Зайченко Виктор Михайлович[0000-0002-5979-4234]1,1, Соловьев Дмитрий Александрович[0000-0001-5591-3067]1,3, Чернявский Адольф Александрович[0000-0002-3291-4750]2,4
1Объединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН),
г. Москва, 125412, Россия,
2ОАО «Ростовтеплопроект», г. Ростов-на-Дону, Россия
1E-mail: zaitch@oivtran.ru, 3E-mail: solovev@guies.ru, 4E-mail: 1936@jeeesadmin
Аннотация. В статье рассматриваются современные проблемы и перспективы развития биоэнергетики России. Рассмотрены возможности реализации биоэнергетического потенциала России. Выполнен обзор эффективных технологий термической конверсии биомассы и описаны новые возможности по использованию биотоплива. Публикуется продолжение 1-ой части статьи (см. №4, 2021).
Ключевые слова: биоэнергетика, биогаз, газогенератор, пиролиз
Новые возможности по использованию биотоплива
Ранее мы отмечали, что синтез-газ имеет существенно меньшую теплотворную способность, чем природный газ (см. часть 1 (№4, 2021), п.12 в табл.4). Но, вместе с тем использование биомассы, которую часто можно получать по бросовым ценам или даже вообще бесплатно (в качестве отходов производства), позволяет исключить существенную долю затрат в эксплуатационных издержках — затраты на природный газ. В соответствии с этим почти по всем показателям рассматриваемые два типа малых ТЭЦ практически идентичны и имеют весьма высокие технико-экономические параметры. Это свидетельствует о том, что использование биомассы для обеспечения автономных потребителей электрической и тепловой энергией при предлагаемых методах ее конверсии с использованием когенерационных установок является высокорентабельным.
Твердое биотопливо в мире имеет наибольшее распространение из всех его видов.
Самый распространенный вид твердого биотоплива – дрова и отходы лесопереработки и деревообработки (ветви, сучья, кора, щепа, опилки).
Для производства дров или биомассы часто используются так называемые энергетические леса [8]. Это быстрорастущие породы древесины, кустарников и трав (ива, тополь, эвкалипт, акация, сахарный тростник, кукуруза и др.). В междурядьях из деревьев часто высаживают сельскохозяйственные культуры (комбинированные посадки). Период ротации энергетического леса (от срезания до срезания) составляет 4 – 6 лет.
В настоящее время серийно выпускаются водогрейные и паровые котлы широкого диапазона мощностей, работающие на дровах и отходах древесины. С использованием таких котлов сооружаются водогрейные и отопительные котельные, тепловые паротурбинные электростанции.
Экологические достоинства энергетической древесной биомассы:
• предупреждение эрозии почвы;
• при сжигании биомассы, в атмосферу выделяется только CO2, поглощенный при ее росте.
Другой, получающий все большее распространение вид твердого биотоплива – топливные гранулы. К ним относятся различного рода брикеты, пеллеты, таблеты и т.п.
Топливные брикеты — высушенные и брикетированные энергоносители биологического происхождения, например, навоз и биологические отходы с минимальной степенью подготовки к сжиганию (опилки, щепа, кора, лузга, солома, шелуха семян и т.д.).
Производство топливных брикетов – простой технологический процесс, не требующий применения дорогостоящего оборудования. Например, для брикетирования соломы достаточно использовать только два аппарата: измельчитель и брикетный штамп (рис.13). Производительность этого оборудования – до 2 т/ч. Получаемые топливные брикеты (рис.14) по теплотворной способности соответствуют антрацитовому углю при стоимости в 1,5 – 2 раза ниже него.
Разнообразное оборудование для производства брикетов (измельчители, дробилки, рубильные машины, сушилки, установки и линии брикетирования и пр.) серийно выпускает в РФ целый ряд предприятий [9].
Древесные топливные гранулы (ДТГ) — топливный продукт, полученный прессованием древесных отходов (опилок, щепы, коры, некондиционной древесины и др.), соломы, отходов сельского хозяйства (навоза, куриного помета, лузги подсолнечника, ореховой скорлупы, плодовых косточек) и другой биомассы. ДТГ экологически чистое биотопливо, зольность которого не превышает 3 %.
Большое распространение получили ДТГ в виде пеллет (рис.15). В соответствии с информацией Росстата предполагается, что в 2022 году в России годовой объем производства пеллет превысит 2 млн тонн. Динамика выпуска топливных гранул свидетельствует о наращивании объёмов их производства.
В России производство пеллет в основном работает для реализации их, прежде всего, в Швеции и Дании. Отечественные производители обеспечили себе место в топ-5 стран-экспортеров, отгрузив за рубеж, по предварительным оценкам, свыше 2,5млн тонн древесных пеллет в 2021 году. В целом, можно отметить опережающий рост российского экспорта: на +20% ежегодно за последние 5 лет. Для сравнения: в 2015 году экспорт на мировой рынок древесных гранул российского изготовления не превышал 0,9 млн тонн. При сохранении таких темпов Россия к 2023 году сможет занять 2-е место в рейтинге ведущих мировых экспортеров после США, опередив Канаду, Вьетнам и страны Балтии, если наши экспортеры не столкнуться с серьезными санкционными ограничениями.
Однако, наряду с радужными перспективами отечественных промышленников за рубежом, на внутреннем рынке России складывается неоднозначная ситуация. Отрасль имеет ярко выраженный экспортноориентированный вектор. Свыше 99% изготавливаемых пеллет отгружается на экспорт, а значит, на долю внутреннего потребления приходится чуть более 0,5% [10].
Значительный рост объемов пеллетного производства прогнозируется и к 2023 году – до 4 млн. тонн, а к 2025 году – до 8 млн. тонн.
Экономика и политика неразрывно связаны, и последние изменения в мире сказались и на рынке биотоплива. Резкое повышение цен на нефть, позитивно повлияло на европейский потребительский рынок древесного биотоплива. Частные домохозяйства все чаще переходят на экологические виды топлив даже без существенной дотации со стороны государства.
Пеллеты привлекательны еще и тем, что производятся из отходов. Использоваться могут как отходы деревообрабатывающей промышленности, так и сельхозпроизводства (шелуха подсолнечника, гречихи, риса, солома различных культур и т.п.). Пеллеты имеют цилиндрическую форму и отличаются небольшими размерами, что позволяет автоматизировать процесс их сжигания в топках котлов. Под этот вид топлива разработаны автоматические котлоагрегаты, в которые из бункера подаются топливные гранулы.
Совершенствуется и оборудование для производства пеллет.
Основное производственное оборудование для этого вида бизнеса — грануляторы. Это могут быть небольшие установки производительностью 30 кг/час или производственный агрегат, выдающий сотни кг в час. Производятся и целые автоматизированные мини-заводы по изготовлению пеллет. В качестве примера можно привести автоматические пеллетные линии ОАО «Продмаш», Ростов-на-Дону производительностью 8000 кг/ч для переработки древесных опилок, торфа, шелухи подсолнечника, соломы и другого сырья (рис.16, 17).
Линия ОАО «Продмаш» имеет высокий уровень автоматизации и механизации производственных процессов. Благодаря этому для обслуживания такой линии достаточно иметь персонал в составе всего четырех человек в смену. По всем основным показателям (цена, комплектность, потребляемая мощность, надежность, качество получаемых пеллет, универсальность в отношении исходного сырья) линия ОАО «ПРОДМАШ» опережает предложения других производителей.
Использование пеллет имеет целый ряд преимуществ в сравнении с прямым сжиганием дров, отходов древесины, торфа для энергетических целей:
- в России серийно выпускаются энергетические котлы, работающие на пеллетах, с системами автоматической подачи топлива в горелки;
- пеллеты могут быть использованы в автоматизированных газификаторах биотоплива, позволяющих существенно повышать эффективность использования топлива в сравнении с прямым его сжиганием;
- применение для обработки пеллет в реакторах газификации процессов пиролиза и крекинга позволяет получать генераторный газ (синтез-газ) с высокой теплотворной способностью, дающий возможность эффективной работы газопоршневых или газотурбинных установок, имеющих значительно более высокие КПД в сравнении с паровыми турбинами, получающими пар от котлов с прямым сжиганием топлива;
- теплотворная способность пеллет в два раза выше, чем у древесных отходов;
- хранение и транспортировка пеллет облегчаются в сравнении с сырой биомассой в связи со значительно большей плотностью, меньшей влажностью и большим насыпным весом пеллет.
Еще больше преимуществ пеллеты приобретают, если провести несложную их обработку при температуре 250…300ОС без доступа кислорода – торрефикацию [5]. Проведение торрефикации позволяет увеличить на 30…40% теплоту сгорания пеллет, увеличить их насыпную плотность, снизить их гигроскопичность. Последнее делает возможным хранения пеллет на открытом воздухе без существенного ухудшения их качеств даже при наличии осадков.
Теоретические основы процессов торрефикации и практические рекомендации по проведению этих процессов разработаны в ОИВТ РАН [5].
Жидкое биотопливо – имеет много видов и сегодня наиболее востребовано в мире. К жидким биотопливам относятся биоэтанол, биометанол, биодизель, биокеросин, растительные масла со специальными присадками и др. Развитие производства биотоплив связано с необходимостью замены органических топлив, получаемых из нефти.
В ближайшие годы предстоит найти замену нефтяным топливам, получаемым сегодня при фракционной перегонке и дистилляции нефти:
- газолино-бензиновая фракция (С5…С11) получаемая при самых низких температурах возгонки – ТВ = 40…200ОС;
- лигроиновая фракция (С8…С14), получаемая при ТВ = 150…250ОС;
- керосиновая фракция (С12…С18), получаемая при ТВ = 180…300ОС;
- дизельное топливо (С13…С19), получаемое при ТВ = 200…350ОС;
- мазут (С18…С50);
- гудрон (асфальт) – невозгоняемый остаток.
Интересно отметить, что первые установки по перегонке нефти были сооружены именно в России в середине XVIII – начале XIX веков, когда у нас уже получали керосин, используемый в качестве топлива [7].
В 1746 году рудознатец Ф. С. Прядунов поставил нефтеперегонный завод на реке Ухте на естественном источнике нефти. Однако удаленность от цивилизации затруднила работу завода, который не смог обеспечить прибыльность и четверть века спустя был заброшен.
В 1823 году крепостные крестьяне братья Дубинины построили нефтеперегонный куб на Северном Кавказе, недалеко от Моздока, возле аула Акки-Юрт. Это предприятие проработало более 20 лет, поставляя несколько сот пудов продуктов перегонки нефти в год для аптечных и осветительных целей. По-видимому, это была первая в мире промышленная установка перегонки нефти, сведения об устройстве которой дошли до наших дней.
Начало массовому промышленному использованию светлых нефтепродуктов в освещении было положено в 1840х – 1850х годах. Разными людьми было продемонстрировано получение из нефти светлой малопахучей горючей жидкости путём нагрева и отгонки продуктов. Был получен ряд патентов.
И только в 1851 году вступила в строй первая промышленная перегонная установка в Англии.
В 1853 году во Львове И. Лукасевичем и Я. Зехом была изобретена безопасная керосиновая лампа. В 1854 была зарегистрирована торговая марка «керосин». Начался процесс трансформации масляных ламп в керосиновые.
Именно развитие керосинового освещения в середине XIX века привело к повышению спроса на нефть и к развитию способов её добычи. С этого момента начинается бурное развитие керосинового промысла, потянувшее за собой нефтедобычу. В 1857 году Василий Кокорев в Сураханах близ Баку построил нефтеперегонный завод начальной мощностью 100 тыс. пудов керосина в год. К концу века в России производили уже около 100 млн. пудов керосина в год.
Востребованность керосина в быту в конце XIX – начале XX веков повысилась в связи с появлением приборов для приготовления пищи — примуса и керосинки. На территории России и СССР керосинки, заменив дровяные плиты, пользовались популярностью с середины 1920-х до конца 1950-х годов.
В начале XX века керосин уступил своё лидирующее положение на мировом рынке нефтепродуктов бензину из-за распространения двигателей внутреннего сгорания и электрического освещения. Вновь значение керосина начало возрастать только с 1950-х годов ввиду развития реактивной и турбовинтовой авиации, для которой именно этот вид нефтепродуктов (авиакеросин) оказался практически идеальным топливом.
Сегодня ведутся активные разработки с целью замены нефтетоплив жидкими биотопливами. Ведущим сырьем для производства жидкого биотоплива являются кукуруза, сахар и растительное масло. Также используются различные отходы – бытовые, сельскохозяйственного, пищевого и других производств. Для биоэтанола наиболее экономичным сырьем является бразильский сахарный тростник. На втором месте — американская кукуруза. Далее, с большим отрывом, идут остальные зерновые, производимые в других регионах мира.
По данным Международного Энергетического Агентства (МЭА) мировое производство биотоплива неуклонно растет. Ожидается, что в 2022 году мировое производство транспортного биотоплива составит свыше 130 млн т. Это большерекордного производства 2019 года. В целом количество произведенного биотоплива составляет пока только 3–3,5% потребления топлива на транспорте. В некоторых странах этот показатель значительно выше, например, в Бразилии доля биотоплива составляет 23…24% [8].
Согласно исследованию компании Global Industry Analysts Inc потребление биоэтанола и биодизеля в мире постоянно увеличивается. Жидкие биотоплива быстро становятся значительным альтернативным источником энергии. МЭА прогнозирует, что к 2030 г. мировое производство биотоплива увеличится до 150 млн тонн в нефтяном эквиваленте. Ежегодные темпы прироста производства составят 7…9%. В результате до 2030 г. доля биотоплива в общем объеме топлива в транспортной сфере достигнет 4…6%.
Известно, что биотопливо не очень полезно для двигателей [8], а последствия его производства и сжигания тоже вредны. Массированные посадки сырьевых культур под биогорючее (кукурузы, подсолнечника, рапса) быстро истощают почву и рикошетом бьют по рынку продовольствия.
Согласно оценке британского аналитического центра Chatham House при расширении использования биотоплива потребность в растительном сырье начинает искажать рынки сельхозпродукции, а часто и пищевой промышленности. Налоговые послабления сильнее всего стимулируют применение в качестве биотоплива использованного в пищевой индустрии масла. И в связи с этим обычного б/у подсолнечного масла начинает не хватать.
Меры по сокращению выбросов парниковых газов ведут к росту импорта пальмового масла, которое в Британию везут в основном из Индонезии. Там для этого уничтожают леса и сажают африканскую масличную пальму, так что ООН предсказывает исчезновение большей части индонезийских лесов уже в текущем году.
В Индонезии исчезают находящиеся под угрозой местные виды растений, и в атмосферу выбрасывается значительное количество углекислого газа, некогда связанного в органике влажных лесов. В результате европейского биотопливного бума выбросы парниковых газов в Великобритании упадут, а в Индонезии и Малайзии значительно вырастут.
Теряя популярность в Америке и Европе, биотопливная тематика находит все большее применение в России. Зарубежный опыт должен стать предостережением отечественным компаниям, которые делают ставку на очередную вчерашнюю моду.
Рост интереса к биотопливу в Европе привел к появлению инвестиций в эту отрасль в России. Однако, в России на сегодняшний день не сложился рынок конечного потребления биотоплива и, следовательно, его планируется экспортировать. В России удельный вес биотоплива в общем объеме потребления, крайне низок. Моторное биотопливо в стране практически не используется, в то время как в Европе этот показатель составляет в среднем составляет около 10%.
В России практически нет действующего производства биотоплива. Некоторые эксперты считают нерентабельным конечное производство биотоплива в нашей стране и полагают, что возможен лишь экспорт сырья в Европу. Некоторые западные компании сейчас занимаются выращиванием рапса на территории России.
На настоящий момент перед российским биотопливным рынком стоит ряд препятствий для его дальнейшего развития:
• наличие акциза на спирт тормозит налаживание производства биоэтанола;
• высокий уровень цен на зерно и масленичные культуры приводят к тому, что себестоимость биотоплива гораздо выше традиционного;
• отсутствие государственной поддержки производства;
• природные условия приводят к ограничениям возможности использования биотоплива в транспортных средствах.
Для полного замещения потребления бензина в России биотопливом потребуется 110…120 млн. тонн зерна в год. Эта задача является недостижимой, т.к. совокупное производство зерна в стране на несколько порядков ниже. Неприемлемо использовать сахарный тростник. Что касается кукурузы, то цены на нее значительно выше, чем на пшеницу, и «излишков» нет. А традиционные для России культуры — пшеница, рожь и ячмень уступают по своим энергетическим характеристикам. Причем, цены на них близки к мировым.
При грамотном подходе, использование биотоплива в нашей стране может дать ощутимый экономический эффект – через сокращение себестоимости тепловой и электрической энергии. Также это может способствовать подъему сельского хозяйства и привлечению инвестиций в страну. Однако, при внедрении биотоплива следует учитывать отрицательный опыт зарубежных стран, о котором сказано выше.
Движущими факторами для распространения биотоплива, являются угрозы, связанные с энергетической и экологической безопасностью, изменением климата, ростом стоимости углеводородов, геополитической напряженностью и экономическим спадом. Поэтому распространение производства биотоплива по всему миру нацелено на увеличение доли потребления экологически чистого топлива, особенно на транспорте, снижение зависимости от импортируемой нефти для многих стран, снижение выбросов парниковых газов, развитие экономики.
В долгосрочной перспективе постоянно растущий спрос на биотопливо со стороны наземного, воздушного и морского транспорта может сильно изменить сложившуюся ситуацию на мировом рынке энергоносителей. По прогнозам МЭА в мире будет ощущаться серьезная нехватка нефти из-за роста цен, противоковидных ограничений и обострения военно-политических угроз. Так что огромный мировой автопарк может спасти лишь постепенный уход от бензина и дизтоплива. Массовое коммерческое использование биотоплива будет определяться достижением ценового равновесия с традиционными видами топлива, получаемыми из нефти.
Согласно исследованиям Минсельхоза России и ФГНУ «Росинформагротех» доля возобновляемых источников энергии в мире к 2040 г. достигнет 47,7%, а вклад биомассы составит 23,8%. Самый распространённый вид биотоплива – биоэтанол, его доля составляет 82% всего производимого в мире топлива из биологического сырья. Ведущими его производителями являются США и Бразилия. На втором месте находится биодизель. В Европейском Союзе сосредоточено 49% производства биодизеля. По оценке Joint Research Centre доля биодизеля в мировом объеме биотоплива быстро растет, в связи с появлением новых стран-производителей в Юго-Восточной Азии и быстрого увеличения производства биодизельного топлива (по сравнению с биоэтанолом) в других странах.
В ЕС сосредоточены три крупнейших государства – производителя биодизельного топлива – Германия, Франция и Италия. Также, Франция и Германия являются крупнейшими потребителями биотоплива в ЕС.
В настоящее время самым дешевым сырьем для биоэнергетики является сахарный тростник. Во многих странах имеется высокий производственный потенциал этой культуры. По прогнозам спрос на сахарный тростник для производства биоэтанола будет расти быстрыми темпами, особенно в Бразилии. Доля урожая сахарного тростника используемого для этой цели будет быстро расти.
Несмотря на то, что производство некоторых видов биотоплива, например, биоэтанола из сахарного тростника, экономически выгодно, при текущих рыночных ценах оно не в состоянии конкурировать с минеральным топливом.
К 2050 году биоэнергетика сможет обеспечить 3 100 млрд. кВтч электроэнергии, или 7,5% от объема мирового производства электроэнергии. Одновременно, за счет использования биоэнергетики можно будет производить 22 ЭДж тепловой энергии (15% от общего объема) для промышленности и 24 ЭДж (20% от общего числа) для нужд коммунальной сферы.
Международная ассоциация воздушного транспорта (ИАТА) поставила амбициозную цель: к 2050 году сократить объем выбросов гражданской авиацией парниковых газов вдвое по сравнению с уровнем 2005-го. И хотя доля гражданской авиации составляет всего лишь два процента от общемирового объема выбросов углекислого газа, она считается одним из самых быстрорастущих источников этих выбросов. А поскольку, в отличие от автомобилестроителей, самолеты не могут перейти на электродвигатели, остается одно – искать новый, более экологичный источник топлива в качестве альтернативы традиционному авиакеросину.
Эксперименты с биологическими источниками для авиатоплива идут уже не первый год. Еще в 2011 году немецкая Lufthansa полгода экспериментировала с самолетом А321 на маршруте Франкфурт — Гамбург. Его топливные баки наполовину заправляли биотопливом. Причем Lufthansa экспериментирует с различными источниками биотоплива – тут и рапс, и ятропа, и животные масла, и полевой цветок под названием рыжик. Больше того, Lufthansa стала координатором проекта Европейской комиссии, в рамках которого идут эксперименты с разными источниками биотоплива для авиакомпаний.
Следующий шаг Lufthansa сделала в 2014 году, отправив из Франкфурта в Берлин самолет, заправленный смесью традиционного керосина с добавлением десяти процентов фарнезена. Летом того же года власти США разрешили использовать авиатопливо с добавлением фарнезена. Американский концерн Amyris разработал технологию получения этого вещества из сахарного тростника. Кроме этого, в качестве сырья можно использовать кукурузу и сахарную свеклу.
Но поскольку все эти растения используются и в сельском хозяйстве для производства продуктов питания, дальнейшие исследования будут направлены на то, чтобы найти способ получения биотоплива из сена и опилок, чтобы не конкурировать за посевные площади с пищевой промышленностью.
Военные, разумеется, не остались в стороне от гонки за новыми источниками авиатоплива. Пентагон также финансирует научные исследования — и уже в полном восторге от результатов.
Тем временем Boeing совместно с авиакомпанией Etihad Airways работает над биотопливом, полученным из растений, произрастающих на засоленых и засушливых почвах, непригодных для использования в качестве полей и пастбищ. Их главное преимущество – они не конкурируют за территорию с сельскими хозяйствами и их можно поливать соленой морской водой.
С 2011 года биокеросин официально разрешен к применению в авиации, правда в смеси с традиционным авиакеросином в соотношении 50/50%. Но даже при таком соотношении, как отмечают авиакомпании, проводившие испытания биотоплива, наблюдается сокращение выбросов СО2 на 80%.
На фоне всех преимуществ у биотоплива есть огромный недостаток: оно намного дороже традиционного авиакеросина. По оценкам европейских экспертов, почти в три раза. Помимо этого, то количество биокеросина, которое предлагается его производителями, весьма мало и не может заместить даже 10% потребностей авиации. Тем не менее, к самолетам, производящим взлеты и посадки в аэропортах стран ЕС теперь предъявляется требование использовать в составе топлив не менее 4…5% биокеросина. А с учетом тенденции подорожания углеводородов преимущества применения биотоплива становится все более весомыми.
Для наземного транспорта применимы такие виды жидкого битоплива как биоэтанол, биометанол, биодизель. При использовании этих топлив практически почти не требуется вносить изменения в конструкции корбюраторных и дизельных автомобильных двигателей.
Производство биотоплива напрямую привязано к зерновой индустрии. В России в лучшие времена удавалось собрать до 90 млн тонн зерна. Из них 15 млн отправляется на экспорт, а остальной урожай идет на покрытие внутренних потребностей. Однако сегодня из-за введения контрсанкций на экспорт зерна страна фактически получает новый ресурс, необходимый для развития индустрии биотоплива. А с учетом того, что в ближайшие 8 лет из-за глобального потепления климата объемы урожаев могут вырасти на 15…20 млн тонн, кардинально это кардинально изменит ситуацию. Прирост объема производства зерна может перерабатываться в различные виды жидкого битоплива, такие как биоэтанол, биометанол, биодизель.
Ежегодный общий объем органических отходов АПК в нашей стране составляет примерно 590 млн тонн, из них на животноводство приходится 350 млн, птицеводство – 20 млн, растениеводство – 220 млн тонн. На основе целлюлозы в результате ферментативных процессов можно получить до 117 млн тонн биоэтанола, при ацетоно-бутиловом брожении – 64,2 млн куб. м биоводорода и 95 млн тонн биобутанола, при добыче торфа в объеме 300 млн тонн – до 90 млн тонн биоэтанола ежегодно. Значительную часть этих отходов можно было бы использовать для производства биотоплива, особенно с учетом того, что в российской действительности эта продукция не находит себе другого применения.
В целом, производство биотоплива сдерживается акцизами, в связи с чем рынок зерна является достаточно защищенным. В то же время производству биодизеля и биогаза фактически ничто не мешает развиваться. С учетом всех факторов, рынок биотоплива в России к 2023 году может вырасти на 10% к объемам 2013 года.
Уже на протяжении многих десятилетий в разных странах, в том числе и в нашей, постоянно ведутся работы и реализуются проекты использования этанола (винного спирта) в качестве автомобильного топлива или как добавки к нефтяному автобензину и дизельному топливу. Объектом изучения является не только винный этиловый спирт, но и метиловый (метанол), хотя ядовитость последнего общеизвестна. Ядовит не только сам метанол, но и его пары в воздухе, предельно допустимая концентрация (ПДК) которых равна 5 мг/м3. Несмотря на столь отрицательный фактор, метанол рассматривается в качестве серьезной альтернативы нефтяным автомобильным топливам. Метанол – один из наиболее важных по значению крупнотоннажных продуктов химической промышленности. Стремительно растут потребляемые объемы, существенно совершенствуются технологии производства, одна за другой вступают в строй новые установки синтеза метилового спирта (рис.18).
За последние годы произошло немало перемен в индустрии метанола.
С целью упрощения производства метанола, и существенного снижения его себестоимости представляет интерес рассмотреть возможность его получения из синтез-газа, генерируемого из различного рода органических отходов по высокотемпературной пиролизно-крекинговой технологии, предложенной ОИВТ РАН [11]. Технология получения такого синтез-газа, состоящего примерно в одинаковых долях из водорода и угарного газа с некоторыми незначительными примесями, описана выше в настоящей работе (см. рис.12, часть 1 (№4, 2021)). Получение биометанола-сырца из этого синтез-газа осуществляется в реакторе при температуре до 230ОC и давлении около 5 МПа в присутствии недорогого катализатора – CuO-ZnO/Al2O3 [11]. Протекающая при этом химическая реакция проста: СО + 2Н2 = СН3ОН – метанол. Последующая несложная очистка от паров воды, небольших долей азота и углекислого газа позволяет получить бензиновую фракцию – аналог автомобильного бензина АИ-92.
Результаты экспериментальных исследований этого технологического процесса представлены в табл.5 и свидетельствуют о достаточно высоком качестве синтезированного жидкого биотоплива.
Выводы
Сегодня во всем мире признают многочисленные социальные, экономические и экологические преимущества использования различных видов биотоплива, на основе чего осуществляют инвестиции в его разработку, вводят налоговые льготы на производство и тарифы производственного регулирования.
Как показано в настоящей работе в России на данный момент рынок биотоплив как таковой отсутствует, однако, учитывая сырьевую ориентированность страны, и внешнее санкционное давление ограничивающие экспорт традиционных углеводородов в страны ЕС, перспективы и предпосылки для его развития есть. В рамках исследования перспектив формирования и развития рынка биотоплива в России можно сделать следующие предположения:
Россия обладает большой сырьевой базой для создания производства различных видов биотоплив, достаточного как для удовлетворения потенциальных внутренних потребностей, так и для экспорта;
При систематической поддержке со стороны государства российский рынок может создать большой внутренний спрос на биотопливо во многих отраслях экономики;
В рамках применения контрсанкций и развития потенциала импортозамещения начинающий развитие собственный рынок биотоплив будет обеспечен достаточной сырьевой базой и производственными мощностями для дальнейшего роста и возможного экспорта в страны Азии и ЕврАзЭС.
В данной работы нами выполнена оценка перспектив и направлений развития российского рынка твердого и жидкого биотоплива. Для этого проведено рассмотрение существующих на мировом рынке видов жидкого биотоплива и анализ тенденций их развития с описанием отдельных технологий производства в том числе на основе использования синтез-газа. Определено место твердого и жидкого биотоплива в структуре возобновляемой энергетики на отечественном и зарубежном рынке. Сделан анализ сырьевой базы доступной для производства жидкого биотоплива в РФ и перспектив ее развития в условиях роста цен на углеводородные энергоносителе и обострения внешнеполитических угроз. Дана оценка потенциального спроса на произведенное в России на биотопливо с оценкой перспектив российского рынка жидкого биотоплива, в частности в транспортной отрасли.
В Российской Федерации имеются сегодня все условия для выхода на самые передовые рубежи по производству газообразных, твердых и жидких биотоплив. На начальном периоде, когда для сооружения новых технологических установок потребуются определенные инвестиции, нужна государственная поддержка. После окончания сроков окупаемости инвестиций, отпускные цены на получаемую продукцию можно будет значительно снизить. А это повлечет за собой соответствующее снижение тарифов на электрическую и тепловую энергию, на транспортные расходы и другие области использования биотоплива и позволит заметно улучшить климат экономического окружения в промышленности и сельском хозяйстве страны.
Благодарность
Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (госзадание № 075-01056-22-00).
Литература
8. Фокин С. В., Шпортько О. Н. Об актуальности создания энергетических лесов в условиях степной и лесостепной климатических зон Поволжья //Сборник тезисов по итогам Профессорского форума 2019 «Наука. Образование. Регионы». – 2019. – С. 170-171.
9. Зайченко В.М., Чернявский А.А. Автономные системы энергоснабжения. – М.: «НЕДРА», 2015, 285 с., ил.
10. Термические методы переработки древесины и торфа в энегетических целях / В.М.Батенин, А.В.Бессмертных, В.М.Зайченко, В.Ф.Косов, В.А.Синельщиков. // «Теплоэнергетика». – 2010, № 11. – с.36-42.
11. Батенин В.М., Зайченко В.М., Косов В.Ф., Синельщиков В.А. Пиролитическая конверсия биомассы в газообразное топливо // ДАН. – 2012. – Т.446. — № 2. – с.179-182.
12. Larina O.M., Zaichenko V.M. Energy production from Chicken Manure by Pyrolysis and Torrefaction // Proceedings of the 25th European Biomass Conference and Exhibi-tion EUBCE-2017. – Stockholm, Sweden/ – 2017/ — p.1205-1209.
13. Сравнительные характеристики распределенных и централизованных схем энер-госнабжения // В.М.Зайченко, А.А.Чернявский / «Промышленная энергетика», 2016, № 1, с.2-8.
14. Первый нефтеперегонный завод (http://www.tekhno-spas.ru/art/ statii/firstfub.
15. Основные тенденции развития рынка биотоплива в мире и России. Аналитический отчет // Федченко И.А., Соловьева А.С., Лукьянов А.Н. Белгородская обл.: ОАО «Корпорация «Развитие», 2013. – 45 с.
16. Оборудование для перерабатывающей промышленности и сельского хозяйства. Волгоград: АО «Компания «Жасkо». – http:// www. jasko. ru \ jasko \ katalog.ru. – 2009-2017.
17. Никаноров С.М., Штепа М.В. Анализ рынка пеллетного производства в России / «Международная биоэнергетика» // http:www.biointerna-tonal.ru.
18. Larina O.M., Sinelshchikov V.A., Sitchev G.A. Comparison of Thermal Conversion Methods of Different Biomass Types into Gaseous Fuel // Jornal of Physics: Confer-ence Series. – 2016. – Volume 774/ — 012137/ — doi: 10.1088 / 1742-6596 / 774 / 1 / 012137.
References
8. Fokin S. V., Shportko O. N. On the relevance of creating energy forests in the condi-tions of the steppe and forest-steppe climatic zones of the Volga region // Collection of abstracts based on the results of the Professorial Forum 2019 “Science. Education. Re-gions». — 2019. — p. 170-171.
9. Zaichenko V.M., Chernyavsky A.A. Autonomous power supply systems. — M.: «Nedra», 2015, 285 p., Il.
10. Thermal methods of processing of wood and peat in Egetic purposes / V.M. Batenin, A.V. Bessommertant, V.M. Zaychenko, V.F. Kosov, V.A. Sinselchikov. // «Heat-Energy». — 2010, number 11. — p.36-42.
11. Battenin V.M., Zheninko V.M., Kosov V.F., Sinelchikov V.A. Pyrolytic biomass con-version in gaseous fuel // DAN. — 2012. — T.446. — № 2. — C.179-182.
12. Larina O.M., Zaichenko v.m. Energy Production from Chicken Manure by Pyroly-Sis and Torrefaction // Proceedings of the 25th European Biomass Conference and Exhibi-tion EUBCE-2017. — Stockholm, Sweden / — 2017 / — P.1205-1209.
13. Comparative characteristics of distributed and centralized power supply schemes // V.M. Zaychenko, A.A. Chernivsky / «Industrial Energy», 2016, No. 1, C.2-8.
14. First oil refinery (http://www.tekhno-spas.ru/art/ Statii / FirstFub.
15. The main trends in the development of the biofuel market in the world and Russia. Analytical report // Fedchenko I.A., Solovyova A.S., Lukyanov A.N. Belgorod Region: OJSC «Development Corporation», 2013. — 45 s.
16. Equipment for the processing industry and agriculture. Volgograd: Jaska JSC company. — http: // www. Jasko. Ru \ jasko \ katalog.ru. — 2009-2017.
17. Nikanorov S.M., Shtep M.V. Analysis of the pellet production market in Ros-CI / «In-ternational Bioenergy» // Http: www.biointernna-tonal.ru.
18. Larina O.M., Sinelshchikov V.A., SITCHEV G.A. COMPARISON OF THERMAL CONVER-Sion Methods of Different Biomass Types Into Gaseous Fuel // Jornal of Physics: Conference Series. — 2016. — VOLUME 774 / — 012137 / — DOI: 10.1088 / 1742-6596 / 774/1/012137.