Пандемия затормозила распространение биотоплива

В Москве прошла конференция Российской биотопливной ассоциации, посвященная перспективам использования биотоплива в мире и в России. Как известно, различают жидкое биотопливо (в частности, для двигателей внутреннего сгорания – этанол, метанол, биодизель и гидроочищенное растительное масло), твердое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга) и газообразное (синтез-газ, биогаз, водород или биоводород, получаемый путем фотокаталитического разложения).

Открывая конференцию, президент ассоциации Алексей Аблаев привел некоторые цифры развития биотопливного рынка. По его словам, впервые за 20 лет мировое производство биотоплива упало (примерно на 8%) и, как следствие, снизилось и его потребление. По его мнению, это следствие пандемии. Ожидается, что в 2020 году мировое производство транспортного биотоплива составит 115 млн т, или 2,5 млн барр. в день. Это на 11,6% меньше рекордного производства 2019 года. В целом количество произведенного биотоплива составляет пока только 3–3,5% потребления топлива на транспорте. Для сравнения можно привести утверждение Александра Костенко, руководителя Бореальной лесной платформы из WWF России, что в 2010 году доля биотоплива на мировом рынке транспортного топлива составляла 2,7%. Другими словами, наблюдается медленный рост. Тем не менее, по данным Мирового энергетического агентства (МЭА), к 2026 году производство биотоплива вырастет на 25% – до 3,3 млн барр. в день. Наиболее бурными темпами производство биотоплива будет расти в Китае и в Индии (в два раза).

Разница между созданием биотоплива первого и второго поколений.

Как известно, наиболее распространенным на сегодняшний день на рынке жидкого биотоплива или топлива из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов, является биоэтанол. За ним следует биодизель. Основным производителем биоэтанола сейчас являются США, он там производится из кукурузы. По данным, приведенным Аблаевым на конференции, в прошлом году 38% выращенной кукурузы в США пошло на изготовление биоэтанола. На втором месте – Бразилия, где биоэтанол производится из сахарного тростника, и на третьем – Евросоюз. Биодизель производится из более широкого ассортимента растительной продукции. В Европе и Канаде сырьем для него является рапс, в США и Аргентине – соя, в Малайзии и Индонезии – пальмовое масло. По мнению Аблаева, в мире уже наблюдается перевод нефтеперерабатывающих заводов на соответствующее сырье для производства биотоплива, в том числе и биотоплива нового поколения. Как отметил Аблаев в своем докладе, в настоящее время наблюдается рост производства гидроочищенного растительного масла, которое заменяет биодизель в силу своего более высокого октанового числа.

В принципе эксперты считают, что для производства биоэтанола сырьем могут быть различные сельскохозяйственные структуры с большим содержанием крахмала или сахара: маниок, картофель, сахарная свекла, батат, сорго, ячмень…

Биотопливо для ряда стран стало уже выгодным экспортным продуктом. Общий объем экспортного рынка биоэтанола составляет около 5 млрд долл. Ведущим экспортером (как и лидером по производству) являются США, которые вывозят биоэтанол на 2 млрд долл. в год. С точки зрения Аблаева, это хороший пример для России. В России пока же производится порядка полмиллиарда литров. Однако по вопросу рынков сбыта для российского биоэтанола среди экспертов нет единого мнения. Если посмотреть на показатели, которые Аблаев привел в своем докладе, то главным рынком сбыта американского биоэтанола является Канада (в 2019 году было вывезено биоэтанола на почти 600 млн долл.). Примерно столько же США поставили и в Бразилию, где практически весь автопарк ездит на топливе с добавками биоэтанола (до 20%) или на чистом биоэтаноле (95–96% спирта и 54% воды). Значительны также поставки в Индию – 328 млн долл.

Куда экспортировать

Аблаев в докладе приводит цифры, демонстрирующие выгоду сбыта российского биоэтанола в Северной Европе. Для сравнения: в Европу США поставляли в 2019 году биоэтанол на 178 млн долл. С точки зрения Аблаева, для российского биоэтанола может представить интерес китайский рынок. В Китае, по его словам, допущено подмешивание к бензину 10% биоэтанола и при нынешнем собственном годовом производстве около 3 млн т биоэтанола в Китае ожидается рост его производства до 10 млн т в год. При этом цены на кукурузу (сырье для биоэтанола) в Китае значительно выше, как считает Аблаев, чем в России, но тем не менее китайское правительство идет на увеличение производства биоэтанола по соображениям обеспечения занятости в сельскохозяйственном секторе страны, но главное – по соображениям охраны окружающей среды. Заслуживает внимания, что в работе «Проблемы и перспективы развития российского рынка биотоплива», опубликованной в начале 2021 года рядом авторов из Санкт-Петербургского государственного университета, именно азиатские рынки рекомендуются как рынки сбыта для российского биоэтанола.

Источник: Российская биотопливная ассоциация

Касаясь вопроса конкуренции продовольственного рынка и рынка сырья для биоэтанола, Аблаев напомнил, что 37–38% всей производимой кукурузы в США направляется на производство биоэтанола. В этом плане докладчик усматривает в производстве биоэтанола возможность убрать с продовольственного рынка излишки сельскохозяйственной продукции и обеспечить таким образом фермерам необходимый доход и в ряде случаев предотвратить их разорение. Как он считает, именно сейчас необходимо обратить пристальное внимание на развитие рынка биотоплива, поскольку сейчас правительство начинает «грубо регулировать цены, закрывать или квотировать экспорт зерновых культур, вводить для экспорта заградительные пошлины». В результате продукция аграрного сектора оказывается на внутреннем рынке. От подобного развития выигрывают животноводы, но может выиграть и глубокая переработка зерновых, а именно производство биотоплива внутри страны.

Однако нельзя обойти вниманием в этой связи работу Группы экспертов высокого уровня по вопросам продовольственной безопасности и питания, опубликованную еще в июне 2013 года. В ней отмечалось, что острота конкуренции между производством биотоплива и продовольствия, что создает угрозу продовольственной безопасности, зависит от ряда факторов: выбор сырья, вовлекаемые природные ресурсы (особенно земля и вода), уровень выбросов парниковых газов, урожайность, себестоимость сырья, применяемые технологии переработки. Уже в этой работе отслеживалась связь между развитием цены барреля нефти и производством биоэтанола. Понятно, что вытеснение двигателя внутреннего сгорания электромобилями и водородными двигателями резко уменьшит потребность в производстве биоэтанола и биодизеля для транспортных нужд.

Регулятор аграрного производства

Напомним, что в России в конце 2018 года Госдума приняла закон о регулировании производства биоэтанола и 4 декабря президент Владимир Путин его подписал. В нем отмечается, что действие закона о госрегулировании производства и оборота этилового спирта не будет распространяться на производство и (или) оборот автомобильного бензина, произведенного с добавлением этилового спирта или спиртосодержащей продукции. В этом законе понятие «биоэтанол» предлагается трактовать как денатурированный этиловый спирт, подвергнутый денатурации и содержащий не более 1% воды. Под моторным биотопливом предлагается понимать спиртосодержащую продукцию, произведенную с использованием биоэтанола. Идея закона базировалась на двух факторах: во-первых, перепроизводство зерна, а также сахарной свеклы на внутреннем рынке и, во-вторых, необходимость ограничения роста цен на бензин (за счет добавок биоэтанола). Дело в том, что при отсутствии новых рынков сбыта зерна менее эффективные районы, такие как Сибирь и Поволжье, будут терять свое производство в пользу более эффективных. А это приведет к потере сотен тысяч рабочих мест. Целые регионы потеряют свое сельскохозяйственное производство, так как привозить зерно из других более производительных регионов станет дешевле. Производство биоэтанола, кроме того, могло бы приносить налоговые поступления районам, не производящим нефтяное топливо. Возможности для расширения производства сырья для изготовления биотоплива в России, как считает Аблаев, имеются даже за счет расширения площади использования пахотных земель, процент вовлечения которых в России ниже, чем в других странах. На долю сельскохозяйственных земель в России приходится 13% от общей площади России, в том числе на пашню – 8%. Согласно сельскохозяйственной переписи 2016 года, 44% сельхозугодий в России не используется. В США доля пашни по сравнению с территорией страны составляет 16,9%, в Польше – 35,7%, в Украине – 56,1% (данные Latifundist.com). По данным Центра экономического прогнозирования Газпромбанка, в России используется 69% пахотных земель, в то время как в мире в среднем – 80%.

Однако положительным влиянием потепления климата применительно к России является удлинение вегетационного периода, расширение зоны безрискового земледелия за счет смещения его на север. Поэтому, отмечая слабую реализацию данного закона на практике, Аблаев учитывал и слабое использование в России как имеющихся пахотных земель, так и новых возможностей для их увеличения. Как он подчеркнул в своем докладе, «России нужно биотопливо не потому, что в стране мало нефти, а потому, что в России много сельского хозяйства».

Новое поколение

Более углубленный взгляд на создание биоэтанола второго поколения продемонстрировал профессор химического факультета МГУ, доктор химических наук Аркадий Синицын.

Чтобы для непосвященного читателя объяснить, что такое биотопливо второго поколения, следует привести данные, основанные на исследованиях специалистов немецкой фирмы Choren Industres GmbH, которые считают, что биоэтанол второго поколения обладает преимуществами: его можно напрямую подавать в инфраструктуру существующих распределительных систем снабжения автотранспорта горючим. Это возобновляемое топливо. Биоэтанол второго поколения практически не содержит СО2, серы и ароматических углеводородов и в сравнении с ископаемыми энергоносителями у него на 30–50% меньше выбросов в атмосферу. В сравнении с источниками солнечной и ветровой генерации у него более высокий потенциал, так как растения всегда имеются «под рукой». Биоэтанол второго поколения пригоден для дальних перевозок и длительного хранения и может производиться прямо на месте потребления. Для него характерна высокая плотность энергии (40 МДж-литр), и по качеству он сравним с синтетическим топливом из газа. У него более высокая выработка с гектара (4046 л дизель-эквивалента, у этанола 2500 л, а у растительного масла, производимого из рапса, – 1300 л). Но основным преимуществом на современном этапе является то, что биотопливо второго поколения производится из непищевых продуктов и, следовательно, не влияет на продовольственный рынок.

Биоэтанол второго поколения производится при использовании ферментов, служащих для расщепления целлюлозы на простые сахара. Специалисты Всемирного энергетического совета пришли к заключениям, что использование биогорючего второго поколения, то есть полученного путем использования преобразования биомассы в жидкость и получения этанола из целлюлозы, позволяет снизить выбросы парниковых газов на 90%.

Общий объем возобновляемых биоресурсов (ВБР) составляет на земном шаре более 1800 млрд т. Ежегодный прирост ВБР составляет от 130 до 200 млрд т (из них примерно 40 млрд т составляет прирост древесины).

К источникам ВБР относятся также отходы сельскохозяйственных, целлюлозно-бумажных и деревообрабатывающих производств – всего более 3,5 млрд куб. м в год. Непосредственно отходы деревообрабатывающих производств составляют в России 200 млн т в год (во всем мире – 960 млн т), сельскохозяйственные отходы составляют в России 260 млн т (во всем мире 3,4 млрд т). 80% от основной массы сырья представляют собой отходы. Для Европы это солома, стебли кукурузы, багасса (волокнистые остатки после переработки сорго, и т.п.) и многолетние растения. Для России это в основном солома. Выход нетоварной части зерновых культур значительно варьируется от вида культуры и в среднем учитывается произведением урожая на соответствующий коэффициент. Так, для пшеницы этот вход составит 120–150%, для кукурузы – 250%, подсолнечника – 280%, жом сахарной свеклы – 80% от общей массы сырья, древесный опил или отходы лесопереработки и заготовки – 40–60% от заготавливаемой древесины.

Главным в биомассе, если ее рассматривать с точки зрения сырья для производства этанола, является лигноцеллюлоза, и состоит она из углеводных полимеров (целлюлоза и гемицеллюлоза – 25–30%), а также ароматического полимера – лигнина. Одним из препятствий для производства этанола из биомассы является то, что сахара, необходимые для ферментации, задерживаются внутри лигноцеллюлозы. Лигноцеллюлоза эволюционировала, чтобы противостоять деградации и придать гидролитическую стабильность и структурную устойчивость клеточным стенкам растений. Иначе бы, по образному выражению Синицына, всю биомассу на Земле давно бы съела, условно говоря, плесень. Отходы целлюлозно-бумажной промышленности практически не содержат лигнина, от которого при производстве биотоплива стараются избавиться, поскольку он представляет собой физический барьер, препятствующий действию ферментов на целлюлозу.

Отсюда для извлечения ферментированных сахаров требуется сначала отделить целлюлозу от лигнина, а затем использовать кислотные или ферментативные методы для гидролиза вновь освобожденных целлюлоз для расщепления их на простые моносахариды. Отсюда существование множества методов предварительной обработки биомассы, которые делятся на механические (измельчение на мельницах различного типа – единственный сухой метод), химические, физические (микроволновый, радиационный и ультразвуковой), физико-химические и биологические. И затем с помощью биоконверсии или биотрансформации уже предварительно обработанное биологическое сырье при помощи ферментов превращается в конечный продукт. На стоимости конечного продукта отражается стоимость ферментов. Отсюда, делает вывод Синицын, покупать ферменты за рубежом невыгодно. В России же имеется два ферментных завода: «Сиббиофарм» в Бердске и «Агрофермент» в Москве. Поэтому рынок ферментных препаратов в России до последнего времени практически на 90% состоял из импортной продукции. Решение вопроса импортозамещения необходимых для сельского хозяйства биологически активных веществ было решением правительства возложено на предприятия ООО «Агрофермент» лишь в июне 2008 года. А выпуск первой продукции начался только в апреле 2014 года. 

«НГ-энергия» продолжит публикации материалов с конференции в следующих номерах.

Источник: ng.ru