например Pulsar-95”, “А-95ек”, Ultimate-95”. Завод «БиоХимГрупп», Донецк организовал собственное производство биотоплива А-95а с содержанием более 30 % этанола и успешно его реализует. На рисунках показан рекламный буклет биотоплива, распространяемый на АЗС.

Использование в качестве топлив бензин-этанольных смесей с содержанием этанола 10…70 % требует решения трех основных вопросов:

  1. Обеспечение фазовой стабильности при смешении с обычными бензинами и при попадании воды (подтоварной или отстоя в бензобаке).
  2. Обеспечение стабильного сгорания во всем диапазоне нагрузок и температур эксплуатации транспортного средства (исключение «провалов» и проблем холодного запуска).
  3. Понижение октанового числа бензин-этанольных смесей с одержанием этанола более 10 % до приемлемых 95…100 ед. по исследовательскому методу.

Устойчивость бензино-спиртовых смесей к расслаиванию зависит от состава бензина, содержания этанола и содержания воды в композиции. С увеличением концентрации ароматических соединений в бензине и увеличением содержания в топливе этанола температура помутнения (первая стадия расслаивания) понижается. Однако количество воды в смеси является определяющим фактором.

Существует еще один путь улучшения качества бензин-этанольных композиций – производство добавок и присадок непосредственно в процессе изготовления биоэтанола. В Институте пищевой биотехнологии и геномики НАН Украины разработаны технологии, позволяющие при ректификации бражного дистиллята получать этанол с заранее заданным количеством функциональных присадок, а затем обезвоживать полученную топливную композицию. При достаточно высоком содержании функциональных компонентов можно обойтись даже без глубокого обезвоживания продукта, так как синтезируемые вещества обеспечат необходимую стабильность бензин-этанольных смесей и решат проблемы применения биотоплив в холодный период.

Эта технология уже реализована на одном из биоэтанольных заводов Украины путем добавления в технологическую схему дистилляции химического реактора для синтеза необходимых компонентов. Можно также организовывать на спиртовых заводах производство готовых биотоплив на основе стабильных бензинов и этанола с функциональными компонентами. Такой подход наиболее оправдан для решения проблемы перепрофилирования «лишних» спиртовых заводов Украины.

 

Приблизительный состав биотоплив — см. рисунок. Основные компоненты – стабильный бензин – 50…69 %, остальное – этанол, метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ – компонент, препятствующий расслаиванию бензин-этанольной смеси) и присадки – антикоррозионные, стабилизирующие. Такое топливо не облагается акцизом, так как содержание углеводородов в них менее 70%.

Изготовляются и реализуются также и смесевые бензины типа E10 с содержанием биоэтанола 10…15 %. Они подлежат акцизному обложению, но изготовители экономят на МТБЭ, заменяя его более дешевым биоэтанолом. При этом потребителя не информируют о наличии этанола в бензине. То же относится к импортным европейским бензинам, в которых содержится до 10 % этанола.

 

 

В целом на Украине этанолом замещается уже около 0,7 % по объему бензиновых углеводородов, что составляет 0,4 %  в энергетическом эквиваленте. По сравнению с Европейским Союзом, где в 2010 году вышли на 3,5 %, это немного, но Европа двигалась к этому показателю 7 лет, начиная с Директивы 2003/96/EC.

 

 

т.д.н. С.П.Цыганков

Яндекс.Метрика