Не секрет: ресурсы полезных ископаемых, используемых при производстве традиционных видов топлива, на Земле ограничены. Поэтому все актуальнее становятся исследования в области возобновляемой энергетики. Одно из направлений - получение биоэтанола и биодизеля путем переработки растительного сырья.

Биоэтанол образуется при ферментативном брожении зерна кукурузы, сахарного тростника или свеклы. Около 80% его употребляют в качестве частичного заменителя бензина: так называемое смесевое топливо, применяемое ныне во многих странах, содержит лишь 10% данного вещества, поскольку оно обладает значительно меньшей, чем бензин (на 37%), теплотворной способностью и активно поглощает воду, что может привести к расслоению горючего. Зато у биоэтанола выше октановое число (108), благодаря чему двигатель развивает значительную мощность, а выхлопные газы менее токсичны.

Биодизель получают из метанола и растительных масел - рапсового, пальмового, соевого. По сравнению с обычным дизельным топливом он почти не содержит серы, через три недели разлагается практически полностью в почве и воде, обладает более высоким цетановым числом* (не менее 51). Однако значительная вязкость не позволяет использовать его в холодное время, отчего приходится применять смеси, состоящие лишь на 20% из этого вещества и на 80% - из солярки.

Тем не менее подчеркнем: использование биотоплива снижает парниковый эффект, ибо при его сгорании в атмосферу возвращается углерод, поглощенный растениями, в то время как сжигание нефтепродуктов (т.е. высвобождение давно "законсервированного" углерода) ведет к нарушению сложившегося баланса. Кроме того, развитые страны заинтересованы в укреплении своей энергетической независимости. Поэтому в настоящее время Еврокомиссия выработала директивы о повышении к 2010 г. доли альтернативного топлива до 5,75% от общеевропейского потребления, и есть намерение к 2020 г. поднять этот показатель до 10%. В США в ближайшие годы планируют удвоить объем производимого биоэтанола (он составит 30 млрд. л/г), построив дополнительно 132 завода. Развитие данной сферы

* Цетановое число характеризует воспламеняемость и сгорание топлив в дизельных двигателях (прим. ред.).

входит в число приоритетов национальной политики в Японии, Канаде, Бразилии.

Однако у биотопливной энергетики есть и противники. Их основной аргумент - конкуренция новой отрасли с производством пищевых продуктов. Так, повышение цен на масличные культуры в последние годы некоторые специалисты связывают с ростом спроса на них в связи с расширением производства биодизеля. Существуют и иные опасения: неизбежное расширение посевных площадей для культивирования растений, используемых для получения альтернативного топлива, приведет к дальнейшей экспансии человека в дикую природу и снижению биоразнообразия, при разложении больших количеств удобрений увеличится эмиссия в атмосферу двуокиси азота, будет прогрессировать засоление почв из-за их интенсивного использования и др.

Что же могут предложить ученые для развития биотопливной энергетики и устранения названных негативных эффектов? Об этом на страницах газеты "Наука в Сибири" рассказал сотрудник Института катализа им. ПК. Борескова СО РАН, кандидат химических наук Вадим Яковлев. Он подчеркнул: для снижения конкуренции и, соответственно, цен на собственно "пищевые" культуры нужно искать новое сырье для такого производства. Можно использовать отходы сельского хозяйства, деревопереработки, пищевой промышленности, представляют интерес быстрорастущие культуры. И отечественные специалисты работают в этом направлении.

Например, в Институте цитологии и генетики СО РАН заняты селекцией мискантуса китайского, быстрорастущей культуры, способной давать в условиях Западной Сибири зеленой массы 760 - 800, сена - 100 - 150 ц/га. Содержание лигнина в тканях растения минимально, что облегчает задачу его микробиологической переработки в биоэтанол. Изучают здесь и процессы прямой микробиологической деполимеризации целлюлозы с получением легкоразлагаемых олиго- и моносахаридов*. По мнению Яковлева, такой подход крайне важен, ибо обеспечивает получение дешевого топлива экологически чистым способом. А безопасность производства альтернативного горючего - один из спорных вопросов. Ведь при выработке этанола из древесины используют серную кислоту, при этом образуется большое количество жидких отходов**. Аналогичная проблема возникает и с биодизелем.

Поэтому, как справедливо указал Яковлев, необходимо совершенствовать существующие и создавать новые технологии получения моторных биотоплив. Такие изыскания ведут в указанном Институте катализа, используя в производстве растительные масла, древесину и отходы сельского хозяйства. А совместно с коллегами из Конструкторско-технологического филиала Института гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН там же разрабатывают установку по получению бионефти путем быстрого пиролиза измельченной древесины. Однако извлекаемая темная вязкая жидкость, напоминающая разбавленный деготь, пока не годится в качестве горючего из-за высокого (до 45 - 55%) содержания кислорода: его необходимо удалить и насытить вещество водородом. Сегодня сибирякам уже удалось в один этап снизить содержание кислорода до 5%, необходимо же - до 0,2 - 0,5%.

В том же Институте катализа в сотрудничестве с Новосибирским государственным университетом разрабатывают технологию получения биодизеля из растительных масел с использованием гетерогенных катализаторов переэтерификации***. В случае успеха себестоимость продукта существенно снизится, а способ производства будет отвечать самым жестким экологическим стандартам.

Яковлев остановился также на необходимости экспертизы новых разработок в сфере производства биотоплива. Дело в том, что в настоящее время на отечественном рынке зачастую предлагают продукты, полученные "нетрадиционными" методами - кавитацией, гидроимпульсным или другим физическим воздействием. К сожалению, как показывает практика, обещанного "супертоплива" при этом ждать не приходится.

Яковлев коснулся и вопроса о перспективах экспорта биотоплива. В российском климате оптимальной "энергетической культурой", используемой для производства биодизеля, может стать рапс (с 1 га земли можно получить 1 т рапсового масла). Посевные площади у нас есть. Кроме того, построены или готовятся к запуску более 100 заводов по изготовлению пеллет из древесины. В ближайшем будущем появятся 20 предприятий, использующих злаковые культуры для выработки топливного биоэтанола, предназначенного, в том числе, и на экспорт. По мнению международных специалистов, наша страна могла бы нарастить объем производимого зерна на 70%. Но для этого России необходим технологический рывок в биоэнергетике, корректировка ряда нормативных актов.

Впрочем, по-видимому, биодизель и этанол не заменят традиционных видов топлива, а будут использоваться именно как улучшающие добавки к ним. Одна из причин в том, что при полном переходе автомобильного парка на альтернативное горючее потребуется значительная модернизация двигателей внутреннего сгорания - задача крайне сложная.

Яковлев В. Биотопливо. Реальность и мифы. - "Наука в Сибири", 2007, N 12

Материал подготовила Евгения СИДОРОВА

* См.: А. Синицын. Универсальные ферменты. - Наука в России, 2007, N 4 (прим. ред.).

** См.: А. Яненко. Приоритеты промышленной биотехнологии. - Наука в России, 2006, N 5 (прим. ред.).

*** Переэтерификация - общее название процессов алкоголиза (обменная реакция между веществом и спиртом), ацидолиза (обменная реакция между сложным эфиром и карбоновой кислотой в присутствии каталитических количеств минеральной кислоты) и двойного обмена сложных эфиров (прим. ред.).

Публикатор:

Постоянная ссылка для научных работ (для цитирования):

Комментарии: