Из возобновляемого сырья

УДК 663.534

Ю.А. Жукова, аспирантка кафедры «Пищевая биотехнология» ФГОУ ВПО «КГТУ»

Современный мир вступает в эру биоэкономики, т. е. практической науки о методах хозяйствования, основан­ных на биотехнологиях, а также использовании возоб­новляемого сырья для производства энергии и материалов.

Эксперты выделяют ряд преимуществ биоэкономики. В социальной сфере - это дивер­сификация экономики сельского хозяйства и ее рост, развитие сельских регионов, улуч­шение социальной ситуации в городах, рост здоровья человека, экологии и качества жиз­ни. В экономике – это снижение себестоимости продукции, более тщательный контроль за ее свойствами, появление новых изделий и рынков их сбыта, снижение зависимости торговли от энергоре­сурсов. В экологии биоэкономика позволяет предотвращать загрязнение окружающей сре­ды, снижать объемы выбросов газов и других ядовитых веществ, создавать новые материалы и топливо из биомассы, использовать про­дукты многоразового потребления и методы комплексной перера­ботки сырья [1].

Биоэтанол является одним из наиболее значительных продуктов современной биоэкономики. Биоэтанол – это этиловый спирт, используемый в качестве жидкого моторного топлива самостоятельно или в качестве добавки к углеводородному топливу, который изготавливают из природного возобновляемого сырья. В промышленных масштабах его производят из сельскохозяйственного сырья (кукуруза, зерновые, сахарный тростник), содержащего крахмал, моно- и дисахара. В отличие от этилового спирта, из которого производят алкогольные напитки, топливный этанол не содержит воды и производится по укороченной схеме дистилляции (две операции ректификации вместо пяти). Поэтому конечный продукт содержит сопутствующие метанол и сивушные масла, а также в качестве присадки бензин, что делает биоэтанол непригодным для употребления человеком.

В настоящее время в связи с повышением качества жизни и требований к экологичности наблюдается рост потребности в биоэтаноле во всем мире (рис. 1). Основная его часть производится в Северной и Южной Америке из зерновых (кукуруза). На сегодняшний день мировым лидером в производстве биоэтанола является Бразилия, однако стремительно нарастает объем его выпуска и в Соединенных Штатах Америки. Государственная программа по расширению производства этанола реализуется также в Канаде. В Евросоюзе принят закон о доведении доли автомобильных биотоплив до 5.75% к 2010 году [2].

Рис.1. Рост мирового производства этанола

- себестоимость его производства в странах, где нефть «не бьет из-под земли ключом», находит­ся на одном уровне с се­бестоимостью производ­ства бензина;

- как топливо он обла­дает своеобразной «гиб­костью» - существует до­статочно широкий диапа­зон смесей с бензином, где доля биоэтанола со­ставляет от 5 до 95%;

- практиче­ски не требуется изменений существующей заправоч­ной инфраструктуры в отличие от других альтернативных топлив, например, водорода;

- при использовании слабонасыщенных сме­сей биоэтанола с бензи­ном (в объеме 5-10%) не требует­ся никаких конструктор­ских изменений внутри машины[3].

По оценкам Управления по охране окружающей среды США, бензин является крупнейшим источником искусственных канцерогенных веществ. Благодаря добавлению этанола, бензин обогащается кислородом, что способствует более полному сгоранию и уменьшению выбросов окиси углерода на 30%. Он также уменьшает выбросы токсичных веществ на 30%, в том числе летучих органических соединений - более чем на 25%.

Смесь бензина и этанола, известная под названием E-10, используется американскими автомобилистами вот уже четверть века. Использование E-10 разрешено всеми крупными производителями автомобилей. Топливо Е-10, подходящее для использования во всех видах автомобилей, улучшает работу двигателя путем добавления 2-3 октановых единиц к детонационной стойкости топлива, противодействует перегреву двигателя, выполняет функцию антифриза топливопровода и не вызывает загрязнения топливной форсунки [2].

В России также наблюдается повышенный интерес к производству биоэтанола. Основным постав­щиком сырья для про­изводства биоэтано­ла является сельское хозяйство. Начиная с 2000 г., в России на­блюдается тенденция к увеличению экспор­та продукции аграр­ного сектора. Око­ло 90% экспорта со­ставляют зерновые. В 2006-2007 гг. наша страна экспортиро­вала порядка 12 млн. т зерновых (рис. 2).

Рис.2. Оценка сырьевой базы, объемов производства и путей реализации российского

биоэтанола
С экономической точ­ки зрения, гораздо эф­фективней было бы на­править сельскохозяйственную продукцию на пере­работку внутри страны. Так как основную мас­су экспорта составляют зерновые, то рациональнее было бы их первоначально перерабатывать в био­этанол. При этом важным факто­ром является тот факт, что при производстве биоэтано­ла образуются отходы, которые могут использоваться на кормовые или технические цели.

Здесь следует отметить, что проблема животно­водства сегодня чрезвычайно ак­туальна для России. Производство биоэтанола могло бы стиму­лировать животноводче­скую отрасль, быть интегри­рованным в фермерское хо­зяйство, стать проме­жуточным звеном между земледелием и животно­водством.

Потенциальным ис­точником сырья для про­изводства биоэтанола в нашей стране являются выведенные из сельхозоборота пахотные зем­ли. Вследствие экономических реформ общая площадь пашни в России с 1992 г. сократилась на 37 млн. га, из которых 20 млн. га приходится на ев­ропейскую часть нашей страны. Производство биоэтанола может стиму­лировать возобновление использования этих зе­мель. К примеру, один за­вод мощностью 100 тыс. т биоэтанола в год исполь­зует в среднем 300-400 тыс. т пшеницы, для вы­ращивания которой тре­буется 100-200 тыс. га па­хотных земель.

Возможно использо­вание и других видов сы­рья для выработки био­этанола, к примеру, ме­лассы. В достаточных объемах она накапливается в южных районах нашей страны, где находятся предприятия по производству сахара.

Развитие производ­ства биоэтанола может также способствовать решению социальных проблем на селе, связанных с созданием рабочих мест.

Альтернативной рациональной возможнос­тью получения биоэта­нола является использо­вание непищевого целлюлозосодержащего сырья. Перспек­тивным сырьем являются отходы деревообраба­тывающей промышлен­ности - стружки, опил­ки. Целлюлоза содержится в любом растительном сырье, например, стеблях куку­рузы, имеющих значительную массу.

С учетом того факта, что до начала 1990-х гг. на территории России су­ществовало около 40 гидро­лизных заводов, перераба­тывающих древесную цел­люлозу в спирт (сейчас часть из них также функционирует), целесообразным видится путь восстановления и переоборудования имеющихся мощностей в со­временные предприятия по производству данного вида моторного топлива [3]. При производстве целлюлозного биоэтанола сырьем могут являться не только стебли кукурузы, но и трава, опилки, кора деревьев, древесные непищевые остатки и т.д., при этом данный процесс никак не ущемляет интересы пищевой отрасли.

Целлюлоза - это углевод, из которого в основном состоят клеточные стенки растений, отличающийся чрезвычайно высокой устойчивостью к гидролизу и другим методам распада. Высвободить энергию этой биомассы можно путем конструирования специфических ферментов, необходимых для расщепления полисахарида целлюлозы на простейшие сахара. В настоящее время на всех уровнях (наука, опытные испытания, серийный выпуск) ведутся разработки технологий получения биоэтанола из перспективного целлюлозосодержащего сырья, однако его промышленное производство и по сей день остается  сложной инженерной проблемой [4].

В КГТУ на кафедре пищевой биотехнологии апробировано получение биоэтанола из красных морских водорослей Балтийского моря, разрабатывается технология этого продукта из пшеничной соломы путем ее комплексной переработки.
Литературa

1. 
   Аблаев А. Биотопливо  – мыслить за пределами нефтяной трубы /
   Российское Экспертное Обозрение. – 2007. – № 1-2. – С. 25-29.
   
2. 
   http://www.bioethanol.ru/ Статья РБА «Биоэтанол – два шага для России».
   
3. 
   Кирюшин П. Биоэтанол в России: возможности решения национальных стратегических задач // Международная биоэнергетика. – 2008. – С. 20-22.
   
4. 
   http://www.bioethanol.ru/second_generation/biomass/
   

GLOBAL TRENDS AND PROSPECTS OF BIOETHANOL PRODUCTION