США. Установка, на которой их ученые исследуют возможности производства биотоплива из водорослей
Скоро исполнится год, как премьер Юлия Тимошенко пообещала: в Украине развернется программа по обеспечению страны биологическим топливом собственного производства. Причем речь шла не о набившем оскомину биогазе из экскрементов (по мнению специалистов, его широкое использование довольно проблематично из-за нестабильности химического состава — смотрите ЗДЕСЬ), а о совершенно новом явлении: биотопливе для автомобилей, которое вырабатывают водоросли. "Они растут в трубах и даже не прикасаются к земле. В настоящий момент все это поднимаем и ставим, во-первых, на экспериментальную базу, а во-вторых, на промышленное производство Стоимость дизельного горючего из водорослей будет в пределах 2 гривен, бензина — 3 гривен, а его качество намного лучше, чем у того, которое изготовляется из нефтепродуктов", — объяснила премьер.
Сегодня разыскала эти таинственные водоросли, и ученых, которые их выращивают: в Киеве в Институте ботаники им. М. Г. Холодного НАН Украины. Увы, оказалось, что пока нигде в мире нет промышленного производства топлива из таких водорослей и неизвестно, когда это будет. При этом за рубежом в подобные разработки вкладывают сотни миллионов долларов, у нас — копейки.
БОТРИОКОККУСЫ. Откроем тайну: живые производители биотоплива называются "Ботриококкус броунии". "Это — уникальные одноклеточные водоросли размером в 5 микрон (0,005 мм) и весом около 1 мг (0,001 г), которые в процессе роста накапливают в себе не жирные кислоты, как другие растения: рапс, подсолнечник, водоросли хлорелла (именно такие кислоты являются сырьем для биодизельного топлива), а нефтеподобные соединения — длинноцепочечные углеводороды. Фактически это — биологическая нефть, которая не нуждается в дальнейшей обработке для получения из нее топлива, но если ее подвергнуть крекингу (переработке на НПЗ), как ископаемую нефть, длинные цепочки углеводородов от высокой температуры порвутся на более короткие и получится бензин и дизтопливо, — рассказывает замдиректора по науке Института ботаники доктор биологических наук Елена Золотарева. — В ботриококкусе бионефть накапливается внутри клеток (их хорошо видно в обычный микроскоп) в виде капель и при несильном нажатии легко выделяется из них во внеклеточное пространство, причем сухая масса каждой клетки содержит до 70% углеводородов. Именно поэтому ботриококкус рассматривается как один из наиболее интересных живых объектов для выработки горючего. Однако есть серьезная проблема. Водоросль одноклеточная, но колониальная: растет не отдельными клеточками, а слипается в большие конгломераты. В результате клеткам, находящимся внутри этого "комка", не хватает света и они плохо развиваются. К тому же, хорошие штаммы очень дорогие: небольшая пробирка стоит сотни тысяч долларов. Проблема выращивания ботриококкуса в промышленных масштабах не решена и говорить о регулярном получении крупных объемов топлива из него прямо завтра нельзя, да и цена его сейчас будет отнюдь не 3 гривни за литр, а на порядок больше".
А вот биодизель — продукт, вырабатываемый из растительных масел и смешиваемый с дизельным топливом в пропорции от 5 до 30% (без переделки двигателя), действительно намного выгоднее производить из обычной хлореллы, которая живет в наших реках и озерах, чем даже из рапса или подсолнечника. "Подсолнечник дает 800 кг масла с гектара,рапс — тонну, масличная пальма (у нас она не растет) — 5 тонн, а микроводоросли — 79,3 тонны (!) с гектара, или почти в 80 раз больше, чем рапс и в 100 раз больше, чем подсолнух", — говорит профессор Золотарева.
Прекрасный результат, но есть масса технологических проблем, признает она: например, необходимо ночью подогревать воду в водоемах с водорослями. В южных штатах США — Калифорния, Нью-Мексико, Гавайи в течение 6 лет проводили эксперименты по промышленному выращиванию хлореллы в открытых водоемах площадью 1000 кв. м (0,1 га). Удалось добиться прироста до 50 г биомассы с 1 кв. м в день или до 50 кг с 0,1 га. Это значит, что 2 миллиона таких прудов (0,1% земель в США, пригодных для выращивания водорослей) могли бы давать топлива для 5% американских автомобилей, но пока до промышленной переработки в США дело не дошло — нужно вложить миллиарды долларов.
Подручные средства. Так исследуют водоросли украинские ученые
НАШ РАПС ИДЕТ ЗА ГРАНИЦУ. Для Украины расчеты показывают: чтобы топливо из хлореллы было дешевле, чем из нефти, водоросли также надо выращивать в открытых водоемах, под солнечным светом, дабы не тратить на освещение электроэнергию. К сожалению, в наших широтах это возможно только в Крыму, и то зимой хлорелла будет расти очень медленно. Поэтому в Украине рапс и подсолнечник по-прежнему являются самым распространенным сырьем для производства биодизеля, несмотря на то, что они сильно истощают почву. В основном его экспортируют в Германию: немцы платят украинским фермерам хорошие по нашим меркам деньги — до 1200 грн. за тонну, это больше на 20%, чем за тонну продовольственной пшеницы 3 класса, выращивать которую намного дороже, чем рапс. В прошлом году его экспортировали около 700 тыс. т.
А КАК У НИХ: ВПЕРЕДИ НЕМЦЫ, ПОЗАДИ РОССИЯНЕ
Идея перевести автомобильные двигатели на биотопливо: этанол (заменитель бензина) и биодизель возникла почти полвека назад. Наиболее продвинулась в этом направлении Бразилия, где более 30% автомобилей ездит на смеси этанола с бензином. В качестве сырья используется сахарный тростник, которого в Бразилии выращивают столько, что за год из него получают более 6 млрд. л этанола, из которых треть (2,2 млрд. л) идет на получение смеси безводного этанола с бензином (все автомобили Украины в год потребляют до 7 млрд. л бензина).
Стоимость литра этанола в Бразилии — около $0,5, что почти вдвое дешевле, чем бензин, хотя при использовании биотоплива возникают определенные проблемы, требующие доработки двигателя (см. на соседней странице). Кстати, в Бразилии уже не пользуются спросом обычные машины, а покупаются только те, которые могут ездить на любой смеси этанола и бензина. Но эта страна — исключение именно потому, что у них много дешевого сырья и теплый климат, в котором моторы на этаноле хорошо работают.
В США, занимающих второе место в мире по использованию биоэтанола, получаемого из зерновых, примерно половина бензина продается с добавкой 10% биоэтанола. В Европе доля биотоплива составляет 2—3%. при цене около $600 за тонну, что сопоставимо со стоимостью тонны бензина. Основной упор в Старом Свете сделан не на этанол, а на биодизель. Впереди Германия, где его вырабатывают в основном из рапса около 3 млн. т в год, далее идут Италия и Франция — до 1 млн. т и Британия — до 500 тыс. т., еще 12 стран Европы дают все вместе около миллиона тонн ежегодно.
На территории СНГ первым начал производить биоэтанол Казахстан — в 2006 г. там был запущен завод мощностью 57 тыс. т биоэтанола в год, на что уходит 220 тыс. т. пшеницы в год. Для обеспечения завода сырьем компания пробрела 200 тыс. га земли и планирует открыть еще 3 таких 3 предприятия. В России, как известно, богатой нефтью, рынок биотоплива практически не развит.
В ЕВРОПЕ БИОТОПЛИВО ВНЕДРЯЮТ "ДОБРОВОЛЬНО-ПРИНУДИТЕЛЬНО"
Несмотря на все преимущества водорослей, но из-за технологических трудностей при производстве из них биотоплива, пока наиболее реальным является традиционное сырье: это спирт для биоэтанола (его смешивают с бензином в пропорции от 6% до 85% спирта) и растительные масла для биодизеля (от 5 до 30% биодизеля, остальное — так называемый петродизель (от петролеум — нефть). Плюс добавляют специальные весьма дорогие химические присадки, стабилизирующие состав топлива.
Что касается использования спирта и биодизеля в чистом виде, то это, по мнению ученых, невозможно без существенного изменения конструкции двигателей внутреннего сгорания: например, замены дешевых алюминиевых, пластиковых и резиновых деталей на нержавеющую сталь, что существенно (до 5—6%) увеличит стоимость автомобиля.
Но даже если производители автомобилей и согласятся на такие издержки, это не значит, что потребители массово перейдут с бензина и солярки на биотопливо. В Европе (да и в Украине), в отличие от Бразилии, нет избытка сахарного тростника и другого сырья, которое можно было бы переработать на спирт и наоборот, достаточно традиционных нефтепродуктов. Причем стоимость их не намного выше, чем у биотоплива, поэтому частник не особо заинтересован "искать от добра добра", переходя со старого доброго бензина на неизвестный ему продукт, преимущества которого выглядят весьма сомнительными, несмотря на рекламу. "Если что-то случится с моей машиной из-за этого биотоплива, ремонтировать ее придется мне, а не тем, кто призывает беречь природу", — размышляет большинство автовладельцев — и заправляются бензином.
Поэтому на Западе внедрение экологически чистого топлива происходит "добровольно—принудительно", на государственном уровне: в основном в общественном транспорте — муниципальных автобусах, такси, автомобилях скорой помощи, пожарных, машинах, которые вывозят мусор и т. д. Страны, входящие в Евросоюз, обязаны к 2010 г. заменить биотопливом 5,75% потребляемых ими нефтепродуктов (сейчас процент вдвое меньше).
"Пока украинцам предлагают заливать в бак неизвестно что, изготовленное не только не по европейским, но даже не по отечественным стандартам. В настоящее время есть около десятка технических условий на всевозможные спиртовые и эфирные смеси, которые с большой натяжкой можно назвать аналогами европейских Е85 (85% спирта, до 15% бензина и 1% присадок) и В30 (30% биодизеля, 70% петродизеля)", — говорит замдиректора Научно-технического центра "Психея" Геннадий Рябцев. Кстати, по подсчетам г-на Рябцева, биодизель на наших АЗС должен стоить не более 4,90 грн./л, биобензин — 5,25 грн/л. Для сравнения ДТ — 530—5,40 грн./л, А-95 — 5,80—6,00 грн.
"УЖЕ ПРИ ПЛЮС 15-ТИ МОТОР НЕ ЗАВЕДЕШЬ"
Евгений Полункин. Ученый считает, что биотопливо — не панацея
"Эксплуатация авто на биоэтаноле выявила не только его достоинства, но и недостатки, — "говорит завотделом гомогенного катализа и присадок к нефтепродуктам Института биоорганической химии и нефтехимии НАН Украины Евгений Полункин. — Назову основные.
Если спирта в топливной смеси много, он вызывает коррозию алюминиевых сплавов, из которых сделаны топливные насосы большинства автомобилей. Через 8—10 тыс. км насос надо менять, а стоит он у хорошей иномарки до 1000 евро.
Спирт хорошо обезжиривает любые поверхности, но для цилиндров двигателей это очень плохо: спирт смывает масло со стенок цилиндров, из-за чего снижается в 7—8 раз величина так называемой точки задира, при которой резко возрастает трение между поршнем и цилиндром, двигатель начинает интенсивно разрушаться. Чтобы этого избежать, надо добавлять специальные присадки с высоком содержанием антиоксидантов (антиокислителей), которые стоят достаточно дорого, а это повышает цену биотоплива.
У биоэтанола низкое давление насыщенных паров, поэтому двигатель в холодную погоду (ниже +15 градусов) может вообще не завестись. В Бразилии и в Европе с этим борются, запуская двигатель бензином из дополнительного бачка и вводя присадку — изопентан, повышающую давление насыщенных паров в цилиндре.
Когда спирта в бензине мало (до 6%), он при низких температурах соединяется с водой и, взаимодействуя с углеводородами, содержащимися в бензине, расслаивается, образуя желеобразную смесь, которая забивает трубопроводы, подающие топливо в цилиндры двигателя. Это устраняется добавлением спецприсадок, но нужно точно выдерживать технологию.
Что касается биодизеля, то он намного менее капризный и в пропорции до 30% не вызывает никаких проблем в работе дизельных двигателей".
Директор НИИ "МАСМА" (Киев) Олег Швидкый уверен, что при соблюдении технологии производства биоэтанола (речь о содержащем до 60% спирта и 40% бензина), автомобилю такое горючее абсолютно не вредит, ведь оно отвечает стандарту "Евро-4" для бензина. "Наши исследования показали: никакого осадка ни в двигателе, ни в бензобаке, ни в фильтрах топливной системы не наблюдается", — утверждает Швидкый.
В то же время, один из специалистов СТО корпорации "Укравто" припомнил, что в середине 90-х гг. ему приходилось ремонтировать легковой автомобиль, который ездил на так называемом "бензине моторном смесевом", содержащем 6% спирта. "Трубопроводы бензина были полностью забиты желеобразной массой, пришлось их чистить и менять топливный насос", — рассказал нам мастер.
Независимый автоэксперт Владислав Бовсуновский добавил, что у спирта температура горения отличается от параметров бензина, из-за чего могут возникнуть проблемы с долговечностью моторов. Так, если двигатель не приспособлен к работе на альтернативном топливе, спирт может разъесть прокладку между головкой блока цилиндров и самим блоком. Тогда газы пойдут в систему охлаждения, двигатель закипит либо начнутся процессы кавитации, что приведет к преждевременному капремонту. Есть, по мнению г-на Бовсуновского, недостатки и у биодизеля: надо регулярно (примерно раз в месяц) очищать химическими добавками топливный бак от развивающихся в топливе бактерий и органических остатков, промывать от них же топливопроводы. Кроме того, необходимы специально предназначенные для работы с биодизелем топливные фильтры. "В Европе для работы с биодизелем выпускают грузовики в специальной комплектации, топливная система и двигатель которых учитывают особенности вида топлива. В Украине же таких грузовиков не делают и делать не собираются. У нас есть лишь единичные экзепляры таких машин, завезенные из Европы в качестве секонд-хенда", – добавляет эксперт.
Увеличенную графику смотрите ЗДЕСЬ
УКРАИНСКИЙ СПИРТ: НЕ В БУТЫЛКИ, А В БЕНЗОБАКИ
С февраля нынешнего года в Украине возобновлено производство биотоплива на основе этилового спирта. Причем отечественные спиртовики готовы буквально залить отечественный рынок моторным топливом под маркой БИО-100, в котором содержится 60% этанола. Глава концерна "Укрспирт", являющегося монополистом по выпуску "огненной воды", Иван Яковец считает, что на производство водки и других ликеро-водочных изделий должно идти не более 15% всего производимого в стране спирта (до 2 млрд литров в год), а остальное — в бензобаки. Учитывая, что сырья для производства спирта у нас достаточно (зерно, сахарная свекла), это позволит заменить биотопливом более половины импортируемого бензина (сейчас соотношение импорта и собственного производства бензина — 50:50 из потребляемых 7 млн. т в год).
Увы, пока биотоплива выпускают намного меньше — единственное госпредприятие "Лохвицкий спиртовый комбинат" дает в сутки компонентов для выпуска 80 тонн бензина БИО-100, это значит, что за год (спиртзаводы работают 300 дней в году и 2 месяца на профилактике) Лохвица может дать 24 тыс. т, это даже не капля в море. Но, как рассказал нам руководитель пресс-службы концерна "Укрспирт" Эльдар Салямов, в ближайшее время задействуют еще 4 спиртзавода и через 2—3 года концерн планирует выйти на 200 тысяч тонн биотоплива в год. Планируется, что им будут заправляться грузовики (в основном в аграрном секторе) и другая сельхозтехника, работающая на бензине.
"По заключениям специалистов АН Украины, БИО-100 идеально подходит для современных автомобилей с инжекторной (у старых авто — карбюраторы) системой подачи топлива, при этом мощность и расход топлива такой же, как у работающих на бензине, а выбрасываемых в атмосферу вредных веществ, прежде всего бензопирена (он вызывает рак) на порядок меньше, чем у бензина", — убеждает Талятов.
В этой связи стоит вспомнить, что в 2007 г. БИО-100 уже вырабатывался на Лохвицком спирткомбинате и продавался на заправках в Киевской, Одесской, Днепропетровской и Черновицкой областях некой частной структурой по цене, примерно равной стоимости бензина А-95 (тогда это было 3,6—4,0 грн./л), но в рекламе утверждалось, что он соответствует А-98 (около 5 грн./л). Автомобилисты встретили новинку настороженно: владельцы дорогих иномарок, ездящих на А-98, предпочитали не рисковать и заправлялись традиционной "горючкой". Свою роль сыграли и публикации в прессе (возможно, оплаченные нефтетрейдерами, не желающими терпеть конкурентов), в которых утверждалось, что БИО-100 не соответствует заявленным характеристикам, а влияние его на топливную систему и двигатель автомобиля до конца не изучено. В результате проект потерпел фиаско.