Биотопливо: твердое, жидкое, газ

Биоэнергетику во многих странах мира с началом нового века стали рассматривать как быстрорастущую и перспективную отрасль экономики. Насколько целесообразна и выгодна переработка органического мусора для превращения его в энергоносительи чего в этом процессе больше: вреда или пользы? Давайте разберемся.

В начале большого пути

В переводе с древнегреческого слово «биос» означает «жизнь», но не столько как процесс, сколько как все окружающее человека, среду его существования, и прежде всего — живую природу. Поэтому под биоэнергетикой в современном мире принято понимать, соответственно, получение энергии из «живых» источников: отходов лесной и деревообрабатывающей промышленности, отработок сельского хозяйства, пищевых и других бытовых отходов. Есть у слова «биоэнергетика» и другое значение, относящееся к области нетрадиционной медицины, но мы по понятным причинам этой стороны дела в нашей статье касаться не будем и сосредоточимся исключительно на осязаемых субстанциях.

Биотопливо-1Характерно, что у истоков развития биоэнергетики стояли страны, испытывающие недостаток природных ресурсов — но при этом располагающие передовыми технологиями и достаточно развитым экологическим сознанием, не позволяющим выбрасывать то, что может быть использовано для вторичной переработки. В России же на энтузиастов с проектами переработки отходов в энергию до недавних пор смотрели как на чудаков, и только в последние годы отношение к этой теме стало меняться. Со страниц научно-популярных изданий биотопливо попало на бизнес-порталы и в журналы, посвященные экономике. Появились стартапы и работающие предприятия. Кроме производства собственно биотоплива они начали выпускать оборудование, с помощью которого можно его получить. В первую очередь речь идет о производстве жидких видов биотоплива — биоэтанола, биодизеля, бионефти, биометанола, получаемого из разной по составу биомассы с помощью катализаторов, а кроме того — о топливе твердом: выпуске топливных брикетов и пеллет. Оборудование для производства биотоплива в современной России выпускает насколько компаний, которые берут на себя и вопрос его обслуживания; зарубежные же аналоги довольно дороги. Параллельно с этим ряд отечественных предприятий занят разработкой и внедрением в разные сферы человеческой жизнедеятельности биоэнергетических технологий.

Биоэтанол: не все так просто

В качестве сырья для производства биотоплива чаще всего сегодня выступают такие сельскохозяйственные культуры, как рапс, картофель и кукуруза. Продуктами их конечной переработки чаще всего являются биоэтанол (биобензин) или биодизель. Если некоторые из стран Евросоюза, например Швеция, планируют в среднесрочной перспективе полностью перейти на биотопливо, то в России оно пока может рассматриваться исключительно как альтернативный источник энергии. Причин тому несколько.

Биотопливо-3Первая — это бюрократические рогатки. Производство биоэтанола, относящегося к группе спиртов, в России подлежит регулированию посредством буквы закона, как и выработка продуктов алкогольной промышленности. В итоге с произведенного горючего взимаются акцизы на алкоголь, поэтому его продажа для производителей обременительна. И это мягко говоря: по словам производителей биотоплива, ставка акциза достигает 90% от его себестоимости. Для сравнения, в США для производителей биотоплива, наоборот, действуют налоговые послабления.

Вторая, как ни глупо это звучит, — риск для жизни и здоровья. Свойственная России привычка «пить все, что горит» в случае увеличения объемов производства биоэтанола в стране до промышленных грозит обернуться вспышкой смертности и болезней. Конечно, готовому жидкому биотопливу можно искусственно придать невыносимый вкус и запах — но использовать этанол для сжигания в двигателе внутреннего сгорания для нашего соотечественника в принципе непривычно.

И, наконец, третья причина — огромные запасы нефти в России. Добывающие и перерабатывающие ее компании едва ли потерпят серьезного конкурента в лице производителей биотоплива — каким бы экологически чистым оно и было, для нашей страны это пока не решающий аргумент.

Все три эти «но» требуют участия государства в стимулировании процесса производства биотоплива в стране, ликвидации бюрократических препон и разработки целевых программ для производства и популяризации экологически чистого и безопасного биотоплива. В конце концов, залежи природных углеводородов в России велики, но не безграничны, и рано или поздно думать об этом придется.

Перед самими же производителями биотоплива, оборудования для его получения и авторами технологий в этой сфере стоит задача наладить самое широкое, многоуровневое сотрудничество с зарубежными коллегами. В том
числе обмен технологической, и правовой информацией, а также опытом государственной политики по разработке законодательной базы, а возможно, и совместная подготовка кадров.

Твердое биотопливо

Само собой, получения биотоплива из пищевых остатков, отходов деревопереработки и так далее предыдущее утверждение не касается. И, возможно, для России именно производство твердого биотоплива в виде топливных брикетов и пеллет является наиболее перспективным направлением в этой сфере. Уже сейчас в ряде регионов страны существуют программы по переводу котельных на биотопливо — такие есть в Вологодской, Архангельской, Новгородской и ряде других областей. Кроме всего прочего, в перспективе это и выгодная статья экспорта: топливные пеллеты и брикеты не облагаются экспортной пошлиной, а объем мощностей по производству твердого топлива в России раз в пять превышает объем потребления. Остается надеяться только на улучшение экономических связей с основными потребителями этой продукции — странами Евросоюза, — чтобы экспорт топливных брикетов и пеллет из России стал большим, выгодным бизнесом. Напомним, до 2014 года наша страна входила в тройку ведущих экспортеров топливных пеллет на европейском рынке.

Биотопливо-5Тут, наверное, нужно внести ясность в то, что касается отличий топливных брикетов от пеллет. Даже при одинаковом сырье для их производства они будут иметь разную стоимость и разные сферы применения. Если при изготовлении брикетов используются всего два производственных процесса — измельчение крупных частей и прессование, то для получения пеллет — топливных гранул — выполняется целый ряд операций: измельчение сырья в мелкую порошкообразную массу, нагревание, прессовка и гранулирование. Соответственно, и оборудование здесь используется более сложное и дорогое, что также влияет на цену готовой продукции: стоят пеллеты дороже брикетов.

Брикеты не только дешевле, но и, если можно так сказать, демократичней: они хороши для сжигания в любых печах, котлах и каминах, предназначенных для твердого топлива, а также в мангалах и барбекю. А вот для спользования пеллет необходимы гранульные котлы и особые горелки, а то и специализированные котельные — но зато и теплоотдача у них существенно больше.

Органические отходы как сырье для биогаза

Утилизации отходов, как бытовых, так и промышленных (включая агросектор), мы посвятили не одну статью в нашем журнале. Поэтому здесь мы поговорим о них только в аспекте переработки их в биомассу для дальнейшего производства биотоплива.

Объем подобного сырья в России огромен: только в агросекторе он достигает сотен миллионов тонн, уверенно приближаясь к миллиарду. Его переработка связана не только с получением прибыли, но и с улучшением экологической ситуации в стране. Тем не менее солома, жмых, отходы животноводства и птицеводства зачастую просто утилизируются без всякой переработки. В то же время они, как и навоз и перегной, могут служить идеальным сырьем для производства биогаза, способного в значительной мере покрыть потребности в энергии, например, в том же агросекторе.

Биотопливо7Напомним, биогаз — это продукт, получаемый в результате анаэробной ферментации органических веществ. Весь этот процесс происходит без участия воздуха. Кроме биогаза результатом этого процесса являются также готовые органические удобрения. В самом процессе используется группа анаэробных микробов, которые помогают преобразовывать фосфорсодержащие, калийсодержащие и азотсодержащие в чистые формы. Такие формы фосфора, калия и азота намного лучше всасываются растениями, а также полностью уничтожают вредителей. Для того, чтобы удобрять землю, лучше использовать отходы от производства биогаза, не содержащие нитратов и нитритов.

Но все же удобрения здесь — побочный продукт. Что касается самого биогаза, он представляет собой смесь углекислого газа и метана и является продуктом метанового брожения органических веществ животного и растительного происхождения. (Примером биогаза может служить газ, который выделяется при ферментации навоза или других бытовых отходов.) Производство биогаза в промышленных масштабах ведется в специальном реакторе, при этом выход готового продукта составляет два-три кубометра газа из одного кубометра сырья — то есть органических отходов. Содержание метана в биогазе в зависимости от состава сырья составляет 55—90%.

Протекает процесс образования биогаза при температуре от 15 до 60 градусов и влажности воздуха от 10% до 98% (оптимально 91—92%). Основные этапы — растворение и гидролиз органических соединений; ацидогенез; метаногенез и затем — регенеративная очистка от примесей до получения биометана. При очистке биогаз сжимается до давления в 9—11 бар, подается в очистную колонну и очищает-ся от углекислого газа и сероводорода под давлением холодной воды.

Готовый биогаз можно использовать в разных целях: для производства электроэнергии, тепла или в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания. Потенциально имеющиеся в России производственные мощности позволяют вырабатывать миллиарды кубометров биометана в год. Основными производителями оборудования для производства биогаза в промышленных масштабах являются иностранные компании — американские, европейские, индийские (GEA, Praj Industries Limited, Fagen Engineering LLC, Lurgi AG, Siemens, Frings AustriaGmbH, ICM, Vogelbusch GmbH, Delta T и ряд других). Хотя в сравнительно небольших объемах, необходимых, например, для нужд фермерского хозяйства, можно производить биогаз и самостоятельно: соответствующее оборудование производства российских компаний на рынке имеется.

Биотопливо и стартапы

Производство биотоплива, как и альтернативная энергетика в целом, во всем мире является отраслью, где концентрация стартапов очень высока. Об успешных идеях по производству жидкого, твердого и газообразного биотоплива на основе органического сырья можно говорить долго, но мы ограничимся здесь одним-единственным примером. Речь о британском стартапе bio-bean, который производит топливные окатыши из кофейной гущи. Для этого компания организовала сбор спитого кофе по всей стране. Содержание масел в этой субстанции доходит до двадцати процентов, приближаясь по этому показателю к такому признанному сырью для производства биотоплива, как рапс.

Биотопливо-12Компания bio-bean перерабатывает отходы от кофе в биодизель для автотранспорта и в топливные гранулы, которые затем продает предприятиям, использующим их энергию для отопления зданий. «Наша продукция имеет 100% нейтральный показатель высвобождения углерода. Это доступная, экологически чистая и производимая на месте альтернатива обычным видам топлива», — утверждает двадцатипятилетний руководитель компании bio-bean Артур Кэй.

Интересно, что дипломная работа Кэя в области архитектуры была посвящена проекту кафе, которое полностью обеспечивает себя энергией за счет переработки отходов своего производства. В 2012 году этот проект стал победителем экологического конкурса лондонской мэрии. В результате Артур Кэй вместе со своим сокурсником по Университетскому колледжу Лондона Бенджамином Харрименом учредил bio-bean — компанию, в которую вложили миллионы фунтов Royal Dutch Shell Plc и мэрия британской столицы. Еще полмиллиона евро достались стартапу за победу в крупнейшем международном конкурсе зеленых предприятий Green Challenge. Есть даже идея  перевести на «кофейный» био-дизель лондонские двухэтажные автобусы, известные во всем мире. По словам руководства компании, топливо, полученное из тонны кофейных отходов, позволяет сократить выбросы углекислого газа в атмосферу на 6,8 тонны.

Поставщиками сырья для производства bio-bean выступают как предприятия по обжарке зерен и изготовлению растворимого кофе, так и простые англичане, предпочитающие этот напиток. За один сбор, по словам Кэя, компания получает до сорока тонн сырья. При этом около двухсот тысяч фунтов ежегодно экономят поставщики, избавленные от необходимости вывозить и утилизировать отходы.

Перерабатывающее производство bio-bean расположено в Кембридже на площади в две тысячи квадратных метров. За несколько часов кофейную гущу высушивают и затем выпаривают с органическим растворителем, помогающим выделить масло. И наконец, в процессе переэтерификации полученное масло становится биодизелем в пропорции один к одному. Оставшийся жмых прессуется в топливные гранулы, сжигание которые дает вдвое больше энергии, чем древесина.

Биотопливо-17Мощности bio-bean в Кембридже способны переработать не более десяти процентов общего объема кофейных отходов в стране, которых собирается до полумиллиона тонн в год. Поэтому компания возводит новый завод, а
в долгосрочной перспективе планирует выйти за пределы страны — ведь подобное производство будет работать в любом регионе планеты, где в больших количествах перерабатывают и потребляют кофе. Сорт кофе при этом для процесса переработки значения не имеет — хотя конечный продукт, биодизель, выработанный на основе робусты, арабики или кофе без кофеина, будет несколько отличаться.

В масштабах Великобритании перспективы bio-bean выглядят грандиозно. Если же брать всю планету, в год на земле перерабатывается около восьми миллионов тонн кофейных зерен и выпивается более 600 миллиардов чашек кофе. Если все остающиеся от этого отходы будут переработаны, предложение биотоплива в мире увеличится на один процент. Возможно, это и не много — но ведь и кофе далеко не единственный напиток в мире, популярность которого огромна и при этом с каждым новым годом растет.

В прошлом номере журнала мы говорили о том, что многие альтернативные источники энергии в современном мире перестают быть альтернативными. К биотопливу это утверждение относится в полной мере. В обществе потребления, где продуктов питания выбрасывается больше, чем съедается, переработка органического мусора в энергию представляется оптимальным решением. Огромные запасы сырья для производства биотоплива способны поставлять пищевая промышленность и агросектор. Что касается России, солидным сырьевым ресурсом в интересующем нас смысле выступают отходы лесопромышленного комплекса. На акцизы, в значительной мере сдерживающие в нашей стране производство биоэтанола, можно посмотреть и с другой стороны: а именно — как на защиту отечественного рынка зерна. Если же брать в национальном масштабе, идей в сфере производства биотоплива и даже действующих технологий наши соотечественники создают не меньше, чем их коллеги в Европе или Северной Америке. Вопрос в том, что поддержка государством инновационных разработок в этой сфере в России несоизмеримо меньшая. Что во многом объясняется национальной инерцией мышления, которому запасы природных углеводородов в российских недрах ошибочно представляются неисчерпаемыми.

print

Категории
исследования

Комментировать

*

*

Похожие