Перспективи використання та напрями виробництва біоетанолу в Україні

Виробництво гідролізного й сульфітного технічного спиртів та обовязкової супутньої продукції характеризується великими ресурсо- та енергетичними витратами.

Енергоємність усього комплексу продукції при виробництві 1 млн. дал гідролізного спирту в 7, 9 рази більша, ніж при виробництві спирту з меляси, у тому числі власне спирту – в 8, 3 рази.

Матеріалоємність за іншими ресурсами вища в 3, 5 рази, а споживання технологічної води відповідно у 4 рази.

Складність технологічного обладнання сульфітно-гідролізного виробництва унеможливлює використання безперервно діючих процесів на більшості виробничих дільниць. тому за обмеженої потужності завод з виробництва гідролізного етанолу є досить масштабним підприємством, яке насичене великогабаритних хімічним обладнанням.

 

 

Первапорація – процес мембранного розділення, який обєднує розчинення й молекулярну дифузію летких компонентів системи в селективній непористій мембрані з їхнім випаровуванням на протилежному боці цієї мембрани. Первапораційне розділення ґрунтується на різній дифузійній проникності мембрани для компонентів суміші і розглядається як послідовність розчинення речовини в поверхневому шарі мембрани, дифузії молекул речовини крізь мембрану та виділення пари цієї речовини на зворотному боці мембрани.

Установлено, що первапорація потребуватиме менших капіталовкладень порівняно зі зневодненням на молекулярних ситах, тому що:

первапораційна технологія є екологічно чистою, оскільки не потребує допоміжних речовин і реагентів;

температура процесу становить 60…80 °С, що надає можливість використовувати теплоту низького потенціалу;

застосовувані для розділення непористі мембрани не потребують регенерації;

висока селективність процесу дає змогу здійснювати розділення за один цикл;

простота, компактність і модульна конструкція первапораційних установок дають можливість легко адаптувати їх до існуючих обсягів виробництва.

Дослідження дозволили встановити, що найприйнятнішою для реалізації процесу вбачається гідрофільна первапораційна композиційна мембрана Владіпор, яка являє собою непористий полімерний плівковий матеріал на основі фторопласту Ф42Л на підкладці з лавсану з роздільним шаром завтовшки 10 мкм і, окрім високих показників селективності й проникності, витримує безпосередній контакт з органічними розчинниками (зокрема, чистим етанолом) за умови підвищених температур (до 100 °С).

Для цієї мембрани й системи біоетанол – вода, за методиками, викладеними в праці, було визначено ступінь набухання, коефіцієнт дифузії і константи проникності.

Зокрема, ступінь набухання обраних мембран в етанолі становить 0, 7%, у воді – 18, 1%; коефіцієнт дифузії етанолу в мембрані – 1, 48 • 10-10 м2/с, води – 1, 55 • 10-10 м2/с; константа проникності обраної мембрани для етанолу – 1, 2 × 10-9 кг × м/ (м2 × с), для води – 3, 2 × 10-7 кг × м/ (м2 × с).

Враховуючи, що константа проникності обраної мембрани для води в 270 разів перевищує константу проникності цієї ж мембрани для етанолу, непористий матеріал на основі фторопласту Ф42Л на підкладці з лавсану з роздільним шаром завтовшки 10 мкм можна використовувати для зневоднення паливного біоетанолу.

У разі використання таких мембран площа поверхні мембранних елементів, потрібна для виробництва 17, 5 дал/добу паливного біоетанолу при 313 К і 0, 1 МПа становить близько 70 м2. Обємна продуктивність відповідного апарата за вихідною сумішшю сягатиме 100 дал/добу, а його габаритні розміри не перевищуватимуть 2, 3×1, 5×0, 8 м, тобто будуть втричі меншими, ніж розміри апарата для реалізації процесу зневоднення етанолу на молекулярних ситах.

Отже, для зневоднення паливного етанолу на заключній стадії його одержання доцільно застосовувати первапорацію. Це дозволяє уникнути існуючих на сьогодні недоліків застосовуваного на сучасних підприємствах зневоднення на молекулярних ситах.

У зв'язку з цим у м. Сан-Паулу (Бразилія) була побудована пілотна установка для отримання 2280 м3/рік безводного етанолу гібридним процесом, який поєднує ректифікацію і випаровування через мембрану. На рис. 2. 4 показана діаграма потоків такого гібридного процесу отримання безводного віднесла із ферментного сировини. Спочатку етанол концентрується до 80% у звичайній дистилляционной колоні, а подальше видалення води здійснюється за допомогою мембраннo-випарної системи. Тепло, що виділяється в дефлегматоре дистилляционной колони, використовується для проведення процесу випаровування через мембрану. Пермеат, що містить невелику кількість етанолу, конденсується і повертається в дистиляційну колону.

 

 

Сільськогосподарське виробництво в Україні із споживача енергії нині трансформується на її виробника. Для сільського господарства виробництво й ефективне використання біопалив – це поклик часу, актуальне завдання, яке вимагає розвязання наразі.

Внутрішній ринок біоетанолу може сягнути 800 – 1200 тис. т на рік за умов, якщо він замінить 10 – 15% вуглеводневої частини бензинів, що споживаються в Україні. Європейський простір є ще більшим потенціалом для експорту біоетанолу.

Розвязання проблеми динамічного виробництва біоетанолу потребує створення ринку енергетичних культур як сировини його виробництва, використання сільськогосподарських угідь, придатних для вирощування енергетичних культур, не знижуючи рівень виробництва продуктів харчування. З цього приводу постійно проводиться дискусія: що важливіше продовольство чи біопаливо? Зазначена проблема є дуже складною, оскільки, з одного боку, забезпечення населення продовольством є пріоритетним завданням кожного уряду, а з іншого – енергетична незалежність держави є основою її суверенітету. Тому аналіз можливостей з вирощування біосировини для отримання біоетанолу слід провадити з урахування реальної ситуації з існуючими проблемами в продуктах харчування, а також з існуючими джерелами забезпечення паливом як держави загалом, так і окремих її регіонів.

Енергетична незалежність – це надзвичайно стратегічна мета, оскільки Україні вже відчула, що таке енергетична залежність. Необхідні зовсім інші підходи у вирішенні питання відновлювальної енергії.

Експерти доводять, що нині не потрібно неодмінно будувати нові заводи для виробництва біоетанолу. Потрібно, насамперед, переобладнати частину спиртових заводів та освоїти технологію комплексної переробки біосировини, і тоді країна зможе забезпечити виконання Директиви обєднаної Європи. Наша близька перспектива – залучити інвестиції для введення в експлуатацію спиртзаводів, робити ставки на свої зони вирощування. Умови повинні бути створені однаково і для внутрішніх, і для зарубіжних інвесторів. Введення в експлуатацію названих потужностей створить тисячі додаткових робочих місць, власна сировинна база буде задіяна на це виробництво. Готова продукція задовольнить попит внутрішнього ринку і зможе йти на експорт.

Аналіз сучасного ринку енергетичного обладнання і технологій промислового виробництва біоетанолу в Україні доводить, що з технічного боку немає істотних перешкод для виробництва біоетанолу. Економічний ефект виробництва біоетанолу зростатиме, як свідчать наукові дослідження, за умов оптимального вибору технології вирощування та переробки, обґрунтованого підходу щодо реконструкції абу будівництва переробних заводів у місцях накопичення сировини, а також комплексного забезпечення переробки сировини.

При створення заводів біоетанолу акцент слід перенести на мінімізацію витрат енергії, оскільки супутні домішки у паливному етанолі не мають принципового значення. У країнах, де виробництво біоетанолу є досить розвиненим, зерно переробляють із використанням комплексних технологій. Вони передбачають виділення білка і жиру із зерна з подальшим використанням його крохмальної частини у виробництві біоетанолу. Білок та олію використовують у харчовій промисловості (хлібопекарній, кондитерській, тощо), а також для виробництва комбікормів. Олія також використовується як сировина для виробництва компонентів дизельного палива. Реалізація цих побічних продуктів дає змогу підвищити рентабельність виробництва на 10 – 12%.

Водночас разом з переходом на використання біопалива, необхідно здійснювати модернізацію автозаправних станцій і мереж збуту продукції, а також зацікавити вітчизняних нафтотрейдерів, які є власниками заправок, вийти на цей ринок. Реалізація цих побічних продуктів дає змогу підвищити рентабельність виробництва на 10 – 12%.

Організація виробництва технічного спирту допоможе вирішити проблему сировини для виготовлення каучуку в Україні.

Використання технічного спирту як добавки до пального допоможе значною мірою зменшити дефіцит пального, а також дозволить поліпшити екологічний стан міст та автошляхів країни.

Виробництво і використання біоетанолу в сільському господарстві України є обєктивною передумовою до створення додаткових робочих місць, збільшення зайнятості сільського населення, підвищення ефективності виробництва та добробуту селян. Адже переважна більшість переробних підприємств розташована в сільській місцевості, а для деяких населених пунктів вони є основними платниками податків у місцеві бюджети. На їхній базі побудовано соціальну і побутову інфраструктуру сільських населених пунктів, а неритмічна робота переробних заводів дошкуляє найбільш незахищеним верствам населення – призводить, зокрема, до проблем із забезпечення теплом та електроенергією дитячих садків, шкіл, житлових будинків.

 

 

Отже, використання біоетанолу при виробництві моторного палива дозволяє досягнути ряд позитивних ефектів:

Скорочення витрат на паливо.

Покращення роботи двигуна.

Збереження екологічності і безпеки навколишнього середовища.

Перспективи розвитку ринку біоетанолу в Україні обнадійливі, коли Україна повністю увійде в цей процес виробництва альтернативного палива воно матиме вагому нішу на ринку палива країни. Водночас, використання аграрної сировини для виробництва біоетанолу повинно здійснюватися в умовах оптимального поєднання вирішення продовольчої та енергетичної потреби, оскільки, з одного боку, забезпечення населення продовольством є пріоритетом кожного уряду, а з іншого – енергетична незалежність держави є основною її суверенітету.

Разом з переходом на використання біопалива необхідно забезпечити економічну зацікавленість нафтопереробних заводів у виробництві сумішевих бензинів певними категоріями споживачів (шляхом розробки відповідних стандартів та технічних регламентів) ; встановити обовязковість індикативної квоти на споживання біоетанолу виробниками бензинів (за прикладом директив ЄС) ; передбачити відповідне бюджетне фінансування для проведення наукових досліджень; запровадження комплексу заходів щодо підвищення врожайності, впровадження ресурсо- енергоощадних технологій вирощування сировини та її реалізації вітчизняним переробникам, а не вивезення на експорт.

Організація та налагодження виробництва біоетанолу покращить паливно- енергетичний баланс, зменшить залежність країни від імпортних енергоносіїв, оптимізує структуру енергоресурсів, що позитивно вплине на енергетичну безпеку держави.