Потенциальные возможности развития биоэнергетики в России

Ежегодное количество органических отходов по разным отраслям народного хозяйства России составляет более 270 млн.т. Сельскохозяйственное производство дает 200 млн.т, из них 66.5 млн. т приходится на животноводство и птицеводство, 126 млн. т -на растениеводство. Лесо- и деревопереработка дают 70 млн. т, твердые бытовые отходы городов - 16 млн. т, осадки коммунальных стоков - 4.9 млн. т (все приведенные значения даются на абсолютно сухое вещество по итогам исследований по заказу Института энергетической стратегии РФ. 2006 г.).

Использование древесины .

Россия может стать крупным экспортером древесной щепы и пеллет для Европы и других стран. В России сосредоточена четвертая часть мировых запасов леса - 82 миллиарда куб. метров или 41 млрд, тонн древесины. В мире таких ресурсов нет. Лес в России занимает 2/3 территории - 1,2 млрд га.

Для переработки без нанесения ущерба для лесных плантаций можно в целях энергетики использовать, как минимум, до 0.16 % ежегодно, или 130 млн. куб. м = 65 млн. тонн. Стоимость экспорта такого количества может составить 3.9 млрд. Евро .в год. Энергоемкость такого объема древесины составляет 1.1 ЕДж (1018).

Для производства пеллет можно использовать солому злаковых и крупяных культур, масса накопления которой ежегодно составляет 80-100 млн. тонн. При использовании для производства пеллет только половины этой массы можно получить за счет экспорта до 1.2 млрд Евро.

Таким образом, потенциальные возможности от производства и экспорта пеллет в год для России могут составить 5.1 млрд. Евро.

Газогенерацин и пиролиз.

Наиболее активно ведется разработка и создание оборудования для газификации твердой биомассы с целью создания автономных тепло- и электростанций, работающих на генераторном газе.

Ведущей организацией в 80-е и 90-е годы по этому направлению было АО "Энерготехнология" (г.Санкт-Петербург), научный руководитель проб-лемы профессор, доктор техн. наук Л.В.Зысин.

Был разработан типоразмерный ряд газогенераторов с тепловой мощностью 100, 200, 600, 3000 и 5000 кВт и было освоено производство опытных серий газогенераторов тепловой мощностью 100 и 200 кВт. По техническим характеристикам созданные газогенераторы отвечали современному мировому уровню, что подтверждалось интересом к ним фирм Швеции, Финляндии и Израиля.

На базе таких газогенераторов могут создаваться автономные, не завися-щие от централизованного энергоснабжения установки или станции для тепло- и электроснабжения потребителей в любых регионах страны, имею-щих сырье и лишенных энергоснабжения. К этим регионам прежде всего относятся районы Сибири, Крайнего Севера, а также большинство сель-ских районов, располагающих отходами лесопроизводства (опилки, кора, щепа, хлысты, пни) и растениеводства (солома любая, стебли под- солнеч-ника, кукурузы и т. д,- всего до 360 млн. куб. м).

Получение этанола.

Экспорт транспортного этанола также может стать в перспективе серьезным источником валюты и экологически чистым энергетическим товаром России на международном топливном рынке.

В 2013 году в России произведено из пищевого сырья 1962.24 млн. л этанола. [1-2].

В 2012 г. в России было произведено 85 млн. л гидролизного спирта.

Однако, гидролизные технологии, основанные на использовании серной кислоты, являются экологически вредными.

Необходимо разрабатывать современные экологические чистые экологии эффективного разложения древесины на целлюлозу (полимер глюкозы) и лигнин.

Другими видами сырья, обеспечивающими производство этанола в Рос-сии могут быть:

-меласса (отходы сахарного производства), -картофельный крахмал, -сладкое сорго.

Меласса. Объемы производства мелассы в 2015 году составил 1.3 млн. т. (Потенциал от объема свеклы 1.88 млн. т). Из 100 кг мелассы можно получить 30 л этанола, или из 1.3 млн. тонн -390 тыс. т этанола.

В 2016г. сбор сахарной свеклы - 47.6 млн. т, потенциальный выход мелас-сы 2.38 млн. т, соответственно этанола- 714 тыс. тонн.

Для производства этанола можно использовать непосредственно сахарную свеклу, урожай которой в 2016 голу в России составил 47.6 млн. тонн, при содержании сахара в ней 16%, выход этанола мог бы составить 48.55 млн. куб. м. или 38.3 млн. т.

Картофель. Вторым сырьевым источником крахмала для производства этанола в России - картофель. Из 1 тонны можно получать до 60 л этанола. При урожае картофеля в России в 2016 году в объеме 32.86 млн. тонн потенциальный объем этанола может составить 1.97 млн. куб. м на сумму 693 млн.$ ИЗ. Производство картофеля для технических целей - производства этанола, может оказать существенное влияние на подъем агроэкономики в регионах массового картофелеводства.

Для того чтобы выйти по производству этанола в объемах современного его производства в США в России нужно засевать картофелем до 15 млн. га.

Сладкое сорго. Третьим потенциальным сырьем для производства этанола в России может стать сладкое сорго, культивируемое на Северном Кавказе, Дальнем Востоке и в Поволжье. Выход зеленой массы - 200-300 ц/га. При переработке на спирт зерна и зеленой массы с 166.7 тыс. га можно получить 670 тыс. куб. м или 526 тыс. т биоэтанола.

Таким образом, перспектива развития производства транспортного эта-нола в России с последующим его экспортом достаточно оптимистичны. Но, совершенно очевидно, что основным сырьем для его производства в России должна стать древесина, что требует создания современных технологий ее разложения на лигнин и целлюлозу.

Получение биоводорода.

Один из методов получения биоводорода из биомассы - это бутиловое или ацетоно-бутиловое брожение сахарозы или крахмала.

Ацетоно-бутиловое брожение (С1. Асе1оЬи1уНс1ш).

На 1 тонну мелассы образуется 80 куб. м водорода, или на все про- изведен-ную мелассу в 2015 году- 104.0 млн. куб. м.

С 1 гектара плантаций сахарной свеклы (мелассы) можно получить до 140 куб. м водорода.

Бутиловое брожение (С1. Ви1уНсит).

На 1 тонну мелассы можно получить до 140 куб. м Водорода, или на всю произведенную мелассу в 2015 году можно получить 182 млн. куб . м Водорода, а с 1 гектара плантаций сахарной свеклы(меласса) - 315 куб. м.

В СССР до конца 70-х годов XX столетия в эксплуатации находилось 4 ацетоно-бутиловых завода : в г. Грозном, в г. Нальчике, в г. Талица (Свер-дловской области) и в г. Ефремов (Тульской области). К концу 90-х годов остались Грозненский и Ефремовский заводы. Ефремовский завод произ-водил в сутки до 50 тонн растворителей (бутанол: ацетон: этанол = 13:4:1) и до 29 тысяч куб. м водорода, или в год: 15000 тонн растворителей и до 8.7 млн. куб. м водорода.

Грозненский завод- в сутки : 74 тонны растворителей и 43 тысячи куб. м водорода, в год: 12.9 млн. куб. м водорода и до 22 тысяч тонн растворителей.

В конце 60-х годов XX столетия на Ефремовском ацетонобутиловом заводе (1967) и Грозненском АБЗ (1969) были введены в эксплуатацию два цеха по производству кормового витамина В-12 методом термофиль-ного метанового брожения жидких отходов этих производств - барды (3000 куб. м/сутки) Кроме витамина В-12 каждый цех производил в сутки до 30 тысяч куб. м биогаза, который на 25% покрывал потребности ос-новного производства в тепловой энергии.

В конце 60-х годов в СССР впервые в мире были созданы крупномасштабные промышленные производства биотоплив из биомассы (био- вородород, биометан, биобутанол, биоацетон и биоэтанол).

Картофель.

При ацетонобутиловом брожении с 1 тонны картофеля можно получить 25 куб. м водорода, 340 кг Бутанола и 110 кг Ацетона.

С 1 гектара картофельных плантаций - 875 куб. м Водорода + 12 тонн Бу-танола + 4 тонны Ацетона. При бутиловом брожении с 1 тонны кар-тофеля - 42 куб. м Водорода, или с 1 гектара плантаций - 1500 куб. м водорода.

Сладкое сорго.

С 1 тонны стеблей сорго при ацетонобутиловом брожении можно полу-чить до 30 куб. м Водорода + 114 кг Бутанола + 40 кг Ацетона. При бути-ловом брожении - 50 куб. м Водорода.

С 1 гектара плантаций сахарного сорго при ацетонобутиловом брожении: 900 куб. м Водорода + 3.4 тонны Бутанола + 1.2 тонны Ацетона, при бутиловом брожении - 1500 куб. м водорода.

Биодизельное топливо - перспективы производства в России.

Россия имеет все возможности для производства растительных масел с целью производства и экспорта биодизельного топлива. В России основ-ными продуцентами растительных масел являются: подсолнечник, лен, горчица, небольшой объем занимают: кукуруза, соя и рапс.

Ведущее место занимает подсолнечник. В 2014 году Россия произвела 4.9 млн. тонн растительных масел.

Перспективным для России является расширение посевов рыжика (камелина-206.7 тыс. га-2014 г.), и льна в Средней полосе (традиционное российское производство льна ) с производством льняного волокна и семян для отжима масла, а также в Южных регионах: подсолнечника, сои, рапса.

Получение тепловой энергии активным компостированием.

(микробное окисление). Использование этого метода для утилизации твердой биомассы и, прежде всего, твердых органических отходов также может внести существенный вклад в энергетику, в частности, в производство тепловой энергии. Метод основан на процессе бактериального окисления твердых органических веществ с образованием тепловой энергии, которая повышает температуру пропускаемого воздуха до 80...90 °С. Путем компрессии температуру выходящих газов можно поднять до ПО °С. В некоторых странах, например, в Японии, разработаны опытно-промышленные установки КПД которых достигает 95 % [1-29].

Химико-каталитическая конверсия продуктов расщепления растительных полимеров в жидкие углеводороды. Применение биотоплива для авиации и транспорта.

Авиация. К 2030 году потребление энергии в мире вырастет на 60% [1-30]. Эта тенденция потребует увеличения производства различных видов энергоносителей и их источников Одна из особенностей решения этой проблемы в XXI веке состоит в том, что энергопроизводство должно быть экологически чистым.

Все вышесказанное потребует увеличения вклада биомассы в общий энер-гобаланс.

15 июля 2011г. немецкая авиакомпания Lufthansa запустила первый ком-мерческий рейс по маршруту Гамбург - Франкфурт - на - Майне на смеси традиционного керосина и биотоплива, произведенного финской компа-нией Neste Oil. Биосинтетических керосин, используемые Lufthansa, полу-чается из биомассы, состоящей из ятрофы, рыжика(растение Камелии) и животных жиров. [1-31].

Компания Neste Oil поставила задачу по использованию биотоплива в авиации в объеме 2 млн. тонн к 2020г.

Штурмовик А-10 Thunderbolt II совершил первый полет с использованием в обоих двигателях топлива со смесью биотоплива и обычного авиакеросина JP-8. Полет состоялся на базе Эглин ВВС США, расположенного вблизи Вальпараисо (штат Флорида).

В качестве сырьевого источника биокомпонента послужили семена ка-мелина. Такой вид топлива пройдет сертификацию на самолетах F-15 Eagle, F-22 Raptor и С-17 Globemaster III

К 2016 году доля использования в ВВС США альтернативных видов топлива должна составить 50%.

Королевские ВВС Нидерландов провели успешные испытания полетов вертолета Apache на авиабазе Gilzen-Rijen в Нидерландах, в ходе которых один из двух двигателей вертолета питался от альтернативного биологи-ческого топлива. [1-32].

Для проведения лётных испытаний биокеросин был произведен с исполь-зованием биомассы на основе морских водорослей в количестве 5 процен-тов и использованного растительного масла - 45 процентов от общего объема топлива для вертолета.

По сообщениям агентства Интерфакс, 25 февраля 2011г. самолет "Боинг-747" компании Virgin Atlantic, заправленный биотопливом, совершил первый пробный полет по маршруту Лондон - Амстердам. "Один из его четырех двигателей работал на топливе, полученном из растительной массы.

Группа из 10 авиакомпаний, восемь, базирующихся в США: American Air-lines и United Continental Holdings, также включает в себя Alaska Air-lines, FedEx, Frontier Airlines, JetBlue Air-ways, Southwest Airlines и США Air-ways, a также Air Canada и Lufthansa, подписали письма с Вашингтоном о намерениях на основе топлива Solena приобрести топлива для реактивных двигателей, полученные исключительно из отходов биомассы.

Из биомассы в 2015 году было произведено до 61 миллиона литров реак-тивного топлива.

Solena Group, а также передовые компании в области биоэнергетики и био-топлива, подписали соглашения с перевозчиками по всему миру. LOI с Bri-tish Airways создадут первый в Европе завод по производству авиацион-ного биотоплива с целью преобразования 550000 тонн отходов в год с по-лучением 61 миллионов литров реактивного биотоплива.

В качестве основного сырьевого источника для производства авиационных биолтоплив эксперты рассматривают морские и пресноводные водоросли. Производство реактивного биотоплива для всеобъемлющего использова-ния в высокоскоростной авиации может быть ограничено объемом выращиваемых в мире сельскохозяйственных продуктов, содержащих рас-тительные масла или углеводороды. Эту проблему удалось решить коман-де из Висконсинского Угниверситета, штат Медисон, США.

Технология основана на деградации сахаров на левулиновую и му- ра-вьинную кислоты и получением гамма-валеролактон -(GVL), из которого получают реактивное биотопливо..

Разработанная методика позволяет извлечь из исходной биомассы до 95% энергии и не требует больших количеств водорода.

На первом этапе гамма-валеролактон расщепляется на бутен и углекислый газ. На втором этапе из бутена получают алкеновые олигомеры.

Европейская комиссия планирует довести к 2020 году вклад биотоплив до 10 %. В Европе с 1 января 2010 года действует единый стандарт на биотопливо EN-PLUS.

На авиацию приходится до 12% топлива, потребляемого всей транспор-тной отраслью, что эквивалентно примерно от 200 до 224 млн. т авиацион-ного керосина год. [2-1].

Финская компания NesteOil поставила цель использовать биотоплива и другие ВИЗ в авиации в объеме 2 млн. тонн к 2020г.

Биотопливо AB, производимое компанией «SwedishBiofuels» полностью синтетическое и используется для реактивных двигателей. Технология основана на каталитическом синтезе смеси биоуглеводородов С-4 - С-20 из биоэтанола, получаемого из углеводов гидролизованной растительной биомассы.

Министерство обороны Швеции поручило компании «Swedish Biofuels» разработать топливо для истребителей JAS-39 Gripen на основе этанола, получаемого из древесины. [1-34].

Проект «Биотопливо для авиации» является частью шведско- американской программы сотрудничества по тематике альтернативных видов топлива. Разработка топлива для шведских истребителей ведется при участии пра-вительств США и Швеции и компаний «СААБ», «Вольво Аэро» и «Джене-рал электрик».

Биотопливо BtL - Biomass-to-Liquid (через синтез-газ) производится не-мецкой компанией «ChorunCarbo-V» из древесины и отходов деревооб- ра-ботки.

Преимущество этого вида топлива перед биоэтанолом и биодизелем сос-тоит в том, что, в отличие от упомянутых продуктов, при производстве BtL древесина полностью перерабатывается.

Новозеландская компания Lanza Tech разработала технологию про- извод-ства биоэтанола из синтез-газа отходящих газов дымовых труб крупных производств или при газификации любой биомассы, включая лигнин, да-лее получаемый биоэтанол посредством каталитического синтеза по тех-нологии SwedishBiofuels превращается в углеводороды.

Указанный проект финансируется Министерством обороны США.

Технология компании Licella (Австралия) основана на обработке любой биомассы термогидравлическим ударом при температуре в реакторе 300 С и давлении 250 атм. Время обработки - 30 минут.[1-34].

Австралийская компания Norske Skog и компания Licella создали новое совместное предприятие,называнное Licella Libre fuels (LEE).

Международная ассоциация воздушного транспорта (IATA) считает, что доля возобновляемых биотоплив второго поколения в объеме 6% может быть достигнуто к 2020 году и авиакомпания Boeing планирует довести эту долю до 1% к 2015г. А к 2050г. во всей мировой гражданской авиации снизить объем выбросов диоксида углерода до 50% по отношению к 2005г.[1-35].

Реактивное топливо представляет собой смесь из большого количества различных углеводородов. Диапазон их размеров (молекулярный вес углеводорода ) ограничивается требованиями к продукции, например, к точке замерзания и точке дымообразования. Топлива для реактивных двигателей классифицируются как керосин или типа керосина. Авиакеросин включает марки: Jet A, Jet А-1, JP-5 и JP-8. Топливо типа Нафта для реактивных двигателей включает также марки Jet В и JP-4.

BIO-SPK - биосинтетический парафиновый керосин.

Первое направление при получении Био- Jet заключается в использовании углеводородов из растительных источников, таких как ятрофа, рыжик (Camelina), водоросли, животный жир-tallows, другие растительные мас-ла, получившие название био-SPK (биосинтетический парафиновый ке-росин).

Компании, работающие по получению реактивного топлива из водорослей являются Solazyme, Honeywell UOP, Solena, Sapphire Energy, Imperium. Университет штата Аризона и Cran-field University также работают в этом направлении.

Основными инвесторами для исследование по получению био-СПК из во-дорослей являются Boeing, Honeywell / UOP, Air New Zealand, Continen-tal Air-lines, авиакомпания Японии и General Electric .

FT-SPK - Фишера-Троиша синтетический парафиновый керосин.

Второе направление включает переработку твердых биомасс с использованием пиролиза для производства бионефти или газификации для получения синтез-газа, который затем перерабатывается в FT СПК- FT- SPK (Фишера-Тропша синтетически парафиновый керосин).

Другие исследования основываются на использовании спиртов, таких как этанол или бутанол, которые перерабатывается в топливо для реактивных двигателей.

ALFA-BIRD проект (альтернативные виды топлива и биотоплива для ави-ации) - финансируется ЕС в 7-й Рамочной программе научных исследова-ний и технологического развития, с июля 2008 года. Основной задачей в работе проекта разработать топлива, которые отвечают строгим требова-ниям авиации и совместимы с современной гражданской авиацией, кото-рые являются обязательными в течение почти 50 лет. Основываясь на пер-вый отбор наиболее релевантные альтернативные виды топлива, проводи-тся подробный анализ 4 новых видов топлива.

Авиакомпании Air New Zealand и Virgin Australia компания Licella будут разрабатывать промышленную технологию превращения биоотходов, та-ких как отходы сельского хозяйства на биоуглеводороды с помощью тех-нологии, называемой каталитической гидротермальной реакцией (CAT-HR).. [1-34].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >