Бензин бензину рознь

Россия обладает значительными запасами возобновляемых источников энергии: (ВИЭ), технический потенциал которых составляет около 5 млрд. т у.т. в год, что почти в 5 раз больше объема потребления всех топливно-энергетических ресурсов страны (экономический потенциал составляет около 270 млн. т у.т.). Непрерывное удорожание традиционного органического топлива и связанная с этим процессом проблема загрязнения окружающей природной среды активно стимулирует развитие различных видов ВИЭ. Во многих развитых странах идет интенсивный поиск альтернатив органическому топливу, где ВИЭ придается большое значение. Там доля ВИЭ в общем объеме энергопотребления достигла уже 10% и продолжает непрерывно расти, а в России этот показатель по-прежнему составляет всего около 1%.

Распоряжением правительства РФ от 28.08.2003 № 1234-р утверждена «Энергетическая стратегия России до 2020 года», где одним из приоритетных направлений в энергетике является освоение ВИЭ. При этом необходимо отметить, что важность использования ВИЭ в РФ обусловлена как необходимостью диверсификации доступных источников топлива, так и стоящими перед Россией задачами в области охраны окружающей среды.

Интенсивное освоение ВИЭ в России сдерживается, как правило, финансовыми барьерами: нехваткой внутреннего и зарубежного инвестиционного капитала, отсутствием долговременных кредитов на разумных условиях и т.д. На разработку и использование ВИЭ возможно привлечение инвестиций, в частности Глобального экологического фонда (ГЭФ), «углеродных кредитов» на создание установок по использованию ВИЭ в соответствии с Киотским протоколом.

Оценка различных источников энергии

Оценить различные источники энергии можно по следующим критериям:

– экологическому. В основе его лежит изучение показателей воздействия данного источника энергии на окружающую среду (ОС) и человека при производстве топлива, его транспортировке, хранении и использовании. Следует оценить, какие выбросы и отходы у того или иного вида топлива и каково их влияние на человека и ОС, и главное – как обезопаситься от них. Наиболее часто критерием для этого используют наносимый биосфере суммарный ущерб. В качестве экологического критерия можно использовать количество нежелательных выбросов золы и углеводородов в % (массовая доля);

– экономическому. В основе его лежит финансовая информация: о средствах, затрачиваемых на производство, хранение и транспортировку получаемого топлива (удельные затраты);

– технологическому. Этот показатель связан с оценкой доступности по стоимости, простоты в обращении, безопасности технологии производства, хранения, транспортировки и использования того или иного вида топлива. В качестве технологических критериев можно использовать: плотность энергетических потоков; стабильность их во времени; затраты на оборудование, обеспечивающее сбор, аккумулирование и преобразование энергии;

– прогнозному. Это комплексный критерий, показывающий, есть ли у данного вида топлива перспективы развития и насколько это экономически выгодно. Прогнозы относительно традиционных источников энергии неутешительны. Главная проблема заключается в их исчерпаемости и в невозобновляемости большинства энергоресурсов. Большая часть месторождений заканчивается, приходится разрабатывать менее богатые месторождения, а для этого тратятся очень большие средства. В связи с этим в ближайшем будущем использование традиционных энергоресурсов станет более дорогим, а следовательно, экономически невыгодным, а достоинства ВИЭ при этом будут выглядеть все более заметными.

Уже сейчас многие страны начинают уделять все больше внимания альтернативным источникам энергии. Все большее значение в энергетическом балансе будет занимать биотопливо, его производство не так опасно по сравнению с традиционными видами топлива, не так сложно, как производство водорода, и не так сильно зависит от природных факторов (по сравнению с ветровой или приливно-отливной энергетикой). Хранение и транспортировка биотоплива не требует больших технологических изменений, его использование не связано с вмешательством в технологические системы автомобилей, а с развитием технологий оно станет еще более доступным и, следовательно, экономически более выгодным по сравнению с традиционными источниками энергии.

Согласно прогнозам к 2010 году производство биоэнергии в странах Европейского союза должно возрасти по сравнению с 1997 годом почти вдвое, а доля ее, получаемая на ветроустановках и солнечных электростанциях, увеличится почти в 6 раз (см. таблицу).

Рассмотрим возможности применения биомассы для получения, в частности, моторных топлив. Топлива, получаемые из растительного сырья, могут быть следующими: биоэтанол; биометанол; биодиметиловый эфир (ДМЭ); биогаз; биодизельное топливо; растительные масла; биоводород.

В большинстве промышленно развитых стран действуют государственные программы по внедрению биотоплив. В США в 2003 году принят закон об энергетике, стимулирующий использование биотоплив. В Европе принята Директива 2003/30 Евросоюза, согласно которой рекомендуется применять биотоплива: в чистом виде (биодизельное топливо, биоэтанол), в виде смесей или добавок с нефтяными топливами (этилтретбутиловый эфир – ЭТБЭ). К 2011 году должно быть заменено 5,75% нефтяных топлив биотопливами.

Ежегодное использование энергии биомассы в России технически возможно до следующих параметров: 800 млн. т при переработке древесной биомассы; 320 млн. т (по сухому веществу) при использовании органических отходов (в том числе от сельскохозяйственного производства – 250 млн. т, от лесной и деревообрабатывающей промышленности – 70 млн. т, 60 млн. т твердых бытовых отходов городов, 10 млн. т осадков от коммунальных стоков).

Для использования сухой биомассы наиболее эффективны термохимические технологии. Для влажной биомассы – биохимические технологии переработки с получением биогаза или жидких биотоплив.

Производство биотоплива

Производство синтетических жидких топлив возможно из газов, получаемых при газификации биомассы, из промышленных и бытовых отходов (при газификации отходов за счет применения химических методов очистки исключаются вредные выбросы, получается чистое топливо). В качестве дизельного топлива можно использовать рапсовое масло (в последние годы это топливо, называемое «биодизель», широко применяется в странах Европы, в Украине оно используется в общественном транспорте в некоторых городах).

Биодизельное топливо – продукт этерификации растительных масел и представляет собой смесь метиловых и этиловых эфиров жирных кислот. Оно может использоваться как топливо в чистом виде либо как смесь с обычным дизельным топливом в любых пропорциях. Сырьем для биодизельного топлива служат растительные масла, метанол или этанол.

Источником метанола, получаемого из биомассы, могут быть: отходы деревообрабатывающих предприятий (опилки, кора); побочные продукты сельскохозяйственного производства (рисовая шелуха, кукурузный силос и др.); городская биомасса (ветви деревьев, городские стоки); промышленные отходы (деревянные поддоны, списанные железнодорожные спальные вагоны).

Перспективным видом топлива для дизельных двигателей является диметиловый эфир, поскольку он: не содержит ароматических углеводородов и серы; характеризуется полнотой сгорания; имеет высокое цетановое число 55–60; не имеет сажи и оксидов азота в выхлопных газах; не требует изменений в конструкции дизельного двигателя (необходима лишь незначительная модернизация системы подачи топлива); обеспечивает хороший старт холодного двигателя; имеет более выгодные условия производства по сравнению с дизельным топливом; имеет пониженную по сравнению с дизтопливом теплотворную способность, что частично искупается большей экономичностью двигателя и отсутствием затрат на очистку выхлопа.

Достоинствами метанола по сравнению с бензином и другими видами топлив являются: высокое октановое число 108; более высокие скорости сгорания смесей; высокая теплота сгорания топливовоздушной смеси (выше на 3–5%) по сравнению с другими видами топлива.

Среди недостатков метанола следует отметить: меньшую теплоту сгорания (в 2,2 раза меньше); более высокую скрытую теплоту испарения; низкую упругость паров и температуру кипения; повышенную гигроскопичность и коррозионную активность к металлам и пластмассам; высокую токсичность выхлопных газов (пары в 2 раза токсичнее, что вызывает сильные отравления, слепоту, в некоторых случаях летальный исход).

Добавка спиртовых смесей к бензину может уменьшить выбросы токсичных компонентов в отработанных газах в пределах 10–15%, а в Москве, где сегодня уже 4,5 млн. автомобилей, такое мероприятие позволит сократить выбросы до 7–10%. Поскольку у этих смесей более низкая фотохимическая реактивность, то уменьшение выбросов составит 15–17%. Полученные результаты хорошо согласуются с данными испытательного центра Московского нефтеперерабатывающего завода, согласно которым добавление диметилэтиловых добавок в дизельное топливо в размере до 15% позволит получить топливо, отвечающее стандартам Евро-3. Экономия от снижения экологического ущерба при использовании топлива со сниженной агрессивностью (в расчете на тонну) составит 64 тыс. руб. для бензина, 120 тыс. руб. для летнего и 170 тыс. руб. для зимнего дизельного топлива (в ценах 2009 года).

Таким образом, оценка традиционных и альтернативных ресурсов для получения топлива позволяет сделать вывод о перспективности использования энергии биомассы. Использование метанола и диметилэтиловых добавок к топливу позволит снизить общие выбросы в атмосферу до 17%.