Биотопливный потенциал России

На территории России ежегодно конвертируется до 227 х 10²¹Дж солнечной энергии и продуцируется до 14-15 млрд, тонн биомассы в результате усвоения 21-22.5 млрд, тонн С02. [2-10]. Энергия химических связей биомассы, продуцируемой на территории России составляет 0.24 х 10²¹Дж, что эквивалентно 8.6 млрд, тонн условного топлива или нефтяного эквивалента. [2-6]. Россия может стать основным мировым производителем и экспортером моторных биотоплив любого класса [2-6]. Потенциально отходы по лесопроизводству и деревообработке при условии полной вырубки годовой лесосеки могут составлять до 245 млн. тонн/год. А при переходе на современные технологии ведения лесопроизводства (Швеция и Финляндия) они могут составить до 700 млн. тонн/год. Ежегодное количество органических отходов (по с.в.) по разным отраслям народного хозяйства России составляет более 220 млн.т. Сельскохозяйственное производство дает 200 млн.т, твердые бытовые отходы городов - 28 млн. т, осадки коммунальных стоков - 2 млн. т . Потенциальные возможности России по производству биоэтанола и биобутанола из непищевого сырья (мелассы - отходы сахарного производства, технического картофеля, сладкого сорго и топинамбура) могут составлять более 15 млн. тонн в год. В ближайшие годы в России основным источником производства транспортного биоэтанола как в качестве добавок к известным маркам бензина, так и в качестве основного сырья для каталитического синтеза биобензина и биокеросина, включая авиационный биокеросин, будут являться моно- и дисахара, получаемые из целлюлозы при гидролизе древесины. При условии современного ведения лесопроизводства только из годового объема отходов лесосеки в год можно будет производить этанола и бутанола не менее 200 млн. тонн и соответственно до 100 млн. тонн углеводородов.

Димегиловый эфир. В России создана промышленная технология производства диметилового эфира и фирма KAMAZ модернизирует двигатели, работающие на этом топливе.

Биодизельное топливо. В России создаются региональные про- грам-мы развития биодизельного топлива, например Алтайская краевая целевая программа «Рапс - биодизель». В Пезенской области стоится завод по про-изводству рыжикового масла. Планируется строительство заводов по про-изводству биодизеля в: Липецкой области, Татарстане, Алтайском крае, Ростовской области, Волгоградской области, Орловской области, Красно-дарском крае, Омской области.

ОАО «РЖД» в 2006-2007 годах провела испытания биодизеля из рап-сового масла на тепловозах депо Воронеж-Курский Юго-Восточной же-лезной дороги. Представители РЖД заявили о готовности использовать биодизель в промышленных масштабах на своих тепловозах [2-6].

Синтез - газ. Синтез-газ или более распространенный термин в СССР и в России «генераторный газ», получаемый при газификации древесины и любых лигноцеллюлозных материалов в качестве моторного топлива для ДВС использовался в России в конце тридцатых годов XX века, и особенно заметную роль технологии и оборудование газификации твёрдых топлив для получения синтез-газа в качестве моторного топлива сыграли и во время Великой Отечественной войны.

Всего в 40-х и 50-х годах прошлого века в СССР одновременно экс- плуа-тировалось более 200 тысяч стационарных и передвижных машин с газогенераторными установками, что позволило стране сэкономить миллионы тонн нефти.

Современные технологии, как показано выше, позволяют получать из синтез-газа более эффективные моторные топлива.

Биотаз. В России (ранее в СССР) с начала 80-х годов ведущее место в проблеме использования биомассы для целей энергетики, помимо газификации древесины и лигноцеллюлозных материалов, занимали разработка и создание биогазовых технологий и оборудования (соответствующие решения Правительства) по производству биогаза, тепловой и электрической энергии из органических отходов сельскохозяйственного производства и пищевой и легкой промышленности, стоков и твердых бытовых отходов городов. Потенциальный объем ежегодно произво-димого биогаза может составить 80 млрд. куб. м, что эквивалентно 62 млн. тонн нефтяного эквивалента. 2 куб. м биогаза в сжатом состоянии замещают 1 литр бензина. 80 млрд, м3 могут заменить до 40 млн. м3 бензина, что с лихвой покрывает ежегодные расходы российского автотранспорта. Потенциальные возможности производства углеводо-родного моторного и авиационного биотоплива из биомассы в России. Объем производства авиационного керосина в России в 2009 году составил 8,5 млн тонн, максимум был достигнут в 2008 году - 9,4 млн тонн. [2-6] .

На долю России приходится 22% мировых лесных ресурсов - 45% всей территории страны. Запасы древесины - 82 млрд кубометров, что превосходит суммарные запасы США и Канады в 3,5 раза. Объем ежегод-ной Российской Лесосеки 700 млн. куб. м (350 млн. т/год), или 1/117 от общих запасов древесины.

Разработки российских ученых из Института нефтехимического син-теза им. А.В. Топчиева РАН, Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, Института химии природного органического сырья СО РАН, г.Крас-ноярск, открывают широкие перспективы производства моторных биотоп-лив из древесины. Ежегодные отходы лесопроизводства и дерево- обра-ботки могут составлять до 245 млн. т/год. Слабокислотный гидролиз может давать в год до 122.5 млн. тонн целлюлозы, из которой можно получить до 59.9 млн. куб. м биоэтанола или до 85.9 млн. тонн углеводородного масла (сырья для производства моторных топлив при крекинге). Из биоэтанола при каталитическом синтезе можно получить до 30 млн. тонн алкановой фракции (С6 - С15) [3-30].

При использовании «синтез-газовой» технологии из 245 млн. тонн отходов лесопроизводства и деревообработки можно в год производить до 147 млн. тонн синтез-газа, из которого каталитическим синтезом получают до 113 млн. тонн/год керосиновой фракции (С9 - С16), или методами биотехнологии до 64.3 млн. куб. год биоэтанола, из которого катализом производят до 32 млн. тонн алкановой фракции (С6 - С15).

Большие перспективы для России в плане производства моторных углеводородов открываются при возобновлении добычи торфа и его переработке.

АПК России при условии создания высокоэффективного сельскохозяйственного производства и пищевой безопасности за счет повышения урожайности продовольственных и кормовых культур в растениеводстве и продуктивности в животноводстве и освобождения значительных площадей пахотных земель может стать поставщиком биомассы и растительных масел для создания моторного, авиационного и ракетного топлива.

Организация производства биодизельного топлива на базе ОАО ПХ «ЛА-ЗАРЕВСКОЕ». [2-7]. Биодизель соответствует европейскому стандарту Е1414214, американскому АБТМ, производится по ТУ У 24.1- 34582279-002:2006 "Биотопливо дизельное". Сырьё для производства биодизеля: рапсовое масло, некондиционные и отработанные масла растительного происхождения, животные жиры, метанол, щелочь.

Компактный комплект оборудования для производства биодизеля. Компактный комплект оборудования российского производства для получения биодизельного топлива из растительных масел. Установленное оборудование занимает площадь примерно 15 м2 (без учета площади для размещения емкостей, количество и объем которых зависит от индивидуальных требований собственника производства в каждом отдельном случае). Комплект оборудования можно разместить в 20-футовом контейнере. При размещении оборудования в контейнере его можно перевозить на грузовом автомобиле от одного места производства биодизеля к другому (например к хранилищам масла или маслодобывающим заводам). Производительность установки: 1 - 2 мЗ/час биодизеля. Производительность зависит от показателей исходного сырья. Ориентировочный материальный баланс. Для получения 1 м3 биодизеля необходимо затратить 1 тонну растительного масла, 110 литров метилового спирта (метанол марки "А" согласно ГОСТ 2222-95) и 10 кг каустической соды (гидроксид калия [КОН] согласно ГОСТ 24363-80). При этом на выходе установки, кроме биодизеля, будет получено 100 кг глицерина- сырца (глицерола). Полученный биодизель имеет тип В-100, то есть является 100%-м биодизельным топливом.

Биодизельное топливо из соломы [2-8].

Сущность предложения заключается в применении метода аллотер- мической каталитической гидратации отходов в газ, с высокой теплотворной способностью с последующим синтезом из него двух марок моторного топлива, соответствующего маркам высокооктанового зимнего бензина АИ98 и летнего дизельного топлива. В отличие от известных технологий (включая реакцию Фишера-Тропша) процесс не требует высоких давлений, температур и дорогостоящих катализаторов. Не нужно чистить газ от сернистых и азотистых примесей. Кроме того, в процессе производства получается минеральное калийное удобрение, электроэнер-гия, тепловая энергия. Нет необходимости добиваться высокого выхода на каждой стадии процессы, достаточны выхода в 40-80 %. От сжигания во-дорода получается электроэнергия. В итоге из 1000 кг соломы в час, по-лучается до 700 кг/ч биодизельного топлива марки А с цетаном 52-56, температурой кипения 168 градусов С, температурой вспышки 65 граду-сов С. Плотность больше, чем у ДТ, что позволяет залить в бак на 12% больше моторного топлива. Кроме биодизеля практически на том же обо-рудовании можно производить биобензин. Кроме дизельного топлива производится минеральное калийно-фосфатное удобрение (до 50 кг/ч)..

По той же технологии можно получать топливо из торфа, бурого угля, сланца, отходов.

Мини-завод Шаха "нотрам-лигнин-ниролиз" но переработке лигнина, опилок, щепы в бензин и дизтопливо. [2-9].

Теоретически, древесные отходы и в целом биомасса могли бы стать такой же золотоносной жилой российской экономики, как сегодняшняя нефть. Из древесины и отходов лесопромышленного комплекса можно по-лучать как твердое, так газообразное и жидкое биотопливо. Технология получения жидкого топлива путем переработки низкокалорийных отходов лесного и сельскохозяйственного производства. Для максимального использования в энергетике низкокалорийных полезных бытовых отходов, отходов лесного и сельскохозяйственного производства или специальной выращиваемой биомассы разработан процесс разложения, заключающийся в высокоскоростном нагрев их без доступа кислорода (воздуха) до температур, при которых скорость выделения требуемых продуктов максимальна. Параметры процесса, быстрого пиролиза, состав и количество выделяемых продуктов предварительно уточняются для каждого типа сырья. Мини-завод "Потрам-Лигнин-Пиролиз", разраба-тывается для каждого вида сырья. Максимальные температуры перера-ботки определяются температурой существования вещества, в Мини-завод Шаха "ПОТРАМ- Лигнин-Пиролиз" по переработке лигнина, опилок, щепы в бензин и дизтопливо.

Высокоскоростной нагрев вещества обеспечивает: минимальные потери энергии в окружающую среду; максимальную скорость химического процесса, с выделением продуктов в газовую фазу; максимальную концентрацию влаги и ее использование. Выход жидкого топлива составляет 70% от органической массы сырья. Из 1 т древесных опилок можно получить 700 литров жидкого топлива.

Для получения основного компонента жидкого топлива газовая фаза час-тично конденсируется (образующиеся, в процессе низкомолекулярные продукты не конденсируются). Газовая фаза после конденсации или без нее может направляться непосредственно на сжигание. Теплота сжигания (теплотворная способность) основного компонента топлива обычно больше высшей теплотворной способности сухого топлива, данного типа. Так, высшая теплотворная способность древесины составляет 4-500 ккал/кг, а теплота сжигания жидкого и твердого компонентов — 5500 -500 ккал/кг.

Жидкое топливо может использоваться как моторное топливо в двигателях внутреннего сгорания.

Энергетические установки на генераторном газе.

Энергетические установки включают в себя следующие основные узлы: 1. Рубилка, 2. Сушилка-бункер с ворошителем, 3. Блок радиаторов охлаждения генераторного газа. 4. Газогенератор, Сепаратор, 6. Фильтр, 7. Газопоршневой электрогенератор. Очищенный и охлаждённый генераторный газ поступает в качестве топлива в газопоршневые электроагрегаты.. Основная масса газопоршневых двигателей будет создаваться с использованием простых, надёжных и хорошо проверенных двигателей Минского и Ярославского моторных заводов. Виды отходов для переработки: древесные отходы (щепа, стружка, пеллеты и т. п.), сельскохозяйственные отходы (помёт, подстилка, лузга, шелуха и т. п.), торф. Из 1,2 кг отходов в среднем вырабатывается 1 кВт электроэнергии и столько же тепловой энергии.

Потенциальные возможности России по созданию электростанций на отходах АПК (таблицы, 2-1, 2-2,).

Потенциальные возможности России по производству электроэнергии из биомассы (отходы АПК), рассчитанные Департаментом развития ВИЭ РЭА Минэнерго в 2011-12 годах, изложены в таблице, составляют только по 6 Федеральным округам Европейской части России 19971.5 МВт общей мощности или количество электростанций по 10 МВт - 6062.

Виды сырья для биоэнергетики России.

Таблица 2-1

Таблица. 2-2

Количество электростанций и общие мощности на отходах АПК по регионам Российской Федерации.