HYDROCARBON PROCESSING: ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ

102 №2 февраль 2008

БИОДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО:

ПРОБЛЕМЫ ВЫБОРА СЫРЬЯS. Saraf, B. Thomas, Exponent Inc., Хьюстон, Техас

Издержки производства повлияют на изменение приоритетов в пользу возобновляемого топлива

Текущая годовая потребность США в дизельном топливе составляет 49 млрд галл. В 2006 г. производс-тво биодизельного топлива составило 250 млн галл (1 галл = 3,78 дм3) или 0,5 % общей потребности в ди-зельном топливе, что незначительно по сравнению с бытовым потреблением дизельного топлива, по-лучаемого из нефти. В ближайшем будущем произ-водство биодизельного топлива в США возрастет по ряду причин.

Принятый в 2005 г. Стандарт Возобновляемого Топлива (Renewable fuels standard – RFS) делает до-полнительный акцент на возобновляемые источники энергии и указывает на удвоение оборота возобнов-ляемых топлив к 2012 г. К тому же со стремительно возросшим требованием к коэффициенту полезно-го действия двигателя, установленным последним Законом об энергетике, должен значительно возрас-ти выпуск дизельных двигателей по сравнению с вы-пуском бензиновых. Кроме того, правительство США предлагает материальные стимулы к производству и распространению биодизельного топлива. Результат: в США объемы производства биодизельного топли-ва будут возрастать. С ростом объемов производства биодизельного топлива возникают некоторые серьез-ные проблемы, которые должны быть обсуждены.

БИОДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО 101Биодизельное топливо может быть получено из

каких-либо растительных масел (рапсового, соевого, хлопкового, арахисового, кукурузного, оливкового, кунжутного и т.д.) или животного жира. Масла и жи-ры в основном состоят из триацилглицеролов – ли-пидных веществ, состоящих из трех молекул жирных кислот, присоединенных к глицериновому основа-нию. Масла и жиры также могут содержать меньшие количества диацилглицеролов, которые состоят из одной молекулы глицерина и двух молекул жирных кислот, и моноацилглицеролов, состоящих из од-ной молекулы глицерина и одной молекулы жирной кислоты. На рисунке показаны соотношения между жирными кислотами с различной длиной цепи, при-соединенных к глицериновому основанию, содержа-щемуся в обычном сырье для биодизельного топлива. Количество ненасыщенных связей в молекулах жир-ных кислот влияет на их химическую активность. Насыщенные жирные кислоты не содержат реак-ционно-способных двойных связей; мононепредель-ные жирные кислоты содержат одну двойную связь, в то время как полиненасыщенные жирные кислоты содержат две и более двойных связей. Результатом реакционной способности двойных связей является

самоокисление жирных кислот (прогорклость) и по-лимеризация (образование смолы из топлива).

ЦЕНА БИОДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВАЭкономические возможности производства био-

дизельного топлива диктует сырье. В настоящее вре-мя соевое масло наиболее предпочтительное сырье для производства биодизельного топлива в США. Однако соевое масло к тому же широко распро-страненное сырье в пищевой промышленности. Увеличение потребления сои производителями био-дизельного топлива значительно поднимет цены на соевое масло. Пальмовое масло, другой источник биодизельного топлива, распространенный особен-но в Европе, также является компонентом пище-вых продуктов. Растущее потребление пальмового масла приведет к уничтожению тропических лесов. К 2022 г. согласно последнему докладу ООН, 98 % тропических лесов Индонезии и Малайзии, из ко-торых получают 84 % пальмового масла, будут унич-тожены. Вырубка лесов в последнее время связана с увеличением посевных площадей под фруктовые пальмы [1].

Были повышены цены и на зерновые культу-ры вследствие увеличения производства этилового спирта. Повышение цен на пшеницу привело в Мек-

Состав жиров и масел, используемых для производства био-дизельного топлива

Сост

ав ж

ирны

х ки

слот

для

про

изво

дств

а би

одиз

ельн

ого

топл

ива,

%

Свин

ой ж

ир

Говя

жий

жир

Кури

ный

жир

Коко

сово

е м

асло

Паль

мов

ое м

асло

Куку

рузн

ое м

асло

Соев

ое м

асло

Соев

ое м

асло

, ни

зкий

С18

:0Со

евое

мас

ло,

высо

кий

С18:

1Со

евое

мас

ло,

высо

кий

С18:

0

Кана

дско

е м

асло

Полиненасыщенные жирные к-тыМононенасыщенные жирные к-тыНасыщенные жирные к-ты

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

HYDROCARBON PROCESSING: ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ

103№2 февраль 2008

сике к массовым беспорядкам. Сообщалось, что полный жизненный цикл парниковых газов, обра-зующихся из рапсового масла, соизмерим с полным жизненным цикл парниковых газов, полученных из нефтяного дизельного топлива [2]. Разница в том, что в процессе окисления нефтяного дизельного топлива формируется 85 % выделяемых за весь жизненный цикл топлива парниковых газов. Напротив, выделе-ние двух третей парниковых газов рапсового биоди-зельного топлива происходит в течение выращива-ния культуры. Преимущественно в сельском хозяйс-тве выделяется закись азота – известный парнико-вый газ.

Напрашивается вопрос, если производству био-дизельного топлива суждено достигнуть приблизи-тельного уровня современного потребления нефтя-ного дизельного топлива, то останется ли оно на этом уровне на длительную перспективу? Исходя из того, что правительства стран Северной Америки, Европы и Азии приветствуют инициативу в производстве биотоплива, важно более тщательно рассмотреть биодизельное топливо с точки зрения экономичес-кой выгоды, так же, как с точки зрения долгосрочной перспективы.

Перед тем как делать акцент на развитии биоди-зельного топлива мы должны рассмотреть различ-ные виды сырья для его производства и их общее воздействие на экономику и окружающую среду. При выборе сырья для биодизельного топлива (сле-дует оценить определенные ключевые сложности).

Отсутствие конкуренции между сырьем и про-довольственными культурами.

Обеспечение высокой продуктивности сырья для получения максимального количества мас-ла с единицы площади.

Обеспечение надлежащего качества сырья. Рентабельность производства. Использование дополнительных технологий

и побочных продуктов для повышения эконо-мической эффективности производства.

ДОБЫЧА ТОПЛИВАСоевое масло − основное сырье для биодизельно-

го топлива в США в значительной степени благода-ря его доступности, подходящему составу жирных кислот, высокому уровню внутреннего производства и правительственным субсидиям. Однако цены на соевое масло повышаются из-за возрастающих пот-ребностей в нем как сырья для производства биоди-зельного топлива. Чтобы поддерживать цены на био-дизельное топливо низкими и удовлетворять спрос на дополнительную энергию, производители ищут альтернативные источники сырья.

Ятрофа − зерновое растение, не создающее кон-курентной ситуации на рынке, является широко рас-пространенным сырьем для производства биодизель-ного топлива в Индии. Рыжик посевной (Camelina sativa) – другой многообещающий вариант источ-ника сырья, был открыт фермерами из Монтаны. Рыжик посевной может произрастать в засушливых районах и не требует широкого использования удоб-рений и пестицидов [3].

Тем не менее, масло водорослей, добываемое только как сырье для биодизельного топлива, ока-залось очень перспективным источником сырья. Департамент Энергетики США в 1978−1996 гг.) финансировал Программу водных видов (Aquatic Species Program − ASP) по исследованию использо-вания водорослей для производства биодизельного топлива. В ходе данной программы было принято решение о том, что наиболее экономично выращи-вать водоросли в открытых прудах. Однако получае-мое из водорослей биодизельное топливо становится чрезмерно дорогим. Исследователи, участвовавшие в данной программе, по самым скромным подсчетам предположили, что стоимость производства биоди-зельного топлива будет в два раза больше стоимости производства дизельного топлива из нефти (1990 г.). Также было заключено, что проблема с выращива-нием водорослей – биологическая и не зависит от выбора технологии. Другими словами, эффектив-ность поглощения солнечной энергии водорослями будет увеличена, что позволит сделать производство топлива более экономичным. Однако с возрастаю-щими ценами на дизельное топливо и сегодняшним субсидированием развития производства снова рас-смотрели водоросли как источник биодизельного топлива. Как результат возобновляющегося инте-реса к водорослям, в США, по крайней мере, пять молодых фирм стали специализироваться на произ-водстве биодизельного топлива из водорослей: Solix, Petroalgae, GreenFuel Technologies, Aurora Biodiesel и Solazyme [5−9]. Центром внимания компаний являет-ся разработка более совершенных биореакторов для увеличения производства топлива.

Открытая система. Вследствие того, что специа-листы, занимающиеся системами открытых прудов, сталкиваются с проблемой загрязнения сорняками и патогенными организмами, некоторые компании сосредоточенны на разработке более эффективных биореакторов. В биореакторе развитие водорослей ограниченно не объемом, а недостатком освещения (для фотосинтеза). Поэтому ключевой фактор в про-порциональном увеличении производства водорос-лей – конструкция биореактора.

РАЗВИТИЕ ПРОИЗВОДСТВА БИОДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА ИЗ ВОДОРОСЛЕЙ

Другая важная причина выращивания водорос-лей – получение устойчивых масляных смесей. Ученые исследуют разные виды водорослей, все-возможных биологических модификаций и опти-мальные условия для их развития, чтобы увеличить количество производимого масла с единицы био-массы растений и для получения более устойчиво-го масла.

Вопреки техническим проблемам, содержащие масло водоросли представляются привлекательным сырьем, так как могут выращиваться в воде без ис-пользования сельскохозяйственных площадей и хи-мических удобрений. Большие изменения на рынке товаров и услуг, подтолкнули компании к использо-ванию водорослей в качестве источника возобновля-емого сырья для топлива.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

HYDROCARBON PROCESSING: ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ

104 №2 февраль 2008

БУДУЩЕЕ БИОТОПЛИВАВ настоящее время уже стало возможным исполь-

зование водорослей как источника сырья для произ-водства биотоплива наравне с другими популярны-ми источниками сырья (масла растений и животные жиры). Тем не менее, развитие производства биоди-зельного топлива зависит не только от количества получаемого масла с одного акра и рентабельности. Существует ряд других проблем (связанных со сто-имостью посевных площадей, воды, энергии, а так-же годностью сырья), которые должны быть реше-ны, чтобы гарантировать стабильность производства биодизельного топлива. Единственный путь опре-делить энергетическую эффективность топливного сырья − подсчитать насколько энергетическая цен-ность топлива превышает затраты энергии на его по-лучение (energy return on energy investment − EROEI). Применение данной концепции продемонстрирова-ло, что производимое из сои биотопливо имеет поло-жительное значение получаемой энергии. Очевидно, что при этом нужно учесть влияние производства биотоплива из пищевых растений на изменение цен на рынке. Чтобы сделать производство биодизельно-го топлива осуществимым и рациональным, следует использовать сопутствующие технологии (например, получение биогаза, кормовых белков для животных, лекарственных препаратов) с целью получения боль-шей прибыли.

Перевел Ф. Сосков

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. United Nations Environment Program, «The Last Stand

of the Orangutan», Feb. 6, 2007.2. Johnson, E. and R. Heinen, «The Race is On», Chemistry

and Industry, No. 8, April 2007, p. 22.

3. Center for Jatropha Promotion, http://www.jatropha-world.org/.

4. National Renewable Energy Laboratory, «A Look Back at the US Department of Energy’s Aquatic Species Program: Biodiesel from Algae», NREL/TP-580-24190, July 1998.

5. http://www.solixbiofuels.com/.6. http://www.petroalgae.com/.7. http://www.greenfuelonline.com/.8. http://aurorabiofuels.com/.9. http://www.solazyme.com/.

10. Van Gerpen, J. and D. Shrestha, «Biodiesel energy bal-ance», published on http://www.uidaho.edu/bioen-ergy/.

Sanjeev Saraf (С. Сараф), главный инже-нер в компании Exponent Inc., занимался проблемами материало- и металловедения в Хьюстоне (Техас). Д-р Сараф имеет сте-пень бакалавна в области химии, которую получил в университете UDCT, Мумбаи (Индия) и степень доктора наук в той же

области, полученную в Техасском университете, где он работал в центре Safety Center, возглавляемом проф. О’Коннером. Основное внимание д-р Сараф уделяет воп-росам надежности технологических процессов и эконо-мической эффективности.

Ben Thomas (Б. Томас), ведущий научный сотрудник Exponent Inc., руководит группой здоровья и живет в Хьюстоне. Он имеет сте-пень доктора наук в области исследования патологий, полученную в Хьюстонском университете на отделении Texas Graduate School of Biomedical Sciences. Д-р Томас

занимается исследованиями токсических воздействий, химических и физических агентов на здоровье человека, а также проблемами рисков.

РЕГИОНАЛЬНЫЕ НОВОСТИ О КОМПАНИЯХБЛИЖНИЙ ВОСТОК

Компании Foster Wheeler Energy Ltd. и Foster Wheeler Arabia Ltd. подписали контракт с Saudi Aramco на оказание тех-нических услуг и разработку программы сервисного обслу-живания газоперерабатываю-щего предприятия в Хурсаниях (Саудовская Аравия). Новое предприятие будет перераба-тывать свыше 1 млрд фут3/сут природного газа, который будет добываться на морском место-рождении. Ввод предприятия в эксплуатацию намечен на 2011 г. незначительный объем газа бу-дет использоваться предприяти-ем в качестве топлива.

Компании Technip и National Petroleum Construction Co. (NPCC)

подписали контракт с Abu Dhabi Marine Operating Co. на сооруже-ние, оказание технической подде-ржки и сервисных услуг в процес-се строительства морского газопе-рерабатывающего завода Zakum в Абу-Даби. Компания Technip планирует внести в реализацию проекта 35 % затрат, что составит примерно 370 млн долл.

АЗИАТСКО-ТИХООКЕАНСКИЙРЕГИОН

Компания Aker Kvaerner подписала контракт с Reliance Petroleum Ltd. на разработку и управление проектом, а также оказание технической поддержки в процессе модернизации и рас-ширения производства на заводе по производству полипропилена в Замнагаре (Индия). Планом пре-

дусмотрено введение в эксплуата-цию двух новых линий по произ-водству полипропилена произво-дительной мощностью 450 тыс. т/год. Реализация проекта начнется в 2008 г.

Global Power Group, дочер-няя компания Foster Wheeler Ltd. подписала двухгодичный контракт с Sinopec Maoming Co на поставку парогенерато-ров в пров. Гуандун (юго-запад Китая). Поставка парогенера-торов будет осуществляться в рамках проекта расширения пе-рерабатывающего предприятия компании Sinopec Maoming. Производительная мощность ге-нераторов составляет 100 МВт. Завершение реализации проекта намечено на 2009 г.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»