Как сделать биоэтанол дешевле

Биоэтанол

Одной из причин, которая сдерживает широкое применение топливного этанола (биоэтанола) в топливно-энергетическом комплексе, является сравнительно высокая себестоимость его производства. В настоящее время для производства топливного этанола в Украине принципиально используется такая же технология как и для производства пищевого этилового спирта. Себестоимость такого биоэтанола составляет примерно 7 грн. за литр, что требует снижения налогового давления на этанолсодержащие топливо, а это является потерями для бюджета. Решение проблемы состоит в уменьшении себестоимости биоэтанола за счет создания и внедрения новых технологий производства, которые позволят снизить затраты на сырье на 50…60 % и энергозатраты на 60 %.

Предлагаем основные технологические решения, которые позволяют достичь указанных результатов.

Наиболее дешевым сырьем для производства биоэтанола считается кукуруза. В этанол превращается только крахмал зерна, а остальная составляющая – жир и белок, является баластом. Жир замедляет технологические процессы осахаривания и брожения, избыточный белок повышает вязкость полупродуктов, создавая отложения на внутренних поверхностях бражных колон и теплообменников,  что ведет к повышению затрат ферментных препаратов и технологического пара.

В кукурузном зерне 10…14 % массы составляет зародыш, который содержит 84…86 % жира, и 25…30 % белков кукурузы. Зародыш является сырьем для производства кукурузного масла, а также целого ряда ценных кормовых и пищевых продуктов.

На заводах биоэтанола необходимо внедрять технологию предварительного разделения кукурузного зерна на зародыш и крахмальную крупу. Основным видом оборудования для этого является дежерминатор – специальная дробилка, которая дробит зерно и одновременно отделяет зародыш от эндосперма. Полидисперсная крохмальная крупа поступает на производство биоэтанола, а зародыш используется для изготовления товарных продуктов – масла, белковой пасты и др., реализация которых позволяет значительно снизить себестоимость биоэтанола. Часть обезжиренной крахмальной крупы можно реализовывать производителям пива, или изготовлять из нее широкий спектр  другой пищевой продукции – от чипсов до патоки.

Мировой опыт и расчеты, выполненные с учетом условий отечественного рынка, позволяют утверждать, что общая товарная стоимость продуктов, полученных с выделенного зародыша, компенсирует   до 80 % стоимости  сырья, предназначенного для производства биоэтанола.

В кукурузной крупке и муке,  выделенных из зародыша методом дежерминации, содержится 75…80 % крахмала и около 5 % белка. Выполненные в Институте пищевой химии и технологии исследования установили, что использование упомянутых продуктов позволит получать сусло с повышенной концентрацией сухих веществ и, соответственно, увеличить крепость бражки. За счет использования новых ферментных препаратов, в частности фитазы, выход биоэтанола из сырья может быть увеличен, а благодаря уменьшению вязкости полученной массы расходы разжижающих  и осахаривающих ферментов может быть снижен на 10…20 %, а созревание бражки сокращено до 40…48 часов, выход этанола при этом увеличивается на 0,5 %,  а энергозатраты снижаются на 5…8 %.

Затраты электроэнергии на выделение зародыша и дробление крахмальной составляющей зерна примерно соответствует  ее затратам на дробление сырья с использованием традиционной технологии.

Таким образом, введение в технологическую схему переработки сырья специальной линии выделение зародыша позволит компенсировать за счет реализации дополнительно полученных продуктов до 85 % стоимости приобретенного сырья.

В структуре себестоимости биоэтанола затраты на сырье составляют 50…60 %. Даже при осторожной оценке, заводская себестоимость биоэтанола за счет внедрения разработанной технологии может быть снижена на 20…30 %.

Институт пищевой химии и технологии предложил для внедрения проект технологической линии комплексной переработки кукурузного зерна. Стоимость комплекта технологического оборудования мощностью 100 тонн переработки  кукурузы в сутки составляет около 350 тыс.евро, а срок окупаемости затрат для цеха подготовки кукурузы и дежерминации  5…8 месяцев.

Еще одним существенным фактором, который влияет на себестоимость биоэтанола является затраты тепловой энергии на его производство. До повышения цен на газ тепловая энергия в структуре себестоимости составляла примерно 20 %. В настоящее время ее уровень повысился до 25…30 %. Затраты технологического пара на производство одного декалитра биоэтанола составляет 60…70 кг. Приведенные энергозатраты обусловлены, главным образом, нерациональным оформлением аппаратурно-технологической схемы брагоректификации и обезвоживания этанола.

В спиртовой отрасли брагоректификационные аппараты традиционно создавались для реализации технологии, суть которой состояла в получении высокоочищенного этанола пищевых кондиций, а уровень, понесенных при этом энергозатрат в то время, не имел решающего значения.  С учетом требований к качеству биоэтанола производственные акценты необходимо сместить на минимизацию затрат энергии, поскольку ограничение содержания сопровождающих летучих примесей в биоэтаноле принципиально не влияет на условия его использования в качестве топлива.

Наши исследования и расчеты показали, что в случае внедрения рациональных технологических решений на стадии брагоректификации и обезвоживании затраты пара могут быть снижены втрое. Например, греющий пар для брагоректификации поступает только в бражную колону, что позволяет в 2,5 раза уменьшить его затраты. При условии использования других энергосберегающих технологических решений, включая использование вторичной теплоты, затраты пара сокращаются до 20…22 кг на декалитр биоэтанола. Элементы упомянутой схемы испытаны в производственных условиях.

К преимуществам такой схемы относятся: принципиальная невозможность получения на ней этанола пищевого качества, что полностью устраняет возможность не целевого использования этанолсодержащей продукции, необходимости в подакцизном контроле и связанных с этим осложнений во время ее изготовления и оборота    альтернативного топлива на рынке.

Внедрение вышеупомянутой схемы требует новых конструкций ректификационных колон и теплообменного оборудования, поскольку аппаратура для изготовления пищевого спирта, которая до этого времени используется на спиртовых заводах Украины, не способна обеспечить новые технологические требования для получения биоэтанола в объеме выдвигаемых энергосберегающих решений.

Внедрение энергосохраняющей схемы производства  вместе с предложенной схемой комплексной подготовки сырья дает возможность снизить себестоимость продукции до 1,5…2 грн. за литр, что обеспечит альтернативному топливу высокий уровень конкурентоспособности на рынке топлива.

Для перепрофилирования существующих спиртовых заводов с целью реализации энергоэффективных технологий получения биоэтанола, способного конкурировать с нефтяным топливом на внутреннем рынке, а также с тем же биоэтанолом на внешнем, необходимы существенные капиталовложения.

Напомним, что общая потенциальная мощность всех спиртзаводов Украины  в настоящий момент составляет 600 тыс.тонн в год. Потребность Украины в подакцизном (пищевом, парфюмерном и др.) спирте – 150…200 тыс.тонн, а внутренний рынок топливного биоэтанола может достигать, как минимум, еще 800…1200 тыс.тонн     за год.  Существующий спрос на рынке биоэтанола, в том числе и на мировом, позволяет быстро наращивать его производственные мощности в Украине. Страны ЕС заинтересованы в украинском импорте топливного биоэтанола. Рынок биоэтанола в Европе ежегодно увеличивается на 3 %, что свидетельствует о значительном потенциале для отечественного экспорта. В Украине для этого существует потенциал  производства сырья – в первую очередь, кукурузы.

Дальнейшее наращивание производства, в том числе и на экспорт, должно осуществляться за счет увеличения переработки кукурузы, других зерновых культур, обеспечивая стабильный рынок сбыта сельскохозяйственным производителям, создания территориальных многопрофильных агропромышленных комплексов. Это позволит стимулировать в украинском агросекторе организацию производства возобновляемого сырья, ее комплексную переработку в биотопливо и топливные компоненты, пищевые продукты, комбикорма и другую продукцию, что обеспечит устойчивое развитие территорий их расположения.

Крупный территориальный сырьевой перерабатывающий комплекс на базе завода биоэтанола, обеспеченный современной энергосберегающей схемой производства может перерабатывать зерновое сырье в количестве 250,0 тыс.тонн в год. На выращивание зерна необходимо 50…80 тыс. га  посевных площадей. На эти площади будут вноситься собственные органо-минеральные удобрения, а их обработка будет обеспечиваться собственным топливом.

Развитие животноводства в прилегающей зоне будет обеспечено собственными комбикормами и сочными кормами за счет севосмены.

Создание таких комплексов будут иметь значительный социальный эффект за счет повышения уровня занятости населения. Кроме упомянутого, будет обеспечен стабильный сбыт продукции растениеводства, а сельскохозяйственные производители получат дешевое топливо и удобрения местного производства. Комплексы такой мощности уже работают в США, Канаде, строятся в Германии, России, Казахстане.

В настоящее время для Украины можно начинать с относительно небольших территориальных сырьевых перерабатывающих комплексов на базе перепрофилированных спиртзаводов, расчитанных на годовую переработку 25…30 тыс.тонн кукурузы и 10…15 тыс.тонн  рапсовых семян.  Существенной  особенностью  производства биодизельного топлива является использование для переэтерификации собственного биоэтанола  взамен покупного метанола, который получают с ископаемого сырья.  Создание многопрофильных агропромышленных комплексов по переработке кукурузы в биоэтанол — ближайшая перспектива для Украины.

 

т.д.н. С.П.Цыганков

Яндекс.Метрика