Автор книги: Евгений Панцхава
Жанр: Прочая образовательная литература, Наука и Образование
сообщить о неприемлемом содержимом
Текущая страница: 15 (всего у книги 68 страниц) [доступный отрывок для чтения: 22 страниц]
В декабре 2007 года Университет Северной Дакоты и Центр Автомобильных Исследований Миннесоты (MnCAR) опубликовали результаты исследования энергоэффективности применения биоэтанола в автомобильном транспорте [12].
В исследовании принимали участие как обычные автомобили, так и автомобили с Flex-fuel двигателями. Исследовали смеси от 2 % до 85 % содержания этанола в бензине.
Рис. 7-16. Производство этилового спирта из гидролитзатов древесины, г. Тавда, Свердловская обл. РФ. [7-14].
Для обычных автомобилей наиболее оптимальной оказалась смесь 30. Потребление топлива снизилось на 1 % в сравнении с бензином. Результат получен на автомобилях Toyota Camry и Ford Fusion. Для flex-fuel автомобилей оптимальной оказалась смесь Е20. Потребление бензина снизилось на 15 %.
Результат получен на flex-fuel модели Chevrolet Impala.
В 2005 г. начали появляться исследования, в которых утверждалось, что этанол, производимый из кукурузы, имеет отрицательный энергетический баланс.
В 2006 г. в своём отчёте Департамент сельского хозяйства США (USDA) сообщил, что этанол имеет топливный баланс 1,24. То есть из этанола, произведённого из кукурузы, можно получить на 24 % энергии больше, чем было затрачено при производстве этанола.
В Бразилии багасса сахарного тростника используется в качестве топлива на электростанциях. Это позволяет увеличить топливный баланс этанола, производимого из сахарного тростника, до 8.
Топливный баланс этанола, производимого из целлюлозы может достигать 2.
Использование биоэтанола в качестве топлива позволяет снизить выбросы диоксида углерода, являющегося парниковым газом. Сокращение выбросов диоксида углерода при использовании биоэтанола зависит от используемого растительного сырья, климатической зоны и накладных расходов на его выращивание, транспорт и переработку, поскольку в этих процессах используется ископаемое топливо (агротехнические работы, сушка зерна при закладке на хранение, производство удобрений для восстановления плодородия почв, ректификация спирта и переработка отходов). Снижение выбросов CO2 при производстве этанола из зерна по состоянию на 2007 г. в США составляло в среднем 19 %, предполагается, что при модернизации спиртового производства и переводе его исключительно на природный газ возможно снижение выбросов углекислого газа на 28–32 %.
Максимальное снижение выбросов CO2 может быть достигнуто при производстве этанола из целлюлозосодержащих отходов (например, отходов лесной промышленности, 52 %) в качестве как источников целлюлозы, так и топлива в спиртовом производстве; теоретический максимум снижения выбросов – 82 %– может быть достигнут при производстве этанола из целлюлозной биомассы проса Panicum virgatum, однако такие производствав настоящее время (на 2011 г.) отсутствуют [7-12].
Главной проблемой производства биоэтанола из товарной сельско-хозяйственной продукции, в первую очередь из зерна, является сокращение доли земель, занятых под производство кормовых и пищевых культур и, как следствие, рост цен на продовольствие. Так, по оценкам бюджетного комитета Конгресса США, вклад роста использования зерна для производства этанола в повышении цен на продовольствие составил 35 %[7-12].
Содержащийся в этаноле кислород, позволяет более полно сжигать углеводороды топлива. 10 % содержание этанола в бензине позволяет сократить выхлопы аэрозольных частиц до 50 %, выбросы СО – на 30 %.
В 2006 году применение этанола в США позволило сократить выбросы около 8 млн тонн парниковых газов (в СО2 эквиваленте), что примерно равно годовым выхлопам 1,21 млн автомобилей.
В январе 2007 года, в своём ежегодном послании Конгрессу Дж. Буш предложил план «20 за 10». План предлагает сократить потребление бензина на 20 % за 10 лет, что позволит сократить потребление нефти на 10 %. 15 % бензина предполагается заменить биотопливом. 19 декабря 2007 года президент США Дж. Буш подписал закон о Энергетической независимости и безопасности (EISA, 2007). [7-12].
Этанол является менее «энергоплотным» источником энергии чем бензин; пробег машин, работающих на Е85 (смесь 85 % этанола и 15 % бензина; буква «Е» от английского Ethanol), на единицу объёма топлива составляет примерно 75 % от пробега стандартных машин. Обычные машины не могут работать на Е85, хотя двигатели внутреннего сгорания прекрасно работают на Е10 (некоторые источники утверждают, что можно использовать даже Е15). На «настоящем» этаноле могут работать только т. н. «Flex-Fuel» машины («гибкотопливные» машины). Эти автомобили также могут работать на обычном бензине (небольшая добавка этанола всё же требуется) или на произвольной смеси того и другого. Бразилия является лидером в производстве и использовании биоэтанола из сахарного тростника в качестве топлива. Автозаправки в Бразилии предлагают на выбор Е20 (или Е25) под видом обычного бензина, или «acool», азеотроп этанола (96 % С2Н5ОН и 4 % воды; выше концентрацию этанола невозможно получить путём обычной дистилляции). Пользуясь тем, что этанол дешевле бензина, недобросовестные заправщики разбавляют Е20 азеотропом, так что его концентрация может негласно доходить до 40 %. Переделать обычную машину в «flex-fuel» можно, но экономически нецелесообразно.
Критики применения этанола в качестве автомобильного топлива зачастую заявляют, что под плантации тростника часто вырубаются тропические леса Амазонки. Но сахарный тростник не растёт в бассейне Амазонки.
Более серьёзным является то, что при сгорании этанола в выхлопных газах двигателей появляются альдегиды (формальдегид и ацетальдегид), наносящие живым организмам не меньший ущерб, чем ароматические углеводороды. [15].
К 2022 году, автомобили должны сжигать до 106.7 млн. т биотоплива в год, что эквивалентно одной четверти США потребление бензина сегодня (2010). Производство этанола из кукурузы неуклонно растет от 8.85 млн. т в 2005 году до 35.8 млн. т в 2010 году. 10 % этанола смешивается с 90 % бензина Более высокая концентрация этанола может привести к повреждению двигателей. Конгресс планирует ограничить производство топливного этанола из кукурузы до 44.4 млн. т к 2015г
Эксперты США полагают, что в ближайшие годы будут разработаны промышленные технологии получения биоэтанола из целлюлозы – до 415 млн. т в год.
Однако основным тормозом развития этого направления являются высокие стоимости на этанол – до 120 $ за баррель по сравнению с 75$ за баррель нефти. [7-16].
Этанол в качестве моторного топлива наиболее широко используется в Бразилии, что обусловлено значительными возможностями его производства. Более 90 % автомобилей в стране работают на моторном топливе, содержащем этанол. В 1991 г. была принята программа, предусматривающая обязательное применение 5 % этанола в составе бензина. В 2000 г. содержание этанола было доведено до 20 %. В ближайшие годы этанол будет составлять в среднем около 24 % в топливном балансе страны. Бразилия является крупнейшим в мире производителем этанола (до 16,0 млн т в год). Практически весь этанол в Бразилии получают ферментацией сахарного тростника или черной патоки. Около 240 тыс. т топливного этанола Бразилия импортирует из других стран. Все это стало возможным благодаря национальной программе по широкомасштабному использованию этанола в качестве автомобильного топлива и субсидиям правительства, которые получили соответствующую финансовую поддержку Мирового банка. В последнее время Бразилия использует в качестве топлива смеси, в которых содержание этанола составляет уже 26 % в бензине и 3,3 % – в дизельном топливе.
Огромный опыт производства и использования биоэтанола накоплен США.
В 2006 г. США опередили Бразилию, произведя 18,5 млн т биоэтанола из кукурузы и сорго. Благодаря производству этанола США ежегодно экономят около 1,5 млрд долл. на импорте нефти, несмотря на то что стоимость этанола выше стоимости бензина.
В соответствии с Законом «О возобновляемых топливах для обеспечения энергетической безопасности США» содержание этанола в бензине должно быть увеличено с 1,3 до 5 %. При производстве бензина в количестве 380–400 млн т это потребует производства этанола на уровне 15–20 млн т. В США планируется утроить выработку этанола. По инициативе сената использование этанола должно быть доведено до 54,6 млн. т в год к 2010 г. до 68 млн. т-к 2015 г. и примернодо 168 млн. т-в 2020 г. Таким образом, этанол на 25 % заменит бензин, сейчас его доля в топливе для автомобилей составляет до 10 %. Из валового сбора кукурузы на производство этанола может быть направлено 25 % урожая. При использовании высококрахмалистых сортов кукурузы (при 70 % крахмала в зерне) из 1 т получают 0,38 т биоэтанола.
По экологическим соображениям и для замены нефтепродуктов производство и потребление этанола растет во многих странах мира. В 2005 г. оно составило около 45 млн м3, из них в США и Бразилии – по 36 %, в Азии – 15, в ЕС-б, в прочих – 7 %. Прогноз на 2010 г. составляет 90 млн м3, т. е. удвоение производства, из них ожидается в СШЛ -40 %, в Бразилии – 28, в Азии – 17, в ЕС – 9 %, в Африке – 1 % и в остальных– 5 %.
Национальные программы по производству и использованию биоэтанола действуют во многих странах. В 2005 г. производство этанола составило (млн т): в Китае – 3,8, в Индии – 1,7, во Франции – 0,9, в России – 0,75, в Германии – 0,43, в ЮАР – 0,39, в Великобритании – 0,35, в Испании – 0,3.
Бензин и этанол – мировые перспективы.[7-18]. Основные потребители биоэтанола и производители этанолового топлива.
Топливный этанол потребляется нефтеперерабатывающими и нефтехимическими предприятиями, занимающимися производством и реализацией автомобильного топлива в Европе.
Промышленные потребители этанола используют его в качестве сырья в следующих целях: 1. Производство этилового тетрабутилового эфира (ЭТБЭ) и дальнейшее смешивание добавки с бензиновым топливом. 2. Производство топливной смеси с 5-процентным содержанием этанола (Е-5). 3. Производство этанолового топлива с 85процентной концентрацией этанола (Е-85).
Большая часть этанола (90 %) потребляется нефтеперерабатывающими заводами, приспособленными под производство ЭТБЭ. В последние годы в связи с улучшением налогового режима растет интерес производителей к производству Е-5, однако объемы производства и реализации пока несущественны во всех странах, кроме Швеции, а потребление Е-85 наблюдается только в Швеции.
Поставки этанола на нефтеперерабатывающие мощности осуществляются в рамках стратегических соглашений о сотрудничестве и взаимопонимании, заключаемых между крупными нефтяными концернами и производителями биоэтанола. Условия подобных соглашений о сотрудничестве и взаимопонимании являются уникальными в каждом конкретном случае.
Если проследить географию расположения заводов по производству биоэтанола и ЭТБЭ, становится ясно, что производители топливного этанола стремятся строить заводы как можно ближе к нефтеперерабатывающим мощностям. Поскольку ввиду гидроскопичности этанол не может транспортироваться по трубопроводу, транспортировка и логистика являются болезненным моментом для европейских производителей этанола.
В последние несколько лет участились случаи совместного создания нефтеперерабатывающими предприятиями и производителями этанола промышленных объектов по производству ЭТБЭ из биоэтанола. В частности, такие соглашения существуют между французской компанией Total и финской Neste Oil. В Испании подобная система отношений существует с 2004 г. между ведущим производителем этанола Abengoa и крупнейшей испанской нефтеперерабатывающей компанией Cepsa.
Этаноловое топливо с 85-процентной концентрацией этанола (Е-85).
Производством и реализацией Е-85 в Швеции занимаются три крупнейших нефтяных концерна: OK-Q8, Preem и Statoil.
OK-Q8 представляет собой крупнейшую дистрибьюторскую сеть автомобильного топлива Швеции. Е-85 продается конечным потребителям на 176 из 308 АЗС компании. По собственным данным компании, в январе 2006 г. месячный объем реализации Е-85 составил 6,87 млн л, а за сентябрь 2006 г. – уже 16 млн. л.
Preem Petroleum AB – крупная нефтеперерабатывающая компания, на которую приходится около 75 % объемов нефтепереработки в Швеции и около 25 % – в Норвегии. В 1996–1997 гг. Preem приобрела нефтеперерабатывающий бизнес компании Jet's. Примерно половина продукции Preem Petroleum экспортируется по всему миру.
Компания располагает также двумя нефтеперерабатывающими заводами в Финляндии в Готенборге (Gothenburg) и Лисекиле (Lysekil), а также 500 АЗС на территории стран ЕС. За 9 месяцев 2006 г., по собственным данным Preem, на принадлежащих ей АЗС в Швеции было реализовано 580 млн литров Е-85.
Statoil – норвежская нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая компания. По собственным данным компании, Statoil не производит ЭТБЭ и бензиновые смеси с содержанием этанола на собственных мощностях, однако достаточно активно занимается дистрибьюцией топливного этанола и смесей через свою заправочную сеть.
Этиловый тетра-бутиловый эфир (ЭТБЭ).
Этил-трет-бутиловый эфир (ЭТБЭ) – бесцветная, прозрачная, подвижная, легковоспламеняющаяся жидкость с эфирным запахом.
Практически не растворим в воде, но образует с ней азеотропную смесь. Смешивается со многими органическими растворителями, в том числе с алифатическими и ароматическими углеводородами, этанолом, метанолом, диэтиловым эфиром, хлороформом, четыреххлористым углеродом.
Рис. 7-17. Структурная формула Этил-тетра-бутилового эфира.
Mr 102.18; bp 73 °C; mp -97 °C; d 0.742 g/cm3; nd20 1.3756;
Крупнейшим производителем ЭТБЭ в ЕС является французская компания Total. Total – фактически единственный производитель ЭТБЭ во Франции и основной промышленный потребитель этанола во Франции.
Переработка этанола осуществляется на трех заводах компании в Дюнкерке, Фезине и Гонфревилле. Впервые производство ЭТБЭ было начато компанией в Фезине в 1993 г. Несколько позже Total заключила соглашение с Французской Национальной Ассоциацией производителей пшеницы и Французской Конфедерацией производителей сахарной свеклы о создании двух совместных компаний, которые займутся созданием и управлением линий по переработке этанола в ЭТБЭ на базе нефтеперерабатывающих мощностей Total в Дюнкерке и Гавре.
По данным компании Total, в 2004 г. совокупный объем производства ЭТБЭ на трех ее заводах составил 190 тыс. метрических т. Поставки этанола на перерабатывающие мощности Total осуществляют преимущественно французские компании Tereos, Cristal Union и SLS.
В конце 2005 г. компании Total и финская нефтеперерабатывающая компания Neste Oil подписали соглашение о взаимопонимании, которое касается перспектив сотрудничества в рамках проекта строительства во Франции нового завода по производству биотоплива (как биоэтанола, так и биодизельного топлива) первого и второго поколения. Neste Oil удалось собственными силами разработать и протестировать уникальную (на сегодняшний день) технологию производства биотоплива из древесных отходов.
Хотя подробности сделки не разглашаются, очевидно, что Neste Oil предоставит для проекта, прежде всего, свои технологии, а Total обеспечит сбыт готового топлива.
Немецкая нефтеперерабатывающая компания PCK Schwedt является одним из основных потребителей этанола как на внутреннем рынке Германии, так и в международной торговле этанолом. В 2004 г. объем производства ЭТБЭ компании PCK Schwedt составил 80 тыс. метрических тонн (информация компании). До введения в 2005 г. в эксплуатацию новых мощностей в Германии PCK Schwedt импортировала большую часть этанола из других стран ЕС.
Капитал PCK Schwedt практически поделен между компаниями Agip, Total, Shell и BP через цепь дочерних компаний Ruhr Gmbh (акционер BP), Shell Deut-schland Oil Gmbh и AET-Raffineriebeteili-gungsgesellschaft (акционеры Agip, Total и ENI). PCK Schwedt ежегодно перерабатывает около 10,5 млн т сырой нефти, большая часть которой импортируется из России.
Австрийская компания OMV AG является лидером в области нефте– и газодобычи и переработки в странах Центральной Европы. OMV AG принадлежат 35 % в капитале Borealis A/S, 10 % – в Hungarian MOL Group, 51 % – в Petrom SA, которая является лидером на рынке Румынии, 45 % – в Bayernoil Raffineriege-sellschaft mbh и пр. OMV AG представляет собой диверсифицированную в географическом и продуктовом аспекте холдинговую группу.
Фактически группа OMV AG контролирует нефтедобычу и нефтепереработку в Венгрии, Румынии, а также в Словакии. Дочерней компании Petrom SA принадлежит контрольный пакет в словацкой компании Slovnafta MOL.
Neste Oil – финская нефтеперерабатывающая компания, располагающая двумя заводами в Финляндии в Пурву и Наантали, а также одним заводом в Португалии в Синесе. ЭТБЭ производится компанией в Пурву и Синесе.
Совокупная производственная мощность завода в Пурву составляет 9,8 млн т условного топлива, линии по производству ЭТБЭ – 112 тыс. т в год. Производство ЭТБЭ было начато Neste Oil в Пурву в 2004 г.
Завод в Португалии был построен в 1992 г. для производства МТБЭ, а в начале 2005 г. был адаптирован для производства ЭТБЭ. Годовая мощность линии по производству ЭТБЭ – 50 тыс. т.
По сведениям Национального доклада Финляндии за 2005 г., Neste Oil импортирует этанол, в основном, из Бразилии, переработка этанола в ЭТБЭ и смешивание ЭТБЭ с бензиновым топливом осуществляются в Финляндии. Конечный продукт затем вновь экспортируется, причем большая часть приходится на страны Скандинавии и Балтии.
Крупным потребителем топливного этанола в Европе является американская химическая компания Lyondell. Штаб-квартира Европейского подразделения находится в Роттердаме, Нидерланды. Компания располагает производственными мощностями во Франции (Фосс-сюр-Мер, Гавр, Понт-де-Кле), в Нидерландах (Ботлек, Маасвлакте), в Великобритании (Стеллинборо), однако оценить хоть сколько-нибудь точно объемы производства ЭТБЭ и величину спроса на топливный этанол не представляется возможным, т. к. Lyondell, являясь одним из крупнейших химических концернов мира, имеет огромную продуктовую линейку и предъявляет спрос на этанол не только для производства обогащающих добавок к бензину, но и для производства иных химических товаров.
В Испании основным производителем ЭТБЭ является компания Cepsa, которой, как уже упоминалось выше, принадлежит совместно с Abengoa Energia завод по производству ЭТБЭ ETBE Huelva. В 2004 г. на заводе было произведено 22,5 млн. литров ЭТБЭ, в 2005 г. – 43,5 млн литров.
Cepsa принадлежит также еще один нефтеперерабатывающий завод в Сан-Роке (Кадис), на котором производственная линия, предназначенная для производства МТБЭ, была перепрофилирована на производство ЭТБЭ еще в 2002 г. Таким образом, Cepsa располагает двумя заводами, снабжение обоих этанолом осуществляет Abengoa Energia.
В рамках группы Cepsa управление мощностями в Кадисе и Уэльве осуществляет компания Petrocepsa.
В Литве, по данным национальных докладов за 2004 и 2005 гг., нефтеперерабатывающая компания AB Mazeiku Nafta в 2004–2005 гг. переоборудовала свои мощности для производства ЭТБЭ, однако объемы производства совсем невелики. Кроме того, на литовском рынке AB Mazeiku Nafta сталкивается с конкуренцией со стороны Neste Oil и других скандинавских компаний.
Снабжение компании этанолом осуществляет завод компаний AB Stumbras – Biofuture в Силюте, а также экспортеры из других стран ЕС.
Mazeiku Nafta была частично приватизирована в 1998 г. В сентябре 2002 г. 53,7 % компании приобрела компания Yukos Finance B.V. – дочернее предприятие российской нефтедобывающей компании "Юкос", 40,66 % акций являются государственной собственностью и управляются Министерством экономики Литвы.
Интересно отметить, что в Великобритании единственным дистрибутором автомобильного топлива с содержанием этанола (до 5 %) является корпорация Tesco – одна из крупнейших сетей розничной торговли в мире. Топливо типа Е-5 продается на 185 АЗС, принадлежащих Tesco и расположенных на юго-востоке и северо-западе Англии. Торговая марка топлива – Tesco 99 Octane. Однако, Tesco не является производителем этанолосодержащего топлива. Снабжение АЗС компании осуществляет Greenergy Fuels Ltd, 25 % капитала которой принадлежат Tesco.
Greenergy Fuels Ltd занимается нефтепереработкой, и на компанию приходится около 50 % британского рынка биотоплива и около 6,5 % рынка автомобильного топлива. Помимо производства смесей Е-5 Greenergy Fuels активно работает на рынке биодизельного топлива.
Некоторые объемы производства ЭТБЭ имеют и крупнейшие европейские нефтедобывающие и нефтеперерабатывающие компании BP, Shell, Conoco и американская ExxonMobil, однако, в отличие от Total, эти компании достаточно скромно оценивают перспективы развития рынка биотоплива. В своих стратегических планах все крупнейшие нефтяные компании Европы определили биотопливо как один из будущих приоритетов, а BP даже предполагает инвестировать около 500 млн евро в течение ближайших 10 лет в создание научно-исследовательского института, который будет заниматься разработкой био-технологий в области энергетики, и около 8 млрд евро в собственное подразделение, связанное с биотопливом, – BP Alternative Energy. На практике в настоящее время компании ограничиваются участием в капитале специализированных предприятий по производству ЭТБЭ или временными проектами.
PS. Финская компания St1 Oy объявила о покупке норвежской и шведской сетей АЗС, принадлежащих норвежскому концерну StatoilHydro. Как заявил директор-распорядитель компании St1, данная сделка поможет продвижению в этом регионе проекта по биоэтанолу. Компания ппроизводит этанол из отходов пищевой промышленности и намерена продавать его на своих станциях в Норвегии и Швеции. В самой Финляндии у St1 имеется 400 АЗС и три завода по производству топлива Refuel RE85, состоящего на 80…85 % из биоэтанола. Аналогичные заводы St1 намерена построить и в Швеции.
Правообладателям!
Данное произведение размещено по согласованию с ООО "ЛитРес" (20% исходного текста). Если размещение книги нарушает чьи-либо права, то сообщите об этом.Читателям!
Оплатили, но не знаете что делать дальше?
