Актуальные проблемы применения биотоплива в России
ART 85706
А.
А. ЕвсееваБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Евсеева
А.
А.,
Красникова
Д.
А.,
Панферов
О.
Д. Актуальные проблемы применения биотоплива в России // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2015. – Т. 13. – С.
3526–3530. – URL:
http://e-koncept.ru/2015/85706.htm.
Аннотация. В статье рассматриваются проблемы применения возобновляемых источников энергии в сфере транспортной энергетики. Проанализированы поколения биотоплива, его преимущества и недостатки. Особое внимание уделяется биодизельному топливу, рассматриваются проблемы и перспективы его производства и использования в России.
Текст статьи
Красникова Дарья Андреевна,Кандидат экономических наук, доцент кафедры «Организация перевозок и управления на транспорте», Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., г.Саратов.dasha747@yandex.ru
Евсеева Анна Анатольевна,Кандидат экономических наук, доцент кафедры «Организация перевозок и управление на транспорте», Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., г. Саратов.annaevseeva@mail.ru
Панферов Олег Дмитриевич,Студент четвертого курса направления «Технологии транспортных процессов», Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., г.Саратовlock94@yandex.ru
Актуальные проблемы применения биотоплива в России
Аннотация.Встатье рассматриваются проблемы применения возобновляемых источников энергии в сфере транспортной энергетики. Проанализированы поколения биотоплива, его преимущества и недостатки. Особое внимание уделяется биодизельному топливу, рассматриваются проблемы и перспективы его производства и использования в России.Ключевые слова: биологическое сырье, биодизель, транспорт, экологичность.
На современном этапе развития освоение альтернативныхисточников топлива на основе переработки биологического сырья вызвано снижением мировых запасов углеводородного топлива на фоне резкого роста его потребления, а также неблагоприятным воздействием на окружающую среду.В области транспортной энергетики переход на альтернативные источники энергии происходит сложнее, чем в других отраслях промышленности. Хотя именно транспорт, при его подавляющей зависимости от нефти, в основном и определяет остроту сегодняшней энергетической ситуации в мире, и именно для замены жидкого моторного топлива создана индустрия биотоплива.Следует отметить, что при практически неисчерпаемых ресурсахсырья для биотоплива и достаточно ограниченных ресурсах нефти применениедоступных альтернативных источников энергии для замещения минеральных топливв некоторых случаяхможет быть обосновано только экономическимипоказателями, учитывающимисроки, масштабы и темпы такой замены.
В настоящее время можно рассматривать несколько поколений биотоплива:
биотопливо первого поколения изготавливают из сахара, крахмала, растительного масла и животного жира, используя традиционные технологии. Основными источниками сырья являются семена или зерна;
биотопливо второго поколения использует биомассу, состоящую из остаточных непищевых частей растений, таких как стебли, листья, шелуха, оставляемых после извлечения пищевой части, а также производственный мусор;
биотопливо третьего поколения производят из водорослей.Преимуществами биотоплива являются:экологичность —самый важный фактор, которыйпредотвращает загрязнение окружающей среды выхлопными газами и продуктами внутреннего сгорания;цена —стоимость биотоплива на порядок ниже,чем традиционного;топливная система не засоряется, на двигателе не образуется гарь, сажа.Недостатки применения биотоплива:в Россиимало заправок с биотопливом.при переходена биотопливо необходимо почистить топливную системудвигатель зимой греться дольше обычногоиспользование большего количества топлива, но это зависит и от марки автомобиля.Воснове индустрии биотоплива заложена концепция экологически безупречного топлива, безопасного настадии производства, хранения итранспортировки, использования иутилизации. Очевидно, что безэкологической составляющей смысла вальтернативных топливах нет(они дороже ичасто понекоторым характеристикам хуже традиционных моторных топлив). Однако если нефть недоступна, биотопливо извысокооктановой экологичной добавки втопливо может стать основным моторным топливом.Концепции биотоплива более всего отвечают топливный этанол (и другие спирты, полученные брожением) ибиодизель (сложные эфиры жирных кислот), то есть те вещества, которые содержат всебе атомы кислорода.Ключевыми проблемами развития биотопливной индустрии являются сырьевая база итехнологии. Биотоплива первого поколения производятся сиспользованием простых, традиционных дляотрасли технологий. Дляпроизводства биотоплива второго ипоследующих поколений требуются более совершенные идорогие технологические приемы.В промышленных масштабах жидкое биотопливо (биоэтанол, биодизельное топливо, этерифицированный биоэтанол, биогаз, биометанол) уже производят такие страны как Бразилия, США, Канада, Франция, Германия, Италия, Австрия, Польша, Бельгия, Чехия, Малайзия и некоторые другие.Биодизель —это метиловый эфир, получаемый в результате химической реакции из растительных масел и животных жиров. Рассмотрим основные преимуществабиодизельного топлива по сравнению с минеральным:
биодизельное топливо изготавливается из растительного сырья, в частности из масел, сырьевой базойдля которых являютсярастения, улучшающие структурный и химический состав почв в системах севооборота;
при сгорании биодизельного топлива выделение диоксида углерода соответствует количеству СО2, потребляемому растениями при росте (замкнутый цикл СО2);
биодизельное топливо содержиточень малое количествосеры( 0,001 % против минерального дизтоплива < 0,2 %);
биодизельное топливо не содержит бензола и других ароматических соединений, поэтому не имеет бензольного запаха;
при сгорании биодизельного топлива соединений тяжёлых металлов выделяется на треть меньше, авыбросы сажи уменьшаются в половину;
выброс твёрдых частиц при работедвигателя на биодизельном топливе на 40% нижевыбросовв случае использования традиционного топлива;
биодизельное топливо не является токсичным продуктом;
биологическая безвредность,в случае попаданиябиодизельного топлива в почву оно разлагается меньше чем за месяци оказывает менее длительноеотрицательное влияниена окружающую среду;
использование биодизельноготопливаувеличивает срок эксплуатициидвигателя за счет своих смазывающих свойства. Это связано схимическим составомтопливаи содержанием в нем кислорода. При работе двигателя на биодизеле одновременно производится смазка его подвижных частей, в результате которой, как показывают испытания, достигается увеличение срока службы самого двигателя и топливного насоса в среднем на 60%.Несмотря на огромное количество достоинств у биодизельного топлива есть некоторые недостатки: вопервых, химическаяреакциябиодизельного топлива сизделиямииз полимеров, может явиться причиной потерь(протечкитопливных трубок, прокладок и сальников);вовторых, при сгорании некоторых видов биодизельного топлива выделяетсябольшеоксидов азота. В настоящее время биодизельное топливо используется в качестве добавки к минеральному дизтопливу во многих странах. Смесь биодизеля с дизельным топливом обозначается буквой «B». Цифрау буквы «B»указывает напроцентное содержание биодизеля.В отличие от биоэтанола, приприменении биодизеля переработки топливной системы не требуется.Противники развития биотопливной индустрии утверждают, что увеличение производства биотоплива приведет к сокращениюпосевных площадейпод продовольственными культурами и перераспределениюих в пользу топливных. Однако, при производстве этанола из кормовой кукурузы, бардаиспользуется для производства комбикорма для скота и птицы. При производстве биодизеляиз соиили рапсажмых используется для производства комбикорма для скота. Таким образом, в процессе производствабиотоплива возникает новая ступеньпереработки сельскохозяйственного сырья.Традиционными источниками получения биодизеля в промышленности являются такие растительные культуры, как рапс (рапсовое масло –наиболее устойчивое к низким температурам (без добавок –до –10 °С)), соя и подсолнечник. Используются также масла кукурузное, оливковое, хлопчатника, огуречника, микроводорослей и др. Выбор сырья обусловлен, прежде всего, географическим положением будущего производства.При выборе региона для производства растительного сырья надо учитывать:Водопользование –чем меньше воды используется для выращивания сельскохозяйственной культуры, тем лучше, так как вода является ограниченным ресурсом. Особенно это критично в более засушливых местах.Инвазивность –урожай, который убивает местные растения и который трудно контролировать может поставить под угрозу биоразнообразие и серьезно повредить экосистему региона.Удобрения –питательные вещества необходимые для растений. Некоторые растения требуют меньше органических ресурсов, чем другие.Климат –в некоторых местностях просто невозможно выращивать биотопливные культуры, например, в местности с холодным или засушливым климатом.Одним из новых источников липидного сырья могут стать морские биоресурсы –рыбы сорных пород. Вариантом переработки сорной рыбы может быть производство биодизеля в прибрежных районах. Преимущества такой сырьевой базы: практически круглогодичная добыча сырья, независимость от погодных условий, экологическая безопасность, сохранение пахотных земель, повышение рентабельности промыслового флота и, самое главное, –безопасность для продовольственного рынка. Однако наличие в сырье полиненасыщенных жирных кислот требует их удаления. На практике реализован процесс получения биодизеля как отхода производства эфиров полиненасыщенных жирных кислот. Фармацевтическое сырье идет на продажу, а фракции, которые не содержат ценных веществ, –на топливо. Опыт применения биотоплива во многих странах показывает, что оно экологически безвредно. Существует предписание Европейской комиссии, согласно которомук 2020 году альтернативные источники энергииследует применять как минимум на10% транспортных средств.В настоящее время, объёмы производства биодизельного топливаво всех развитыхстранах мирарастут. Например, в Австрии они составляют уже более 3 % общего объема используемогодизельного топлива, а в США в ближайшее время им собираютсязаменить до 20 % традиционного дизельного топлива и использовать его в процессе эксплуатации морских судов, городских автобусов и грузовых автомобилей.
В Германии существуетсетьавтозаправочных станций(более 1900единиц), заправляющих автомобилибиодизельным топливом. Такие станции существуют и во Франции, которая в настоящем является одним из крупнейших мировых производителей данноговида топлива. Фактически, все виды дизельного топлива, продаваемые во Франции, содержат от 2 до 5 % биодизельного компонента. Новые законы Европейского Союза в ближайшем будущем потребуют его распространения по всей Европе. Некоторые штаты США также узаконивают подобные требования. Активная работа в сфере производства и применениябиотоплива в мире ведется с1992 года. На данный моментбольшинство развитых стран мира имеют государственныеэнергетические программы применениябиотоплива (табл.1).
Таблица1. Государственные программы применения биотоплива в разныхстранахмира [1].
В России отсутствует государственная стратегия по использованию жидкого биотоплива, что является основным показателем отставания нашей страны от других стран мира. С позиции коммерциализации производство биотоплива является достаточнорентабельным бизнесом. Например, если провести сравнениерозничных цен на бензин, тосебестоимость производства биоэтанола в США в 2,4 раза ниже. В Евросоюзеразницамежду себестоимостью биотэтанола и бензина, которым он разбавляется, составляет 4 раза. Что касается биодизеля, то его производство несколько затратнее, чем производство биоэтанола. Это связано с процессом переработки сырья, для получения биодизелямасло нужно переэтерифицировать метанолом при температуре 60°С и нормальном давлении для получения качественного продукта. Кроме того, биодизель подлежит хранениюне более трех месяцев –дольше –он разлагается.В России в настоящее время цена на 1 литр бензина и 1 л биотоплива сопоставима, а в некоторых случаях биотопливо обходится дороже традиционных топлив. Если говорить о ситуации в России, то на данный момент не существует ни одного завода по производству биодизельного топлива, хотя за последние 57 лет было предложено несколько проектов, но ни один из них не реализован.В текущих условиях наиболее перспективной энергетический культурой для производства биодизеля в России признан рапс. Наибольшее распространение данная культура получила в Приволжском, Центральном и Сибирском федеральных округах. При этом наилучшие показатели по урожайности этой культуры имеют Липецкая, Калининградская, Нижегородская области и Краснодарский край. Практически весь объем производимого в России рапсового масла в настоящее время отправляется за рубеж, где оно используется в качестве биотоплива. Например, в 2013 году экспорт рапсового масла достиг рекордных показателей –418,3 тыс. т общей стоимостью 420,6 млн долларов. По даннымМинистерства сельского хозяйстваРоссии объем производстварапса в 2015 г. долженсоставить 28003500 тыс.т на площади свыше 2 млн. га[2]. Таким образом,при организации производствабиотоплива в Россиипоявитсявозможность обеспечитьдополнительныйсбыт сельскохозяйственной продукции, производить более 7,5 млн.т биодизеля и увеличить производительность в сельском хозяйстве. На этом фонеулучшится состояние окружающей среды и общий уровень здоровье населения, увеличатся доходы фермерских хозяйств, и,как следствие,благосостояние в сельских районах.
Cсылкина источники1. http://kapitalrus.ru/articles/article/6192. Обзор рынка биотехнологий в России и оценка перспектив его развития /Frost & Sullivan. –2014. –69 с.
Евсеева Анна Анатольевна,Кандидат экономических наук, доцент кафедры «Организация перевозок и управление на транспорте», Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., г. Саратов.annaevseeva@mail.ru
Панферов Олег Дмитриевич,Студент четвертого курса направления «Технологии транспортных процессов», Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., г.Саратовlock94@yandex.ru
Актуальные проблемы применения биотоплива в России
Аннотация.Встатье рассматриваются проблемы применения возобновляемых источников энергии в сфере транспортной энергетики. Проанализированы поколения биотоплива, его преимущества и недостатки. Особое внимание уделяется биодизельному топливу, рассматриваются проблемы и перспективы его производства и использования в России.Ключевые слова: биологическое сырье, биодизель, транспорт, экологичность.
На современном этапе развития освоение альтернативныхисточников топлива на основе переработки биологического сырья вызвано снижением мировых запасов углеводородного топлива на фоне резкого роста его потребления, а также неблагоприятным воздействием на окружающую среду.В области транспортной энергетики переход на альтернативные источники энергии происходит сложнее, чем в других отраслях промышленности. Хотя именно транспорт, при его подавляющей зависимости от нефти, в основном и определяет остроту сегодняшней энергетической ситуации в мире, и именно для замены жидкого моторного топлива создана индустрия биотоплива.Следует отметить, что при практически неисчерпаемых ресурсахсырья для биотоплива и достаточно ограниченных ресурсах нефти применениедоступных альтернативных источников энергии для замещения минеральных топливв некоторых случаяхможет быть обосновано только экономическимипоказателями, учитывающимисроки, масштабы и темпы такой замены.
В настоящее время можно рассматривать несколько поколений биотоплива:
биотопливо первого поколения изготавливают из сахара, крахмала, растительного масла и животного жира, используя традиционные технологии. Основными источниками сырья являются семена или зерна;
биотопливо второго поколения использует биомассу, состоящую из остаточных непищевых частей растений, таких как стебли, листья, шелуха, оставляемых после извлечения пищевой части, а также производственный мусор;
биотопливо третьего поколения производят из водорослей.Преимуществами биотоплива являются:экологичность —самый важный фактор, которыйпредотвращает загрязнение окружающей среды выхлопными газами и продуктами внутреннего сгорания;цена —стоимость биотоплива на порядок ниже,чем традиционного;топливная система не засоряется, на двигателе не образуется гарь, сажа.Недостатки применения биотоплива:в Россиимало заправок с биотопливом.при переходена биотопливо необходимо почистить топливную системудвигатель зимой греться дольше обычногоиспользование большего количества топлива, но это зависит и от марки автомобиля.Воснове индустрии биотоплива заложена концепция экологически безупречного топлива, безопасного настадии производства, хранения итранспортировки, использования иутилизации. Очевидно, что безэкологической составляющей смысла вальтернативных топливах нет(они дороже ичасто понекоторым характеристикам хуже традиционных моторных топлив). Однако если нефть недоступна, биотопливо извысокооктановой экологичной добавки втопливо может стать основным моторным топливом.Концепции биотоплива более всего отвечают топливный этанол (и другие спирты, полученные брожением) ибиодизель (сложные эфиры жирных кислот), то есть те вещества, которые содержат всебе атомы кислорода.Ключевыми проблемами развития биотопливной индустрии являются сырьевая база итехнологии. Биотоплива первого поколения производятся сиспользованием простых, традиционных дляотрасли технологий. Дляпроизводства биотоплива второго ипоследующих поколений требуются более совершенные идорогие технологические приемы.В промышленных масштабах жидкое биотопливо (биоэтанол, биодизельное топливо, этерифицированный биоэтанол, биогаз, биометанол) уже производят такие страны как Бразилия, США, Канада, Франция, Германия, Италия, Австрия, Польша, Бельгия, Чехия, Малайзия и некоторые другие.Биодизель —это метиловый эфир, получаемый в результате химической реакции из растительных масел и животных жиров. Рассмотрим основные преимуществабиодизельного топлива по сравнению с минеральным:
биодизельное топливо изготавливается из растительного сырья, в частности из масел, сырьевой базойдля которых являютсярастения, улучшающие структурный и химический состав почв в системах севооборота;
при сгорании биодизельного топлива выделение диоксида углерода соответствует количеству СО2, потребляемому растениями при росте (замкнутый цикл СО2);
биодизельное топливо содержиточень малое количествосеры( 0,001 % против минерального дизтоплива < 0,2 %);
биодизельное топливо не содержит бензола и других ароматических соединений, поэтому не имеет бензольного запаха;
при сгорании биодизельного топлива соединений тяжёлых металлов выделяется на треть меньше, авыбросы сажи уменьшаются в половину;
выброс твёрдых частиц при работедвигателя на биодизельном топливе на 40% нижевыбросовв случае использования традиционного топлива;
биодизельное топливо не является токсичным продуктом;
биологическая безвредность,в случае попаданиябиодизельного топлива в почву оно разлагается меньше чем за месяци оказывает менее длительноеотрицательное влияниена окружающую среду;
использование биодизельноготопливаувеличивает срок эксплуатициидвигателя за счет своих смазывающих свойства. Это связано схимическим составомтопливаи содержанием в нем кислорода. При работе двигателя на биодизеле одновременно производится смазка его подвижных частей, в результате которой, как показывают испытания, достигается увеличение срока службы самого двигателя и топливного насоса в среднем на 60%.Несмотря на огромное количество достоинств у биодизельного топлива есть некоторые недостатки: вопервых, химическаяреакциябиодизельного топлива сизделиямииз полимеров, может явиться причиной потерь(протечкитопливных трубок, прокладок и сальников);вовторых, при сгорании некоторых видов биодизельного топлива выделяетсябольшеоксидов азота. В настоящее время биодизельное топливо используется в качестве добавки к минеральному дизтопливу во многих странах. Смесь биодизеля с дизельным топливом обозначается буквой «B». Цифрау буквы «B»указывает напроцентное содержание биодизеля.В отличие от биоэтанола, приприменении биодизеля переработки топливной системы не требуется.Противники развития биотопливной индустрии утверждают, что увеличение производства биотоплива приведет к сокращениюпосевных площадейпод продовольственными культурами и перераспределениюих в пользу топливных. Однако, при производстве этанола из кормовой кукурузы, бардаиспользуется для производства комбикорма для скота и птицы. При производстве биодизеляиз соиили рапсажмых используется для производства комбикорма для скота. Таким образом, в процессе производствабиотоплива возникает новая ступеньпереработки сельскохозяйственного сырья.Традиционными источниками получения биодизеля в промышленности являются такие растительные культуры, как рапс (рапсовое масло –наиболее устойчивое к низким температурам (без добавок –до –10 °С)), соя и подсолнечник. Используются также масла кукурузное, оливковое, хлопчатника, огуречника, микроводорослей и др. Выбор сырья обусловлен, прежде всего, географическим положением будущего производства.При выборе региона для производства растительного сырья надо учитывать:Водопользование –чем меньше воды используется для выращивания сельскохозяйственной культуры, тем лучше, так как вода является ограниченным ресурсом. Особенно это критично в более засушливых местах.Инвазивность –урожай, который убивает местные растения и который трудно контролировать может поставить под угрозу биоразнообразие и серьезно повредить экосистему региона.Удобрения –питательные вещества необходимые для растений. Некоторые растения требуют меньше органических ресурсов, чем другие.Климат –в некоторых местностях просто невозможно выращивать биотопливные культуры, например, в местности с холодным или засушливым климатом.Одним из новых источников липидного сырья могут стать морские биоресурсы –рыбы сорных пород. Вариантом переработки сорной рыбы может быть производство биодизеля в прибрежных районах. Преимущества такой сырьевой базы: практически круглогодичная добыча сырья, независимость от погодных условий, экологическая безопасность, сохранение пахотных земель, повышение рентабельности промыслового флота и, самое главное, –безопасность для продовольственного рынка. Однако наличие в сырье полиненасыщенных жирных кислот требует их удаления. На практике реализован процесс получения биодизеля как отхода производства эфиров полиненасыщенных жирных кислот. Фармацевтическое сырье идет на продажу, а фракции, которые не содержат ценных веществ, –на топливо. Опыт применения биотоплива во многих странах показывает, что оно экологически безвредно. Существует предписание Европейской комиссии, согласно которомук 2020 году альтернативные источники энергииследует применять как минимум на10% транспортных средств.В настоящее время, объёмы производства биодизельного топливаво всех развитыхстранах мирарастут. Например, в Австрии они составляют уже более 3 % общего объема используемогодизельного топлива, а в США в ближайшее время им собираютсязаменить до 20 % традиционного дизельного топлива и использовать его в процессе эксплуатации морских судов, городских автобусов и грузовых автомобилей.
В Германии существуетсетьавтозаправочных станций(более 1900единиц), заправляющих автомобилибиодизельным топливом. Такие станции существуют и во Франции, которая в настоящем является одним из крупнейших мировых производителей данноговида топлива. Фактически, все виды дизельного топлива, продаваемые во Франции, содержат от 2 до 5 % биодизельного компонента. Новые законы Европейского Союза в ближайшем будущем потребуют его распространения по всей Европе. Некоторые штаты США также узаконивают подобные требования. Активная работа в сфере производства и применениябиотоплива в мире ведется с1992 года. На данный моментбольшинство развитых стран мира имеют государственныеэнергетические программы применениябиотоплива (табл.1).
Таблица1. Государственные программы применения биотоплива в разныхстранахмира [1].
В России отсутствует государственная стратегия по использованию жидкого биотоплива, что является основным показателем отставания нашей страны от других стран мира. С позиции коммерциализации производство биотоплива является достаточнорентабельным бизнесом. Например, если провести сравнениерозничных цен на бензин, тосебестоимость производства биоэтанола в США в 2,4 раза ниже. В Евросоюзеразницамежду себестоимостью биотэтанола и бензина, которым он разбавляется, составляет 4 раза. Что касается биодизеля, то его производство несколько затратнее, чем производство биоэтанола. Это связано с процессом переработки сырья, для получения биодизелямасло нужно переэтерифицировать метанолом при температуре 60°С и нормальном давлении для получения качественного продукта. Кроме того, биодизель подлежит хранениюне более трех месяцев –дольше –он разлагается.В России в настоящее время цена на 1 литр бензина и 1 л биотоплива сопоставима, а в некоторых случаях биотопливо обходится дороже традиционных топлив. Если говорить о ситуации в России, то на данный момент не существует ни одного завода по производству биодизельного топлива, хотя за последние 57 лет было предложено несколько проектов, но ни один из них не реализован.В текущих условиях наиболее перспективной энергетический культурой для производства биодизеля в России признан рапс. Наибольшее распространение данная культура получила в Приволжском, Центральном и Сибирском федеральных округах. При этом наилучшие показатели по урожайности этой культуры имеют Липецкая, Калининградская, Нижегородская области и Краснодарский край. Практически весь объем производимого в России рапсового масла в настоящее время отправляется за рубеж, где оно используется в качестве биотоплива. Например, в 2013 году экспорт рапсового масла достиг рекордных показателей –418,3 тыс. т общей стоимостью 420,6 млн долларов. По даннымМинистерства сельского хозяйстваРоссии объем производстварапса в 2015 г. долженсоставить 28003500 тыс.т на площади свыше 2 млн. га[2]. Таким образом,при организации производствабиотоплива в Россиипоявитсявозможность обеспечитьдополнительныйсбыт сельскохозяйственной продукции, производить более 7,5 млн.т биодизеля и увеличить производительность в сельском хозяйстве. На этом фонеулучшится состояние окружающей среды и общий уровень здоровье населения, увеличатся доходы фермерских хозяйств, и,как следствие,благосостояние в сельских районах.
Cсылкина источники1. http://kapitalrus.ru/articles/article/6192. Обзор рынка биотехнологий в России и оценка перспектив его развития /Frost & Sullivan. –2014. –69 с.
