Вагиф Мирзоев – кандидат химических наук (Азербайджанская Республика), Евгений Пущик – инженер (Украина)
Сегодня нефть и газ – главные источники энергии в мире и поэтому уменьшение их использования – главный приоритет в работе правительств многих стран. Спрос на нефть в 2010 – 2011 годах будет расти, но очень медленно. В этом сходятся Международное энергетическое агентство (МЭА) и члены Организации стран – экспортеров нефти (ОПЕК), опубликовавшие на днях свои аналитические доклады. Увеличение спроса на нефть непременно будет стимулировать и мировое потребление топливного этанола, как реальной альтернативе сырой нефти.
Потребности мировой экономики в сырой нефти возрастут в 2010 году по сравнению с прошлым годом на 1,05 млн баррелей в день и составят в среднем – 85,51 млн баррелей (11,714 млн тонн) в день, об этом сообщает в своем ежемесячном докладе ОПЕК. В 2011 году этот показатель увеличится еще на 1,05 млн и достигнет 86,56 млн баррелей в день. Мировая потребность в нефти в 2009 году составила – 3903,0 млн тонн. Наибольшим потребителем нефти в мире являются США, потребление в 2009 году составляло – 18,771 млн баррелей в день. Согласно информации "Energy Charter Secretariat (2007)" одно только Министерство обороны США в день потребляет 400000 баррелей нефти.
Примечание: потребления нефти в Польши – 450000 баррелей в день.
Мировое производство бензина
Выходы нефтепродуктов с барреля сырой нефти предоставлены на рис. 1
Рисунок 1. Нефтепродукты с барреля нефти, галлоны, 2009 г. (источник EIA)
Нефтеперерабатывающая промышленность относиться к числу стратегически важных отраслей хозяйства многих стран мира. В последнее десятилетие в мировой нефтеперерабатывающей промышленности происходили заметные технологические и структурные сдвиги. В этот период суммарная доля углубляющих процессов нефтепереработки: каталитический крекинг, гидрокрекинг, термический крекинг, или висбрекинг, коксование, каталитический риформинг, алкилирование, изомеризация возросла в целом по нефтеперерабатывающей промышленности мира до 50%.
Технологические сдвиги в нефтепереработке во многом были обусловлены быстрым ростом мощностей в Азиатско-Тихоокеанским регионе (см. рис. 2), а также возросшими требованиями к качеству моторных топлив в странах с развитой нефтеперерабатывающей промышленностью. Экологические требования к моторному топливу в последнее десятилетие ужесточились практически во всех нефтяных странах мира. Среди возможных альтернатив создания экологически безопасного топлива рассматривались следующие:
- реформулированные бензины (США), т.е. бензины с измененными составом и характеристиками, обеспечивающими экологическую безопасность;
- неэтилированные высокооктановые бензины;
- альтернативные виды топлив, в частности бензины с этанолом, оксигенированные бензины (бензины с эфирами МТВЕ, ЕТВЕ, ТАМЕ) и др.
Как
показано на рис. 2 современные технологии
переработки нефти, обеспечивающие
качество производимого НПЗ топлива, в
том числе автомобильного бензина,
наилучше задействованы в странах
Северной Америки (США), Западной Европы,
Дальнего Востока и Океании.
Рисунок 2. Технологические процессы переработки нефти в мире (источник EIA)
Бензин - один из наиболее квалифицированных и дорогих энергоносителей. Для его получения используют сложный комплекс технологических процессов первичной и вторичной переработки нефти на нефтеперерабатывающем заводе, а также различные присадки и добавки, обеспечивающие соответствие современным требованиям к составу и качеству этого вида моторного топлива. Рекомендуется для улучшения ряда эксплуатационных свойств, в том числе экологических, вводить в бензины кислородсодержащие эфиры и этанол. Наиболее распространенными и широко применяемыми являются: метил-трет-бутиловый эфир (МТВЕ), этил-трет-бутиловый эфир (ЕТВЕ), этанол, а также метил-трет-амиловый эфир (ТАМЕ). Мировое потребление бензина в 2009 году составило – 975,1 млн тонн (см. табл. 1). США являются наибольшим потребителем бензина в мире, потребляя ежегодно около 40% всего бензина мира. Страны Азии и Океании – потребляют – 210 млн тонн, что равно – 21,6% мирового потребления бензина, чуть меньше половины этого потребления приходиться на Китай – 61,8 млн тонн и Японию – 35,9 млн тонн. На Западную и Восточную Европу, включая страны СНГ, – приходиться около 17% мирового потребления бензина. Наибольшая динамика увеличения потребления бензина на протяжении последних лет у Китая, то есть прирос потребления бензина в 2009 году по сравнению с 2003 годом составил – 46,9%.
По состоянию на 1 января 2008 года в мире работало около 685 НПЗ, общей производительностью больше 4200,0 млн тонн нефти в год. Наиболее четко прослеживается конкуренция между линиями развития нефтепереработки Северной Америки (США – 149 НПЗ) и Европы (ЕС – 135 НПЗ).
Производство бензина в странах Европы осуществляется на 135 НПЗ, производительность которых составляет – 852 млн тонн нефти в год, что составляет около 20% мировой нефтепереработки (на 01.01.2008 г.). Объем рынка бензинов в Европе на протяжении последних трех лет 112,0 – 125,0 млн тонн. Для производства этого бензина НПЗ использует более – 6,0 млн тонн добавок (ЕТВЕ, МТВЕ, ТАМЕ), что в денежном эквиваленте оценивается в 6,5 млрд долларов США.
Компонентный состав европейского бензина на протяжении последних лет включал в себя: бензин каталитического крекинга – 30%, бензин каталитического риформинга – 50%, продукты: алкилирования – 5%, изомеризации – 8%, добавки (ЕТВЕ, МТВЕ, ТАМЕ, этанол) – 7%.
Среди европейских НПЗ наиболее удачный компонентный состав бензинов в Германии: бензин каткрекинга и риформат – 73,4%, алкитат – 5,1%, изомеризат – 16,2%, добавки (этанол, ЕТВЕ, МТВЕ, ТАМЕ и др.) – 5,3%.
В Европе действует стандарт на бензин EN 228, который по своей сути и отражает спецификацию этанольных смесей Е5. EN 228 (Aromatics % vol. - 35, Benzene % vol - 1, Olefins % vol -18, Oxygen % wt. - 2,7, Sulphur mg/kg - 10) – это нормы бензина Евро5.
В данное время ЕN 228 проходит ревизию в части повышения содержания этанола в смесях от Е5 до Е10. Стандарт бензина Е85 (85% - этанола, 15% - бензина) с 2007 года официально действует в Австрии и Франции, с 2008 года в Германии. На сегодня в мире около 40 государств используют бензин Е85. Кроме общеевропейских стандартов в странах ЕС действуют внутренние стандарты на этанольные топлива, которые не могут иметь условия хуже общих стандартов.
Для биоэтанола и смесевых бензинов на его основе используются буквенно-цифровые обозначения: Е5, Е10, Е85. Е - от английского ethanol, а цифры - это процентное (в объемных долях) содержание биоэтанола в топливе. Наиболее распространены смеси Е5, Е10 и Е85, в Бразилии пользуется спросом и чистый биоэтанол - Е100.
Производство бензина в США осуществляется на 149 НПЗ, производительностью – 872 млн тонн, что равно 20,5 % мировой нефтепереработки. Компонентный состав американского бензинового фонда (реформулированный бензин) в начале 2007 года был таким: бензин каталитического крекинга – 34%, бензин риформинга – 28%, алкилат – 12%, изомеризат – 4%, добавки (этанол, ЕТВЕ, МТВЕ и др.) – 15%, прочие – 7%.
Бензин – один из главных моторных топлив, потребляемый в США и основной продукт, получаемый с сырой нефти. Потребление бензина в 2009 составляло приблизительно 137 миллиардов галлонов (385,9 млн тонн), среднее число потребления около 377 миллионов галлонов (1,05 млн тонн) в день. Бензин составляет приблизительно 62% всей энергии, используемой для транспорта, 46% всего нефтяного потребления, и 17% полного американского потребления энергии. Приблизительно 49 баррелей бензина производятся с каждых 100 баррелей нефти – такая технология американских НПЗ. Бензин в США продается на 162 000 АЗС, каждая автозаправка обычно продает три сорта бензина: Regular, Midgrade, Premium. Более 1950 АЗС в США торгуют бензином Е85. Сегодня в США насчитывается около 249 млн транспортных средств.
Таблица 1.Мировое потребление бензина, млн тонн (источник: EIA, Jahresbericht, Mineralöl-Zahlen 2009, EU FAS Post.)
Топливный этанол (Fuels Ethanol) - наиболее емкий продукт, который добавляется к бензину, составлял в 2009 году – 6,0% от мирового потребления бензина (см. табл. 2). Мировое потребление топливного этанола в 2009 году составило около 74,0 млрд литров (58,65 млн тонн). Согласно информации WorldBioPlants.com сегодня в мире насчитывается – 575 заводов по производству этанола, общей производительностью – 80,631 млн тонн. Основное сырье, для производства этанола – сахарный тростник, кукуруза, сахарная свекла, пшеница и др. В таблице 2 приведены объемы потребления топливного этанола и бензина в мире.
Таблица 2. Мировое потребление этанола и бензина, млн тонн
Авторами статьи проведены расчеты экономии нефти в мире (см. табл. 2), которая получается, от добавления в бензины топливного этанола. Экономия нефти в 2008 и 2009 годах составляет соответственно 45,5 и 43,6 млн тонн, что равно годичному потреблению нефти в странах Нидерланды и Польши вместе взятых. Наши расчеты базируются на показателях, что удельная теплота сгорания этанола (76,330 btu/gal for ethanol) - 27 МДж/кг, у бензина (116,090 btu/gal for gasoline) – 46 МДж/кг, а также на показателях выхода бензина с барреля нефти в 2009 году (см. рис. 1). То есть, с 42 галлонов сырой нефти, что равно 1 баррелю, как правило, производится – 19,36 галлонов бензина.
The Global Renewable Fuels Alliance (GRFA) предсказывает, что глобальное производство этанола в 2010 году достигнет – 85,9 миллиардов литров (68,17 млн тонн), что составит прирост производства на 16,2 процентов до 2009 года (см. табл. 2). По информации GRFA в этом году производство этанола заменит потребность в 370,0 миллионах эквивалентных баррелей нефти (50,68 млн тонн).
Авторы также считают, что очень важным экономическим показателем, в соотношении: этанол – МТВЕ - нефть является расчет, сделанный американским EIA в 2001 году. Этот показатель - исследование проблемы замены в 2006 году в США MTBE на этанол, который произошел на исполнение Закона S.2962. ЕIA рассчитал, что для замены 10 баррелей MTBE требуется 9 баррелей этанола. На рис. 3 изображены диаграммы мирового потребления топливного этанола и МТВЕ в странах мира в 2008 году.
Производство MTBE в США в 2005 году составляло в среднем 212 000 баррелей/дней (10,55 млн тонн в год).
Таким образом, чтобы заменитьв США - 212 000 баррелей/день MTBE (28922 тонн) потребовалось - 191 000 баррелей/день этанола (26057 тонн), что составляет – 9,5 млн тонн ежегодно. Этанол в количестве 191 000 баррелей/день содержание энергию приблизительно равную 115 000 баррелей/день нефти.
Рисунок 3. Диаграммы мирового потребления топливного этанола и MTBE в бензине (2008 г.) (источник: SRI Consulting)
Цена бензина и топливного этанола в мире в сентябре месяце составляла (средняя цена нефти марки Brent $77,5 за баррель) (см. табл. 3).
Таблица 3. Цена бензина и топливного этанола на 20 сентября 2010года
В таблице 4 нами приведены расчеты, показывающие уменьшение использования бензина в США и Европе, за счет потребления топливного этанола. Расчеты показывают, что США в 2009 году уменьшилось потребление бензина на 10%, в ЕС на – 3%, а в Германии – на 4,4%.
Таблица 4. Уменьшение использования бензина, за счет потребления этанола в США, странах ЕС, в том числе Германии в 2009 году, млн тонн
Как видно с таблицы 5 в странах ЕС-27, не выполняется Директива ЕС 2003\30 относительно потребления топливного этанола. Исполнительная власть ЕС предложила членам этой региональной организации довести к 2020 году до 20% долю возобновляемых источников энергии, сократить на 20% к уровню 1990 года объемы вредных выбросов в атмосферу и снизить на 20% общие энергетические затраты. Так называемый план "20-20-20" предусматривает также постепенный переход странами ЕС с 2013 года на систему продажи квот на выбросы СО2, но к сожалению в ЕС не выполняется.
Таблица 5. Потребление этанола и бензина в ЕС-27, млн тонн в год (источник: EU FAS Post)
Важным показателем при рыночных ценах на топливо, в том числе бензина и этанола является его себестоимость (см. рис.4 и табл.3). На примере США приведена структура затрат на производство галлона бензина Regular (июль, 2010 г.) То, есть в цене галлона (3,785 литра) бензина структура затрат составляет: сырье (сырая нефть) – $1,8, переработка – $0,245, дистрибуция и маркетинг – $0,273, налоги – $0,409. Для сравнения приведем структуру ценообразования литра бензина Premium 10ppm в Германии (июль, 2010 г.) – цена литра бензина – 1,415 €, в том числе:цена бензина – 0,402€, налог на нефть – 0,655€, НДС – 0,226€, взнос обеспечения – 0,132€.
Как видно из табл. 6, себестоимость топливного этанола в США (август, 2010 г.) равна $0,505 за литр, при цене литра этанола $0,55 (см. табл. 3). Учитываю технологию переработки кукурузы на заводе и государственную субсидию, поддержка правительства включала налоговые кредиты на бизнес (45 ¢pg) – себестоимость литра этанола становит – $0,318.
Рисунок 4. Структура себестоимости бензина и этанола в США, июль, 2010 г. (источник EIA)
Таблица 6. Себестоимость этанола
Сегодня в мире проблема биотоплива вообще и биоэтанола в частности, лежит в русле главной стратегии развитых стран – сохранение экологии и борьбы с глобальным потеплением планеты, что в значительной степени базируется на отказе от нефти и газа и переходе на новые возобновляемые виды топлива, в том числе и моторное.
Таблица 7. Государственные
программы применения этанола
Бензин и этанол: мировые перспективы (часть 2)