Евгений Панцхава - Биоэнергетика. Мир и Россия. Биогаз. Теория и практика. Монография

Россия располагает мощностями, использующими гидролизные технологии, позволяющими производить до 0.2 млн. т гидролизного спирта.

Однако, гидролизные технологии, основанные на использовании серной кислоты, являются экологически вредными.

Необходимо разрабатывать современные экологические чистые экологии эффективного разложения древесины на целлюлозу (полимер глюкозы) и лигнин.

Другими видами сырья, обеспечивающими производство этанола в России могут быть:

• меласса (отходы сахарного производства),

• картофельный крахмал,

• сладкое сорго.

Объемы производства мелассы в 2013 году составил 1.56 млн. тонн. Из 100 кг мелассы можно получить 30 л этанола, или из 1.56 млн. тонн – 468 млн. л = 468 тыс. м 3или 390 тыс. т.

Рис. 3-16. Сахарная свекла.

Стоимостью 309 млн. $ US. (Средняя стоимость 1 литра = 0.66 $US [3-34]).

Сырьем для производства этанола может быть также использован свекловичный жом. Объемы его производства в 2013 году составили 31.2 млн. тонн. Выход этанола может составить 681 тысяч куб. м или 565 тыс. т на сумму 450 млн. $ US.

Итого общий выход этанола из отходов производства сахара может составить 1149 тысяч куб. м на общую сумму – 759 млн. $ US.

Для производства этанола можно использовать непосредственно сахарную свёклу, урожай которой в 2013 голу в России составил 39 млн. тонн, при содержании сахара в ней 16 %, выход этанола мог бы составить 3.99 млн. куб. м на сумму 2.6 млрд. $ US.

Вторым сырьевым источником крахмала для производства этанола в России является картофель. Из 1 тонны картофеля можно получать до 60 л этанола. При урожае картофеля в России в 2012 году в объеме 29.3 млн. тонн потенциальный объем этанола может составить 1.76 млн. куб. м на сумму 1.16 млрд.$ US.

Картофель – культура широко распространенная в России в регионах рискованного земледелия. Производство его для технических целей, например для производства этанола, может оказать существенное влияние на подъем экономики в этих регионах.

Для того чтобы выйти по производству этанола в объемах современного его производства в США в России нужно засевать картофелем до 15 млн. га.

Третьим потенциальным сырьем для производства этанола в России может стать сладкое сорго, культивируемое на Северном Кавказе, Дальнем Востоке и в Поволжье.

Урожай сладкого сорго – 20–30 т/га. Из 1 тонны массы сорго получают 800–850 литров сока с содержанием 20 % углеводов, или можно получить до 80 литров этанола, или с 1 га – 2 куб. м на сумму 1320 $ US.

Таким образом, перспектива развития производства транспортного этанола в России с последующим его экспортом достаточно оптимистичны. Но, совершенно очевидно, что основным сырьем для его производства в России должна стать древесина, что требует создания современных технологий ее разложения на лигнин и целлюлозу.

Один из методов получения биоводорода из биомассы – это бутиловое или ацетоно-бутиловое брожение сахарозы или крахмала.

3.6.1. Ацетоно-бутиловое брожение (Cl. Acetobutylicim)

2 М Глюкозы = 1 М Бутанола + 1 М ацетона + 4 М Водорода + 5 М СО 2

На 1 тонну мелассы образуется 80 куб. м водорода, или на все произведенную мелассу в 2013 году- 124.8 млн. куб. м

С 1 гектара плантаций сахарной свеклы (мелассы) можно получить до 140 куб. м водорода.

Дополнительно к водороду с 1 тонны мелассы получают до 114 кг бутанола до 36 кг ацетона, или со всего годичного объема мелассы – Бутанола 177840 тонн, Ацетона -56160 тонн.

4.2 Бутиловое брожение (Cl. Butylicum)

3 М Глюкозы = 1 М Бутирата + 1 М Ацетата + 6 М СО 2+ 9 М Водорода + 4 М Воды

На 1 тонну мелассы можно получить до 140 куб. м Водорода, или на всю произведенную мелассу в 2013 году можно получить 218 млн. куб. м Водорода, а с 1 гектара плантаций сахарной свеклы(меласса) – 315 куб. м.

В СССР до конца 70-х годов ХХ столетия в эксплуатации находилось 4 ацетоно-бутиловых завода: в г. Грозном, в г. Нальчике, в г. Талица (Свердловской области) и в г. Ефремов (Тульской области). К концу 90-х годов остались Грозненский и Ефремовский заводы.

Ефремовский завод производил в сутки до 50 тонн растворителей (бутанол: ацетон: этанол = 13:4:1) и до 29 тысяч куб. м водорода, или в год: 15000 тонн растворителей и до 8.7 млн. куб. м водорода.

Грозненский завод- в сутки: 74 тонны растворителей и 43 тысячи куб. м водорода, в год: 12.9 млн. куб. м водорода и до 22 тысяч тонн растворителей.

К сожалению, весь образующийся водород в то время выпускался в атмосферу (углекислота шла на производство жидкой и твердой углекислоты).

Ефремовский ацетоно-бутиловый завод можно восстановить.

В конце 60-х годов ХХ столетия на Ефремовском ацетонобутиловом заводе (1967) и Грозненском АБЗ (1969) были введены в эксплуатацию два цеха по производству кормового витамина В-12 методом термофильного метанового брожения жидких отходов этих производств – барды (3000 куб. м/сутки) Кроме витамина В-12 каждый цех производил в сутки до 30 тысяч куб. м биогаза, который целиком использовался для производства тепловой энергии для всего производственного цикла.

Таким образом, в конце 60-х годов в СССР впервые в мире были созданы крупномасштабные промышленные производства биотоплив из биомассы (биовородород, биометан, биобутанол, биоацетон и биоэтанол).

Картофель.

При ацетонобутиловом брожении с 1 тонны картофеля можно получить 25 куб. м водода, 340 кг Бутанола и 110 кг Ацетона.

С 1 гектара картофельных плантаций – 875 куб. м Водорода + 12 тонн Бутанола + 4 тонны Ацетона. При бутиловом брожении с 1 тонны картофеля – 42 куб. м Водорода, или с 1 гектара плантаций – 1500 куб. м водорода.

Сладкое сорго.

С 1 тонны стеблей сорго при ацетонобутиловом брожении можно получить до 30 куб. м Водорода + 114 кг Бутанола + 40 кг Ацетона.

При бутиловом брожении – 50 куб. м Водорода.

С 1 гектара плантаций сахарного сорго при ацетонобутиловом брожении: 900 куб. м Водорода + 3.4 тонны Бутанола + 1.2 тонны Ацетона, при бутиловом брожении – 1500 куб. м Водорода.

Россия имеет все возможности для производства растительных масел с целью производства и экспорта биодизельного топлива. В России основными продуцентами растительных масел являются: подсолнечник, лен, горчица, небольшой объем занимают: кукуруза, соя и рапс.

Ведущее место занимает подсолнечник. В 2000 году Россия произвела более 4 млн. тонн растительных масел.

Очень перспективным для России является расширение посевов льна в Средней полосе (традиционное российское производство льна) с производством льняного волокна и семян для отжима масла, а также в Южных регионах: подсолнечника, сои, рапса.