Экоэнергетика – основа Экономического роста Украины

По новой  технологии осуществляется полная переработка  этанола, произведенного из сахарного сорго, в углеводороды с числом атомов углерода большим, чем в исходном спирте.

Для плазмохимической технологии производства биотоплива из сахарного сорго создан специальный высокоактивный полифункциональный гетерополикислотный катализатор.

Новый катализатор  представляет собой твердую суперкислоту, модифицированную электронодонорами.

Процесс каталитической конверсии спиртов в углеводороды осуществляется в плазмохимическом реакторе, который представляет собой  стальной вертикальный аппарат колонного  типа. В корпусе реактора размещен стационарный слой катализатора необходимой высоты.

Спирт при комнатной  температуре подается в колонну  снизу. В колонну сверху подается мощный поток микроволнового излучения. В объеме катализатора генерируется плотная неравновесная плазма, катализатор  и спирт разогреваются до рабочей температуры, в слое катализатора осуществляется каталитическая дегидратация спирта. В верхнюю зону колонны поступает смесь углеводородов в газообразном виде, которая по фракционному составу аналогична высокооктановому бензину или дизельному топливу. Углеводороды выводятся из колонны и подаются на последующую стадию приготовления моторного топлива.

В результате осуществления  одностадийного процесса каталитической конверсии спиртов в углеводороды из одного сырьевого компонета – этилового спирта, осуществляется синтез высокооктанового бензина или дизельного топлива.

Синтезированный высокооктановый бензин по качественным показателям соответствует нефтяному  бензину, но значительно превосходит  последний по экологической чистоте.

Синтезированное дизельное топливо по качественным показателям соответствует нефтяному дизельному топливу, но значительно превосходит его по экологической чистоте.

Новый вид бензина, синтезированного из этилового спирта, можно с полным основанием назвать  биобензином.

По условиям применения биобензина на автотранспорте он ничем не отличается от нефтяного бензина. Его применение не требует модификации автомобильных двигателей внутреннего сгорания. Применение биодизеля на автотранспорте также не требует модификации автомобильных двигателей внутреннего сгорания.

В плазмохимическом реакторе протекают химические процессы, которые не осуществимы в традиционных технологических системах. Благодаря  этому отличию в плазмохимическом реакторе осуществлен ряд синтезов этанола с различными  углеводородами. Конечными продуктами синтезов стали алкилаты, представляющие собой высокооктановые добавки к бензинам.

Температура каталитических преобразований, осуществляемых в плазмохимическом реакторе, снижена в среднем в 2 раза. Каталитическая конверсия спиртов в углеводороды осуществляется в диапазоне температур от комнатной до 300°С и атмосферном давлении, что существенно снижает энергоемкость производственных процессов.

Новая технология исключает затраты на проведение ряда технологических процессов, неизбежных в традиционных технологиях производства моторного топлива. За счет этого капитальные и эксплуатационные затраты снижаются в среднем в 10 раз.

Плазмохимическая  технология конверсии спиртов в  углеводороды по совокупности параметров мировых аналогов не имеет.

Основные технологические  процессы новой технологии исследованы  и испытаны на пилотных установках.

Украина располагает  значительным потенциалом растительного  сырья, пригодного для производства этанола и изготовления из него биотоплива.

 Постоянным  источником растительного сырья может быть биомасса сельскохозяйственных культур, специально выращиваемых для производства биотоплива.

Настоящий проект предусматривает использование  в качестве сахаросодержащего сырья  в производстве этанола сахарного сорго.

Сахарное сорго – это засухоустойчивая, неприхотливая зерновая культура, отличающаяся высокой отзывчивостью на орошение. Сахарное сорго является источником сахарного сырья. В соке ряда сортов и гибридов сахарного сорго содержится 19-24% сахара.

В Селекционно-генетическом институте УААН (г.Одесса) созданы высокотехнологичные сорта сахарного сорго, обладающие рекордной урожайностью.

Почвенно-климатические  условия Украины исключительно  благоприятны для выращивания сахарного  сорго.

Высокоурожайные гибриды сахарного сорго в суходольных условиях обеспечивают урожай до 80 т/га зеленой массы, а при орошении за 2-3 укоса до 150 т/га.

Выход сока из зеленой  массы составляет 70-85%, средний выход  сахара, достигнутый в условиях сельскохозяйственных предприятий, составляет 17 т/га. Из произведенного сахара при его дальнейшей переработке было получено этилового спирта в количестве 12,2 тонны, из которого можно изготовить 8,0 тонн биотоплива.

Выход сахара с  одного гектара площади, засеянной  посевами сахарного сорго, в 5 раз  превышает аналогичный показатель для свеклы.

Себестоимость производства сахара и этанола из сахарного сорго значительно  ниже, чем из свеклы.

Высокая урожайность  сахарного сорго предопределяет низкую себестоимость этанола, изготовленного из сока сахарного сорго.   

Себестоимость этанола  составляет ориентировочно 50 долл  США за одну тонну.

Сахарное сорго –  это новая молодая сельскохозяйственная культура. Агротехнология возделывания сахарного сорго в условиях промышленного  производства в сельскохозяйственных предприятиях еще будет совершенствоваться.

При условии совершенствования  агротехнологии возделывания сахарного  сорго его урожайность будет  возрастать.

Высокогетерозисные гибриды  сахарного сорго при орошении за 2-3 укоса будут давать урожай зеленой  массы до 200 т/га.

В этих условиях реальный выход биобензина или биодизеля, изготовленного из этанола, будет составлять 13,0 тонн биотоплива с одного гектара.

Себестоимость этанола  будет снижена ориентировочно до 30 долл США за одну тонну.

 Урожайность семян рапса гораздо ниже. С одного гектара посевов технических сортов рапса  можно собрать 2,5 тонны семян. Выход масла составит до 1 т/га.

При этерификации из 1 тонны рапсового масла и 110  литров метанола получается           1 тонна биодизеля.

При изготовлении биотоплива из сахарного сорго с одного гектара посевов сахарного сорго можно изготовить 8,0 тонн биобензина или 8,0 тонн биодизеля.

Изготовленнный из сахарного сорго биобензин или биодизель по себестоимости будут ниже, чем все другие виды моторного топлива, изготовленного из нефтяного или ненефтяного углеводородного сырья.

Украина без  ущерба для производства продовольствия может передать на энергетические нужды 500 тыс. га сельскохозяйственных площадей.

Это количество площадей, занятых под возделывание сахарного сорго, позволит производить биобензин или биодизель в количестве 4,0 млн. тонн в год.

Использование сахарного сорго с высоким  содержанием сахаров в качестве исходного сырья для биотехнологического  производства этанола и одновременного получения кормовой биомассы позволяет организовать в Украине крупнотоннажное производство экологически чистого биобензина и биодизеля.

Удельные затраты  на выращивание сахарного сорго  составляют 240 долл. США на один гектар площадей.

Себестоимость биобензина или биодизеля ниже, чем себестоимость моторного топлива, изготовленного из нефти, что будет эффективно стимулировать производство и потребление нового вида биотоплива.

Таким образом, нет ни технических, ни экономических  препятствий для продвижения  биобензина и биодизеля на рынок топливных материалов стран Европы. Содержание биобензина и биодизеля в топливно-энергетическом балансе будет определяться только одним фактором – сырьевым потенциалом каждой страны.

  В последние  годы человечество все чаще  сталкивается с негативными последствиями изменения климата Земли. Человеческая  деятельность  оказывает влияние на эти изменения. По мере увеличения мирового промышленного производства это воздействие усиливается. Одна из отчасти антропогенных причин воздействия на глобальный климат - выброс парниковых газов.

 Наиболее  полно решение проблем изменения  климата нашло отражение в  Рамочной конвенции ООН об  изменении климата (РКИК). Государства  - Стороны Конвенции разработали  к ней в 1997 году Киотский  протокол (КП), содержащий обязательства Сторон по конкретным объемам сокращения выбросов парниковых газов.

  Плазмохимическая  технология производства биотоплива  из сахарного сорго позволяет осуществить конкретные и эффективные действия по снижению выбросов парниковых газов  в самом неблагоприятном сегменте энергетического спроса.

 Поскольку 2/3 мирового потребления нефти приходится на долю транспортного сектора и потребление топлива здесь опережает общий рост энергопотребления, этому сегменту энергетического спроса должно быть уделено особое внимание. Транспорт  должен стать более экономичным, транспорт должен потреблять экологически чистые виды топлива, изготовленные из возобновляемых биологических энергоресурсов.

В решение проблем  повышения экологичности транспорта, проблем снижения выбросов парниковых газов транспортными средствами предлагаемая технология производства биобензина и биодизеля из сахарного сорго не имеет конкурирующих технологий на мировом рынке.

Сжигание одной тонны  биобензина или биодизеля исключает  поступление в атмосферу                2, 68 тонн CO₂ - е.

Производство  и  потребление  биобензина и биодизеля снижает парниковый эффект и решает глобальную проблему изменения климата.

 Принимаем объем  производства биобензина и биодизеля по предлагаемой технологии на уровне 18,0 млн тонн в год.

Если мы топливо, произведенное  из нефти, заменим на биобензин, биодизель и другие виды биотоплива, снижение выбросов составит

18 000 000 тонн х 2,68 = 48 240 000 тонн CO₂ -е

 Сопоставление возможного уровня снижения выбросов, достигаемого при реализации предлагаемого проекта (48,0 млн.тонн СО₂-е), показывает, что это снижение может стать заметной составляющей глобального снижения от проектов совместного осуществления и механизма чистого развития.

 Такой объем производства биобензина и биодизеля может быть легко достигнут при условии возделывания сахарного сорго в Украине, России, странах Балтии и странах Европы.

2.6. Энергия торфа

В настоящее  время с экономической точки зрения наиболее удобно использовать торф, добыча которого осуществляется дешевым открытым способом. Торф, безусловно, относится к возобновляемым природным ресурсам, хотя скорость возобновления невелика. Обычно скорость накопления торфа находится в пределах 0,5-1,0 мм/год, хотя на отдельных заболоченных территориях достигает уровня 5-7 мм/год. В масштабе Украины валовой ежегодный прирост торфа на болотах достигает внушительной величины - 60 млн. т (в 50 раз выше уровня годовой добычи).

Торф - это своеобразное, относительно молодое геологическое  образование, которое относится  к горючим полезным ископаемым и  создается в результате естественного  отмирания и неполного распада  болотной растительности в условиях избыточной влажности и недостаточном доступе воздуха. Торфяные месторождения встречаются почти по всей территории Украины, за исключением приморских и южных- областей (Крымская, Луганская, Одесская, Черновицкая). Наиболее распространенные торфяные месторождения в следующих областях: Ровенской, Волынской, Черниговской, Житомирской, Киевской, Львовской. Заторфованность Ровенской и Волынской областей достигает 6,5%, тогда как в Тернопольской, Хмельницкой, Винницкой, Черкасской, Полтавской, Сумской и Харьковской она не превышает 1,9% всей территории. Еще реже встречаются месторождения торфа в Николаевской, Запорожской, Днепропетровской, Закарпатской, Ивано-Франковской областях, где степень заторфованности не превышает 0,1%.

Неравномерность территориального распределения торфяных ресурсов в Украине обусловлена неоднородностью климатических, геологических и других факторов, которые определяют процессы торфообразования и торфонагромождения. За основу геолого- экономической оценки ресурсов торфа в Украине положен Государственный учет запасов торфа, геологическая изученность месторождений торфа и потребность в торфе народного хозяйства.

По данным Госкомгеологии на территории Украины выявлен и  разведан 3118 торфяных месторождений  с геологическими запасами около 2,2 млрд. т. Общая площадь месторождений составляет около 3 млн.га, в промышленных границах -около 600 тыс.га, балансовые запасы торфа составляют около 735 млн. т. Запасы торфа на отведенных под промышленную разработку месторождениях составляют 22,6 млн. т., а подготовленные промышленные мощности по его добыче - 2100 тыс. т (по производству торфобрикетов — 700 тыс. т).

Ресурсы торфа - это значительный энергетический и агрохимический потенциал нашей  страны; торф на данное время успешно  используется как коммунально-бытовое  местное топливо и является источником сырья для других отраслей народного хозяйства. Комплексное использование торфа, то есть использование торфа одного месторождения одновременно для потребностей сельского хозяйства и промышленности, обуславливается наличием большого разнообразия его видов даже в границах одного месторождения. Общий энергетический потенциал промышленных запасов торфа в Украине, который представляет собой энергетический потенциал всех его геологических запасов, в перерасчете на условное топливо составляет 836,5 млн. т у.т.; целесообразно-экономический потенциал или энергетический потенциал балансовых месторождений - около 362 млн. т  у.т.