206.биотоплива что еще кроме этанола и биодизеля

HYDROCARBON PROCESSING: ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ
84 №1 январь 2008
БИОТОПЛИВА: ЧТО ЕЩЕ КРОМЕ
ЭТАНОЛА И БИОДИЗЕЛЯ
R. Cascone, Nexant, Уайт-Плейнс, Нью-Йорк
Появление новых технологий производства бензина и дизельного топлива из возобновляемых био-
логических источников изменят облик сельского хозяйства, химической и нефтеперерабатывающей
промышленности
Этанол, полученный ферментацией сахара из са-
харного тростника или зерновых культур, является
основным возобновляемым жидким топливом, ис-
пользуемым сегодня в качестве компонента смеше-
ния или в чистом виде (100 %). Биодизель (сложный
метиловый эфир растительного масла) − другое во-
зобновляемое топливо, получаемое в меньшем объ-
еме, также используется как компонент смешения
или в чистом виде. Следующим шагом в этом направ-
лении является ферментация этанола (или бутанола)
из сахара на основе целлюлозы для гидрорасщеп-
ления природных масел и жиров в углеводороды с
пределами кипения дизельных топлив и для газифи-
кации биомассы и каталитического синтеза как ди-
зельных топлив, так и бензинов (термохимическая
платформа).
СОЦИАЛЬНО-ПОЛИТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
ПРОИЗВОДСТВА БИОТОПЛИВ
Во всем мире главными в разработках биотоплив
являются три фундаментальных политических на-
правления:
сельскохозяйственное развитие;
энергетическая независимость;
сокращение углеродных выбросов.
В энергетике биотоплива развиваются с невидан-
ной ранее динамикой:
спрос на биотоплива обусловлен не потребите-
лями или экономикой, а социальными и полити-
ческими проблемами;
стоимостная цепочка биотоплив объединя-
ет сектора с радикально противоположными
потребительскими, культурными, технологи-
ческими, макроэкономическими и бизнес-мо-
делями.
Тем не менее конвергенция сельскохозяйствен-
ной, углеводородной, биотехнологической и хими-
ческой отраслей и их динамика будут определять
глобальное и, что более важно, специфическое для
отдельных стран воздействия на традиционные ис-
точники энергии и рынки химической продукции,
а также на потенциальные возможности для ин-
вестирования. Мировые инвестиции в возобнов-
ляемые топлива/биотоплива за последние 5 лет
составили приблизительно 12 млрд долл., и по
прогнозам потребуется (совокупно) еще 130 млрд
долл. к 2020 г.
КЛЮЧЕВОЕ ЗНАЧЕНИЕ БИОТЕХНОЛОГИИ
ДЛЯ РАЗВИТИЯ БИОТОПЛИВ
Биотоплива базируются на биотехнологии и яв-
ляются одним из видов возобновляемой энергии.
В отличие от других форм возобновляемой энергии
биотоплива могут быть объединены с производством
химических продуктов в категории под названием
«белая биотехнология», как показано на рис. 1.
Биотоплива производят из органического матери-
ала, обычно из растительной биомассы, а по опреде-
лению в Федеральном регистре США − «из любого
органического материала, доступного на возобнов-
ляемой или часто повторяющейся основе, включая
сельскохозяйственные и древесные культуры, ле-
соматериал, древесные отходы и остатки, растения
(в том числе водоросли), травы, волокнистые остат-
ки, отходы животноводства и прочие отходы».
На химическом уровне различные источники
биомассы состоят в основном из углеводов (сахара,
крахмала и целлюлозы), связующего лигнита, ма-
сел, протеинов и, в меньшей степени, из животных
жиров. Крахмалы и целлюлоза представляют собой
сложные кристаллические и некристаллические по-
лимеры углеводов, которые могут быть деполиме-
ризованы для получения сахара. Это их отличает от
Рис. 1. Биотоплива: вид возобновляемой энергии. Многие ком-
поненты включают в себя определение источника «возобнов-
ляемой энергии»
Возобновляемые ис-
точники энергии
Гидро-
энергия
Энергия
ветра
Биотехнология
Энергия
солнца
Геотер-
мальные
источники
Био-
топлива
«Белая биотехнология» Химические
вещества
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

85№1 январь 2008
более простых молекул алифатических и нафтено-
вых углеводородов в нефти и конденсатах природ-
ного газа. Стоимостная цепочка биотоплив показана
на рис. 2 − от полной переработки сырья (биотран-
сформация или термохимическая переработка) до
получения основных биотоплив. Более развернутая
стоимостная цепочка состоит из предшествующих
сельскохозяйственных сегментов (например, вы-
ращивание культур, сбор урожая, складирование,
транспортировка и поставка) и последующих ком-
паундирования, транспортировки, распределения
и маркетинга.
РАЗНООБРАЗИЕ БИОТОПЛИВНОГО СЫРЬЯ
Сырьем для возобновляемых продуктов биотоп-
лив могут служить:
культивированные для других целей кукуруза,
пшеница, сахарный тростник, соя и древесные
культуры. Ими могут быть специализирован-
ные энергетические культуры, например просо,
тростник, куркас, кипрей и т.д.;
сельскохозяйственные отходы, например пше-
ничная солома или навоз, промышленные или
бытовые отходы, например продукты полей
орошения, пищевые отходы или использован-
ное для жарки растительное масло.
В настоящее время основными товарными био-
топливами являются биоэтанол и биодизель − слож-
ные метиловые эфиры жирных кислот (fatty acid
methyl esters − FAME). Разработаны также другие
биотоплива, и на них в этой статье сделан главный
акцент.
Важнейшие технологические направления следу-
ющие.
Компоненты бензина:
ферментация крахмала, сахара и сахаров, полу-
ченных гидролизом биомассы;
возможно из биомассы посредством пиролиза
(torrefaction), газификации и каталитических ре-
акций синтез-газа в высокооктановые топлива.
Биодизель:
традиционные химические реакции (т.е. трансэ-
терификация и гидрогенизация/изомеризация)
природных масел и жиров;
возможно из биомассы посредством torrefaction
(пиролиза), газификации и каталитических ре-
акций синтез-газа с получением высокоцетано-
вых топлив.
Пути производства различны, они зависят от типа
сырья, механической конструкции, качества продук-
тов и стоимости, и учитывают различные проблемы,
связанные с развитием.
СЛОЖНЫЕ ФАКТОРЫ РАЗВИТИЯ БИОТОПЛИВ
Динамика развития биотоплив отлична от дина-
мики развития традиционной нефтегазовой и хими-
ческой промышленности. Биопродукты имеют ши-
рокую политическую «поддержку», а не рыночное
«проталкивание», и движущие силы и проблемы ме-
няются не только в зависимости от региона, но и от
страны, что является важным аспектом для понима-
ния воздействия на нефтяные топлива, как показано
на рис. 3.
Рис. 2. Стоимостная цепочка биотоплив это многокомпонентная
схема производства. Многие виды органического сырья могут
быть конвертированы в топлива и компоненты смешения с ис-
пользованием общепринятых и развивающихся технологий
Сырье
Крахмал и сахар
Сахарный тростник
Маниока
Пшеница/ячмень
Сахарная свекла
Биомасса
Энергетический
тростник
Просо
Древесная стружка
Остатки с/х культур
(рисовая солома,
кукуруза)
С/х отходы и MSW
Масла
Пальмовое масло
Кокосовое масло
Другие растительные
масла
Рапсовое масло
Липиды водорослей
Остатки пищевого
масла
Соевое масло
Куркас
Процесс
Ферментация
Torrefaction
Газификация
Химические
вещества,
глицерин и
производные
Транс-
этерификация
Гидро-
генизация
Олеохимикаты
Биотопливо
Этанол
Бутанол
ЭТБЭ/ТАЭЭ
Другие продукты
Другие химические
вещества
Возобновляемое
дизтопливо
Этанол
Бутанол
Метанол
Диметилэфир
Жидкие продукты FT
Другие химические
продукты
Биодизель FAME
Сложный этилэфир
жирных кислот
Возобновляемое
дизтопливо
Рис. 3. Биотоплива предоставляют возможность сочетать кон-
тролируемые и независимые факторы, меняющиеся от стра-
ны к стране
Факторы
Цены
на энергию
Технологические
разработки
Стимулы
Окружающая среда
Энергетическая
безопасность
Выгоды для сель-
ского хозяйства
Средства
осуществления
Политика
правительства
Факторы успеха
вызовы/проблемы
Источник
сырья
Экономика
Совместимость
с двигателем
Одобрение
клиентами
Поставка
и логистика
Экологические
соображения

86 №1 январь 2008
Окружающая среда. Необходимость снижения
выбросов диоксида углерода (СО2) транспортным
сектором, а также другими секторами, включая сис-
темы отопления и электроснабжения, является ло-
комотивом продвижения биотопливной политики.
Биотоплива считаются более чисто сгорающими топ-
ливами, чем нефтяные, и дают значительно меньшие
нетто-вклады в СО2 (выращивание биомассы пот-
ребляет СО2 на фотосинтез, который при сжигании
просто высвобождается), чем энергия и выбросы,
связанные с их производством. Странами и региона-
ми принят закон (часто в связи с Киотским протоко-
лом) с целью увеличения потребления возобновляе-
мой энергии.
Энергетическая безопасность. Ряд стран, в том
числе США, Бразилия и Китай, планируют сокра-
тить зависимость от импорта сырой нефти или про-
дуктов ее переработки. Биотоплива являются частью
альтернативного решения. Бразилия достигла само-
достаточности по автомобильным топливам в 2006 г.,
и США недавно заявили, что к 2017 г. фонд автомо-
бильных топлив будет включать в себя 35 млрд галл/
год (104 млн т/год) возобновляемых топлив − эквива-
лентно 15 % общего потребления бензина.
Выгоды для сельского хозяйства. В Азиатско-
Тихоокеанском регионе движущими силами раз-
вития биотоплив являются выгоды для сельского хо-
зяйства и/или энергетическая безопасность (неза-
висимость) в зависимости от страны. В государствен-
ных Ассоциациях Юго-Восточных азиатских стран
(Association off SouthEast Asian Nations − ASEAN), где
сельское хозяйство является ключевым фактором эко-
номики, биотоплива привлекательны для фермеров в
качестве нового источника доходов и для промышлен-
ного оживления. Производство этанола в Бразилии,
Индии, Австралии и Таиланде основано на сахарном
тростнике − высокопродуктивной и привлекательной
для расширения площадей культуре.
Эта факторы в сочетании с высокими ценами на
энергоносители привели к значительному росту про-
изводства биотоплив в 2005 и 2006 гг. Такой рост был
поддержан политикой правительств, предоставляю-
щей налоговые льготы или другие субсидии для по-
ощрения развития. Правительства начинает скорее
вменять в обязанность употребление биотоплив, а не
предоставлять финансово-материальные стимулы.
Большинство стран начитает вовлекаться в какой-то
аспект биоэтанольных или биодизельных стоимост-
ных цепочек, включающих государственную поли-
тику, сельскохозяйственные культуры, академичес-
кие и другие НИР и ОКР, поставку технологий, про-
изводство биотоплив, использование биотоплив или
поставку двухтопливных автомобилей.
Ведущими странами в развитии биотоплив яв-
ляются США, Бразилия, Китай, Европейский Союз
(особенно Германия, Франция, Испания и Швеция)
и Индия. На второй позиции находятся Россия,
Япония, Таиланд и Малайзия. Разработки биотоплив
оказывают влияние на экономику и планирование
в топливном и сельскохозяйственном секторах, но
с обязательным учетом этих проблем и их стратеги-
ческого соответствия по всей стоимостной цепочке.
Например, в производстве биотоплив сейчас ис-
пользуют наряду с кукурузой другие хлебные злаки,
сахарный тростник и природные масла. Для удовлет-
ворения новых потребностей в поставках сельское
хозяйство отдельных стран или регионов часто нуж-
даются в реформировании или техническом пере-
оснащении. Важнейшей социальной проблемой яв-
ляется динамика «продовольствие против топлива»
при существующем (первом) поколении биотоплив,
использующим в качестве сырья продовольственные,
сельскохозяйственные культуры (например, кукуру-
зу, сахарный тростник, сою и т.д.). Некоторые страны
пытаются смягчить эту проблему, поддерживая сы-
рье второго поколения и технологию биопревраще-
ния, основанную на использовании биомассы непро-
довольственных культур, таких как маниока, сорго,
куркас и, в конечном счете, целлюлозной биомассы.
Например, Китай объявил, что не позволит использо-
вание кукурузы в качестве сырья на будущих биоэта-
нольных установках, а предпочтительными будут ямс,
маниока и сахарный тростник.
Другим значимым вызовом является необходи-
мость «конвергенции» сырьевой/логистической,
технической (биопревращение и применение про-
дуктов) и коммерческой моделей для достижения
устойчивого роста и значительных объемов, а также
экономического успеха для частных акционеров.
Продолжается рост достижений во всех сегментах
стоимостной цепочки, включая формирование про-
мышленных акционеров (например, разработчиков,
собственников и финансирующих организаций).
Установление перекрестного партнерства сель-
скохозяйственных и/или биотехнических компаний
Рис. 4. Взаимосвязь биотехнологии с нефтяной, газовой и хи-
мической промышленностью стирает грани между нефтепе-
рерабатывающей, энергетической и химической отраслями.
Несомненно, интеграция может дать возможный синергизм
и прибыли
вещества
Очищенные не-
фтехимические
продукты, газ
Процесс Продукты
продукты С1
Электро-
энергия
Синтез-газ
Биоконверсия
Биомасса
Животный жир
Биомасла
Химические в-ва
Газификация
Ферментация
Продукты
На гидрокрекинг
Топлива
Электро-
энергия
Нефть и газ Сырая нефть
Диме-
тилэфир
Процесс Продукты

87№1 январь 2008
с химическими или нефтяными и газовыми компа-
ниями мотивировано взаимосвязанным развитием
производственных отраслей. Эти взаимосвязи отно-
сятся к замещению на рынках продуктов нефтепе-
рерабатывающей и химической отраслей, но иногда
интеграция представляет собой почти имуществен-
ную (технологическую) интеграцию активов, как
показано на рис. 4. Технологическая интеграция воз-
можна для энергопроизводства, переработки нефти,
компаундирования полученного топлива и химичес-
кого производства (синтез-газ). Примерами страте-
гического партнерства, сформировавшегося между
промышленными секторами с целью разработки био-
топлив/возобновляемых химических продуктов, мо-
гут служить Du Pout/BP/British Sugar, ADM/Metabolix
(Tellus), Cargill/Ashland, Shell/Choren/Volkswagen,
Shell/Iogen, Ceres/Rohm & Haas, Chevron/Tyson и т.д.
ГАЗИФИКАЦИЯ БИОМАССЫ
Газификация биомассы, вероятно, имеет самый
высокий потенциал в отношении гибкости по сырью
и улучшения экономики конверсии, а также рас-
ширения продуктовых возможностей. Такая «поли-
генерация» топлив, электроэнергии и химических
продуктов была оценена во многих развивающихся
странах в отношении угля и тяжелого нефтяного сы-
рья. Термохимические методы переработки биомас-
сы, сведенные воедино, могут стать опорой для дру-
гих разработок.
Существует широкий и всеобъемлющий круг
технических и экономических разработок, прокла-
дывающих путь к превращению и производству био-
массы. Однако, чтобы объем биотоплива имел «удар-
ную силу», должна преобладать товарная экономика.
Поэтому курс на крупномасштабное производство
и малозатратное биосырье (рис. 5) будет иметь клю-
чевое значение. Как и большинство других промыш-
ленных разработок, технологические инновации, ко-
торые будут помогать конкурентоспособной эконо-
мике, появятся в следующем десятилетии. Вероятно,
это будут технологии, которые сейчас считают слиш-
ком сложными или слишком дорогими, чтобы быть
доминирующими направлениями.
ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ БИОМАССЫ
История перерабатывающих отраслей промыш-
ленности говорит о том, что главными движущими
силами, определяющими «эволюцию технологии»,
являются, в конечном счете:
сокращение капиталовложений;
сокращение производственных и энергетичес-
ких затрат;
экономические характеристики, включая эф-
фективность по выбросам углерода;
использование благоприятного сырья.
FAME МОЖЕТ БЫТЬ НЕДОЛГОВЕЧНЫМ
Сложный эфир жирных кислот − FAME или био-
дизель − вполне отвечает ключевым общественно-по-
литическим целям: сельскохозяйственное развитие,
энергетическая независимость и ограничение угле-
родных выбросов. FAME сокращает различные типы
Рис. 5. Система превращения биомассы обладает повышенной гибкостью благодаря разнообразию сырья и технологий переработки
Объем пода-
чи сырья
Малый Большой
Высокие
Затраты
на сырье
Низкие
Природные
масла
H2
Изомеризация
Трансэтерификация
Метанол или этанол
Пропан
Биодизель BTL
Глицерин
Биодизель (FAMW или FAEE)
Сахара
Сахара С6
Сахара С6, С5
Ферментизация Этанол
Биобутанол
Этилбензин
посредством
катализа
Биобензин
Сахара С6
Сахара С6
Крахмалы Ферментная конверсия
Зерно
Волок-
нистые
остатки
Размалывание, варка,
гидролиз, осахаривание
Целлюлоза
Кислотный или ферментный гидролиз Осахаривание
Кислотная
дегидратация
Левулиновая
кислота
Гидрирование MTHF
Этанол,
NGL
Топливо серии Р
Гемицеллюлоза
Лигнин Сепарация
Кислотный или ферментный гидролиз
Топливо
Газификация Синтез-газ
Ферментация синтез-газа
Катализ FT
Катализ FT и др.
Катализ на MoS2 и т.д.
Каталитическая
Этанол
Дизтопливо BTL
Бензин BTL
Смешанные высшие
спирты
Биобутанол
Процесс/тех-
нология
Известные
и более простые
Более
сложныеКлюч
Осахаривание
Промышленная технология
Новая технология
Технология в стадии разработки
1-е Поколение
2-е Поколение
3-е Поколение*
* Продукты 3-го Поколения — еще не выпускаются промышленностью
Биомасса

88 №1 январь 2008
загрязнений, связанных с транспортом и хранением
топлив и выбросами отработанного топлива автомо-
билей, он экологически благоприятен и привлекате-
лен, учитывая текущие налоговые стимулы. В случае
получения из очищенного свежего растительного
масла FAME можно считать безубыточным в сравне-
нии с нефтяным дизельным топливом при цене сырой
нефти 60 долл/брл. При использовании дешевого сы-
рья, например «необработанных продуктов» − расти-
тельные масла с удаленной клейковиной и дезактиви-
рованные животные жиры − и отходов масел и жиров,
FAME по прогнозу будет иметь более низкую безубы-
точную цену. Однако при получении из пищевых ма-
сел, жировых отходов и других доступных природных
масел и жиров, FAME в конечном итоге не может в
значительной степени заменить на рынке нефтяное
дизельное топливо из-за ограничений по сырью.
Некоторые крупномасштабные разработки других
непищевых природных масел и жиров (в том числе
из экзотических масличных семян, например, куркас
или китайское сальное дерево, таловое масло, исполь-
зуемое в бумажной промышленности, водоросли или
личинки насекомых) находятся на разных стадиях раз-
вития. Вероятно, они более пригодны для переработки
в возобновляемые углеводороды на установках гидро-
очистки и изомеризации НПЗ, чем для производства
FAME. Наряду с конкуренцией с сельскохозяйствен-
ной кормовой базой и липидными продуктами FAME
имеет такие практические проблемы, как изменения
качества, связанные с использованным сырьем.
При жестко ограниченном сырье в сравнении с
общим глобальным спросом на дизельное топливо
следует иметь ввиду переход на газификацию био-
массы для производства биомассы-в-жидкость (bio-
mass-to-liquids − BTL). Поскольку технология BTL
внедрена в промышленность, существующее про-
изводство биодизеля не будет остановлено. Скорее,
более крупные и стратегически продвинутые пред-
приятия будут и дальше служить рынками, которые
ценят биоразлагаемость биодизеля и его нетоксич-
ность, в частности, при использовании в подвесных
лодочных двигателях, для выработки электроэнер-
гии, в некоторых котельных и отопительных систе-
мах зданий, подземных и других системах, связан-
ных с топливами, смазочными материалами и рас-
творителями, проблемными с точки зрения безопас-
ности и охраны здоровья и окружающей среды.
В среднесрочной перспективе Европа, вероят-
но, останется крупнейшим биодизельным рынком
благодаря своей высокой стартовой базе и планам
дальнейшего расширения. Производство биодизеля
на основе пальмового масла в юго-восточной Азии в
настоящее время самый дешевый способ.
Для масштабной экономии, более быстрого раз-
вития и придания биодизелю большей притягатель-
ности с целью вовлечения нефтепереработчиков,
широкое одобрение, вероятно, получат появляющие-
ся новые технологии, которые гидрогенезируют при-
родные массы на НПЗ. В более отдаленной перспек-
тиве синтетическое дизельное топливо из биомассы,
полученное посредством интегрированной газифи-
кации биомассы (biomass integrated gasification −
BIG) c последующей каталитической конверсией
Фишера-Тропша, получившее название BTL, по-ви-
димому, более экономично, чем обычное биотопли-
во. К преимуществам BTL относятся низкие затраты
на сырье, доходы за счет побочных продуктов и вы-
сокая экономическая эффективность. Однако про-
дукт (высокопарафинистый с высоким цетановым
числом), по существу, не является биоразлагаемым
при токсичности, аналогичной для дизельного топли-
ва на углеводородной основе. С другой стороны BTL
может стать рычагом (конвергенция) разработок
уголь-в-жидкость и газ-в-жидкость, хотя можно ожи-
дать, что реализация процесса даст лучший эффект,
чем газификация угля в отношении безопасности,
выделения парниковых газов (greenhouse gas − GHG)
и других экологических проблем. BTL возобновляем.
Одной из проблем текущего и будущего произ-
водства FAME является экономическое размещение
его побочного продукта − глицерина. Потенциальные
решения этих проблем:
широкомасштабное применение неочищенного
глицерина в кормлении животных и для предо-
твращения обледенения;
получение производных, в частности, пропи-
ленгликоля или эпихлоргидрина, − текущие раз-
работки;
курс на вышеупомянутые процессы гидрогене-
зации природных масел и жиров, интегрирован-
ные с процессами нефтепереработки, которые
используют то же самое липидное сырье, что и
FAME (но эти методы решают технические про-
блемы с биодизелем и с производством пропана,
а не проблему глицерина);
курс на биодизель BIG-FT, который решает также
проблемы сырьевых ограничений и глицерина.
ЭТАНОЛ ЭТО НЕ ТОЛЬКО БИОБЕНЗИН
Этанол имеет длинную историю использования и
развития, главным образом в США и Бразилии. На
этих рынках бензин предпочитают дизельному топ-
ливу: относительно обильное кукурузное и сахар-
нотростниковое сырье и влиятельное фермерское
лобби. Производство биоэтанола из сахарного трост-
ника в Бразилии это самый низкозатратный вариант
для производства биоэтанола (в денежном выраже-
нии), за которым идет производство из кукурузы в
Северной Америке, зависящее от стоимости сырья
и размера установок. Без экономической поддержки
оно в обоих случаях, вероятно, дешевле производс-
тва нефтяного бензина при ценах на сырую нефть
40 долл/брл. Тем не менее, в существующих направ-
лениях ферментации (для многих стран) есть серьез-
ные практические пределы, в том числе:
снабжение сырьевым зерном, другими источ-
никами крахмала и сахарным тростником;
наличие пахотной земли и других сельскохо-
зяйственных ресурсов;
ограниченные рынки для побочных продуктов;
конкуренция с продовольственными рынками.
Новая технология для расширяющегося произ-
водства посредством превращения бросовой биомас-
сы, например кукурузной соломы, пшеничной или

89№1 январь 2008
рисовой соломы и сахарнотростниковой биомассы
(остатки от уборки урожая и биогазы), в ферменти-
руемые сахара, очевидно, со временем станет ком-
мерчески жизнеспособной. Производство этанола
ферментацией сахаров, полученных из проса или из
высокопроизводительного «энергетического трост-
ника», может стать привлекательной нарождающей-
ся технологией, реализация которой потребует экс-
тенсивного разведения проса и развития сети снаб-
жения, или модификации сельскохозяйственной
модели сахарного тростника. Эти культуры и тех-
нологии превращения будут также привлекатель-
ны в других регионах с умеренным и тропическим
климатом, которые могут значительно расширить
глобальную поставку и торговлю этанолом. В более
отдаленной перспективе, по мере приобретения эта-
нолом статуса более значимой замены нефти, про-
мышленность будет вынуждена превращать этанол
в углеводородные бензиновые фракции на интегри-
рованных предприятиях или использовать спирты,
например бутанол, для ослабления напряжения в ло-
гистике связанного с транспортом этанола.
Несмотря на позитивные свойства этанола, он
имеет ряд недостатков, которые надо преодолеть.
К ним относятся высокое давление паров, проблемы
с обращением и распределением, а также ограничен-
ные поставки зернового и сахарного сырья, конку-
рирующего с пищевым использованием. Для преодо-
ления некоторых из этих недостатков есть несколько
следующих решений.
Дегидратация в бензин (используют существу-
ющий этанол)
Ферментация бутанола (может принять сущест-
вующий объем этанола).
Топливо серии Р − смесь этанола, продуктов
сжижения, природного газа и метилтетрагидро-
фурана (methyl tetrahydrofuran − MTHF) − помо-
гает облегчить использование текущего наличия
этанола вместо нефти.
Синтез-газ BIG − для каталитического производс-
тва высших спиртов или другого биобензина −
заменяет этанол альтернативными продуктами.
БИОБУТАНОЛ – СЛЕДУЮЩЕЕ
ПЕРСПЕКТИВНОЕ БИОТОПЛИВО?
Биобутанол может иметь лучшую возможность
непосредственно ферментировать непищевые суб-
страты и является более подходящим биотопливом
бензинового ряда, чем этанол. Курс на биобутанол
приведет к повышению октановых чисел, сопоста-
вимому с этанолом для фонда бензина, но с анало-
гичной энергетической плотностью. Таким образом,
пробег в милях на галлон израсходованного топли-
ва незначительно снизится для смесей. Ввиду более
низкого давления паров биобутанол не будет оказы-
вать отрицательного действия на Rvp. Благодаря его
низкой растворимости в воде обращаться со смеся-
ми можно так же, как с бензином в пределах НПЗ, в
инфраструктуре транспорта и хранения топлив, на
АЗС и автотранспорте. Его использование позволит
избавить нефтепереработчиков от очередного изме-
нения производственных стратегий.
В ХХ веке процесс бактериальной ферментации
ацетон-бутанол-этатол (acetone-butanol-ethanol − ABE)
был доминирующим способом для производства бута-
нола-растворителя и химического бутанола, пока его
не вытеснили нефтехимическим синтезом. Он до сих
пор широко практикуется в Китае. Совместное пред-
приятие BP/Du Pont в своих текущих разработках по
производству и маркетингу биобутанола намерено
импортировать биобутанол, полученный процессом
АВЕ, из Китая для использования в качестве «заправ-
ки перед пуском» во время работы над процессом по-
лучения биобутанола следующего поколения. Многие
организации заявляют о своей работе над перспектив-
ной технологией производства, включая использова-
ние в качестве сырья широкого разнообразия сахара,
крахмала, остатка биомассы, а также над целевыми
видами биомассового сырья.
ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭТАНОЛА В БИОБУТАНОЛ
Существующие этанольные предприятия могут
быть адаптированы для производства биобутанола,
смягчая таким образом угрозу этой быстро расширя-
ющейся отрасли. Сам этанол может быть, в конечном
счете, дегидрирован в углеводородные бензиновые
фракции для удобства использования. Работая в этом
направлении, общество должно сделать выбор между
существующими возобновляемыми устойчивыми био-
топливами (которые являются биоразлагаемыми, мало-
токсичными, но неудобными в различных аспектах, и
ограниченными в возможности снабжения) и другими
ресурсами, которые не являются биоразлагаемыми
или имеют более неприятный запах, но они привлека-
тельнее и создают ограничения в других областях.
НЕУВАЖИТЕЛЬНОЕ ОТНОШЕНИЕ
К БЫТОВЫМ ОТХОДАМ
Министерство энергетики (Departament of
Energy − DOE) и Министерство сельского хозяйства
США (US Departament of Agriculture − USDA) стали
тесно сотрудничать в области жидких топлив как
основе биомассы и в других энергетических разра-
ботках. Эти ведомства фокусируют внимание на
биомассе, полученной из органических остатков
сельского и лесного хозяйства, пищевой промыш-
ленности и многих других секторов. Однако этим ве-
домствам, по существу, ничего неизвестно о содер-
жании биомассы (бумага, картон, пищевые отходы
и отходы переработки) в твердых муниципальных
отходах (municipal solid waste − MSW) и домашних
отходах. Федеральное финансирование для исполь-
зования MSW с целью получения жидких биотоплив
очень незначительно по сравнению с финансирова-
нием использования сельскохозяйственных отходов.
По-видимому, сторонники использования MSW не
так сильны, организованны, богаты и целеустрем-
ленны, как сельскохозяйственное лобби в USDA и
DOE. Конечно, биотоплива на основе MSW отвечают
целям энергетической независимости и сокращения
углеродных выбросов, но они не согласуются с сель-
скохозяйственным развитием. Однако во многих
наших экономических неблагоприятных городских
зонах новые биотопливные установки приведут к

90 №1 январь 2008
«развитию города», что также является важнейшей
задачей общества.
В таблице показана ориентировочная оценка ре-
сурсов США и глобальных ресурсов разнообразной
бросовой биомассы (включая сельскохозяйственные,
лесные, промышленные и городские отходы) наряду
с заключенным в них потенциалом производства био-
этанола по типичным существующим технологиям
ферментации. Ресурсы сельскохозяйственной бросо-
вой биомассы, несомненно, в совокупности превыша-
ют городские и промышленные ресурсы, но первые
оплачены и широко рассредоточены (тогда как пос-
ледние сконцентрированы!), обременяют общество и
ищут полезного применения. Сельскохозяйственные
отходы часто включают «вмененные потери» − они
имеют некоторую стоимость культивации почвы или
питательных веществ, оставленных на земле. Для их
учета обычно существует конечная стоимость. В про-
тивоположность этому использование городских и
промышленных отходов почти всегда является фор-
мой решения проблемы.
Для MSW существует хорошо организованный «ры-
нок». Например, г. Нью-Йорк тратит около 90 долл/т
(«оплата с чаевыми») за вывоз своих MSW из штата
на безопасную разрешенную свалку. Несмотря на то,
что органическая составляющая MSW легко отделима
ценой относительно небольших издержек с побочным
продуктом в виде металлов, пластмасс и стеклянного
боя, все показатели говорят о том, что поставка биомас-
сы с места обработки на предприятие по производству
жидких биотоплив будет стоить от 30 до 50 долл/т. Эта
разность 100−140 долл. между оплатой с чаевыми и сто-
имостью для производства и логистики биомассы мо-
жет быть очень значимой для конкурентоспособности
биотоплива на углеводной основе с нефтяным топли-
вом. Другое преимущество использования органичес-
кой части MSW заключается в том, что ее выработка
происходит в относительно постоянном режиме круг-
лый год, тогда как сельскохозяйственная биомасса
вырабатывается в сезонном режиме, требуя особой
стратегии хранения. Кроме того, MSW образуется
вблизи центров потребления, а сельскохозяйствен-
ные угодья находятся вдали от населенных центров.
РАБОТА С СЫРЬЕМ И ПОБОЧНЫМИ
ПРОДУКТАМИ
Чтобы всерьез заняться биовозобновляемыми
материалами, нефтеперерабатывающая и химичес-
кая промышленность должна лучше ознакомиться с
сельскохозяйственным, лесным и продовольствен-
ными секторами, а также с биотехнологией сельско-
хозяйственных культур и микроорганизмов. Хотя
биотехнология сельскохозяйственных культур ак-
тивно обеспечивает более продуктивную, разнооб-
разную и стабильную платформу для биотопливной
промышленности, возможность близкого конфликта
с продовольственным сектором очевидна, а более от-
даленные конфликты недооценены. Многие анали-
тики обычно не учитывают роль побочных продук-
тов, например, остатков зерновых при ферментации
этанола и, возможно, также биодизельного глицери-
на, в сбалансированности кормовой базы.
Тем не менее, простое восприятие конкуренции
биотоплив за сахар, зерно, семена масличных куль-
тур, используемых в пищевой и кормовых секторах,
кажется достаточным, чтобы внести хаос. Об этом
свидетельствует заметное повышение цен в минув-
шем 2006 г. и продолжающееся в 2007 г. на кукурузу
в США и Китае, бразильскую сою и сахарный трост-
ник в Бразилии, а также на рапс в Европе − важней-
шее биотопливное сырье в каждом из этих регионов.
ВОДОРОД НЕ ЯВЛЯЕТСЯ
ВОЗОБНОВЛЯЕМЫМ ТОПЛИВОМ
Водород часто относят к биотопливам в качестве
возобновляемого топлива, но он вообще не являет-
ся источником энергии. Водород в естественном
виде существует на этой планете только в связанной
форме, требует большой затраты чистой энергии для
производства двухатомного водорода из воды, уг-
леводородов и углеводов, после чего он может быть
энергопередающей средой. Как таковой он находит-
ся среди наименее эффективных сред по энергети-
ческой плотности, будь то компримированный газ,
жидкость или гидрат, по крайней мере, в современ-
ных и достаточно предсказуемых условиях. Водород
как передающая среда без выделения GHG на месте
использования, может быть отнесен к действитель-
но возобновляемым источникам энергии (солнечная,
фотоэлектрическая, ветряная, зеленый раститель-
ный покров и т.д.), но таковыми могут быть и элек-
тросети, аккумуляторы, жидкие топлива, например
аммиак и углеводороды, полученные при реакции со
сбросом СО2.
БИОТОПЛИВА ОКАЗЫВАЮТ ВЛИЯНИЕ
НА ДРУГИЕ СЕКТОРА
Кроме того, что мы ощущаем давление на рынки
зерна, семян масличных культур, сахара, зерновой
муки и других углеводов, протеинов и липидов, мы
являемся свидетелями многих других прямых и кос-
венных воздействий биотопливных разработок на
широкий спектр секторов, включая:
повышение спроса на все удобрения в сельском
хозяйстве для выращивания биотопливного сы-
рья;
повышение спроса на серную кислоту в произ-
водстве этанола и других биотоплив;
усиленная подача железнодорожных цистерн
для транспорта этанола;
сокращение планов по строительству новых или
расширению существующих установок алкили-
рования, поскольку этанол восполнит растущие
потребности в повышении октановых чисел;
напряженный рынок (высокооктановых) при-
садок к бензинам;
наводнение рынка побочным продуктом − гли-
церином, который, кроме его очистки и конку-
ренции непосредственно на целевых рынках
сорбитола и нефтехимического пропиленгли-
коля, привел к инициативам ADM, Cargill, Dow
и других использовать неочищенный глицерин
для получения химических производных, в час-
тности пропиленгликоля и эпихлорагидрина.

91№1 январь 2008
ПУТЬ ВПЕРЕД
Для развития глобальной биотопливной индуст-
рии может быть рассмотрена очень привлекательная
модель «последнего сопротивления», которая будет
иметь следующие элементы.
Непрерывное генетическое усовершенствова-
ние товарного крахмала, сахара и масличных
культур для платформ ферментации. Эти про-
граммы усовершенствования будут также вклю-
чать пальму, маниоку и сорго, которым оказано
меньше внимания ввиду ограниченного интере-
са со стороны Североамериканских и Европей-
ских биотехнических центров.
Разработка высокопродуктивного сырья из
биомассы, пригодного для разных климатов
и условий и используемого либо в фермен-
тации, либо в термохимических процессах.
К биомассовому сырью относятся просо, энер-
гетический тростник, кипрей и альтернатив-
ные масличные культуры − куркас и китайское
талловое дерево. Усилия могут охватить про-
граммы генетической модификации и разведе-
ния культур.
Разработкаагрономических,техническихи биз-
нес-моделей, способных оптимизировать прак-
тическое обеспечение источниками и устой-
чивость этих видов сырья. В эти модели будут
включены стратегии по конверсии и рекупера-
ции калийных и фосфорных питательных ве-
ществ, которые в отличие от азота обычно по-
лучают из ограниченных запасов минеральных
ископаемых.
Ферментация сахаров из биомассы с исполь-
зованием «однократного» метода. Эти приемы
скорее оптимизируют, чем углубляют превра-
щение компонентов субстратов (например,
негидролизованной целлюлозы и сахаров С5)
и сжигают или газифицируют такие остатки
вместе с лигнином для производства тепла и
электроэнергии.
Интеграция газификации биомассы в пределах
топливопроизводящего объекта, что будет спо-
собствовать изучению существующего опыта
и достижений в газификации угля и нефтяных
остатков.
Приготовление биомассы низкокислородным
пиролизом (torrefaction) и получение хрупких
гранулированных, с высоким энергосодержани-
ем, сухих твердых материалов и пиролиз-топлив
для более удобного обращения, транспортиров-
ки, хранения и загрузки, и для более эффектив-
ной, менее затратной и высокопроизводитель-
ной газификации.
Производство биобензина с использованием
других технологий переработки, которые вклю-
чают этанол, бутанол, высшие спирты и углево-
дороды. Эти новые технологии будут основаны
на ферментации оксида углерода для получения
этанола и водорода (в качестве побочного про-
дукта) с параллельным производством биодизе-
ля, обычно методом Фишерав-Тропша или соот-
ветствующими каталитическими методами.
Параллельное производство электроэнергии, тепла
и химических веществ из синтез-газа биомассы.
Во временной стратегии ферментации сахаров
из биомассы большое внимание можно уделять мно-
гим другим процессам предварительной обработки,
связанным с ферментативной деполимеризацией
целлюлозы и гемицеллюлозы посредством альтерна-
тивной деконструкции лигноцеллюлозы растворите-
лями (как разработано в Бразилии) и на термическое
использование остаточных продуктов ферментаци-
онного комплекса. Для термохимической платфор-
мы большего внимания требуют приготовление био-
массы низкокислородным пиролизом, газификация
и оптимизация системы.
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ
БИОТОПЛИВ
Бразилию считают производителем малозатрат-
ного этанола, что во многом обусловлено низкой сто-
имостью сырья, параллельным производством элект-
роэнергии и тепла из остаточных биогазов и хорошо
развитой и в основном устоявшейся инфраструк-
турой. Вполне вероятно, что Бразилия станет доми-
нирующим экспортером этанола. Преимущество
Бразилии по затратам на производство показано на
рис. 6. Чтобы добиться успеха, страна должна ре-
0
0
1
2
3
4
1
2
Относительныезатратынапроизводство
Бензин при цене нефти 60 долл/брл
Бензин при цене нефти 30 долл/брл
Бразилия
(сахар)
США
(кукуруза)
Индия
(сахар)
Европа
(пшеница)
Китай
(кукуруза)
Рис. 6. Сравнение затрат на производство биотоплив для по-
лучения бензина и дизельного топлива в Северной и Южной
Америке, Европе и АТР
Дизтопливо при цене нефти 60 долл/брл
Дизтопливо при цене нефти 30 долл/брл
Азия
(пальма)
США
(соя)
Китай
(соя)
Европа
(рапсовое
семя)
Относительныезатратынапроизводство

92 №1 январь 2008
шать проблемы прибыльного и устойчивого произ-
водства биотоплив. В разработке программы био-
топлив каждое государство должно сбалансировать
рентабельность с учетом оптимального сырья, техни-
ческих достижений и правительственной поддержки
в ближайшей перспективе.
ПЕРСПЕКТИВА ДЛЯ БИОТОПЛИВ
Будущее биотоплив будет формироваться под
воздействием следующих факторов.
Правительстваиграютглавныероливразработках
биовозобновляемых энергоносителей, устанавли-
ваяполитическиерычагиНИРиОКРи внедрение
в промышленность. Однако они могут быть мед-
лительны в своих действиях и иметь приоритеты,
направляемые лоббирующими структурами, что,
возможно, не приведет к оптимальным разработ-
кам в ближайшей перспективе.
Частное производство должно как можно рань-
ше выступить инициатором промышленного
внедрения, идентификации и выбора лучших
новых разработок − биобутанол, использова-
ние MSW, интегрированные термохимические
предприятия, другие варианты биобензина
и биодизеля наряду с этанолом и FAME.
Между заинтересованными отраслями (биотех-
нологическая, сельскохозяйственная, химичес-
кая, энергетическая и автотранспортная) необ-
ходимы партнерские отношения для лучшего
развития биовозобновляемых энергоносителей.
Бросовая биомасса (в США и глобально) – потенциальное сырье для биотоплив
Тип отходов Количество
в США, млн
т/год (на сухой
остаток)
Глобальное
количество,
млн т/год (на
сухой остаток)
Потенциал по
спирту в США,
млрд галл/год
Потенциал
по спирту в
США, млрд
т/год
Глобальный
потенциал по
спирту, млрд
галл/год
Глобальный
потенциал по
спирту, млрд
т/год
Твердые
муниципальные
отходы
78 N/A* 10 30 NA** NA
Шлам полей орошения 10,9 N/A 1,4 4 N/A N/A
Промышленный
биошлам
3 N/A 0,4 1 N/A N/A
Рециркулированные
бумажные частицы
4,3 N/A 0,5 1 N/A N/A
Остатки с/х
производства
400 806–3760 52 155 105–490 313–1460
Остатки лесной
промышленности
330 1610–8060 43 128 210–1050 627–3140
Навоз 220 270–2960 28 84 34,2–376 102–1120
Биоотходы, суммарно 1046 2690–14 800 135 403 349–1920 1040–5720
* N/A – нет данных.
** NA – неприменимо.
Источник: 1. Mark Holtzapple, Texas A&M.
2. A. Faaij, Assessing the Biofuels Option, IEA/UN, June, 2005. Utrecht Univerrsity, The Netherlands.
Закончилось время «кустарных» биотоплив-
ных проектов для быстрого обогащения на счет
оборота авантюрного капитала. В перспективе
успешные разработки биотоплив должны обла-
дать достаточно глубокими знаниями в области
сырья, целевых и побочных продуктов и стра-
тегических преимуществ в технологических и/
или снабжающих цепочках.
Необходимы новые непродовольственные виды
сырья для смягчения дилеммы «продовольствие
или топлива» и фундаментальных сельскохо-
зяйственных ограничений.
Интегрированные термохимические направле-
ния могут обеспечить производство как биобен-
зина и биодизеля, так и химических продуктов и
электроэнергии.
Производство биобензина и биодизельных топ-
лив догонит, но полностью не заменит лучшие из
существующих производств этанола и FAME.
Перевела Н. Иванова
Ron Cascone (Р. Касконе), руководитель
биотопливных разработок в Nexant, Inc/
ChemSystem, Уайт Плейнс, Нью-Йорк.
Инженер-химик с 40-летним опытом рабо-
ты в промышленности широкого профиля:
энергетика, химические процессы и про-
дукты. В последнее время его внимание со-
средоточено на биовозобновляемых продуктах (топлива
и химикаты) в плане участия Nexant в мировой практике.

206.биотоплива что еще кроме этанола и биодизеля

Recommended

Recommended

More Related Content

Viewers also liked

Viewers also liked (18)

Similar to 206.биотоплива что еще кроме этанола и биодизеля

Similar to 206.биотоплива что еще кроме этанола и биодизеля (6)

More from ivanov15666688

More from ivanov15666688 (20)

206.биотоплива что еще кроме этанола и биодизеля