10 растений, из которых Украина может производить топливо

Химик, менеджер по развитию компании Innovative Fuel Solutions
10 растений, из которых Украина может производить топливо

Украинские аграрии уже выращивают культуры, пригодные для производства биоэтанола и биодизеля. Как использовать весь потенциал таких растений?

Пока Tesla во главе с Илоном Маском наращивает производство электрокаров, двигатели внутреннего сгорания удерживают свои позиции. Для работы им, как и раньше, нужно топливо.

Обычно горючее изготавливают из нефтепродуктов. Но есть альтернатива: биоэтанол и биодизель, сырьем для которых служат растения. Это возобновляемые источники энергии, к тому же производят их из сырья, которое буквально растет у нас под ногами.

В Украине есть все предпосылки для производства экотоплива. Во-первых, у нас аграрная страна с большими объемами выращивания культур для пищевых нужд. По данным Государственной службы статистики, в 2017 г. под зерновые и зернобобовые культуры было отведено 14,6 млн га земель, под технические — 9,16 млн га, под кормовые — 1,8 млн га.

Во-вторых, Украина энергетически зависима: мы импортируем бензин, дизель, газ, ядерное топливо и даже уголь. Своих энергетических ресурсов нам не хватает, чтобы удовлетворить внутренние потребности.

Итак, вместо того чтобы лишь экспортировать растительные продукты, можно было бы изготавливать альтернативные виды жидкого топлива — как на экспорт, так и для потребления на внутреннем рынке. Именно так поступают европейские страны, импортирующие растительные масла и перерабатывающие импортные продукты в биотопливо. Внешнеэкономическая служба сельхоздепартамента США посчитала, что более 5% всего топлива, которое ЕС использует в транспортной сфере, — это биотопливо. Согласно директиве о возобновляемых источниках энергии 2009/28/EC, к 2020 г. доля возобновляемого топлива в транспортной сфере каждой страны ЕС должна составить не менее 10%. Следовательно, США видят рост спроса на жидкое биотопливо и потенциал для его экспорта в Европу.

В Украине производство альтернативного жидкого топлива фактически отсутствует. Работают лишь мини-производства для удовлетворения собственных нужд. Но мы делаем первые шаги на законодательном уровне для развития внутреннего производства биотоплива. В Верховной раде находится законопроект № 7348, который должен улучшить ситуацию с изготовлением возобновляемого топлива. В апреле этого года в парламенте также появился проект постановления о принятии этого законопроекта за основу.

«Дом инноваций» разобрался, какие растения по своим свойствам оптимальны для производства биотоплива. Большинство из них уже растет в Украине.

Рапс

10-rastenij-iz-kotoryh-ukraina-mozhet-proizvodit-toplivo

Люди веками используют рапсовое масло для приготовления пищи и освещения своих домов. Сегодня рапс превратился в полноценное сырье для производства биодизеля, особенно в Европе. Поэтому неудивительно, что в Украине с ее плодородными почвами, достаточным количеством осадков и умеренным климатом рапс довольно популярен и занимает 789 100 га (2017). При этом он отлично подходит для производства экологического топлива. Более того: масло из этого растения имеет почти идеальный жирнокислотный состав для изготовления качественного биодизеля. Высокая урожайность рапса позволяет поддерживать рентабельность его выращивания, а также производства рапсового масла, которое непосредственно превращается в биодизельное топливо. Биодизель, изготовленный из рапса, очень эффективен, особенно для тяжелой техники, и фермерские хозяйства могут его производить сами для себя.

Подсолнечник

10-rastenij-iz-kotoryh-ukraina-mozhet-proizvodit-toplivo

Подсолнечник выращивают в основном для пищевых нужд. Это и масло, и семена, которые содержат витамины и много питательных веществ. Подсолнечник может быть выращен в различных грунтовых условиях, но дает наибольшие урожаи в хорошо дренированных почвах с высоким содержанием влаги. Хоть и меньше, чем рапс, но он также истощает плодородные земли. Поэтому использование этого растения для производства горючего долго было неинтересным. Однако подсолнечное масло — это прекрасное сырье для изготовления биодизельного топлива, оно фактически имеет такой же качественный состав, как и рапсовое.

Украина — ведущий мировой экспортер подсолнечного масла. Учитывая высокие показатели экспорта масел (как подсолнечного, так и рапсового) и то, что производство биодизеля не требует сложного оборудования, целесообразно было бы использовать современные технологии изготовления такого топлива в нашей стране. Ведь в Европе из украинского масла уже производят биодизель с неплохой рентабельностью. Кроме того, подсолнечное топливо экологичнее дизеля нефтяного происхождения, поскольку выделяет меньше монооксида углерода при сгорании в двигателе.

Соя

10-rastenij-iz-kotoryh-ukraina-mozhet-proizvodit-toplivo

По площади посевов соя опережает другие масличные культуры в США, позволяя изготовлять огромное количество соевого масла. Неудивительно, что Соединенные Штаты стали крупнейшим в мире производителем соевого масла — свыше 10 млн т в год. Это делает сою доступным сырьем для изготовления биотоплива. Соя — основная культура в большей части Северной Америки, Южной Америки и Азии.

В 2017 г. посевные площади сои в Украине составили почти 2 млн га, что делает эту культуру перспективной в нашей стране для получения биотоплива. Само растение содержит сравнительно немного масла — до 20%, тогда как рапс и подсолнечник могут содержать более 40%. Но это не мешает успешно использовать сою как один из основных источников для производства биодизельного горючего.

Ятрофа

10-rastenij-iz-kotoryh-ukraina-mozhet-proizvodit-toplivo

Возможно, вы никогда не слышали о ятрофе, но в последние годы популярность этого растения бешеными темпами растет среди производителей биодизельного горючего. Ятрофа — тропический кустарник, ядовитый для людей и скота, но самое важное, что семена вида Jatropha curcas содержат до 40% масла. Растение, продолжительность жизни которого может достигать нескольких десятилетий, быстро растет и дает урожай даже на землях, пострадавших от засухи или вредителей. Но несмотря на такую ​​неприхотливость, для получения максимального количества масла все же нужны плодородная почва и периодическое орошение.

Крупнейшие производители ятрофы — Индия и страны Африки. Сегодня индийская биодизельная промышленность рассматривает это растение как едва ли не главный ресурс для изготовления экотоплива, при этом используются земли, непригодные для выращивания пищевых культур. В то же время ученые продолжают выводить лучшие сорта, с большей урожайностью, а ряд африканских стран финансирует такие исследования, поскольку связывает свою будущую энергетическую независимость именно с ятрофой.

Пшеница

10-rastenij-iz-kotoryh-ukraina-mozhet-proizvodit-toplivo

Пшеница — широко известная культура, особенно в Украине. Прежде всего она ассоциируется у нас с душистым и вкусным испеченным хлебом. Также пшеница является одним из многих растений, из которых можно получить этиловый спирт. И не только для производства водки, а и для работы бензиновых моторов. Конечно, использовать чистый этиловый спирт как полноценное топливо для двигателей внутреннего сгорания пока нельзя. Но это и не нужно, потому что этиловый спирт можно добавлять к обычному бензину, с которым он прекрасно смешивается и образует композицию со свойствами полноценного бензина, например, марки А95.

Биоэтанол получают в результате спиртового брожения с последующей ректификацией. В отличие от пищевого спирта, топливный биоэтанол почти не содержит воды (менее 0,1%). Основную его массу составляет этиловый спирт с незначительным количеством других спиртов (например, метилового), что делает его непригодным для пищевого применения, но эффективным в топливных смесях для автомобильных двигателей.

Кукуруза

10-rastenij-iz-kotoryh-ukraina-mozhet-proizvodit-toplivo

Альтернативой пшенице как сырью для получения этанола считается кукуруза. Это одна из древнейших культур, которую выращивали племена майя и ацтеков в Центральной Америке для своих пищевых нужд. С тех пор кукуруза широко распространилась в Северной Америке. Сегодня основным производителем кукурузы в мире стали США с объемом более 350 млн т в год. Поэтому неудивительно, что технологии производства этанола из кукурузы в Соединенных Штатах играют важную роль и отрасль постоянно развивается.

Для получения спирта в процессе брожения используют лишь зерна кукурузы, потому что это выходит дешевле, чем использование всего растения. Ведь в стеблях и листьях кукурузы содержится целлюлоза, которую труднее и дороже превратить в этиловый спирт. Однако исследователи пытаются сделать этот процесс более экономичным. Ученые из Университета штата Мичиган (США) вывели штамм кукурузы с особыми ферментами, облегчающими превращение целлюлозы в сахар, из которого затем получают этанол. По словам исследователей, их достижение удешевит производство этанола из растительных отходов и сделает его менее трудоемким.

Свекла

10-rastenij-iz-kotoryh-ukraina-mozhet-proizvodit-toplivo

Сахарная свекла более пригодна для производства этанола, чем кукуруза. Свекла не так чувствительна к климату и требует меньше воды и посевных площадей для выращивания. Кроме того, важное преимущество изготовления этанола из свеклы — простота обработки корнеплодов. Чтобы получить этанол, скажем, из кукурузы, надо сначала расщепить крахмал до сахара, а с сахарной свеклой такая стадия не нужна. Это снижает себестоимость производства этанола. Кроме того, в ходе переработки свеклы в сахар и этанол она дает мало отходов, поскольку значительную часть исходного сырья можно превратить в топливо и удобрения.

За прошлый год Украина переработала в сахар более 14 млн т свеклы. При этом внутренние потребности в сахаре полностью удовлетворяются. То есть имеются реальные перспективы переработки сахара в этиловый спирт, который можно будет использовать как топливо. Кроме того, сахарное производство дает отходы (мелассу, жом), которые также задействуют как сырье для топливного этанола. Поэтому в наших условиях (множество сахарных заводов, большинство которых не функционирует) сахарная свекла — одно из самых выгодных сырьевых растений для производства альтернативного экологического спиртового бензина.

Сахарный тростник

10-rastenij-iz-kotoryh-ukraina-mozhet-proizvodit-toplivo

Эту богатую сахаром культуру массово выращивают в Южной Америке, в частности, для производства биоэтанола. Климат материка чрезвычайно благоприятен для сахарного тростника, и такие страны, как Бразилия, не упустили свой шанс. Когда в 1970-х гг. цена нефти поднялась, правительство страны призвало своих фермеров высаживать больше сахарного тростника. Бразилия вложила миллиарды долларов, чтобы осуществить переход от топлива из нефтепродуктов к этиловому спирту, и в результате этанол из сахарного тростника стал дешевле бензина. К середине 1980-х гг. каждый водитель в Бразилии управлял автомобилем, который работал на смеси этанола с бензином. Сегодня почти все автомобили в этой стране имеют двигатели, которые могут работать на бензине и этаноле. Изготовление этилового спирта из сахарного тростника в шесть раз дешевле, чем производство из кукурузы. Выращивание тростника требует меньше химикатов, в частности пестицидов и удобрений, поэтому экономически целесообразно, особенно в странах Южной Америки.

Исследователи на этом не останавливаются. Ученые из Иллинойского университета (США) создали генно-модифицированный сорт сахарного тростника, который можно выращивать на малоплодородных землях, непригодных для пищевых культур. Кроме того, новый сорт содержит больше масла по сравнению с немодифицированными сортами и при этом сохраняет почти такое же количество сахара. Это позволяет одновременно добывать из растения два вида биотоплива — биоэтанол и биодизель, что делает процесс еще более рентабельным и технологичным.

Сахарное сорго

10-rastenij-iz-kotoryh-ukraina-mozhet-proizvodit-toplivo

Сахарное сорго — отличная альтернатива кукурузе, сахарному тростнику и сахарной свекле. Выращивание этого растения для получения биотоплива чрезвычайно привлекательно, поскольку сахарное сорго можно успешно культивировать в засушливых районах, чтобы не занимать лучших сельскохозяйственных земель.

Ученые не так давно заинтересовались этим растением как источником этилового спирта. Сахарное сорго имеет высокие показатели урожайности (130 т/га) и содержания сахара (15–25%). Отечественные исследователи из Института пищевой биотехнологии и геномики НАН Украины уже начали разработку эффективной и экономичной технологии производства топливного этанола из сорго. Поэтому можно надеяться, что сахарный сорго станет реальной альтернативой сахарной свекле в Украине.

Водоросли

10-rastenij-iz-kotoryh-ukraina-mozhet-proizvodit-toplivo

Самый большой недостаток упомянутых выше растений — потребность в больших площадях земли для выращивания. Водоросли лишены этого недостатка и могут давать больше жидкого топлива с квадратного метра занятой площади, чем наземные посевные растения. Для быстрого роста водорослям нужен постоянный доступ к солнечным лучам и большое количество углекислого газа. Это возможно реализовать, если располагать установки для выращивания водорослей у промышленных объектов с постоянными выбросами CO₂ в атмосферу, — тем самым будет утилизирован вредный парниковый газ, который не успеет подняться даже на пару метров от земли.

Интересно, что водоросли в зависимости от их вида могут производить различные химические компоненты биотоплива: этиловый спирт для бензиновых двигателей, растительное масло для изготовления биодизеля, даже «бионефть», которую можно превратить в несколько видов горючего. Это дает основания говорить о богатом энергетическом потенциале водорослей, и сегодня ученые упорно работают, чтобы создать энергоемкие водные растения и рентабельные технологии производства жидкого топлива из них.



Добавить комментарий