|
|
|
→ Статьи экспертов → #48 Статьи экспертовАльтернативные виды топлива из сахарной свеклы и продуктов ее переработки17 сентября 2007 года В последние годы все большее внимание уделяется производству спирта из сахарсодержащего сырья и использованию его в качестве альтернативного горючего, так называемого, биоэтанола. Обычный топливный этанол, представляющий собой спирт, получают ферментацией сахара, а биоэтанол - ферментацией углеводов, добываемых из возобновляемых источников сырья: сахарной свеклы, пшеницы или ячменя. При сгорании этанола выделяется в несколько раз меньше углекислого газа, чем при сгорании бензина, а углекислый газ - одна из причин парникового эффекта и глобального потепления [4]. В настоящее время ежегодно в мире производится 330 млн гл спирта, при этом 60% его вырабатывается из сахарсодержащего сырья, 33% - из крахмалсодержащего и только 7% приходится на долю синтетического спирта. 13% производимого спирта используется для пищевых целей, 21 - для промышленных (химическая, косметическая и фармацевтическая промышленности), а остальные 66% - в качестве горючего для двигателей [5]. Идея использования спирта как горючего не нова. Первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на спирте и скипидаре, был разработан Сэмюелем Морейя еще в 1826 г. В 1860 г. немецкий изобретатель Николас Август Отто взял этиловый спирт как топливо для своего двигателя с четырехтактным циклом, так как он не облагался налогом и был доступен для спиртовых ламп во всей Европе. Генри Форд, человек нам более известный, в свое время смог аргументировать преимущества использования этанола, как "топлива будущего". На рубеже столетий США были свидетелями разработки Генри Фордом своей легендарной модели Ford-Т. Этот автомобиль был первым доступным транспортным средством с гибкой системой подачи топлива, двигатель которого мог работать на этаноле, бензине или на этих двух видах топлива в любом их сочетании. Мотивов производства спирта из свеклы в качестве альтернативного источника топлива можно назвать несколько: повышающиеся цены на нефть и газ, а также политические аспекты. Считается, что 1 л этанола эквивалентен примерно 0,67 л бензина. Согласно расчетам специалистов, энергетическая эффективность производства спирта из сахарной свеклы, с учетом ее выращивания, составляет 173% (отношение произведенной энергии к затраченной). К тому же, сахарная свекла является наиболее выгодным сырьем из сельскохозяйственных культур для производства спирта (таблица). Эффективность производства спирта из различных видов сельскохозяйственного сырья
Из таблицы видно, что из сахарной свеклы можно получить примерно в два раза больше спирта, чем из других сельскохозяйственных культур. Однако выбор продукта, получаемого из свеклы для производства спирта, связан с определенными ограничениями, связанными с его качеством, затратами на выработку, пригодностью к хранению и т. д. Можно предположить, чем меньше примесей (несахаров) содержит продукт, тем он больше подходит для производства спирта, но с другой стороны, чем он чище, тем выше его цена, так как увеличиваются затраты на очистку. Исходя из подобных соображений, для этих целей наиболее подходит сироп, являющийся сравнительно чистым продуктом (чистота 90-95%, содержание сахара 55-65%), что подтвердили производственные испытания биоэтанола на одном из спиртовых заводов [4]. Однако, поскольку получение сиропа довольно сложный процесс, требующий специального технологического оборудования, спирт из этого продукта стоит дорого. Другая возможность использования энергетического потенциала сахарной свеклы - ферментация сока II сатурации. Речь идет о продукте, который прошел очистку, но не был сгущен выпариванием. В нем не содержатся органические и неорганические примеси, влияющие на ферментацию, поскольку они были удалены при очистке. Для ферментации этот продукт, в отличие от мелассы и сиропа, не нужно разбавлять. Однако при использовании сока II сатурации в качестве субстрата для ферментации необходимо иметь в виду, что он не подлежит хранению, так как является хорошей питательной средой для жизнедеятельности большинства видов микроорганизмов. Использование конкретных продуктов из сахарной свеклы в качестве альтернативного сырья для производства биоэтанола с целью получения горючего обусловлено, в первую очередь, экономическими аспектами. Так, например, в Чешской Республике в связи с перепроизводством сахара стоит вопрос об уменьшении производства свеклы и в связи с этим - сокращении посевных площадей под эту культуру. Во избежание нарушения ее агроструктуры, рассматривается возможность альтернативного использования свеклы как сырья для производства биоэтанола, как это делается в Бразилии из сахарного тростника или во Франции - из сахарной свеклы. В настоящее же время работа спиртового завода по производству биоэтанола, используемого в качестве жидкого топлива, могла бы быть успешной при использовании в качестве сырья сиропа, который хорошо хранится (примерно, как и меласса). Следует отметить, что организация работы спиртового завода на переработке сока II сатурации, который хранить нельзя, должна быть сопряжена с прямыми его поставками с сахарного завода. Поэтому возникает необходимость взаимосвязи работы спиртового и сахарного заводов, где будет производиться необходимый субстрат. В Чешской Республике этот способ предлагается реализовать несколькими способами [4]. В рассматриваемых вариантах расчеты, проведенные для спиртового завода производительностью 1000 гл спирта в сутки (что отвечает современной тенденции развития производства спирта в странах Западной Европы), показали, что для производства такого количества спирта потребуется примерно 160 т сахара. Для этого сахарный завод должен перерабатывать 1 тыс. т сахарной свеклы в сутки сахаристостью 16,5%. Рассмотрим варианты реализации способов, обеспечивающих производство спирта из сока II сатурации. Действующий спиртовой завод обеспечивается сырьем из частично реконструированного сахарного завода. Рассматривается сахарный завод, не перспективный для производства сахара, но расположенный на расстоянии не более 20 км от спиртового завода и с условием, чтобы он был действующим. В противном случае, часть его оборудования может быть уже демонтирована и распродана, а также могут возникнуть проблемы с кадрами. На подобном заводе оставляют действующими следующие участки: приемка, хранение и транспортировка свеклы на завод; изрезывание свеклы в стружку; экстрагирование сахара; очистка сока; фильтрация; производство извести и сатурационного газа; котельная; водное хозяйство и транспортировка очищенного сока на спиртовой завод. Действующий спиртовой завод, обеспечивается сырьем с сахарного завода, имеющего повышенную мощность по производству очищенного сока. Производительность сахарного завода в этом случае должна быть увеличена на 1 тыс. т переработки свеклы в сутки, которую следует дополнительно переработать в очищенный сок. Такой вариант предусматривает изменение порядка работы при приемке сахарной свеклы, установку дополнительного оборудования в свеклоперерабатывающем отделении. Недостаток обоих вариантов - в доставке сырья на спиртовой завод цистернами, что связано с риском нарушения графика поставок по разным причинам, приводящим иногда к полной остановке производства. Кроме того, здесь имеется опасность загрязнения сырья микроорганизмами. Затраты при таком способе доставки сырья становятся довольно высокими, если учесть, что в 20 т субстрата (1 автоцистерна) содержится всего 3 т сахара. Чтобы обеспечить работу спиртового завода, необходимо ежедневно и непрерывно (в течение 24 ч) поставлять до 1 тыс. т очищенного сока. Эта проблема достаточно серьезная и ее необходимо тщательно анализировать. Монтаж на действующем спиртовом заводе линии по переработке свеклы с получением очищенного сока. Если спиртовой завод перспективный, то, в принципе, может быть рассмотрен вопрос строительства при нем части сахарного завода по производству очищенного сока. Для реализации этого варианта, в первую очередь, необходимо, чтобы спиртовой завод располагал свободной территорией для приема и хранения сахарной свеклы. Также здесь требуется построить дополнительные очистные сооружения, так как без них организация сахарного производства невозможна. Необходимо отметить, что данный вариант требует больших инвестиций. Из вышеизложенного следует, что реконструкция действующего сахарного завода, без сомнения, более приемлема. Строительство спиртового завода при действующем сахарном заводе с повышенной производительностью сокоочистительного отделения. Здесь речь может идти о сахарном заводе, например мощностью 4 тыс. т переработки свеклы в сутки, которую путем реконструкции завода доводят до 5 тыс. т. Капитальные затраты на строительство при таком варианте будут значительно ниже, чем в рассмотренных ранее. Технико-экономический анализ показывает, что оптимальным является вариант кооперирования крупного сахарного завода со спиртовым заводом на одной промышленной площадке, обеспечивающего последний соком II сатурации подачей его по трубопроводу и вырабатывающего одновременно сахар и мелассу, которая после окончания сезона переработки свеклы может пойти на получение спирта. Также данный вариант предполагает производство биоэтанола и из зерна в межсезонный период. Очевидно, что производство спирта из сахарной свеклы технически вполне решаемая проблема. Ее реальное воплощение - это вопрос политики, поскольку в ближайшее время получение энергии из обновляемого сырья будет пока дороже, чем из ископаемого. Так, например, во Франции ежегодно из диффузионного сока производится до 1 млн гл этанола. В перспективе, при совместной работе сахарного и спиртового заводов возможна такая комбинация: из сгущенного сырого сока получают сахар-сырец, а из оттека, ферментацией, - спирт. Таким способом из 100 т свекловичного сахара можно получить 45 т рафинада и 26 т этанола. К тому же, оттек, поступающий на ферментацию, можно хранить. Далее проведем небольшой экскурс по сахаропроизводящим странам, практикующим получение спирта из сахарной свеклы. Брауншвейгский институт провел опыты по получению спирта на сахарном заводе Платинг. Согласно расчетам, выход спирта из 100 т свеклы составил 9700 л, выход сухого жома - 5,5 т и 2,4 т сухих веществ барды. Выход этанола в этом случае - 3200-4900 л/га, а при возделывании же высокоурожайных сортов - может быть выше 5000 л/га. Отмечается, что в Германии биоэтанол мог бы конкурировать с традиционными видами топлива и иметь цену примерно 40 долл. США за баррель, а в дальнейшем - 20 долл. В Бразилии с 1989 г. запрещено производство бензина, содержащего свинец. В настоящее время 90% новых автомобилей там работают на безводном этаноле, стоит который на 2/3 меньше бензина. Также владельцы автомобилей используют смесь бензина с добавкой 5-20% спирта. Например в Польше, чтобы заменить 5% бензина этанолом (годовая потребность 4 млн т) потребуется увеличить площадь посевов сахарной свеклы на 60 тыс. га. В США промышленный этанол производят более 40 компаний примерно на 60 сахарных заводах. Общий выход продукции составляет 2 млрд галлонов в год (около 8 млрд л). Великобритания будет ежегодно выпускать 30 тыс. т биобутанола, используя в качестве сырья только сахарную свеклу. В Италии на предприятии Comagri в провинции Ферра с 1992 г. в рамках исследовательского проекта вырабатывается ЕТВЕ этанол, предназначенный для повышения октанового числа бензина [2]. ЕТВЕ (этил-t-бутиловый эфир) получают путем реакции в присутствии катализатора между изобутанолом и спиртом, произведенным из сахарной свеклы. ЕТВЕ добавляют в количестве 15% к смеси горючего с целью получения бензина, не содержащего свинец. Расширяется производство биоэтанола и во Франции. Так, сахарный завод Arcis-sur-Aube планирует производить 1 млн гл биоэтанола при соответствующей его реконструкции с увеличением мощности на 5 тыс. т переработки свеклы в сутки с дополнительной установкой емкостей по ферментации. Это будет самый крупный завод по переработке сахарной свеклы во Франции. Выбор вариантов кооперирования сахарного и спиртового производств в значительной мере зависит и от того, кому принадлежат заводы. Если собственником является один хозяин (как это практикуется в большинстве случаев во Франции), то достаточно перспективным может быть, по мнению чешских специалистов [5], вариант использования оттека утфеля II, из которого уваривается утфель III, для производства биоэтанола. Иначе говоря, такой вариант дает возможность исключить из схемы сахарного завода уваривание и кристаллизацию утфеля последнего продукта, что позволяет работать без получения мелассы, значительно укоротить технологическую схему, снизить потери сахарозы от термического разложения и повысить качество сахара. Таким образом, авторы статьи считают целесообразным организацию производства топливного этанола в России, что будет способствовать устойчивому развитию области или региона в целом, минимизирует затраты на доставку и транспортировку свеклы в отдаленные районы, а также поможет защитить сельскохозяйственных производителей, сталкивающихся с проблемой перепроизводства продукции. ЛИТЕРАТУРА И.Ф. БУГАЕНКО, С.В. ШТЕРМАН, О.С. ГРАЧЕВ См. итоги и перспективы аграрных рынков от ИКАР за предыдущие годы:
Сахар-РФ: итоги 2023 года, презентация сахарной отрасли, цены на сахар, подписчики
Комментариев: 0 Просмотров: 2571
|
ИКАР | Рынки | Новости | Аналитика | Услуги | Информационные материалы |
© 2002—2024 ИКАР. Институт Конъюнктуры Аграрного Рынка г. Москва, Рязанский пр-т, д. 24, оф. 604 Тел: +7 (495) 232-9007 www@ikar.ru |
||