Биоэтанол является альтернативным видом жидкого осветленного топлива для бензиновых двигателей.
Согласно официальному определению, биоэтанол – это этиловый спирт, производимый из биомассы и/или биологически разлагаемых компонентов отходов и используемый в качестве биотоплива. Химическая формула – С2Н5ОН.
Более распространенным является определение биоэтанола как жидкого спиртового топлива, вырабатываемого из сельхозпродукции с высоким содержанием сахара и крахмала (кукурузы, зерновых, сахарного тростника и др.).
Технология производства
Биоэтанол получают в результате спиртового брожения (ферментации частей растительного сахара и крахмала) с последующей ректификацией или гидролизным методом.
Рисунок. Технология производства биоэтанола
Процесс получения биологического спирта достаточно сложен, так как ему предшествует большое число технологических операций, связанных с выделением отдельных компонентов из зерна: крахмала, глютена, зародыша и клетчатки,–в водной среде. Технологическая цепочка во многом схожа с процессом производства пищевого спирта. При этом в случае биологического топлива все чаще используют технологию мокрого помола зерна.
Сначала зерно очищается и замачивается. Затем направляется на мокрое дробление для последующей сепарации зародыша и отделения клетчатки. Оставшийся после сепарации раствор, содержащий растворенный крахмал и глютен, направляется на вторую стадию сепарации. На данном этапе происходит выделение глютена из оставшегося раствора с образованием влажного глютена и крахмала. Полученный влажный крахмал, посредством разных технологических операций, преобразуется в следующие продукты: сухой крахмал, этанол, концентрированную фруктозу.
В отличие от пищевого спирта, биоэтанол почти не содержит воды (его концентрация – 99,8%) и производится укороченной дистилляцией (две ректификационные колонны вместо пяти). Основными составляющими биологического спирта являются метан и сивушные масла, что делает его непригодным для питья.
Особенностью производственного процесса является получение так называемого «ко-продукта». В случае сухого помола зерна – сухая дробина с растворимыми веществами (DDGS – Distillers Dried Grains with Solubles) и СО2 ; в случае мокрого помола – глютен (пшеничная клейковина, если сырье – пшеница), СО2 и корма для животных.
Как правило, оставшиеся после ферментации продукты (оболочки зерна, дрожжи, протеин (глютен) зерна) находят широкое применение в качестве корма для скота и служат дополнительным источником прибыли для биотопливных производителей.
Углекислый газ, образующийся в больших количествах в ходе технологических операций, довольно сложно продать из-за его низкой стоимости, поэтому обычно крупные биоэтанольные компании конструируют в непосредственной близости от основного производства комплексы по переработке СО2.
Сырье
Современные технологи позволяют использовать практически любое сахаро- и крахмало- содержащее сырье: сахарный тростник, сахарную свеклу, картофель, кукурузу, пшеницу, ячмень, рожь и т. д.
Таблица. Объем производства биоэтанола из различных сельскохозяйственных культур
Специалисты Российской биотопливной ассоциации отмечают, что клубневые культуры, с учетом показателей урожайности и стоимости сырья на литр биоэтанола, могут также использоваться для производства биологического топлива наряду с зерновыми. Однако сам процесс их производства довольно трудоемок и экономически не столь привлекателен. Картофель, по мнению специалистов, целесообразно использовать лишь в качестве дополнительного сырья.
Самыми распространенными сырьевыми источниками являются сахарный тростник и зерно, причем в 90% зерна приходится на кукурузу.
Организация производства
Производство биоэтанола представляет собой технологический процесс, аналогичный производству пищевого спирта (только количество ректификационных колонн – две, а не пять).
По оценкам Российской биотопливной ассоциации, размер участка для завода мощностью около 150 млн л этанола и 128 тыс.т сухой барды должен составлять 10–16 га (примерно 200*500 м). В случае организации рельсового кольца для железнодорожного состава в 100 вагонов, необходимо 60–70 га земли.
Биозавод топливного этанола очень энергоэффективен. Везде, где можно, энергия восстанавливается и используется в дальнейших процессах. Современные параметры использования энергии (сухой помол, кукуруза): электричество – 0.30 кВт-час на литр этанола; энергия–10.0 МДж на литр; вода – 3 литра на литр этанола.
Как правило, организация биотопливного производства подразумевает создание полного производственного комплекса – от переработки сырья до получения готового биологического продукта.
Главный критерий выбора той или иной сельхозкультуры – ее доступность и наличие для переработки круглогодично. Значительным преимуществам в условиях нестабильных цен на зерно и масличные растения является наличие собственной сырьевой базы.
Инвестиции
По экспертным оценкам, стоимость строительства завода по производству биоэтанола находится в пределах от 0.5 до 1.0 доллара за литр мощности.
Показатели рентабельности во многом зависят от действующих цен на нефть в стране: чем они выше, тем больше доходность от изготовления биотоплива. Например, в Европе при достаточно высоких ценах на традиционные энергоресурсы, этот показатель достигает – 30–35%. В России же он несколько ниже.
К ведущим способам повышения рентабельности можно отнести организацию собственного изготовления сырья и развитие переработки «ко-продуктов» и их последующую продажу.
Более подробная информация об особенностях организации производства биоэтанола в условиях российского рынка представлена в отчете «Маркетинговое исследование рынка биотоплива»