Перспективы развития альтернативных видов топлива на сельскохозяйственных предприятиях Украины

В условиях кризиса и в связи с нарастающим истощением природных источников энергии залежей угля и месторождений газа в мире интенсивно идет поиск альтернативных видов топлива. Темпы развития экономики, рост потребностей населения требует от производителей благ использования все большего количества традиционных энергоносителей, которые имеют тенденцию к исчерпанию. В современных условиях Украина использует около 50 млн. тонн нефтепродуктов в год, из которых 10–12 % добывают из собственных источников. Поэтому, на сегодняшний день тема биотоплива является одной из самых обсуждаемых.

Биоэтанол — сравнительно новое слово. Оно появилось в широком употреблении около 15 лет назад, чтобы отличать этиловый спирт, полученный путем биохимической переработки растительного сырья. Этиловый спирт (этанол) может быть получен и чисто химическим путем — из этилена. Сжигание такого этанола приводит к возрастанию концентрации углекислого газа в атмосфере так же, как и сжигание природного газа и нефти. При сжигании же биоэтанола выделяющийся в атмосферу углекислый газ рассматривается как не вызывающий глобального потепления, поскольку он совсем недавно был извлечен из атмосферы растениями. К тому же, производить из этилена этанол для топливных целей экономически нецелесообразно. Поэтому термин «биоэтанол» распространился в то время, когда возникла всеобщая озабоченность последствиями антропогенного изменения климата планеты.

Биотопливо — весомая альтернатива традиционному топливу [1]. Считается, что его изготовление в ближайшие годы будет максимально выгодным для украинской экономики.

Проблемами и перспективами производства биологических видов топлива как альтернативного источника энергии занимаются такие исследователи и ученые, как Калетник Г. М., Гелетуха Г. Г., Демчак И. М., Долинский А. А., Железная Т. А., Жовмир М. М., Кернасюк Ю. В. и др. Проблематика производства биотоплива и его эффективности освещена в научных трудах Калетника Г. М., Дубровина В. А. [3], Коденська М. Ю. [6], Корчемного Н. А., Кудри С. А. [2], кропотливая Г. М. [2] и другие ученые, научные наработки которых раскрывают и оценивают перспективы и проблемы использования биотоплива в Украине и мире.

Целью этого исследования является изучение основных вопросов развития производства биотоплива в Украине и мире, а также возможности производства биотоплива из сахарной свеклы. Определить эффективность внедрения производства биоэтанола в Украине.

Сельское хозяйство готовит альтернативу для замены минерального топлива. Причиной этого становится постоянный рост цен на традиционные энергоносители и зависимость от импорта, а также изменения климата.

Рассмотрим основные положительные и отрицательные явления биотоплива в табл. 1.

Таблица 1

Положительныеи отрицательныекачества биотоплива*

Продукты с высоким содержанием сахара или крахмала, в частности сахарная свекла, могут быть сырьем для производства биотоплива. Это может быть переработка на биотопливо отходов сахарного производства — патоки [3]. Из нее получают спирт. А из отходов корнеплодов можно получать биоэтанол. Украинская сахарная промышленность входит в первую мировую пятерку. Под производство сахарной свеклы закладываются площади более 600 тыс. га.

Урожайность сахарной свеклы — 300 ц / га и можно получить 45–50 ц сахара. Ценной становится побочная продукция: ботва, жом, патока. Чтобы получить урожай 350–450 ц / га нужно внести на 1 га 300 т — 500 кг минеральных удобрений и 30–40 т / га навоза. Имея производство биогаза из отходов свеклы можно иметь и качественное удобрение с биогазовой установки для внесения на поля [12].

Известны варианты переработки сахарной свеклы на биотопливо, когда в качестве сырья используется: часть диффузионного сока; часть сиропа; зеленая патока; меласса или их смеси в определенных пропорциях. Их анализ показывает следующее. Из 1 т сахарной свеклы в зависимости от дигестии, можно выработать 80–100 л биоэтанола, то есть для производства 1 т биоэтанола нужно 12,5–15,6 т сахарной свеклы. А если оценивать выход биоэтанола с 1 га, то при урожайности сахарной свеклы 350 ц / га с 1 га можно выработать 2,8–3,5 тыс. л. биоэтанол; 400 ц / га — 3,2–4,0 тыс. л.; 500 ц / га — 4,0–5,0 тыс. л; 600 ц / га — около 6 тыс. л. [1].

В Украине пока нет промышленного производства биоэтанола из сахарной свеклы. Высокооктановую добавку изготавливают только из мелассы. А сахарная свекла и отходы производства рассматривают лишь как сырье для производства биоэтанола. Из 1 тонны свеклы можно получить до 100 л биоэтанола.

По некоторым данным, потенциальные возможности нашей страны позволяют обеспечить до 2020 года производство в год: биоэтанола — 4 млн. тонн; биодизеля — около 3 млн. тонн; биогаза — около 10 млрд. м. куб. Но количество сахарных заводов уменьшается. Из 192 сахарных заводов, которые функционировали в 1990 году, сегодня работают менее 40 [4].

Можно производить непосредственно на сахарных заводах концентрированный 25 % сироп с последующей переработкой на спирт-заводах. Для производства 1 т такого сиропа необходимо переработать 2 т свеклы. Есть профессиональные агрономы, есть поля, но нужно реальное обеспечение современной технологии выращивания сахарной свеклы, способно наиболее полно реализовать мощный биологический потенциал сахарной свеклы, как промышленного источника сахара и биоэтанола.

Увеличить производство биогаза возможно путем метанизации жмыха. Данные о соотношении производимых продуктов и валовой доход по различным вариантам схемы переработки сахарной свеклы для завода мощностью в 3000 т свеклы в сутки и дигестии 16 % при закупочной цене свеклы в 500 грн / т и отпускной цене на биоэтанол 8 грн за один литр по его расчетной себестоимости 6,42 грн и продолжительности сокодобычи 90 суток приведена в табл. 2 [11].

Приведенные расчеты показывают, что независимо от варианта организации схемы переработки сахарной свеклы строительство биоэтанольной установки как составляющей сахарного завода увеличивает объем его валовой прибыли на 17–33 млн. грн в год.

Наибольший валовой доход (33 млн. грн) Достигается за четвертым вариантом. При этом из технологического процесса сахарного производства с диффузным соком и зеленой патокой выводится около 37 % сахара. Такая схема создает условия для оперативного регулирования соотношения сахар: биоэтанол в зависимости от внутреннего потребления и экспортного спроса. Внедрение схемы изъятия зеленой патоки из технологического процесса и использования ее для производства биоэтанола обеспечит высокое качество сахара, повысит его конкурентоспособность, уменьшит: расход условного топлива до 0,3 % к массе сырья, вспомогательных материалов на 7 %, расходы на амортизацию и эксплуатацию оборудования. В целом совместное производство позволит задействовать больше производственных мощностей сахарных заводов и посевных площадей под сахарную свеклу, сохранить рабочие места, социальную инфраструктуру и техническую базу сахарных заводов и сельскохозяйственных организаций, увеличить поступления в бюджет и социальные фонды. Мощность биоэтанольной установки определяется в зависимости от количества сырья и срока ее переработки. Так, для варианта 3 и 4 мощность биоэтанольной установки определяется количеством диффузионного сока, выводится из технологического цикла производства сахара [7].

Таблица 2

Оценка эффективности вариантов переработки сахарной свеклы*

Экономически обосновано количество диффузионного сока в 20 % от его общего объема. Для сахарного завода мощностью 3000 тонн свеклы в сутки это составляет 95,76 т сахара, из которого будет произведено 6052 дал биоэтанола (48,4 т). При такой мощности биоэтанольная установка будет работать 90 дней в диффузионном соке и 44 дня в мелассе по третьему варианту и 141 день на зеленой патоке. Длительность работы биоэтанольной установки мощностью 6000 дал биоэтанола в сутки будет: по третьему варианту 134 дня, а по четвертому варианту 230 дней. При производстве 1 тонны биоэтанола образуется 12 тонн основного ухода (барды), по анаэробного сбраживания которой образуется 440–520 м3 биогаза позволяет уменьшить потребление природного газа на 75–80 % при производстве биоэтанола. Общая стоимость проекта биоэтанольной установки составляет 31760000 грн. Стоимость установки метанового брожения отходов биоэтанольного производства — 4.88 млн. грн. При этом необходимо учитывать, что по теплотворной способности один литр биоэтанола эквивалентен 0,6 литра бензина. Поэтому цена на биоэтанол должна быть соответственно ниже по сравнению с бензином, что сделает его привлекательным для производителей минеральных топлив. Из таких соображений, в расчетах финансовых показателей отпускная цена на биоэтанол принята 8 грн за один литр при его расчетной себестоимости 6,42 грн цен на сахарную свеклу в 500 грн за тонну. Для сравнения — текущие европейские цены на биоэтанол Франция и Германия — 8,36–8,69 грн за литр; Италия — 9,46–9,79 грн за литр; Англия — 10,71–11,61 грн за литр [7].

Для широкого применения источников сахарного биосырья необходимо стимулировать сбыт. Это может быть низкая цена на биотопливо хотя бы на 10 % от обычного. Нужны адаптированые двигатели для полного растительного происхождения и создание разветвленной сети заправок.

Широкие возможности в использовании биоэнергетики имеют различные регионы Украины. Северные — торф, отходы деревообработки, энергетические растения. Восточные и южные — солома, шелуха подсолнечника. Есть возможность по всей Украине производить биогаз [11].

Топливо из биомассы может быть твердым (гранулы, брикеты), газообразным, жидким. Это топливо относится к альтернативным видам и попадает в перечень Закона Украины «Об альтернативных видах топлива».

Производство пеллет в Украине дает стране шестое место в мире. Большая половина экспортируется. Ежегодный выпуск пеллет доходит до 240 тыс. тон. Половину этого объема составляют пеллеты и брикеты из соломы и лузги подсолнечника.

Внутренний спрос очень низкий. Изготовленные в Украине пеллеты могли бы заместить 100 млн м³ природного газа. Сдерживает производство пеллет неразвитая инфраструктура, которая создает трудности с объемами и качеством сырья [7].

Биомассу целесообразно использовать там, где ее собирают. Транспортировка сырья нецелесообразно на расстоянии более 50 км. Это объясняется низкой энергетической плотностью для сырья — 10 ГДж / м3. Готовое биотопливо имеет высокую энергетическую плотность (пеллеты и брикеты — 18 ГДж / м3), что позволяет перевозить его на большие расстояния.

Для увеличения внутреннего использования биотоплива в Украине надо иногда организовать, а иногда улучшить деятельность различных этапов производства, начиная с выращивания / сбора к поставке конечному потребителю.

Таким образом, сочетание производства биоэтанола в условиях свеклосахарного завода по части диффузионного сока и небольшого количества густых полупродуктов продуктового цеха (зеленой патоки первого или второго продуктов) с выводом остальной зеленой патоки на хранение (в сезон сахароварения) и продолжения производства биоэтанола из зеленой патоки после завершения сезона сахароварения позволяет реализовать следующие преимущества:

-        перерабатывать значительное количество сахарной свеклы без ограничений, связанных с размером квоты на белый сахар-песок;

-        в зависимости от количества имеющегося сырья (сахарной свеклы) манипулирования отбором диффузионного сока и оттоками позволяет легко изменять в зависимости от спроса вид и количество полученной продукции (сахара-песка, биоэтанола и др.);

-        при правильной организации увеличить продолжительность работы предприятия до 180–200 дней в году и создать дополнительно на каждом сахарном заводе 20–25 рабочих мест;

-        уменьшить расход топлива на переработку сахарной свеклы, поскольку исключение одного или двух степеней кристаллизации может до 20 % сократить общие расходы топлива;

-        повысить качество сахара-песка за счет не возврата на первую кристаллизацию основной массы не сахаров с клеровки вторичной кристаллизации;

-        сократить расходы известнякового камня и угля за счет возможного использования углекислого газа образовываться во время брожения и задействована в обороте для процесса диффузии после спиртовой барды;

Литература:

1.       Калетник Г. М. Биотопливо. Продовольственная, энергетическая и экономическая безопасность Украины. Монография. — М.: «Хай-Тек Пресс. — 2010. — 516 с.

2.       Збарний М., Кудря С. А., Кондратюк Г. Г., Четверик Г. А. Термодинамическая эффективность и ресурсы жидкого биотоплива Украины. К. — 2006.

3.       Дубровин В. А., корчемное Н. А., Масло И. П. и др.. Биотопливо (технология, машины и оборудования). — М.: ЦТИ «Энергетика и электрификация». — 2004. — 256 с.

4.       Энергетическая стратегия Украины на период до 2030 года: Распоряжение Кабинета Министров Украины от 15 марта 2006 № 145.

5.       Медведовский О. К., Иваненко П. И. Энергетический анализ интенсивных технологий в сельскохозяйственном производстве. — К.: Урожай. — 1988. — 208с.

6.       Коденська М. Ю. Обоснование необходимости разработки инвестиционных проектов в развитие биоэтанольный отрасли на базе продукции сахарно-свекольного производства. ННЦ «Институт аграрной экономики». — 2010. — 12 с.

7.       Скорук А. П., Зубарь И. В. Приоритетные направления производства биоэтанола в Украине / А. П. Скорук, И. В. Зубарь // Экономика АПК. — 2014. — № 2. — С.36–41.

8.       Пастухов В. И., Ильченко В. Ю, Маленко Р. В. Энергетическая и экономическая оценка комплекса отечественных и зарубежных машин для влагосберегающий технологии выращивания озимого рапса в степи Украины. ХНТУСГ — 2010. — 6 с.

9.       Dobek T, Dobek M, Sarek O. Ocena efektjwnosci ekonomicznej i energetycznej produkcji pszenicy ozimej i rzepaku ozimego wykorzystanych do produkcji biopaliw. Inzynieria Rolnicza 1 (119). 2010. — C. 161–168.

10.   Richards I. R. Energy balances in the growth of oilseed rape for biodiesel and of wheat for bioethanol. Levington Agriculture Report, BABFO. 2000. S. 9–38.

11.   Шевчук Г. Биоэнергетические культуры для Полесья / Р. Шевчук // Аграрный неделю. Украина. — 2013. — № 29–30 (272). — С. 26–30.

12.   Кравчук А. А. Развитие рынка биотоплива с использованием сильськогосподарськихенергетичних культур / Кравчук А. А. [Электронный ресурс] // Эффективная экономика. — 2013. — № 5. — С. 45–51. — Режим доступа: http://www.economy.nayka.com.ua/?op=1&z=1995.