Биоэтанол: особенности производства и место на топливном рынке

Биоэтанол — альтернативное топливо с повышенным классом экологичности. Имеет химическую формулу C2H5OH (этиловый спирт), выглядит как бесцветная прозрачная жидкость, характеризуется высокой горючестью. Производится на основе растительных продуктов (сахарного тростника, кукурузы, крахмала и пр.) методом гидролиза и ферментации либо с помощью химического взаимодействия этилена и водяного пара. Отсюда и приставка био- в названии. Продукт биоразлагаемый, не загрязняет окружающую среду и менее токсичен по сравнению с традиционными типами ископаемого топлива. Он смешивается с бензином в разных пропорциях и позволяет сократить выброс парниковых газов и загрязнение воздуха.

Перспективы биотоплива

Ученые и эксперты рынка считают биоэтанол новым поколением горючего с большим будущим. Он рассматривается как реальная альтернатива бензину в свете тренда на безопасную, чистую и устойчивую энергию. По прогнозам аналитического агентства Research and Markets, рынок биоэтанола будет планомерно расти на 8,12 % в год и к 2027-му достигнет объема 13,9 млрд долларов. Влияют на аналитику не только практические причины, связанные с экологией, но и правительственные распоряжения многих стран мира, предписывающие расширить применение такого автомобильного топлива. Также активно разрабатываются специальные программы по переходу транспорта на биоэтанол для прекращения зависимости от нефтяного импорта.

Прослеживается и другая тенденция: вместе с увеличением количества легковых автомобилей и коммерческого транспорта по всему миру растет и внимание общества к состоянию окружающей среды. Это в буквальном смысле подталкивает разработки по производству биоэтанольного топлива и инициативы по его широкому использованию.

Однако есть и сдерживающие факторы, из-за которых переход на биотопливо идет довольно медленно, если смотреть в глобальном масштабе. Пока в суммарном объеме моторного топлива на долю этанола приходится 5 пунктов из 100.

Продвижению продукта на рынке препятствуют:

• Недостаточная экономическая обоснованность. Если массово использовать сельскохозяйственные культуры для химической промышленности, высок риск столкнуться с недостатком урожая, который является гарантом продовольственной безопасности стран. Для отдельных регионов планеты это критичный момент.
• Небольшой процент транспортных средств, двигатели которых совместимы с биоэтанолом. У неконтролируемой заливки много отрицательных последствий: от потери КПД и снижения маневренности автомобиля до полного выхода из строя силового агрегата. Оптимальным и самым безопасным решением является выпуск транспорта, изначально ориентированного на растительное топливо. Так делают, например, в Скандинавии, где производят абсолютно новую серию автобусов, которые работают на биоэтаноле.

Однако большое количество плюсов такого горючего может перевернуть ситуацию:

• Легкое получение сырья и дешевое производство. Нужны лишь посевные площади, солнечный свет и теплый климат для продуцирования необходимого количества растительной массы.
• Возобновляемый ресурс. Плантации с растительным сырьем могут возделываться каждый вегетационный сезон в отличие от невозобновляемых нефтяных месторождений.
• Умеренный расход. При заливке биоэтанола выгода в сравнении с чистым бензином составляет от 10 %.
• Отсутствие вредных тяжелых углеводородов, серы, золы, которые присутствуют в нефти и ее производных. Сжигание этанола позволяет в 10 раз снизить объем выхлопных соединений.
• Высокое октановое число. Показатель смеси — 105.

Производство биоэтанола

Для производства биотоплива пригодно разное биологическое сырье (от картофеля и свеклы до ячменя и дикорастущих растений), но преимущественно это сахарный тростник и кукуруза. Потому что главное условие для получения качественного продукта — сахароза либо смесь полисахаридов крахмала в составе.

Рейтинг стран-производителей

По данным Discovery Research Group, лидером по производству экологичного топлива из этих компонентов являются США (в 2021 году на их долю уже приходилось более 55 % мирового объема). На втором месте Бразилия. Далее идут страны Евросоюза и Китай. Но отрыв от первого места очень большой. В России рынок биоэтанола пока находится в зачаточном состоянии. Хотя у страны достаточно сырьевой базы для развития этого сектора альтернативной энергетики. И, по расчетам Минсельхоза РФ, к 2035 году на производство биоэтанола может быть выделено до 15 млн т зерна.

Помимо доступности сырья, производство этанола привлекательно и минимальными затратами энергии. И здесь сравнение с нефтепродуктами целиком и полностью в пользу биотоплива. На промышленные рельсы его выпуск удалось поставить благодаря брагоректификации с помощью современного технологичного оборудования.

Сначала растительные вещества проходят начальную подготовку, а потом отправляются на ферментацию. Вместо обычного дрожжевого брожения на производстве используется обработка катализаторами белковой группы, которые выведены в лаборатории с помощью генной инженерии. Потом выполняется брагоректификационная перегонка бражки. Продуктивность такого метода гораздо выше классического брожения по проценту этанола в общем объеме итогового продукта.

Самые востребованные топливные смеси

У всех горючих смесей этанола в маркировке есть литера Е (Ethanol). А идущая следом цифра говорит о количестве этанола (в процентах) по отношению к бензину. В списке наиболее популярных субстанций:

• Е10. Такое биотопливо особенно востребовано в США. Им заправляют большинство легковых автомобилей. Но в зимнее время года, как правило, переходят на Е15.
• Е20 и Е25. Смеси популярны в Бразилии, где их используют и для личного, и для коммерческого транспорта. Первая субстанция преобладает, вторую заливают гораздо реже.
• Е85. В топливе высокий процент метилкарбинола. Поэтому такой вариант для массовых моделей авто с обычным двигателем не подходит. Смесь рассчитана на двигатели flexible-fuel с гибридной подачей топлива (бензина/био), для которых возможна самостоятельная корректировка соотношения спирта к нефтепродуктам в диапазоне от 5 до 95 %.

Отдельно выделяется Е100, поскольку это не совсем этиловый спирт в чистом виде. Концентрация этанола в продукте действительно высокая (96,5 %), но формула дополнительно обогащена водой (3,5 %), чтобы сохранить баланс между жидким и газовым состояниями при повышении температуры, вплоть до кипения.