В чём плюсы и минусы биоэтанола — ДРАЙВ

В последнее время в мировой прессе всё чаще публикуются сообщения об опасности и даже вредности массового перевода автомобилей на биоэтанол. Одно авторитетное мнение очень скоро оспаривается другим, не менее авторитетным. Критика настолько жёсткая, что поневоле вызывает недоумение. Как такое может быть: ведущие страны принимают энергетические стратегии, которые, если верить скептикам, совершенно бездумны и являются кратчайшим путём к масштабным экологическим и экономическим катастрофам? Где правда? Попробуем разобраться.

Противники сжигания этанола в двигателях внутреннего сгорания приводят убедительные доводы. Они не опровергают факта, что при использовании этилового спирта выхлоп автомобилей становится намного чище. Это действительно так. Главная же беда — в самом производстве этого вида топлива, когда в атмосферу выбрасываются огромные количества углекислого газа. А значит, вся экологическая эффективность использования спиртосодержащих смесей сводится на нет.

И бравые лозунги о борьбе с глобальным потеплением, об изменении климата не только теряют свою актуальность, но даже смешны.

Вообще говоря, этиловый спирт можно получать из любых растений, лишь бы там в достаточном количестве содержались сахар и крахмал. Картофель, ячмень, пшеница, свёкла — всё подходит. Но лучший вариант — сахарный тростник. Можно также перерабатывать различные отходы, например древесные опилки, но пока что это экономически невыгодно. А потенциально рентабельные методы находятся в стадии разработки.

Правы они? И да и нет. Производство этанола действительно насыщает атмосферу парниковыми газами (ещё они называются GHG — от greenhouse gas) в количествах, сопоставимых с выбросами бензиновых двигателей внутреннего сгорания. Но у всякой монеты есть и обратная сторона. Дело в том, что в процессе производства и сжигания 1 литра этанола из растительного сырья в атмосферу попадает ровно столько же CO

2, сколько до этого было поглощено теми же самыми растениями в результате реакции фотосинтеза. По сути производство этилового спирта есть не что иное, как «фотосинтез наоборот», с той лишь разницей, что в одном случае требуется солнечный свет, а в другом — выделяется тепло.

Когда биоэтанол получит глобальное распространение, а всё к этому и идёт, то «с банкой чистого спирта» можно будет не только ходить в гости, но и помогать тем несчастным на дороге, у которых совсем опустел бак. Если вас смущает цвет, то помните, что в отличие от пищевого топливный спирт не подвергается чересчур уж тщательной обработке.

Получается, биоэтанол абсолютно нейтрален в качестве источника парниковых газов. Значит — лучше от него не станет, но и хуже не будет, в отличие от продуктов переработки нефти. Есть у этилового спирта и ещё одно преимущество: положительный энергетический баланс. В зависимости от вида сырья последний может колебаться от 1,24 до 8. То есть при сжигании этанола выделяется в несколько раз больше энергии, чем затрачивается при его производстве.

В этом смысле «скандальное топливо» на порядок превосходит бензин или солярку. Только вообразите себе расходы на разведку, добычу, транспортировку, переработку нефти, и вы поймёте, что топливный баланс нефтяных продуктов значительно меньше единицы.

Сам процесс заправки этанолом не содержит в себе ничего особенного — всё ровно так же, как и в случае с бензином. Однако сеть таких заправок сегодня ещё только развивается. Например, в США точек, где продают E85, сегодня насчитывается примерно полторы тысячи.

Но и без недостатков у C₂H₅OH не обходится. При сгорании 1 литра этилового спирта выделяется на 34% меньше энергии, чем при сгорании того же объёма бензина. Выходит, что если заправлять автомобиль топливом с содержанием этанола (к примеру, широко пропагандируемой смесью с бензином E85), то расход топлива неизбежно возрастёт вплоть до этих самых 34% — всё будет зависеть от концентрации спирта в каждом конкретном случае. Но с этой печальной картиной столкнутся лишь владельцы машин с двигателями, изначально рассчитанными на традиционный бензин и лишь затем адаптированными под новомодное топливо.

Из примерно тысячи европейских этанольных заправок почти 800 находятся в Швеции. Эта страна планирует лет через 20 вообще отказаться от нефти. Скандинавы уповают на гибриды, потребляющие этанол. На этой фотографии люди из Scania представляют новейший городской автобус.

Нельзя забывать, что октановое число этанола равно 105. Это означает, что его можно сжигать в двигателях с куда большей степенью сжатия. Так что, в принципе, двигатели, рассчитанные исключительно на новый источник энергии, должны быть уж никак не хуже нынешних бензиновых или дизельных собратьев. И в плане экономичности, и в плане мощностных характеристик. А уж про экологию и говорить не приходится! Примерно на 80% уменьшаются выбросы углеродных соединений, а конкретно CO

2 снижаются на 30%. Но заливать в такие машины бензин категорически нельзя — детонация мигом убьёт технологичный мотор.

Вот так выглядит стандартный завод по производству биоэтанола. Отличие от классических спиртовых заводов только в масштабах производства и количестве ректификационных колонн. Получают «зелёное» топливо, что называется, не отходя от кассы, прямо в поле. Это связано с тем, что транспортировка сырья серьёзно увеличивает себестоимость.

В этом смысле весьма пессимистично выглядят перспективы так называемых многотопливных (чаще всего битопливных) автомобилей. Они могут называться Flex Fuel, Flexifuel, BioFlex, Tri-Flex и как угодно ещё — всё зависит от фантазии фирм-производителей. Про такие разработки мы писали уже не раз и не два. Причём если некоторые носят статус концептов, то другие — вполне себе серийные машинки. Но у всех этих автомобилей есть один противный недостаток — этанол там сжигается неэффективно, ведь степень сжатия нельзя изменить, просто нажав кнопку на панели.

Не секрет, что наиболее дешёвым способом транспортировки жидких топлив является закачка их в трубопровод. Но в случае с этанолом появляется проблема. Он гигроскопичен, то есть впитывает из атмосферы воду и, следовательно, обладает повышенной коррозионной агрессивностью. Поэтому пока что топливный спирт перевозят автотранспортом или по железной дороге.

Получается забавная ситуация: на бензине Flexifuel-машина едет хорошо, а на E85 (если кто забыл, это коктейль из 85% этанола и 15% бензина), во-первых, плохо, а во-вторых, «жрёт» ощутимо больше. Да, биоэтанол дешевле бензина, но не намного. Зря вы думаете, что с этим топливом сэкономите сколько-нибудь значимую сумму. Может даже случиться и так, что будут одни убытки. Смотря как ездить — на одной лишь «зелёной» ориентации недалеко окажешься. Поэтому не удивляйтесь, что внедрение, казалось бы, перспективной идеи сопровождается законодательным регулированием, например в США и Бразилии.

Не стоит думать, что при заправке биоэтанолом машина наотрез отказывается ехать, подобно водородным аналогам. По сравнению с бензином E85 действительно обладает меньшей энергетической ценностью, но для её сгорания требуется меньше кислорода, поэтому в цилиндры можно впрыскивать большие количества топлива. В итоге мощность падает, но не настолько, чтобы водители приходили в ярость.

Стоит тормознуть и поговорить подробнее, ибо в этих странах внедрение биоэтанола зашло очень далеко. Бразильцы очень не любят топливные кризисы c 1973 года. И всячески стараются их предотвратить. Так, с 1975-го в стране функционирует масштабная биотопливная кампания. Не стоит поэтому удивляться, что 4,5% площади Бразилии заняты плантациями сахарного тростника, а большинство местных автомобилей можно с чистой совестью причислить к заядлым алкоголикам. За год миллион бразильских рабочих производит двадцать с лишним миллиардов (!) литров этанола.

В Бразилии существует целая отрасль по выращиванию сахарного тростника, со своими традициями и правилами. При производстве широко используется дешёвый ручной труд, что приносит сумасшедшие доходы местным «сахарным королям».

Иностранцы спят и видят, как бы принять участие в этанольном буме, но местные бизнесмены наотрез отказываются продавать свои предприятия. А если и соглашаются, то заламывают поистине космические цены. Стоит заметить, что правительство их полностью поддерживает.

Назвать экономику этой страны зависимой от нефти никак нельзя. Выращивая и перерабатывая сахарный тростник, Бразилия полностью обеспечивает себя топливом и электричеством. Всё это безусловно радует, но даже в бочке спирта нашлось место вездесущему дёгтю. Ради новых плантаций бразильцы вырубают леса Амазонки. Можно назвать это странной и недальновидной политикой, а если сказать прямо — то это настоящий идиотизм. Как жить без «лёгких планеты»?

Сахарный тростник в Бразилии выращивают тысячи частных хозяйств. И это порождает некоторые проблемы. Ведь из тростника и сахар делают. Поэтому когда в 1980-х годах резко выросли цены на сахар, производство этанола сократилось до такой степени, что людям стало элементарно нечем заправлять свои машины. Сейчас правительство регулирует ситуацию и даже вложило в 2007 году 25 миллионов долларов в развитие новых технологий. В США же эта сумма равняется $385 миллионам.

Похожая ситуация складывается и в США. Президент Буш выдвинул программу «20 за 10», которая должна помочь к 2017 году снизить потребление бензина на 20%. За счёт чего? Разумеется, за счёт этанола. К озвученному сроку власти намерены увеличить его производство до 30 с лишним миллиардов литров. За последние годы инвестиции только в исследования перевалили за 12 миллиардов долларов. И это только начало.

В Америке производят этанола хоть и много, но всё-таки чуть меньше, чем в Бразилии. Правда, делают его не из тростника (он в Штатах расти не хочет), а из кукурузы. Такой вариант менее эффективен, а стало быть, себестоимость американского эталона выше бразильского. Тем не менее программу активно продвигают власти многих штатов, и губернатор «кукурузного» Иллинойса, кандидат в президенты Барак Обама (Barack Obama), — не исключение. Принимаются новые требования к бензиновому топливу, которое должно содержать 10% этанола (такая пропорция безопасна для традиционных двигателей).

Чтобы машину можно было заправлять топливом, содержащим более 10% этанола, необходимы некоторые переделки. «Мозг» мотора должен научиться определять концентрацию спирта и подбирать соответствующие режимы работы. Поскольку спирт содержит воду, модернизации требует и топливная магистраль. Кроме того, если автомобиль эксплуатируется в холодных условиях, надо подогревать топливо перед запуском.

Достигнут ли американцы своих целей? Каково будущее всей этой затеи с биоэтанолом? Пока что всё туманно. Ясно одно — рассчитывать на тотальный переход к спиртовым двигателям нереально. Если предположить стопроцентную эффективность процесса переработки, то для того, чтобы только США перевести с нефти на этанол, нужно 75% сельскохозяйственных земель нашей планеты засеять соответствующими культурами. Грубо говоря, если даже всю Луну засадить тростником, этого окажется недостаточно.

Массовое культивирование культур для производства этанола неизбежно окажет значительное влияние на сельское хозяйство. Фермеры не дураки — раз спрос на кукурузу растёт, они будут её сеять везде, где смогут. А кто при этом подумает о миллионах голодающих жителей Земли? Поэтому многие исследователи и негодуют, утверждая, что «выращивать» биотопливо в то время, когда людям есть нечего, — низкое, подлое и вообще аморальное занятие.

Этанольный вопрос неизбежно связан с большой политикой. На фотографии справа вы видите, как президент США Джордж Буш и президент Бразилии Луис Инасиу Лула да Силва (Luiz Inacio Lula da Silva ) радуются окончанию очередного раунда трудных переговоров. Поэтому не удивляйтесь, если в будущем мы столкнёмся самыми разными пиар-кампаниями, прямо противоречащими друг другу.

Впрочем, к любой критике надо относиться со здоровой долей скептицизма. Сами по себе биотопливные программы вполне разумны и при грамотной реализации способны принести ощутимую пользу. Стоит только иметь в виду, что повсеместное внедрение этанола окажет ощутимое влияние на мировую экономику. И, разумеется, найдутся те, чьи интересы пострадают. Пример: так называемый саммит «табачных королей» 1988 года, где боссы крупнейших компаний обсуждали, как бы нейтрализовать политику ВОЗ по борьбе с курением. И есть ли гарантия, что подобные действия не предпринимают сейчас все те, кто почувствовал угрозу нефтяному бизнесу? Всё-таки, как ни крути, а внедрение биотоплива — это вопрос не столько научный и экономический. Здесь вступает в дело большая политика.

ЗАВКОМ | Биотехнологии | Производство биоэтанола

Биоэтанол является экологически чистым и наиболее перспективным видом топлива. Это возобновляемый источник энергии, который позволяет снизить уровень выхлопов углекислого газа в атмосферу. Компания ЗАВКОМ-ИНЖИНИРИНГ более 20 лет осуществляет строительство предприятий по производству данного высокотехнологического топлива.

Биоэтанол – это спирт, получаемый в процессе переработки растительного сырья для использования в качестве биотоплива. Биоэтанол производится из крахмалосодержащих и сахаросодержащих сельскохозяйственных культур.

Крахмалосодержащие культуры:

• Кукуруза
• Пшеница
• Рожь
• Ячмень
• Картофель
• Рис

Сахаросодержащие культуры:

• Сахарный тростник
• Сахарная свекла
• Сорго

Существует два основных способа получения биоэтанола: «сухой» и «мокрый». При «мокром» способе дополнительно извлекается клейковина и крахмалы А / В, и для производства биоэтанола используется крахмал В.

На сегодняшний день биоэтанол либо смешивается с автомобильным бензином с целью улучшения его качества, либо используется в чистом виде.

Биоэтанол обладает октановым числом 105. Его смешение с автомобильным бензином позволяет снизить использование таких вредных для окружающей среды и человеческого здоровья октаноповышающих веществ как МТБЭ и монометиланилин.

На международных рынках существуют различные виды топлив, при производстве которых используется биоэтанол:

Топлива, не требующие изменения конструкции двигателя:

• Е-15: 85 % бензина / 15% биоэтанола
• Е-10: 90 % бензина / 10% биоэтанола
• Е-5: 95 % бензина / 5% биоэтанола
• Е–7: 93 % бензина / 7% биоэтанола

Топлива, требующие изменения конструкции двигателя:

• Е-20: 80% бензина / 20% биоэтанола
• E-85: 15% бензина / 85% биоэтанола

Наиболее распространенным в США и Европейском союзе является топливо E-10, оно улучшает работу двигателя, противодействует его перегреву, выполняет функцию антифриза топливопровода и не вызывает загрязнения топливной форсунки.

Согласно директивам ЕС, к 2020 году 10% транспортного топлива должно приходиться на экологически чистые источники энергии. Согласно закону об «Энергетической независимости и безопасности», принятом в США в 2007 году, к 2022 году локальный объем производства биоэтанола должен достичь 115 млн тонн в год.

Также стоит отметить, что реализация таких дополнительных продуктов производства биоэтанола как DDGS, дрожжи и CO2, значительно повышают экономическую эффективность всего предприятия.

Путин подписал закон о регулировании производства биоэтанола — Экономика и бизнес

МОСКВА, 4 декабря. /ТАСС/. Президент России Владимир Путин подписал закон о регулировании производства и оборота биоэтанола, используемого в качестве топлива, сообщается на сайте Кремля.

Ранее соответствующий закон «О внесении изменений в Федеральный закон «О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции и об ограничении потребления (распития) алкогольной продукции» был принят Госдумой 13 ноября 2018 года и одобрен Советом Федерации 23 ноября 2018 года.

«Федеральный закон направлен на развитие в Российской Федерации биотехнологий, позволяющих получать энергию из возобновляемых источников сырья», — отмечается в справке Государственно-правового управления. В частности, законом регулируются отношения в сфере производства и оборота биоэтанола, используемого в качестве компонента автомобильного бензина высокого экологического класса.

Вводимые нормы

Законом вводятся нормы, согласно которым 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 и соответствующего техническому регламенту Таможенного союза «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту», утвержденному решением комиссии Таможенного союза.

Вводится понятие «биоэтанол», под которым понимается денатурированный этиловый спирт, произведенный из пищевого и (или) непищевого сырья растительного происхождения, денатурация которого осуществляется с соблюдением требований, установленных законом о госрегулировании этилового спирта, и содержащий не более 1% воды.

Определяется порядок лицензирования производства, хранения и поставок биоэтанола. Кроме того, предусматриваются специальные требования для оснащения оборудования, используемого для производства биоэтанола, средствами автоматического измерения и учета концентрации денатурирующих веществ.

Документом вводится запрет на производство предприятиями, осуществляющими выпуск биоэтанола, этилового спирта из пищевого сырья. Это обусловлено необходимостью исключения возможности использования биоэтанола, полученного из пищевого сырья, в качестве суррогата алкогольной продукции.

Предусматривается, что закон вступит в силу по истечении года после его официального опубликования.

Госдума приняла закон, регулирующий производство и оборот биоэтанола — Экономика и бизнес

МОСКВА, 13 ноября. /ТАСС/. Госдума приняла в третьем, окончательном, чтении закон о регулировании производства и оборота биоэтанола, используемого в качестве топлива. Инициированный правительством закон предусматривает запрет на производство предприятиями, осуществляющими выпуск биоэтанола, этилового спирта из пищевого сырья.

В настоящее время автомобильный бензин, произведенный с добавлением в качестве высокооктановой добавки этилового спирта, в частности биоэтанола, в рамках действующего законодательства относится к спиртосодержащей непищевой продукции в связи с содержанием в нем более 0,5% этилового спирта.

«Учитывая, что производство и оборот спиртосодержащей продукции регулируется нормами, установленными федеральным законом «О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции и об ограничении потребления (распития) алкогольной продукции», данная ситуация приводит к сдерживанию развития производства биоэтанола», — говорится в пояснительной записке к документу.

Вводимые нормы

Законом вводятся нормы, согласно которым 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 и соответствующего техническому регламенту Таможенного союза «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту», утвержденному решением комиссии Таможенного союза.

Вводится понятие «биоэтанол», под которым понимается денатурированный этиловый спирт, произведенный из пищевого и (или) непищевого сырья растительного происхождения, денатурация которого осуществляется с соблюдением требований, установленных законом о госрегулировании этилового спирта, и содержащий не более 1% воды.

Определяется порядок лицензирования производства, хранения и поставок биоэтанола. Кроме того, предусматриваются специальные требования для оснащения оборудования, используемого для производства биоэтанола, средствами автоматического измерения и учета концентрации денатурирующих веществ. Документом вводится запрет на производство предприятиями, осуществляющими выпуск биоэтанола, этилового спирта из пищевого сырья. Это обусловлено необходимостью исключения возможности использования биоэтанола, полученного из пищевого сырья, в качестве суррогата алкогольной продукции.

В связи с необходимостью оснащения основного технологического оборудования автоматическими средствами измерения и учета концентрации денатурирующих веществ в потоке денатурированного биоэтанола законом предусмотрено вступление его в силу по истечении одного года после его официального опубликования, говорится в сопроводительных материалах к документу.

Биоэтанол, производство биоэтанола, технология производства биоэтанола.

Биоэтанол, производство биоэтанола, технология производства биоэтанола.

Биоэтанол — жидкое спиртовое топливо, пары которого тяжелее воздуха. В отличие от спирта для изготовления алкогольных напитков топливный этанол не содержит воды и производится методом укороченной дистилляции (две ректификационные колонны вместо пяти), поэтому содержит метанол и сивушные масла, а также бензин, что делает его непригодным для применения в пищевых целях.

Вместе с тем этанол не загрязняет окружающую среду, грунтовые воды, он растворим в воде, разлагается естественным образом при разливе топлива быстрее других его составляющих.

Для производства биоэтанола, предназначенного для добавления в бензин или потребления в чистом виде, традиционно применяют следующие основные виды сырья: в Бразилии — сахарный тростник, в США, Европе — кукуруза, сорго.

Для производства биоэтанола оптимальными культурами для России являются пшеница, ячмень, рожь, а также кукуруза, сахарное сорго, сахарная свекла, топинамбур. Однако наиболее перспективным в России сырьем для производства этанола является целлюлозосодержащая продукция (древёсина, солома, отходы обработки зерна и др.).

При использовании зерна, сахарной свеклы (патоки, сахара) с сырья, выращенного на 1 га, можно получить в среднем 2560 л этанола по цене 0,5-0,6 евро за 1 л. Топливный эквивалент 1 л этанола равен 0,65-0,66 л бензина. Характеристика этанола по сравнению с бензином приведена в табл. 146.

Этанол в качестве моторного топлива наиболее широко используется в Бразилии, что обусловлено значительными возможностями его производства. Более 90% автомобилей в стране работают на моторном топливе, содержащем этанол. В 1991 г. была принята программа, предусматривающая обязательное применение 5% этанола в составе бензина. В 2000 г. содержание этанола было доведено до 20%. В ближайшие годы этанол будет составлять в среднем около 24% в топливном балансе страны. Бразилия является крупнейшим в мире производителем этанола (до 16,0 млн т в год). Практически весь этанол в Бразилии получают ферментацией сахарного тростника или черной патоки. Около 240 тыс. т топливного этанола Бразилия импортирует из других стран. Все это стало возможным благодаря национальной программе по широкомасштабному использованию этанола в качестве автомобильного топлива и субсидиям правительства, которые получили соответствующую финансовую поддержку Мирового банка. В последнее время Бразилия использует в качестве топлива смеси, в которых содержание этанола составляет уже 26% в бензине и 3,3% — в дизельном топливе.

Огромный опыт производства и использования биоэтанола накоплен США. В 2006 г. США опередили Бразилию, произведя 18,5 млн т биоэтанола из кукурузы и сорго. Благодаря производству этанола США ежегодно экономят около 1,5 млрд долл. на импорте нефти, несмотря на то что стоимость этанола выше стоимости бензина.

В соответствии с Законом «О возобновляемых топливах для обеспечения энергетической безопасности США» содержание этанола в бензине должно быть увеличено с 1,3 до 5%. При производстве бензина в количестве 380-400 млн т это потребует производства этанола на уровне 15-20 млн т. В США планируется утроить выработку этанола. По инициативе сената использование этанола должно быть доведенодо54,бмлнтвгодк20i0г.,доб8млнт-к2015г.ипримернодоiб8млнт-в 2020 г. Таким образом, этанол на 25% заменит бензин, сейчас его доля в топливе для автомобилей составляет до 10%. Из валового сбора кукурузы на производство этанола может быть направлено 25% урожая. При использовании высококрахмалистых сортов кукурузы (при 70% крахмала в зерне) из 1 т получают 0,38 т биоэтанола.

По экологическим соображениям и для замены нефтепродуктов производство и потребление этанола растет во многих странах мира. В 2005 г. оно составило около 45 млн м3, из них в США и Бразилии -по 36%, в Азии — 15, в ЕС-б, в прочих — 7%. Прогноз на 2010 г. составляет 90 млн м3, т. е. удвоение производства, из них ожидается в СIIIЛ — 40%, в Бразилии — 28, в Азии — 17, в ЕС — 9%, в Африке — 1% и в остальных- 5%.

Национальные программы по производству и использованию биоэтанола действуют во многих странах. В 2005 г. производство этанола составило (млн т): в Китае — 3,8, в Индии — 1,7, во Франции — 0,9, в России — 0,75, в Германии — 0,43, в ЮАР — 0,39, в Великобритании — 0,35, в Испании — 0,3.

В России до последнего времени вопрос о значительном производстве жидкого биотоплива остро не стоял. Вместе с тем, по оценкам экспертов, с сырьем для производства биоэтанола могут использоваться ресурсы (сверх потребностей на продовольственные и кормовые цели) таких культур, как пшеница, рожь, сахарное сорго, сахарная свекла, картофель, патока, отходы зерновые, а также опилки, солома и др.

По оценкам экспертов, потребность в этаноле, который бы использовался в качестве добавок к бензину, согласно действующим стандартам составляет около 320 тыс. т, или около 1% объема производства бензина, в том числе 200 тыс. т этанола гидролизного и 120 тыс. т — синтетического.

Известно, что Россия располагает значительным резервом посевных площадей, которые можно использовать для посевов технических культур, направляемых для производства биоэтанола. Выбор таких культур весьма широк, так как этанол можно производить из любой биомассы. Однако выход этанола из 1 т биомассы будет разным: из картофеля — 100 л, из овса — 320, из ячменя — 380, из пшеницы и ржи — 400, из кукурузы — 420, из риса — 456, из сахарного сорго — 500 л.

Обезвоживание барды при производстве биоэтанола при помощи центрифуг

Во всех промышленных странах предпринимаются попытки по использованию биоэтанола в качестве топлива. При этом большое значение придается экономичному производству биоэтанола. При использовании современной технологии производства биоэтанола выход продукта увеличивается в процессе гидролиза и ферментации. Декантер обезвоживает барду после дистилляции и отделяет твердое вещество и жидкую барду. Жидкая барда концентрируется до получения сиропа. Затем осуществляется смешивание с твердым веществом из декантера. В зависимости от потребности выполняется термическая сушка твердого вещества с сиропом для получения сухого сброженного зерна с растворимыми веществами (DDGS — Distiller Dried Grain & Solubles) или оно используется без сушки в качестве богатого протеином корма для скота.

Декантеры компании Flottweg предназначены для обезвоживания барды из:

• кукурузы,
• проса,
• пшеницы / ячменя,
• риса,
• целлюлозы.

Компания Flottweg производит специальные декантеры для обезвоживания барды, соответствующие требованиям промышленности по производству биоэтанола. Выпускается пять отличающихся по размеру моделей производительностью до примерно 75 м3 барды/ч.

Ваши преимущества при производстве биоэтанола с помощью декантера

• Декантеру требуется на 40 % меньше приводной мощности, а также на 20 — 50 % меньше установленной мощности, чем обычным отстойным центрифугам при производстве биоэтанола
• Декантер обеспечивает повышенное содержание сухих веществ после обезвоживания барды. Это позволяет снизить требования к сушке и сокращает энергопотребление
• Декантер эффективно выделяет твердые вещества из барды. Это ведет к уменьшению расходов на техническое обслуживание и увеличению мощности для выпаривания

Обезвоживание барды для изготовления биоэтанола

Особенности декантеров компании Flottweg для производства биоэтанола

Привод Simp-Drive® компании Flottweg

Привод Simp-Drive® компании Flottweg регулирует разность чисел оборотов в зависимости от крутящего момента шнека. Это означает, что декантер компании Flottweg автоматически адаптируется к различным уровням нагрузки и обезвоживает подаваемую барду, обеспечивая максимальное содержание сухих веществ.

Воздушно-капельная смазка

Эффективная воздушно-капельная система смазки компании Flottweg обеспечивает оптимальную подачу свежего высококачественного смазочного масла к подшипникам барабана. Благодаря этому поддерживается минимальная температура подшипников и достигается максимальный срок службы при минимальном энергопотреблении — и это почти без технического обслуживания.

Компактная конструкция и сервис

Благодаря небольшим наружным размерам и монтажным расстояниям декантеры занимают относительно мало места. Они легко доступны для выполнения работ по техническому обслуживанию и очень удобны в обслуживании. С компанией Flottweg можно связаться в любое время суток для заказа поставок запчастей по всему миру и сервисного обслуживания.

2.

1. Краткая характеристика и способ получения биоэтанола По данным Международного Энергетического Агентства (International Energy Agency) за четверть века производство этанола в мире выросло в 8 раз (с 4,37 млрд л в 1980 г. до 36,3 млрд л в 2005 г., из которых 45 % пришлось на Бразилию и 44,7 % – на США).
К 2020 г. мировое производство биотоплива, как минимум, увеличится в 4 раза и достигнет 120 млрд. л в год. В Бразилии спирт, производимый из сахарного тростника, обеспечивает до 30 % потребностей страны в автомобильном топливе (в США – примерно 2 %).
В США ныне работают несколько десятков АЗС, на которых можно заправить машину топливом Е85 (смесь состоит из 85 % спирта и 15 % бензина).
Бразилия импортирует биоэтанол в США, Индию и ряд других государств.
Этанол вырабатывает 134 % энергии, затрачиваемой при выращивании, уборке и переработке кукурузы. Бензин же возвращает лишь 80 % энергии, используемой в его производстве.
Потребности Европейского Союза в транспортном биоэтаноле

Население, млн чел.	470
Потребление автобензина , л/чел./г	966
Общее потребление автобензина , млн т/г	468,32
Выход биоэтанола при наивысшем урожае Сладкого сорго (80 т/га з.м.) , т/га	4,15
Площадь угодий при полной замене бензина на биоэтанол , млн га	107
При 10 % замене , млн га	10,7
Общая площадь, км²	4 892 685

Потенциал России в мировом производстве биотоплива Россия способна заменить биотопливом 5–10% от мирового объема топлива на нефтяной основе.

Пример: использование отходов сахарного производства (мелассы)

*Меласса – кормовая патока, отход сахарного производства; сиропообразная жидкость тёмно-бурого цвета со специфическим запахом.

В России пока невыгодно производить биоэтанол для внутреннего потребления. Причины:

• отечественные машины не приспособлены работать на биотопливе;
• высокий акциз на спиртосодержащую продукцию.

Что такое биоэтанол

Что такое биоэтанол? Каковы преимущества биоэтанола? Производство биоэтанола

Сахарная свекла скоро будет производиться в этанол

Что такое биоэтанол?

Основным топливом, используемым в качестве заменителя бензина для автотранспортных средств, является биоэтанол. Топливо на биоэтаноле в основном производится путем ферментации сахара, хотя он также может быть произведен путем химического процесса реакции этилена с паром.

Основными источниками сахара, необходимого для производства этанола, являются топливные или энергетические культуры. Эти культуры выращиваются специально для использования энергии и включает кукурузу, кукурузу и пшеницу, отходы соломы, иву и популярные деревья, опилки, тростниковую канареечную траву, кордовые травы, иерусалимский артишок, мискантус и сорго. Также ведутся постоянные исследования и разработки в использование твердых бытовых отходов для производства этанола.

Этанол или этиловый спирт (C2H5OH) представляет собой прозрачную бесцветную жидкость, биоразлагаемую, малотоксичен и вызывает небольшое загрязнение окружающей среды в случае разлива.Этанол горит с образованием углекислого газа и воды. Этанол — это высокооктановый топливо и заменил свинец в бензине в качестве усилителя октанового числа. Смешивая этанол с бензином, мы также можем насыщать кислородом топливной смеси, чтобы она сгорала более полно и сокращала выбросы загрязняющих веществ. Топливные смеси этанола широко продаются В Соединенных Штатах. Чаще всего используется смесь 10% этанола и 90% бензина (E10). Двигатели автомобилей не требуют доработки для работы на E10 и гарантии на автомобиль также не затрагиваются. Только автомобили с гибким топливом могут работать на этаноле с содержанием до 85%. и 15% бензиновые смеси (E85).

Каковы преимущества биоэтанола?

Биоэтанол имеет ряд преимуществ перед обычным топливом. Он поступает из возобновляемых источников, то есть из сельскохозяйственных культур, а не из ограниченный ресурс, и урожай, из которого он получен, может хорошо расти в Великобритании (например, зерновые, сахарная свекла и кукуруза). Другой Преимущество по сравнению с ископаемым топливом — это выбросы парниковых газов. Сеть автомобильного транспорта составляет 22% (www.foodfen.org.uk) всех выбросов парниковых газов и за счет использования биоэтанола, некоторые из этих выбросов будут сокращены в качестве топлива сельскохозяйственные культуры поглощают CO2, который они выделяют при выращивании.Кроме того, смешивание биоэтанола с бензином поможет продлить срок службы Великобритания сокращает поставки нефти и обеспечивает большую топливную безопасность, избегая сильной зависимости от нефтедобывающих стран. Поощряя использование биоэтанолов, сельская экономика также получит импульс от выращивания необходимых культур. Биоэтанол также является биоразлагаемым и гораздо менее токсичным, чем ископаемое топливо. Кроме того, использование биоэтанола в старых двигателях может помочь уменьшить количество угарного газа, производимого автомобилем, тем самым улучшив качество воздуха.Еще одно преимущество биоэтанола — легкость, с которой его можно легко интегрировать в существующее топливо для автомобильного транспорта. система. В количествах до 5% биоэтанол можно смешивать с обычным топливом без необходимости модификации двигателя. Биоэтанол производится с использованием знакомых методов, таких как ферментация, и его можно распространять с использованием того же бензина. АЗС и транспортные системы по-прежнему.

Производство биоэтанола

Этанол можно производить из биомассы с помощью процессов гидролиза и ферментации сахара.Отходы биомассы содержат сложная смесь углеводных полимеров из клеточных стенок растений, известная как целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин. В чтобы производить сахар из биомассы, биомасса предварительно обрабатывается кислотами или ферментами, чтобы уменьшить размер сырья и раскрыть структуру завода. Части целлюлозы и полуцеллюлозы разрушаются. (гидролизуется) ферментами или разбавленными кислотами в сахарозу, которая затем ферментируется в этанол. Лигнин, который также присутствует в биомассе и обычно используется в качестве топлива для котлов заводов по производству этанола.Есть три основные методы извлечения сахаров из биомассы. Это концентрированный кислотный гидролиз, разбавленный кислотный гидролиз. и ферментативный гидролиз.

Процесс гидролиза концентрированной кислоты
Процесс Arkanol заключается в добавлении 70-77% серной кислоты в биомассу, которая была высушена до содержания влаги 10%. Кислоту добавляют в соотношении 1,25 кислоты на 1 биомассу, и температуру поддерживают на уровне 50 ° C. Затем добавляется вода. разбавляют кислоту до 20-30% и смесь снова нагревают до 100 ° С в течение 1 часа. Гель, полученный из этой смеси, является затем прессуют, чтобы высвободить смесь кислоты и сахара, и хроматографическая колонка используется для разделения смеси кислоты и сахара.

Гидролиз разбавленной кислоты
Процесс гидролиза разбавленной кислотой — один из старейших, простейших и наиболее эффективных методов производства этанола. из биомассы. Разбавленная кислота используется для гидролиза биомассы до сахарозы. На первом этапе используется 0,7% серная кислота. при 190 ° C для гидролиза гемицеллюлозы, присутствующей в биомассе.Второй этап оптимизирован для получения большего стойкая фракция целлюлозы. Это достигается за счет использования 0,4% серной кислоты при 215 ° C. Затем жидкие гидролаты нейтрализованы и извлечены из процесса.

Ферментативный гидролиз
Вместо использования кислоты для гидролиза биомассы в сахарозу, мы можем использовать ферменты для расщепления биомассы аналогичным образом. способ. Однако этот процесс очень дорог и все еще находится на начальной стадии разработки.

Процессы мокрого помола
Кукуруза может быть переработана в этанол как при сухом, так и при мокром помоле.В процессе мокрого помола зерно кукурузы замачивают в теплой воде, это помогает расщепить белки и высвободить крахмал, присутствующий в кукурузы и помогает смягчить ядро ​​для процесса измельчения. Затем кукуруза измельчается для получения зародышей, клетчатки и крахмала. продукты. Зародыши извлекаются для производства кукурузного масла, а фракция крахмала подвергается центрифугированию и осахариванию. для производства влажного жмыха из клейковины Затем этанол экстрагируют перегонкой. Процесс мокрого помола обычно используется на заводах, производящих несколько сотен миллионов галлонов этанола ежегодно.

Процесс сухого помола
Процесс сухого помола включает очистку и измельчение зерна кукурузы на мелкие частицы с помощью молотковой мельницы. процесс. Это создает порошок с консистенцией типа муки грубого помола. Порошок содержит зародыши кукурузы, крахмал и клетчатку. Чтобы получить сахарный раствор, смесь затем гидролизуют или расщепляют на сахарозу с помощью ферментов или разбавленная кислота. Затем смесь охлаждают и добавляют дрожжи для сбраживания смеси в этаноле.Сухой помол Этот процесс обычно используется на заводах, производящих менее 50 миллионов галлонов этанола в год.

Процесс ферментации сахара
В процессе гидролиза целлюлозная часть биомассы или кукурузы расщепляется на сахарные растворы, которые затем могут быть ферментированный в этанол. В раствор добавляют дрожжи, которые затем нагревают. Дрожжи содержат фермент, называемый инвертаза, которая действует как катализатор и помогает преобразовывать сахар сахарозы в глюкозу и фруктозу (оба C6h22O6).

Химическая реакция показана ниже:

Сахар фруктозы и глюкозы затем вступает в реакцию с другим ферментом, называемым зимазой, который также содержится в дрожжах, чтобы производят этанол и диоксид углерода.

Химическая реакция показана ниже:

Процесс ферментации занимает около трех дней и проводится при температуре от 250 ° C до 300 ° C.

Процесс фракционной перегонки
Этанол, полученный в процессе ферментации, все еще содержит значительное количество воды, которая должна удалить.Это достигается за счет использования процесса фракционной перегонки. Процесс дистилляции работает путем кипячения смесь воды и этанола. Поскольку этанол имеет более низкую температуру кипения (78,3 ° C) по сравнению с водой (100 ° C), этанол перед водой переходит в парообразное состояние и может конденсироваться и отделяться.

Биоэтанол — обзор | Темы ScienceDirect

2.3.2.1 Биодизель и биоэтанол

Биодизель и биоэтанол, производимые в ЕС, почти полностью используются в смесях с ископаемыми видами топлива (бензин и дизельное топливо), поэтому перспективы их развития тесно связаны с квотами на смешивание, разрешенными государствами-членами .В Германии общий уровень внедрения (для биодизеля и биоэтанола) составляет 6,25% с 2009 года. Италия и Великобритания все еще далеки от своих целей на 2010 год (4,5% и 3,9% соответственно), в то время как Франция является наиболее прогрессивной из всех стран с 7,57% по сравнению с 5,15% (средний целевой показатель по ЕС).

Причины, по которым Европа предпочитает производство биодизеля, являются как историческими, так и экономическими. Самым используемым моторным топливом в ЕС по-прежнему остается дизельное топливо. Более того, континент в настоящее время является нетто-импортером минерального дизельного топлива и экспортером бензина, поэтому приоритетом политики ЕС всегда был поиск действенной замены минеральному дизельному топливу.В последние годы разразился всемирный скандал, когда несколько производителей автомобилей из ЕС и других стран были признаны «обманывающими» меры по борьбе с загрязнением окружающей среды, особенно в отношении стандартов дизельных двигателей. Как следствие, политические представители ЕС зашли так далеко, что вообразили неизбежную полную отмену дизельных двигателей на континенте, что, однако, также затруднило бы рынок экологической версии топлива.

С экономической точки зрения производство биоэтанола в ЕС традиционно основывалось на культурах, непригодных или неконкурентоспособных по сравнению, например, с бразильским рынком, на основе сахарного тростника с производительностью энергии в 4-7 раз выше, чем у пшеницы, кукурузы и сахарной свеклы в ЕС. в то время как сырье для биодизеля достаточно продуктивно (Таблица 2.7). Хотя состав биодизеля зависит от состава исходного сырья, его физические и химические свойства аналогичны свойствам обычного дизельного топлива. Биодизель считается безопасным для окружающей среды, так как в нем мало выбросов углекислого газа и твердых частиц.

Таблица 2.7. Основное сырье для производства биодизеля и содержание масла [26]

источники

Тип масла	Сырье	Содержание масла%
Съедобное	Соя	15–20
5 38–46
	Подсолнечник	25–35
	Арахисовое масло	45–55
	Кокос	63–65
Пальма
Несъедобные	Семена ятрофы	35–40
	Pongamia Pinnata	27–39
	Масло нима	20–3025
	Семена каучука	40–50
	Sea Mango	54
9 0114 Семена хлопка	18–25
	Микроводоросли	30–70

Химически биодизельное топливо представляет собой смесь метиловых эфиров жирных кислот, полученных из пищевых или непищевых масел. Основная задача при производстве биодизеля — минимизировать его производственные затраты, при этом выбор сырья и катализаторов может повлиять на затраты до 75%. Использование пищевых масел вызывает проблему продовольственной безопасности, в то время как непищевые масла требуют дополнительных этапов предварительной обработки из-за высокого содержания в них жирных кислот и влаги. Тем не менее, использование отработанных масел привлекло внимание благодаря эффективному устранению одноразовых масел. Фактически, нефтяные отходы недороги в добыче и безвредны для окружающей среды при правильной утилизации [27].Первоначально сообщалось, что такие источники, как водорослевое масло, микроводоросли, ятрофа и жир, могут снизить производственные затраты на 60–90% [28]. Новое биодизельное топливо третьего поколения из микроводорослей с высоким содержанием масла, возможно, может обеспечить устойчивость этого вида топлива в будущем. На самом деле водоросли кажутся наиболее многообещающим сырьем с потенциальным содержанием масла, которое может быть в сто раз больше, чем в других доступных источниках. Основным преимуществом биомассы водорослей является ее высокая фотосинтетическая эффективность и высокая продуктивность, где основная трудность заключается в извлечении масла.

Этанол (CH ₃ CH ₂ OH) — одно из самых многообещающих алкогольных биотоплив, доступных сегодня на рынке. Это возобновляемое топливо на основе биомассы, получаемое путем спиртовой ферментации сахаров. В качестве топлива первого поколения его основным сырьем является сахарный тростник в тропических регионах (например, Индия, Бразилия, Колумбия), в то время как кукуруза предпочтительнее в других регионах (США, ЕС и Китай) [29]. Этанол также можно производить в качестве топлива второго поколения из лигноцеллюлозного сырья после измельчения, предварительной обработки, гидролиза и возможной детоксикации перед подачей в биоферментаторы.Для производства ферментированного сахара из крахмалистых материалов используются такие процессы, как измельчение, разжижение и осахаривание [30].

Хотя его энергетический эквивалент на 68% ниже, чем у ископаемого топлива, его сгорание более чистое, поскольку оно содержит кислород. Этанол часто используется для смешанного бензина в различных концентрациях: E15 (15% этанола, 85% бензина) и E85 (85% этанола, 15% бензина), но также в качестве топлива для топливных элементов с прямым этанолом (DEFC) и биотопливных элементов.

Причины его использования в качестве альтернативного топлива многочисленны: (i) он производится из возобновляемых сельскохозяйственных продуктов; (ii) он менее токсичен, чем другие спиртовые виды топлива; (iii) побочные продукты его неполного окисления (i.например, уксусная кислота и ацетальдегид) менее токсичны, чем побочные продукты, образующиеся из других топливных спиртов [31]; и (iv) делает возможным полузамкнутый углеродный цикл, поскольку часть CO ₂ , образующегося при его производстве и сгорании, реабсорбируется растениями.

Биоэтанол — обзор | Темы ScienceDirect

3.3 Биоэтанол

Биоэтанол — это спирт, полученный путем микробной ферментации, в основном из углеводов, производимых сахаросодержащими или крахмалосодержащими растениями, такими как кукуруза, сахарный тростник, сладкое сорго или лигноцеллюлозная биомасса. Производство биоэтанола включает три процесса (1) предварительную обработку для отделения гемицеллюлозы и лигнина от целлюлозы (2) гидролиз целлюлозы для получения сбраживаемых сахаров и (3) ферментацию для преобразования сахаров в этанол с последующей дистилляцией для отделения и очистки этанола [85].

Процесс ферментации требует меньшего потребления энергии, а производственная система намного проще, чем у биодизеля. Кроме того, побочный продукт процесса ферментации CO ₂ может быть переработан в качестве источника углерода для выращивания микроводорослей, что также снижает выбросы парниковых газов.Однако технология промышленного производства биоэтанола из микроводорослей все еще находится в стадии разработки и в настоящее время исследуется [86]. Одной из основных задач производства биоэтанола из бурых водорослей является разработка технологии ферментации. Основные препятствия включают идентификацию подходящих микроорганизмов для гидролиза, осахаривания и ферментации всех типов углеводов, присутствующих в бурых водорослях. Поскольку многие из используемых в промышленности микроорганизмов не могут метаболизировать пентозные сахара, фракция гемицеллюлозы в биомассе не используется, что снижает потенциальный выход биоэтанола [87].Другой недостаток заключается в стоимости из-за требуемых затрат энергии и неэффективного использования биомассы, о чем свидетельствует количество отходов, которые остаются неиспользованными в конце процесса. Эта проблема может быть решена путем оптимизации биомассы в максимальной степени, например, с помощью анаэробного сбраживания (AD), поскольку это может помочь сбалансировать затраты на производство биоэтанола, добавляя экономическую ценность производственной цепочке без дополнительных затрат энергии [85].

Из-за явного преимущества перед лигноцеллюлозной биомассой потенциал бурых водорослей в качестве сырья для промышленного производства биоэтанола представляет большой интерес [88].Высокое содержание углеводов в водорослях является источником биоэтанола. Как и другие целлюлозные биомассы, глюканы из бурых макроводорослей могут ферментативно гидролизоваться в подходящие ферментируемые сахара для превращения в биоэтанол [89]. Углеводы могут быть легко гидролизованы до сбраживаемых сахаров, таких как глюкоза и галактоза, которые затем ферментируются до этанола [90]. Процесс осахаривания и ферментации в основном используется для производства биоэтанола [91]. Сообщается о ряде преимуществ при производстве биоэтанола из водорослей.Биоэтанол является экологически чистым топливом и считается экологически безопасным, поскольку его выбросы парниковых газов меньше, чем у ископаемого топлива. При сгорании он выделяет углекислый газ и воду (уравнение (3)) [64].

(3) C2H6O + 3O2 → 2CO2 + 3h3O (сжигание этанола)

Углеводы водорослей, полученные из непахотных земель, являются перспективными альтернативными субстратами для производства биоэтанола. Почти все макроводоросли не содержат лигнина, поскольку, в отличие от растений, им не нужна жесткость. Следовательно, производство биоэтанола из углеводов водорослей не требует сложной стадии удаления лигнина, которая обычно необходима для повышения усвояемости лигноцеллюлозных материалов [92].

Самыми распространенными сахарами в бурых водорослях являются альгинат, маннит и ламинарин. Альгинат — структурный полисахарид в клеточной стенке бурых водорослей. В некоторых бурых водорослях альгинат составляет до 60% от общего количества сахаров. Таким образом, альгинат, наиболее распространенный углевод, следует использовать для производства биоэтанола [93]. Альгинат присутствует в форме нерастворимой соли кальция, в то время как маннит и глюкоза из ламинарина являются нормальными сахарами, которые эффективно используются для ферментации биоэтанола.Ламинарин и маннит из экстрактов Laminaria hyperborean можно ферментировать до биоэтанола в условиях ограничения кислорода с использованием Zymobacter palmae ; был получен биоэтанол с выходом 0,4 г этанола / л сахаров [94]. В другом исследовании этанол с концентрацией 7,7 г / л был получен из биомассы Saccharina japonica с использованием метода одновременного осахаривания и ферментации. Концентрация биоэтанола 6,65 г / л была получена при одновременном осахаривании и ферментации [89].

Бурые водоросли могут быть хорошим сырьем для производства биоэтанола благодаря своей высокой продуктивности. Когда красные водоросли Gracilaria и богатые сахаром Chlorella vulgaris использовались в качестве сырья для производства биоэтанола, выход этанола составил 0,48 г / г, 94%; 0,461 г / г сухого, 90% соответственно [95,96]. В таблице 6 представлен список лучшей биомассы водорослей, подходящей для применения биоэтанола.

Таблица 6. Водоросли с высоким выходом биоэтанола

3

Водоросли	Выход биоэтанола (%)	Ссылка
Nannochloropsis oculata	3.68	[97]
Tetraselmis suecica	7,26	[97]
Scenedesmus dimorphus	49,7

4 sepaterium

	65,4	[99]
Porphyridium cruemtum (пресная вода)	70,3	[99]
Padina Tetrastromatica	16.1	[91]

Работа на будущее должна включать обеспечение возможности совместной ферментации альгината с другими сбраживаемыми сахарами путем включения его с существующими промышленными микробами, чтобы реализовать весь потенциал производства этанола из бурых водорослей [ 88].

Биоэтанол — Европейская ассоциация производителей биомассы

Этанол или этиловый спирт — прозрачная бесцветная жидкость, биоразлагаемая, низкая токсичность и незначительное загрязнение окружающей среды в случае разлива.Этанол горит с образованием углекислого газа и воды. Этанол является высокооктановым топливом и заменил свинец в качестве усилителя октанового числа в бензине. Смешивая этанол с бензином, мы также можем насыщать кислородом топливную смесь, чтобы она сгорала более полно и сокращала выбросы загрязняющих веществ. Топливные смеси этанола широко продаются в США. Чаще всего используется смесь 10% этанола и 90% бензина (E10). Двигатели автомобилей не требуют модификаций для работы на E10, и гарантия на автомобиль также не затрагивается. Только автомобили с гибким топливом могут работать на смесях, содержащих до 85% этанола и 15% бензина (E85).

Топливный биоэтанол в основном производится в процессе ферментации сахара, хотя его также можно изготавливать с помощью химического процесса реакции этилена с паром. Основными источниками сахара, необходимого для производства этанола, являются топливные или энергетические культуры. Эти культуры выращиваются специально для использования энергии и включают кукурузу, кукурузу и пшеницу, отходы соломы, иву и деревья, опилки, тростниковую канарейку, кордовые травы, топинамбур, мискантус и сорго.

Биоэтанол в Европе

В ЕС биоэтанол производят из пшеницы (3.9 миллионов тонн), кукурузы (4,1 миллиона тонн), сахарной свеклы (12,1 миллиона тонн), ячменя (0,4 миллиона тонн) и ржи (0,4 миллиона тонн). Мощность производства биоэтанола увеличилась примерно до 8,5 миллиардов литров в год в 2012 году, при этом фактическое годовое производство составило около 4,8 миллиардов литров или 57% от общей мощности. Биодизель является основным биотопливом, используемым в ЕС на транспорте, и производится из семян рапса (15,3 миллиона тонн), сои (3,5 миллиона тонн), импортного пальмового масла, переработанного растительного масла и животного жира.Мощность производства биодизеля увеличилась примерно до 26,3 миллиарда литров с годовым объемом производства около 10,5 миллиарда литров (8,3 Мтнэ) или 40% от общей мощности (EC, 2014). Значительная доля сырья для производства биодизеля (рапса, сои), производимого внутри страны, поступает из импорта, а также используется растительное масло (в основном пальмовое масло).

В Европе пшеница является основной культурой, выращиваемой для производства биоэтанола, на которую приходится 0,7% сельскохозяйственных земель ЕС и 2% поставок зерна в Европе [Источник: ePure].Еврокомиссия предложила ограничить биотопливо, производимое из «пищевых культур», на уровне 7% от потребления энергии на транспорте. В Бразилии, где рынок топливного этанола наиболее развит, обязательный уровень смешивания безводного этанола был увеличен до 25% в мае 2013 года.

Сырье

Сахар необходим для производства этанола путем ферментации. Растительный материал (зерно, стебли и листья) состоит в основном из сахаров, поэтому в принципе практически любые растения могут служить сырьем для производства этанола.На практике выбор сырья зависит от того, что лучше всего растет в преобладающих условиях климата, ландшафта и состава почвы, а также от содержания сахара и простоты обработки различных доступных растений. Результатом является широкий выбор исходного сырья этанола и, следовательно, производственных процессов.

Во всем мире большая часть биоэтанола производится из сахарного тростника (Бразилия), патоки и кукурузы (США), но подходят и другие крахмалистые материалы, такие как пшеница, ячмень и рожь. Культуры, содержащие крахмал, сначала необходимо преобразовать в сахар.Для производства 1 тонны этанола требуется примерно 3 тонны зерна. В Европе основными культурами для производства биоэтанола являются крахмальные культуры (например, мягкая пшеница) и сахарная свекла. Посевы сахарной свеклы выращиваются в большинстве стран ЕС-25 и дают значительно больше этанола с гектара, чем пшеница.

Потенциальный выход биоэтанола из мягкой пшеницы и сахарной свеклы в некоторых странах-членах ЕС-25

	Пшеница мягкая		Свекла сахарная
	литров / га	т.н.э / га	литров / га	т.н.э / га
Австрия	1,792	0.92	6 677	3,42
Бельгия	2 847	1,46	6 970	3,57
Германия	2 620	1,34	6,384	3,27
Дания	2,561	1.31	6,399	3,28
Греция	916	0,47	4 926	2,52
Испания	1,052	0,54	6 181	3,16
Финляндия	1,057	0.54	3 440	1,76
Франция	2,554	1,31	7 980	4,09
Ирландия	2,996	1,53	4,710	2,41
Италия	1,637	0.84	4 346	2,23
Нидерланды	2 839	1,45	6 472	3,31
Португалия	499	0,26	5,234	2,68
Швеция	2 069	1.06	5,266	2,70
Соединенное Королевство	2 686	1,38	6 355	3,25
Чешская Республика	1,568	0,80	4 982	2,55
Эстония	659	0.34	–	–
Венгрия	1,365	0,70	нет данных	нет данных
Литва	1,050	0,54	2 964	1,52
Латвия	908	0.46	3 036	1,55
Польша	1,215	0,62	3,555	1,82
Словения	1,330	0,68	4 040	2,07
Словакия	1,360	0.70	3 486	1,78

В настоящее время НИОКР в области биоэтанола сосредоточены на использовании лигноцеллюлозных или древесных материалов в качестве сырья ( см. Специальный раздел ). К ним относятся культуры с коротким оборотом энергии (например, ива, мискантус и эвкалипт), сельскохозяйственные остатки (например, солома и жмых сахарного тростника), лесные остатки, древесные отходы и твердые бытовые отходы. Для производства 1 тонны этанола требуется 2-4 тонны сухого древесного или травяного материала.При общем содержании сахара 60–70% (40% глюкозы в виде целлюлозы и 25% ксилозы в виде гемицеллюлозы) пшеничная солома может производить около 230 кг этанола на тонну сухого материала.

Есть несколько причин для перехода на производство этанола из лигноцеллюлозной биомассы. Лигноцеллюлозная биомасса более многочисленна и менее дорога, чем пищевые культуры, особенно когда речь идет о потоке отходов с очень небольшой или даже отрицательной экономической ценностью. Кроме того, он имеет более высокий баланс чистой энергии, что делает его более привлекательным с экологической точки зрения.Действительно, лигно-целлюлозный биоэтанол может обеспечить до 90% экономии парниковых газов, намного опережая биотопливо первого поколения. Однако эти виды биомассы труднее преобразовать в сахара из-за их относительно недоступной молекулярной структуры.

Производственный процесс

Преобладающей технологией преобразования биомассы в этанол является ферментация с последующей дистилляцией. Ферментация — это процесс биохимического преобразования, при котором биомасса разлагается с помощью микроорганизмов (бактерий или ферментов).Эта технология может использоваться для различных типов сырья биомассы.

Практически вся ферментация этанола по-прежнему основана на пекарских дрожжах (Saccharomyces cerevisiae), для которых в качестве сырья требуются простые (мономерные) сахара. Обычная дрожжевая ферментация дает 0,51 кг этанола из 1 кг любых сахаров C6, глюкозы, маннозы и сахарозы. Однако не все сырье содержат простые сахара. Крахмал и лигноцеллюлоза являются полимерами, и для разрыва связей между мономерами и получения простых сахаров C6 для ферментации требуется гидролиз.

Наверх
Гидролиз крахмала и целлюлозы с последующей ферментацией глюкозы до этанола

Первый шаг в этом процессе преобразования включает помол или измельчение зерна, чтобы высвободить крахмал. Затем этот материал разводят в воде, чтобы отрегулировать количество сахара в заторе. Это необходимо для поддержания дрожжей и облегчения перемешивания и обработки затора. Затем эту смесь готовят, чтобы растворить все водорастворимые крахмалы.Одновременно крахмал превращается в сахара. Это можно сделать с помощью ферментов или кислотного гидролиза. В случае кислотного гидролиза разбавленная минеральная кислота добавляется к зерновой суспензии перед варкой. Короткие углеводы, полученные в результате этих этапов обработки, могут ферментироваться микроорганизмами. Для выращивания дрожжей, необходимых для процесса ферментации, раствор должен быть слабокислым, а именно pH от 4,8 до 5,0. Во время брожения образуется этанол, который разбавляют водой. Этот процесс также приводит к образованию CO2.Концентрация этанола может быть увеличена с помощью серии стадий дистилляции и дегидратации.

Процесс преобразования лигноцеллюлозной биомассы в этанол отличается от процесса, описанного выше, только расщеплением или гидролизом сырья до сбраживаемого сахара. Этот процесс гидролиза сложнее, чем гидролиз крахмала. Лигноцеллюлозная биомасса содержит углеводные полимеры, называемые целлюлозой (40-60% от сухой массы) и гемицеллюлозой (20-40% от сухой массы), которые могут быть преобразованы в сахара.Целлюлоза состоит из молекул глюкозы, связанных вместе длинными цепями, которые образуют кристаллическую структуру. Гемицеллюлоза состоит из смеси полимеров, состоящих из ксилозы, маннозы, галактозы или арабинозы. Он намного менее стабилен, чем целлюлоза. Оба материала не растворяются в воде. Оставшаяся фракция, сложный ароматический полимер, называемый лигнином (10-25% от сухого веса), не может быть подвергнут ферментации, поскольку он устойчив к биологическому разложению. Этот материал можно использовать для производства электроэнергии и / или тепла.

Для топливных приложений чистота этанола должна быть почти 100%. Это означает, что содержание воды должно быть намного ниже по сравнению с этанолом, производимым по современной промышленной технологии. Для дегидратации этанола доступно несколько технологий, таких как использование молекулярных сит и мембранного разделения, которые еще можно улучшить. Производство электроэнергии и тепла из неферментируемой фракции биомассы и общая интеграция процесса также могут быть развиты дальше, что приведет к повышению энергетической эффективности и экономической эффективности процесса.

Свойства топлива

Биоэтанол имеет гораздо более низкую энергетическую ценность, чем бензин (около двух третей от энергетической ценности последнего в пересчете на объем). Это означает, что для мобильных приложений при заданном объеме бака дальность полета машины уменьшается в той же пропорции.

Октановое число этанола выше, чем у бензина; следовательно, этанол имеет лучшие антидетонационные характеристики. Это лучшее качество топлива можно использовать, если соответствующим образом отрегулировать степень сжатия двигателя.Это увеличивает топливную экономичность двигателя. Содержание кислорода в этаноле также приводит к более высокому КПД, что приводит к более чистому процессу сгорания при относительно низких температурах.

Давление паров по Рейду, показатель летучести топлива, для этанола очень низкое. Это указывает на медленное испарение, которое имеет то преимущество, что концентрация выбросов в результате испарения в воздухе остается относительно низкой. Это снижает риск взрыва. Однако низкое давление паров этанола вместе с его единственной точкой кипения является невыгодным с точки зрения запуска двигателя при низких температурах окружающей среды.Без вспомогательных средств двигатели, использующие этанол, не могут быть запущены при температуре ниже 20 ° C. Проблемы с холодным запуском являются наиболее важной проблемой при использовании спиртов в качестве автомобильного топлива.

Топливные свойства бензина, биоэтанола и ETBE

Свойства топлива	Бензин	Биоэтанол	ETBE
Молекулярная масса [кг / кмоль]	111	46	102
Плотность [кг / л] при 15ºC	0.75	0,80-0,82	0,74
Содержание кислорода [мас.%]		34,8
Нижняя теплотворная способность [МДж / кг] при 15ºC	41,3	26,4	36
Нижняя теплотворная способность [МДж / л] при 15ºC	31	21.2	26,7
Октановое число (RON)	97	109	118
Октановое число (MON)	86	92	105
Цетановое число	8	11	–
Стехиометрическое соотношение воздух / топливо [кг воздуха / кг топлива]	14.7	9,0	–
Температура кипения [ºC]	30–190	78	72
Давление паров по Рейду [кПа] при 15ºC	75	16,5	28

Приложения

Этанол можно использовать:

• в качестве транспортного топлива для замены бензина
• в качестве топлива для выработки электроэнергии путем теплового сжигания
• в качестве топлива для топливных элементов путем термохимической реакции
• как топливо в системах когенерации
• как сырье в химической промышленности

Этанол лучше всего использовать в двигателях с искровым зажиганием из-за его высокого октанового числа.Из-за плохого качества зажигания (низкое цетановое число) он менее подходит для дизельных двигателей.

Обычно нецелесообразно использовать чистый этанол в двигателях с искровым зажиганием из-за его низкого давления пара и высокой скрытой теплоты испарения, что затрудняет холодный запуск. Наиболее экономически эффективным средством является смешивание этанола с небольшой долей летучего топлива, такого как бензин. Таким образом, использовались различные смеси биоэтанола с бензином или дизельным топливом. Наиболее известные смеси (по объему):

• E5G — E26G (5-26% этанола, 95-74% бензина)
• E85G (85% этанол, 15% бензин)
• E15D (15% этанол, 85% дизельное топливо)
• E95D (95% этанол, 5% воды, с добавкой для улучшения воспламенения)

Биоэтанол прошел всесторонние испытания в легких транспортных средствах с гибким топливом (FFV) как E85G.ETBE также используется в смесях на 10-15% с бензином для повышения его октанового числа и снижения выбросов. Смеси бензина с содержанием этанола до 22% (E22G) могут использоваться в двигателях с искровым зажиганием без каких-либо материальных или эксплуатационных проблем. Смеси дизельного топлива с содержанием этанола до 15% (E22D) не вызывают каких-либо технических проблем с двигателем и не требуют присадки для улучшения зажигания.

Затраты на производство биоэтанола в ЕС-25 + Болгария, Румыния

	На основе пшеницы			Свекла на основе
	€ / л	€ / ГДж	€ / toe	€ / л	€ / ГДж	€ / тн
Чистая себестоимость сырья
— Сырье	0.40	18,9	790	0,26	12,3	513
— Кредит сопутствующей продукции	0,15	7,1	296	0,03	1,4	59
Итого затраты на сырье	0.25	11,8	493	0,23	10,9	454
Затраты на преобразование	0,28	13,3	553	0,22	10,4	434
Затраты на смешивание (включая адаптацию бензина)	0.05	2,4	99	0,05	2,4	99
Коммерческие расходы	0,01	0,5	20	0,1	4,7	197
Итого затраты на АЗС	0.59	27,9	1165	0,6	28,4	1184

Источник: BTG, 2004

Определение биоэтанола Merriam-Webster

\ ˌBi- (ˌ) ō-ˈe-thə-ˌnȯl , -ˌNōl, Великобритания также , -ˈē- \ : этанол, который производится из сельскохозяйственных продуктов (например, сахарного тростника или кукурузы) и используется в качестве топливной добавки. Двумя наиболее распространенными видами биотоплива являются биоэтанол, заменяющий бензин, и биодизель, который говорит сам за себя.- Фред Пирс

Биоэтанол — Energy Education

Этанол — легковоспламеняющаяся бесцветная жидкость.При использовании в качестве альтернативного топлива этанол обозначается просто как Биоэтанол . Биоэтанол часто используется в качестве моторного топлива или в качестве добавки к бензину и является вариантом более «возобновляемой» энергии. Информацию об основных химических свойствах этого вещества см. В этаноле.

Рисунок 1: Завод по производству биоэтанола. ^[1]

Производство

Этанол производится из нефти или биомассы. Именно этанол, произведенный из биомассы, чаще всего называют биоэтанолом.Биоэтанол химически идентичен этанолу нефтяного происхождения. Обычное сырье для биоэтанола включает кукурузу, просо, сахарный тростник, водоросли или другую биомассу. Сырье подвергается ферментации, во время которой определенные виды дрожжей переваривают сахар, содержащийся в сырье. В процессе выделяется биоэтанол и диоксид углерода. Этанол в основном производится в Бразилии, США, Европе и Южной Африке. ^[2]

использует

Рисунок 2: Городской автобус, работающий на биоэтаноле. ^[3]

Помимо производства алкогольных напитков, этанол также используется в качестве альтернативного бензину топлива для двигателей внутреннего сгорания. Его можно смешивать с бензином в любом процентном соотношении, и все существующие бензиновые двигатели на автомобилях могут работать со смесями этанола с бензином до 10%. ^[4]

Однако этанол имеет более низкую плотность энергии, чем бензин, а это означает, что для получения того же количества энергии необходимо сжигать больше этанола — с точки зрения объема и массы.Фактически, энергия на единицу объема этанола на 34% ниже, чем у бензина, ^[5] , следовательно, 1,5 галлона этанола содержат примерно такое же количество энергии, как один галлон бензина.

Дополнительным преимуществом этанола является то, что он имеет более высокое октановое число, чем бензин, что позволяет проектировать двигатели с более высокими степенями сжатия, что означает, что двигатели, работающие на этаноле, могут иметь более высокий термический КПД. Хотя энергия, содержащаяся на галлон этанола, меньше, чем у бензина, поскольку энергия топлива преобразуется в механические движения транспортного средства, двигатель на этаноле будет тратить меньше энергии по сравнению с бензином.Двигатель, работающий только на этаноле, может быть спроектирован так, чтобы обеспечить лучшую теоретическую выходную мощность и более высокий тепловой КПД, а это означает, что автомобиль, работающий на этаноле, будет иметь более высокие характеристики и тратить меньше энергии. Кроме того, если используется биоэтанол, углекислый газ, выделяемый при сжигании этанола, уравновешивается углекислым газом, улавливаемым при выращивании сельскохозяйственных культур для производства этанола. Это отличается от нефти, которую производят из растений, выросших миллионы лет назад. На основе анализа жизненного цикла производство и использование биоэтанола на основе кукурузы снижает выбросы парниковых газов (ПГ) до 52% по сравнению с производством и использованием бензина.Использование биоэтанола может снизить выбросы парниковых газов на 86%. ^[6]

Список литературы

Биоэтанол: последние достижения и потенциал

Биоэтанол — это потенциальный альтернативный источник энергии, который за счет инвестиций в инфраструктуру и связанные с ней отрасли может привести к сокращению выбросов. Цель этой статьи — осветить достижения биоэтанола и его будущее в различных отраслях промышленности.

Биоэтанол: последние достижения и потенциал

Доктор Радж Шах, Николас Дуглас и Натан Арагон | Koehler Instrument Company

В связи с повышением мировых температур многие топливные отрасли начали поиск альтернативных источников энергии, которые снижают уровень выбросов в двигателях внутреннего сгорания. Хотя новые источники энергии обещают сократить выбросы и затраты, необходимы крупные инвестиции и трудоемкое строительство инфраструктуры, чтобы какой-либо эффект закрепился.Биоэтанол — это потенциальный альтернативный источник энергии, который за счет инвестиций в инфраструктуру и связанные с ней отрасли может привести к сокращению выбросов. Цель этой статьи — осветить достижения биоэтанола в различных отраслях и его будущее в этих отраслях.

Биоэтанол находит множество применений в различных отраслях промышленности по всему миру. Применения включают топливо для энергии в процессах сгорания, топливо для топливных элементов, сырье для химических компаний и топливо для когенерационных систем [1].Широкое применение биоэтанола приносит пользу современным двигателям и топливным процессам, выступая в качестве альтернативы обычному бензину в двигателях. В качестве моторного топлива биоэтанол может служить альтернативой бензину при любом процентном соотношении смеси, создавая более эффективные двигатели в процессе [1]. Современные двигатели без модификаций допускают использование до 15% смесей биоэтанола. Биоэтанол снижает выбросы за счет того, как он производится [1]. Один из методов производства включает использование лигноцеллюлозы для расщепления биомассы, а затем извлечение из нее сахаров с помощью ферментов и гидролиза [1].

В качестве альтернативного источника энергии биоэтанол помогает сократить выбросы. Поскольку большая часть биоэтанола поступает от выращивания семян и сбора урожая, выбросы имеют гораздо более низкую углеродоемкость по сравнению с другими видами топлива [2]. На рисунке 1 показана углеродоемкость различных выбросов биоэтанола и биодизеля. Выбросы биоэтанола имеют гораздо более низкую углеродоемкость из-за более низкого косвенного обмена землепользованием (iLUC). В противном случае прямые выбросы топлива на основе биоэтанола составляют от 15 до 65 граммов выбросов CO2 на мегаджоуль (гCO2-экв / МДж) [2].Хотя прямые выбросы от биоэтанола и биодизеля сравниваются по величине, общие выбросы биоэтанола остаются низкими из-за низкого iLUC. Кроме того, тенденции выбросов биоэтанола в Европе в период с 2009 по 2013 год показывают, что общие выбросы парниковых газов (ПГ) снизились с 42,9 гCO2-экв / МДж до 33,9 гCO2 / МДж [2]. Продолжающаяся тенденция к снижению выбросов пойдет на пользу широкому использованию биоэтанола в будущем.

Достижения в области производства и применения сделали биоэтанол многообещающей альтернативой ископаемому топливу. Исследователи рассмотрели способы улучшения текущих процессов.Это включало анализ того, какое сырье было лучшим. В качестве возобновляемого ресурса биоэтанол получают из различных растений и грибов, таких как ива, ель и различные злаки [3]. Исследователи обнаружили, что основное производство биоэтанола будет происходить в тропическом климате из-за богатых питательными веществами почв, которые укрепляют растения. Также было обнаружено, что Miscanthus giganteus (слоновая трава) и Trichoderma reesei обладают свойствами, полезными для топлива на биоэтаноле. Для мискантуса он имеет высокую теплотворную способность около 4200 ккал / кг, что значительно улучшает сгорание любого топлива.В случае гриба Trichoderma он разрушает связи лигноцеллюлозы, обнаруженные в сырье, используемом для производства биоэтанола [3]. Инвестиции в фермы для выращивания растений мискантуса и более широкое использование грибов Trichoderma для содействия производству биоэтанола увеличат производство и сделают биоэтанол жизнеспособным топливом в нескольких отраслях промышленности.

Рис. 1. Углеродоёмкость различных видов биоэтанола и биодизельного топлива [2]

Были проведены различные исследования, чтобы определить, какие заводы производят оптимальное топливо на основе биоэтанола.Изучая различные геномы мискантуса при производстве биоэтанола, исследователи обнаружили, что геном Giganteus, который ранее упоминался из-за его полезных свойств при производстве биоэтанола, имел самую низкую норму выхода — 185–222 г / кг сухого вещества [4]. Среди трех проанализированных исследователями генома мискантуса геном Sinensis (китайская серебряная трава) имел самый высокий урожай — 234–253 г / кг сухого вещества, что делает его жизнеспособным для эффективного производства биоэтанола. Кроме того, все культуры выращивались в аналогичных условиях в западно-центральной Польше, и исследователи наблюдали за урожайностью этих культур в течение трехлетнего периода [4].Производство M. sinensis может быть увеличено для продвижения эффективного биоэтанольного топлива во многих отраслях промышленности благодаря высокому выходу биоэтанола.

Research поддерживает использование биоэтанола в качестве топлива благодаря его эффективным характеристикам в двигателях и низкому уровню выбросов при сгорании. Исследователи, изучающие влияние биоэтанола на характеристики двигателя с искровым зажиганием (SI) и выбросы, обнаружили, что биоэтанол имеет большие преимущества для общих характеристик топлива и сокращения выбросов. Что касается топливных характеристик, топливо на основе биоэтанола превосходило бензин по частоте вращения двигателя и удельному расходу топлива на тормоз (BSFC) при испытаниях на влияние температуры воздуха и частоты вращения двигателя [5].На рисунках 2a и 2b показано влияние забора воздуха как на объемную производительность (%), так и на BSFC (г / кВтч). Что касается объемной емкости, более низкая температура воздуха дает более эффективный биоэтанол, чем бензин, с лучшими результатами при 10 ° C [5]. Однако по мере увеличения оборотов двигателя объемная мощность снижалась как для бензина, так и для биоэтанола. Кроме того, BSFC биоэтанола показал значительные улучшения по сравнению с бензином, с результатами при всех трех температурах воздуха от 400 до 425 г / кВтч [5]. Повышенная производительность двигателей, использующих биоэтанол, может привести к широкому использованию, ожидаемым инвестициям и эффективному производству.

Рис. 2a: Влияние биоэтанола и бензина на объемную мощность (%) и частоту вращения двигателя (об / мин) [5]

Рис. 2b: Влияние биоэтанола и бензина на BSFC (г / кВтч) и частоту вращения двигателя (об / мин) [5]

Хотя топливо на основе биоэтанола обещает улучшенные характеристики двигателя в двигателях SI, проблемы, связанные с эксплуатацией двигателя, должны быть исследованы и преодолены для экономической целесообразности. Особой проблемой является его высокая температура кипения 78 ° C, что приводит к проблемам с холодным запуском [5].Потребители, использующие биоэтанол, столкнутся с трудностями при вождении при более низких температурах, потенциально теряя топливо, пока оно нагревается до точки кипения. Одно из возможных решений могло бы включать смешивание биоэтанола с бензином или другими добавками для понижения точки кипения в соответствии с более низкими температурами.

В производстве биоэтанола был сделан ряд усовершенствований, направленных на повышение его эффективности в качестве топлива. Текущие процессы включают гидролиз и ферментацию, а также одновременное осахаривание и ферментацию.Исследователи стремились улучшить такие процессы, чтобы сделать биоэтанол экономически и экологически стабильным топливом. Исследователи изучили конструкции биореакторов и биоперерабатывающих заводов, чтобы значительно повысить коммерческий успех продуктов на основе биоэтанола. Что касается биореакторов, то для производства биоэтанола разрабатывались два типа — жидкостный лифт с внешним контуром и биореакторы с циркуляционным контуром. Биореакторы с жидкостным подъемом с внешним контуром использовались для одновременного массообмена и ферментации биомассы сельскохозяйственных культур [6].Это значительно улучшит использование биоэтанольного топлива, снизит затраты и создаст более эффективное топливо для использования. Биореакторы с циркуляционной петлей служили модификациями эрлифтных биореакторов с внешней петлей, созданными для анаэробных и аэробных процессов в одном и том же пространстве [6]. Кроме того, прямая экстракция этанолом происходила с использованием сырого крахмала маниоки. Хотя существовали установки для одностадийного производства биоэтанола, исследователи спроектировали и разработали эти реакторы для сложных процессов, таких как коферментация [6].На рисунке 3 ниже показан типичный «энергетический» завод биопереработки, используемый для производства различных продуктов.

Рис. 3: «Энергетический» завод биопереработки и его процессы [7]

Гидролиз и ферментация, будучи важными процессами в производстве биоэтанола, связаны с проблемами, которые исследователи должны изучить, чтобы создать более эффективный процесс. В исследовании мембранных процессов в индустрии биоэтанола исследователи обнаружили, что раздельный гидролиз и ферментация (SHF) можно оптимизировать для эффективного производства биоэтанола [8].Поскольку оба процесса можно оптимизировать по отдельности, производители могут изменить объем производства биоэтанола и его качество [8]. Задача, стоящая перед исследователями, заключается в том, как повысить уровень SHF по сравнению с одновременным гидролизом и ферментацией (SFF). SFF более распространен, потому что оба процесса включают в себя один этап, что, скорее всего, снижает операционные расходы для производителей. Однако, инвестируя в процессы СВЧ, производство биоэтанола через мембраны может принести огромную пользу нескольким компаниям. Еще одна проблема, особенно при ферментации, заключается в том, какой метод загрузки лучше всего подходит для ферментации.Изучая жом сахарной свеклы для производства биоэтанола, исследователи обнаружили, что высокая концентрация твердых веществ, которая включает в себя большое количество биомассы, имеет низкие скорости извлечения и ингибирование сахара [9]. Чтобы преодолеть эту проблему, исследователи использовали одновременное осахаривание и ферментацию (SSF) для создания биоэтанольного топлива, что привело к эффективным результатам [9]. Это включает более высокие концентрации биоэтанола при периодической ферментации с подпиткой, на 6 мг / мл больше биоэтанола [9].

Что касается будущего, исследования показывают, что биоэтанол имеет большой потенциал для соответствующих отраслей.Многие отрасли промышленности используют биоэтанол для создания определенных продуктов, в том числе в энергетической, химической и пищевой промышленности. В энергетике различные двигатели и промышленное оборудование используют биоэтанол в качестве топлива. China New Energy, китайская топливная компания, специализирующаяся на биотопливе, лидирует в производстве и экспорте биоэтанола [10]. Биоэтанол, производимый в China New Energy, используется в качестве топлива, химических растворителей и даже ингредиентов для напитков, поскольку популярность пищевого биоэтанола растет [10]. China New Energy также запатентовала 22 передовых технологии производства биоэтанола, включая передовое оборудование для ферментации и дистилляции [10].Другая компания по производству биоэтанола, Greenbelt Resources Corporation, производит биоэтанол в качестве топлива из пищевых отходов, открывая путь для экологически чистого производства биоэтанола [10].

Потенциал биоэтанола заключается в генной инженерии сельскохозяйственных культур, которая может значительно увеличить выход биомассы и облегчить деконструкцию лигноцеллюлозы [11]. Поскольку большее количество биомассы может привести к большему количеству этанола, более быстрое разложение лигноцеллюлозы до основных крахмалов снизит производственные затраты во всех отношениях.Также были проведены исследования по производству биоэтанола из пищевых культур. Однако исследователи сочли этот вариант нежелательным, потому что производство биоэтанола отнимет у нас продукты питания. По мере увеличения численности населения требуется больше продуктов питания для поддержания здоровья населения. Таким образом, вмешательство в поставку продовольствия нанесет ущерб нескольким странам, остро нуждающимся в этих культурах, что вынудит исследователей найти способ эффективного разложения лигноцеллюлозы [11].

Производство биоэтанола из лигноцеллюлозы — это экономичный и экологически чистый способ производства.Как упоминалось ранее, исследования биоэтанола указывают на то, что производство на основе лигноцеллюлозы является реальностью из-за небольшого влияния на снабжение продуктами питания. В исследовании производства биоэтанола из соломы было обнаружено, что преобразование лигноцеллюлозы может создать серьезные экономические стимулы из-за ее изобилия в различных соломинках и низкой стоимости целлюлозы [12]. Хотя это многообещающе, на пути исследователей к созданию идеального процесса производства лигноцеллюлозного биоэтанола стоит множество препятствий; это включает в себя создание метода, легко разрушающего лигноцеллюлозу эффективным способом [12].Биоэтанол, когда он станет доступным, поможет вывести биоэтанол на крупный рынок.

Исследователи обнаружили, что лигноцеллюлозные источники, такие как древесина твердых и мягких пород, макулатура и твердые бытовые отходы, могут эффективно создавать биоэтанол [13]. Затем лигноцеллюлозная биомасса подвергается предварительной обработке для разложения биомассы на целлюлозу и другие полимеры, которые затем подвергаются процессам гидролиза и ферментации. Для создания экономически жизнеспособного процесса должна произойти оптимизация извлечения сахара после предварительной обработки, ферментация ксилозы дрожжами и более низкая загрузка ферментов и дрожжей [13].Поскольку фильтрация будет исключена из-за включения всего предварительно обработанного материала, эксплуатационные расходы снизятся. Однако необходимо разработать более эффективные микроорганизмы, чтобы определить, насколько растет промышленность по производству лигноцеллюлозного биоэтанола [13].

В заключение, биоэтанол обещает большие преимущества в качестве альтернативы существующим видам топлива из-за его экономического потенциала, более низких выбросов и более высокой топливной эффективности. Действительно, широкое применение биоэтанола в нескольких отраслях промышленности привлекает компании, ищущие более безопасную альтернативу уже существующим видам топлива.Инвестиции в исследования и инфраструктуру лигноцеллюлозного биоэтанола могут создать новые возможности для снижения выбросов и создания более зеленой окружающей среды.

Авторы благодарны г-ну Дэвиду Форестеру за рецензию на эту рукопись.

Авторы

Доктор Радж Шах — директор компании Koehler Instrument Company в Нью-Йорке, где он проработал последние 25 лет. Он избран научным сотрудником своих коллег из IChemE, CMI, STLE, AIC, NLGI, INSTMC, Энергетического института и Королевского химического общества.Лауреат премии ASTM Eagle, доктор Шах недавно был соредактором бестселлера «Справочник по топливу и смазочным материалам», подробности которого доступны по телефону

.

https://www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/MNL/SOURCE_PAGES/MNL37-2ND_foreword.pdf

Доктор наук в области химического машиностроения Университета Пенсильвании и научный сотрудник Института дипломированного менеджмента в Лондоне, доктор Шах считается экспертом в области альтернативных энергетических технологий. Он также является дипломированным ученым в Научном совете, дипломированным инженером-нефтяником в Энергетическом институте и дипломированным инженером в Инженерном совете Великобритании.Адъюнкт-профессор кафедры материаловедения и химической инженерии в Государственном университете Нью-Йорка, Стоуни-Брук, Радж имеет более 300 публикаций и в течение последних 3 десятилетий активно работает в области нефти и альтернативной энергетики. Более подробную информацию о Радже можно найти по телефону

.

https://www.petro-online.com/news/fuel-for-oughtt/13/koehler-instrument-company/dr-raj-shah-director-at-koehler-instrument-company-conferred-with- разноплановые-почести / 53404

г.Николас Дуглас и г-н Натан Арагон — студенты факультета химической инженерии в SUNY Университета Стони-Брук, где д-р Шах является адъюнкт-профессором и председателем внешнего консультативного комитета Департамента материаловедения и химической инженерии.

Список литературы

[1] Пиролини, Алессандро. «Что такое биоэтанол?» AZoCleantech.com, AZoCleantech, 4 июня 2015 г., www.azocleantech.com/article.aspx?ArticleID=403.

[2] Szabo, Zoltan.«Обзор экономии парниковых газов этанола — WebDream». Eerl.com, EthanolEurope, ноябрь 2014 г., www.eerl.com/Uploads/Reviewing-the-GHG-savings-of-Ethanol-Nov-2014.pdf.

[3] Di Nicola, Giovanni, et al. «Достижения в развитии биоэтанола: обзор». Технологии технологических процессов биотоплива, 1 августа 2011 г., DOI: 10.5772 / 22510.

[4] Cerazy-Waliszewska, Joanna, et al. «Возможности производства биоэтанола из биомассы различных генотипов мискантуса, культивируемых на трехлетних плантациях в Западной и Центральной Польше.”Промышленные культуры и продукты, т. 141, 25 сентября 2019 г., стр. 111790., DOI: 10.1016 / j.indcrop.2019.111790.

[5] Юн, Сын Хён и Чан Сик Ли. «Влияние неразбавленного биоэтанола на сгорание и сокращение выбросов в двигателе с интегрированным двигателем при различных условиях наддувочного воздуха». Топливо, об. 97, 15 февраля 2012 г., стр. 887–890., DOI: 10.1016 / j.fuel.2012.02.001.

[6] Дас Невес, Маркос А. и др. «Современное состояние и будущие тенденции производства биоэтанола». Global Science Books, 29 апр.2007.

[7] «Биоперерабатывающие заводы по производству этанола». Биоперерабатывающие заводы этанола — обзор | ScienceDirect Topics, Elsevier, www.sciencedirect.com/topics/engineering/ethanol-biorefineries.

[8] Lipnizki, Frank. «Возможности и проблемы мембранных процессов в индустрии биоэтанола». Опреснение, об. 250, нет. 3, 2010, стр. 1067–1069., DOI: 10.1016 / j.desal.2009.09.109.

[9] Zheng, Yi, et al. «Интеграция хранения, гидролиза и ферментации сахарной свеклы для производства топливного этанола.«Прикладная энергия», т. 93, 2012, стр. 168–175., DOI: 10.1016 / j.apenergy.2011.12.084.

[10] Мосс, Анжелика. «3 новых предприятия по производству биоэтанола, которые создают волну на рынке». Medium, Форум малого бизнеса, 27 марта 2018 г., smallbusinessforum.co/emerging-bioethanol-busshops-9b7c78a630ab.

[11] Карими К., Чисти Ю. «Будущее биоэтанола…» Журнал исследований биотоплива 5 (2015) 147-147

[12] Чен, Хунчжан и Вэйхуа Цю.«Ключевые технологии производства биоэтанола из лигноцеллюлозы». Успехи биотехнологии, т. 28, вып. 5, 28 мая 2010 г., стр. 556–562., DOI: 10.1016 / j.biotechadv.2010.05.005.

[13] Tomas-Pejo, E, et al. «Реалистичный подход к полномасштабному производству биоэтанола из лигноцеллюлозы». Журнал научных и промышленных исследований, вып. 67, 22 сентября 2008 г., стр. 874–884.

Содержание и мнения в этой статье принадлежат автору и не обязательно отражают точку зрения AltEnergyMag

---

Комментарии (0)

К этому сообщению нет комментариев.Будьте первым, кто оставит комментарий ниже.

---

Опубликовать комментарий

Вы должны войти в систему, прежде чем сможете оставлять комментарии. Авторизуйтесь сейчас.

Рекомендуемый продукт

STI Norland — Первый двухрядный гусеничный трактор на рынке

Разработанный в 2017 году, STI-h350 ™ состоит из двух связанных торсионных балок, которые одновременно вращаются по пути солнца.Они приводятся в движение одним двигателем, что сокращает расходы на снабжение и техническое обслуживание.