Технико-экономическая оценка двухцелевой переработки картофеля и свеклы с получением биобутанола

«Технико-экономическая оценка двухцелевой переработки картофеля и свеклы с получением биобутанола».

АБЭ-ферментация, биобутанол, возобновляемое биотопливо, двухцелевая переработка, картофель, сахарная свекла, моторное топливо, экономическая оценка

Зерновые, кукуруза и рапс — не лучшее сырье для производства возобновляемого биотоплива, так как это весьма ценные пищевые продукты, а затраты на их производство почти вдвое превышают стоимость полученного биотоплива [1, 2]. Поэтому целесообразно использовать другие альтернативные источники сахара и крахмала для производства моторного топлива, такие как картофель, свекла или целлюлоза.

При этом следует отдать предпочтение биобутанолу, так как он по своим физико-химическим, топливным и эксплуатационным свойствам превосходит биоэтанол и близок к бензину [3, 4].

Теплотворная способность биобутанола около 26−27 МДж/л, а биоэтанола 21−22 МДж/л, т. е. при одинаковой заправке автомашина с добавкой бутанола в бензин (или на чистом бутаноле) проедет больше, чем на этаноле. Этиловый спирт поглощает воду и хорошо в ней растворяется, это обстоятельство при содержании биоэтанола в бензине более10% может привести к расслоению топлива и попаданию воды в карбюратор, что вызовет неустойчивую работу двигателя.

Напротив, биобутанол плохо растворяется в воде и отстаивается над водной фракцией. Это его свойство можно использовать в технологии производства биобутанола, заменив энергозатратную отгонку или ректификацию простым декантированием бутилового спирта.

Продажа на внутреннем рынке и экспорт изготовленного из незернового сырья транспортного биобутанола может стать источником поступления значительных средств в бюджет (в том числе валюты) и экологически чистым инновационным товаром России, конкурентоспособным на мировом рынке.

Для производства биобутанола можно использовать то же оборудование, что и для выпуска биоэтанола, незначительно изменив процесс ферментации и отделения спирта.

На первом этапе наиболее подходящим сырьём для выработки биобутанола в России может стать картофель, сахарная свёкла и отходы их переработки на пищевые продукты, а на втором — целлюлоза из древесины с более сложной технологией получения биотоплива.

Например, по усовершенствованной технологии АБЭ — ферментации из 1 т картофеля можно получить до 340 кг биобутанола, 25 м³ водорода и 110 кг ацетона, т. е. в пересчете на 1 га картофельного поля — 12 т бутанола, 875 м³водорода и 4 т ацетона. Именно из картофеля 30 лет назад в СССР производился бутанол. С тех пор в мире технология ушла далеко вперед, поэтому новые процессы следует в возможно короткие сроки внедрить в производство с целью масштабного выпуска биотоплива второго поколения — биобутанола. биобутанол сырье крахмал топливо В настоящее время ряд зарубежных компаний включились в гонку по захвату биотопливного рынка с использованием инновационных технологий крупномасштабного производства биобутанола: среди них гигант нефтяного бизнеса British Petroleum и новички в этой области: Aviris biofuels, Cobalt biofuels и Coscata.

По данным производителей биобутанола его себестоимость составляет от 10 до 15 руб. за литр без предоставления государственных субсидий, как это имеет место в случае производства этанола.

В России биоэтанол выпускать экономически невыгодно до тех пор, пока на него, как и на питьевой этиловый спирт, распространяется акциз в 23 руб. 50 коп. за литр.

На биобутанол как на непитьевой спирт акциз не распространяется. Пошлина на ввоз бутанола в США составляет 0,15 долл./л, то есть примерно 5 руб/л, что вполне приемлемо и делает биобутанол из картофеля конкурентноспособным экспортным товарам.

Следует учитывать также тот фактор, что в США, ЕС, Китае, Индии и рядом других стран ощущается нехватка пахотных земель, в то время, как в России около 20 млн. га неиспользуемых сельхозугодий. Посадки картофеля или свеклы на пустующих землях обеспечат производство биобутанола необходимым сырьём и позволят вернуть эти земли в оборот.

Суммируя сказанное, можно сделать вывод о перспективности инноваций в производство биобутанола как моторного топлива из возобновляемого сырья. Дополнительным стимулом для использования картофельного и свекольного сырья в производстве биобутанола является возможность скармливать скоту отжимки картофеля или свёклы.

Технология двухцелевой переработки исходного сырья на биобутанол и кормовые отжимки довольно проста:

• · отмывка картофеля или свёклы от земли;
• · измельчение;
• · отделение сока (на прессе или центрифуге);
• · скармливание отжимок крупному рогатому скоту; проваривание, охлаждение и скармливание отжимок свиньям; просушивание отжимок и брикетирование для более длительного хранения в качестве корма скоту.
• · фильтрация отжатого сока;
• · отделение крахмала из картофельного сока;
• · ферментация дрожжевыми или бактериальными культурами крахмала или свекольного сока;
• · отделение биобутанола после ферментации путем декантирования, центрифугирования, вакуумной или тепловой дистилляции либо ректификации (в зависимости от требований к качеству биобутанола.)
• · обезвоживание спирта;
• · смешивание с бензином в заданной пропорции.

Результаты экономической оценки производства биобутанола из сахарной свёклы приведены в табл. 1.

1. Результаты экономической оценки производства биобутанола из сахарной свёклы.

Таким образом, получение биобутанола из сахарной свеклы рентабельно во всем диапазоне оптовых цен. Кроме того, стоимость кормовых отходов при их использовании в качестве корма для скота после отжима измельченной биомассы существенно снижает затраты на приобретение исходного сырья.

Рассмотрим также производство биобутанола из картофеля. Из всех видов растительного пищевого сырья картофель наиболее полно отвечает технологическим требованиям спиртового производства. Он дает с единицы посевной площади в 3−4 раза больше крахмала, чем зерновые, быстрее разваривается, образует подвижное сусло, содержит азотистые и фосфорные вещества в достаточном количестве для питания дрожжей. Из него получается самый высокий выход биобутанола [7].

При переработке картофеля производительность завода больше, чем при переработке зерна, а расход топлива значительно меньше, следовательно, ниже себестоимость бутанола.

Результаты экономической оценки производства биобутанола из картофеляпредставлены в табл. 2.

2. Результаты экономической оценки производства биобутанола из картофеля.

Таким образом, производство биобутанола из картофеля по сложившимся ценам с учётом использования отжимок (на стадии извлечения крахмала) на корм скоту рентабельно при оптовых ценах на картофель не более 4500−5000 руб/т; при более высоких ценах это производство для внутреннего рынка убыточно.

К недостаткам картофеля относится значительная трудоемкость его возделывания, плохая сохраняемость из-за высокого содержания влаги и легкой подверженности клубней заболеваниям, большие издержки транспортировки на дальние расстояния.

Однако эти недостатки полностью или частично можно преодолеть. При современном уровне развития сельхозмашиностроения возделывание, уборку и хранение картофеля можно механизировать. Совместив извлечение крахмала с кормопроизводством для откормочного комплекса, можно значительно сократить количество транспортируемого на спиртзавод материала в виде крахмала для его дальнейшей переработки в биобутанол.

По-видимому, рентабельным окажется использование пустующих земель высокоурожайного и высококрахмалистого картофеля.

Выводы.

• 1. Двухцелевая переработка свёклы и картофеля на корм скоту (отжимки) и биобутанол весьма рентабельна, особенно в едином комплексе: ферма-спиртзавод.
• 2. Биобутанол из клубневых культур вполне конкурентоспособен как моторное биотопливо на внутреннем и на внешнем рынках.

• 1. Панцхава Е. С., Пожарнов В. А. В перспективе Россия — крупнейший поставщик биотоплива на мировой рынок. — М: ЗАО Центр «ЭкоРос», 2005.
• 2. Альтернативное топливо, № 7−8 (11−12), июль-август 2008. Материал основан на докладе «Биобутанол — биотопливо второго поколения», подготовленном О. Шаповаловым (ВНИИгидролиз) и Л. Ашкенази (Академия прикладных исследований) / для Vмеждународной научно-практической конференции «Новые топлива с присадками» 20−23 мая 2008, СПб., стр. 39.
• 3. Биоэнергетика: мировой опыт и прогноз развития. Научное издание — М: ФГНУ «Росинформагротех», 2008
• 4. Популярная механика, № 1, январь 2009, с. 98.
• 5. http://www.gks.ru/scripts/abinet.cgi, усредненные данные за 2008 г.
• 6. Ch. Racos Hotting up, Renewable energy world, 2004, v7
• 7. В. В. Тульчев, Д. Н. Лукин. Организационно-экономические основы развития рынка картофеля и продуктов его переработки в России и мире. — М.: Россельхозакадемия, 2008 г., с. 180.
• 8. Усреднённые данные за 2008 г. http://www.gks.ru/scripts/ab inet/abinet.cgi
• 9. О.Ю. Лопарева-Беляева. Развитие картофелеводства в России. Сравнение с ситуацией в мире, 2008,. с. 7−9.