Украина имеет большой потенциал биомассы, доступный к энергетического использования, который в большинстве являются отходами сельского хозяйства (солома, початки кукурузы, лузга подсолнечника). Накопленная также большое количество твердых бытовых отходов, которые в основном состоят из лигноцеллюлозы. Сырьем для производства топливного этанола может быть также меласса, объемы которой в Украине составляют около 2 млн т / год, зерновые культуры, картофель, фрукты, специальные технические культуры.
Украина является крупным производителем пищевого спирта. Годовая суммарная мощность спиртовых заводов составляет около 700 млн л спирта, из них 340 млн л производится из мелассы. В перспективе можно использовать мощности этих предприятий для производства топливного этанола из лигноцеллюлозы, но этот процесс должен быть рентабельным. Очевидно, что цена биоэтанола будет зависеть от налоговой политики государства и его себестоимости, на которую влияет технология производства.
На базе существующих предприятий перерабатывающей промышленности и непосредственно в сельских хозяйствах предусматривается строительство спиртовых заводов малой мощности (до 5 т этанола в сутки). Сооружение новых технологических линий малой мощности требует капиталовложений на одну линию 1457000 грн, при этом эксплуатационные затраты составят 0203000 грн. Введения новых технологических линий позволит производить топливного этанола 0050000 т / год. Топливный этанол также целесообразно производить на действующих сахарных заводах, поскольку теплосиловое хозяйство завода может обслуживать спиртовые цеха и в период между сезонами производства сахара. В Украине работает 191 сахарный завод, из них 75 постепенно к 2010 г. можно дооборудовать отделениями по производству топливного этанола, расширит период использования технологического оборудования, которое традиционно работает только 3-4 месяца в году. Дооснащение сахарных заводов соответствующими технологическими линиями позволит получать 1,65 млн т этанола в год.
В Украине проведен значительный объем работ по разработке и внедрению технологии производства аналога топливного этанола — высокооктановой кислородсодержащей добавки (ВКД) к бензину, которую получают биоконверсии углеводосодержащего возобновляемого сырья. Технология получения ВКД разработана Украинским институтом спирта и биотехнологии производственных продуктов (УкрНИИспиртбиопрод, г. Киев) и государственным концерном «Укрспирт», она внедрена на спиртовых заводах Украины. Для получения ВКД (биоэтанола) в промышленных масштабах в мировой практике применяют три технологии: азеотропную ректификацию (№1); адсорбцию на молекулярных ситах (№2); первапорацию — испарение через мембрану (№3). Основные технические характеристики перечисленных технологий приведены в таблице:
Таблица — Технические характеристики технологий получения биоэтанола
| Показатель | Технология получения биоэтанола №1 | Технология получения биоэтанола №2 | Технология получения биоэтанола №3 |
| Концентрация воды,% (об.): | |||
| в исходной смеси | 5 | 7 | 7 |
| в готовом продукте | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
| Удельные расходы: | |||
| греющего пара, кг / кг | 3,1 | 0,8 | 0,15 |
| охлаждающей воды, кг / кг | 40 | 63 | 20 |
| электроэнергии, кВт • ч | 1 | 8 | 43 |
Украинские спиртовые заводы имеют оборудование для азеотропной ректификации, поэтому на первом этапе эту технологию с применением циклогексана как разделяющая агента были внедрены на Барском, Должокской, Луганском, Дублянском, Гайсинском, Малоисполкомовском спиртовых заводах и Узинского уксусно-дрожжевом заводе с суммарной суточной мощностью свыше 129 т ВКД . Срок окупаемости реконструкции браго ректификационных установок этих заводов не превышал 6 мес.
Поскольку меласса была дешевая за зерно, то на ВКД переделывали, а из зерна получали ректификованный спирт для высококачественных алкогольных напитков. С увеличением производства зерна в Украине и в условиях его комплексной переработки эффективным технологиям с получением сухой зерновой барды вполне экономически производить ВКД с крахмалсодержащего сырья. Перспективной сырьем для этого есть сахарное сорго. Основные физико-химические характеристики высокооктановой кислородсодержащей добавки к бензину (бесцветной или светло-желтого цвета) приведены ниже:
- Органические кислородсодержащие соединения – ≥ 99,3
- Плотность при 20 º С, кг/м3 – ≤ 791
- Показатель преломления, n20Д – ≥ 1,3613
- Массовая концентрация сухого остатка, мг/дм3 – ≤ 50
- Массовая концентрация кислот в пересчете на уксусную кислоту, мг/дм3 – ≤ 20
- Вода,% (об.) – ≤ 0,2
- Содержание высших спиртов С3-С5, г/дм3 – ≤ 12
- Циклогексан,% (об.) – ≤ 0,5
- Детонационная стойкость:
- октановое число по исследовательскому методу – ≥ 108
- октановое число по моторному методу – ≥ 100
Проведенные в Украине в 1998-1999 г.г. эксплуатационные, стендовые и дорожные испытания автомобилей на смесевых бензинов дают основания для таких выводов:
- Повышается октановое число смесевых бензинов, например, добавка 8% ВКД до товарного бензина А-78 повышает его октановое число требованиям к бензину АИ-92;
- Эксплуатационные свойства автомобилей при работе на смесевых бензинах с добавлением 6% ВКД практически не ухудшаются по сравнению с работой на товарных бензинах А-92 и А-76;
- Не зафиксировано негативного влияния длительной работы автомобилей на смесевых бензинах на техническое состояние и стабильность регулировки топливной аппаратуры, а также на состояние резинотехнических изделий;
- По результатам стендовых моторных испытаний на смесевых бензинах, уменьшились концентрации вредных веществ в отработавших газах: NOx на 4,5-16%, CnHm на 9-15% (в зависимости от типа бензина и двигателя).
Всего с 1998 г. было изготовлено и реализовано 23,7 тыс. т ВКД, что дало возможность выработать более 390 тыс. т экологически чистых бензинов моторных смесевых с использованием ВКД. По состоянию на 1 сентября 2002 г. предприятие концерна «Укрспирт» могут производить 4500 т ВКД ежемесячно. Минимальная потребность в ВКД в Украину 100 тыс. т / год, а оптимальный объем потребления 250-300 тыс. т / год, что обеспечивает производство и использование 1,7-5,1 млн т смесевых бензинов. В УкрНИИспиртбиопрод практически завершена разработка технологии производства спирта этилового абсолютизированным и ВКД с обезвоживанием этилового спирта адсорбционным способом. По новой технологии уменьшаются затраты тепло энергоресурсов на стадии обезвоживания более чем в 3 раза по сравнению с азеотропной ректификацией, что позволит снизить себестоимость конечной продукции.
На Ивашковском спиртовом заводе (Харьковская обл.) Разработана технология производства добавки этанольной топливной (ДЭП), которая основана на использовании молекулярных сит из цеолита кальция. Добавка может применяться для повышения октанового числа и изменения фракционного состава бензина. Она апробирована на Андреевском нефтеперерабатывающем комплексе (г. Шебелинивка). Установлено, что ее октановое число 130-140, а спирта — 100.
В государственном концерне «Укрспирт» с участием научно-технических учреждений и при поддержке Кабинета Министров и Государственного департамента продовольствия разработана программа «Этанол» по производству спиртовыми заводами новых видов продукции и поиска новых рынков сбыта. Программа утверждена Постановлением Кабинета Министров № 1044 от 4 июля 2000 г. Она предусматривает производство ВКД, технического спирта и продукции с его использованием (этилена, этиленгликоля, синтетического каучука, биодизеля, продуктов тонкого органического синтеза) с уменьшением себестоимости этилового спирта, комплексным безотходным использованием сельскохозяйственной сырья. Указом «О мерах по развитию производства топлива из биологического сырья» от 26 сентября 2003 г. Президент Украины поручил Правительству проанализировать в трехмесячный срок состояние выполнения программы «Этанол» и обеспечить вклад в нее, предусмотрев, в частности, мероприятия по разработке новых кислородсодержащих компонентов бензинов моторных смесевых с использованием биологического сырья, уменьшению себестоимости ВКД благодаря повышению эффективности использования отходов, образующихся в процессе ее производства, а также привлечению инвестиций в производства ВКД и организации постановок ВКД на внешние рынки.
Автор статьи: ст. каф. Биотехнологии и БЖД, УГХТУ, Зайцева О.