Биоэтанол. Возможен ли переход на новое топливо?

В XXI веке всё чаще можно услышать мысли о скором замещении обычных бензинов биотопливом. О том, что собой представляет один из наиболее известных и распространённых типов растительного топлива, биоэтанол, как производится, сколько стоит и действительно ли он так хорош и перспективен – читайте ниже.

Производство биоэтанола

Биоэтанол, как и биодизель, производится из растительного сырья. Чаще других для изготовления биоэтанола берутся две культуры: кукуруза и сахарный тростник. Например, производство биоэтанола в США в основном строится на кукурузе, в Бразилии – на сахарном тростнике. Однако как сырьё могут быть использованы и другие растения с высоким содержанием крахмала и растительных сахаров: картофель, сахарная свёкла, батат и т. д.

В мире наиболее развито производство биоэтанола в Америке. Производственные мощности Бразилии и США в совокупности составляют более половины (если говорить точнее, то свыше 60%) от мирового объёма изготовления этого топлива.

По своей сути биоэтанол – это обычный этиловый спирт (или этанол), который используется в изготовлении спиртных напитков с широко известной химической формулой C₂H₅OH. Однако биоэтанол не пригоден для пищевого употребления ввиду наличия специальных добавок, топливных присадок. Помимо трет-бутилметилового эфира (МТБЭ), который повышает детонационную стойкость биотоплива, снижает коррозионную активность спиртов и является носителем дополнительного кислорода, участвующего в горении, в биоэтанол добавляются в небольших количествах и другие присадки.

Известно несколько технологий производства биоэтанола.

1. Брожение органических продуктов. Известный издревле и самый простой метод получения этилового спирта. При дрожжевом брожении сахаросодержащих смесей получается раствор с массовым содержанием этанола около 15 %. При повышении концентрации дрожжевые бактерии гибнут, что приводит к остановке выработки этилового спирта. Впоследствии спирт из раствора выделяется методом дистилляции. В настоящее время в промышленном производстве биоэтанола этот способ не применяется.
2. Производство с помощью рекомбинантных препаратов. Сырьё измельчается и ферментируется глюкоамилазой и амилосубтилином. После этого в разгонных колоннах проводится брагоректификация с отделением спирта. Широко распространённый способ промышленного получения биоэтанола.
3. Гидролизное производство. По сути, это изготовление спирта из предварительно гидролизованного целлюлозосодержащего сырья путём промышленного брожения. Используется в основном в России и других странах постсоветского пространства.

В настоящее время мировой объём производства биоэтанола, по разным оценкам, несколько недотягивает до 100 миллионов тонн в год.

Биоэтанол. Цена за литр

Стоимость производства биоэтанола за 1 литр зависит от нескольких факторов.

1. Изначальная себестоимость выращенного для переработки сырья.
2. Эффективность используемого сырья (технология производства и соотношение получаемого биоэтанола к количеству задействованного сырья).
3. Логистика производства (чем ближе к плантациям с сырьём расположены перерабатывающие предприятия, тем дешевле изготовление, так как транспортные расходы в случае с этим типом топлива играют более весомую роль, чем при производстве нефтяных бензинов).
4. Затраты на само производство (технологичность оборудования, оплата труда работников, энергетические расходы).

Поэтому в различных странах стоимость производства 1 литра биоэтанола разнится. Приведём себестоимость этого топлива за литр в некоторых странах мира:

• США – $0,3;
• Бразилия – $0,2;
• в общем по Европейским производителям – около $0,5;

Для сравнения: средняя себестоимость производства бензина составляет примерно от $0,5 до $0,8 за литр, если не брать в расчёт страны-экспортеры сырой нефти, наподобие Саудовской Аравии или Венесуэлы, где литр бензина стоит дешевле литра воды.

Биоэтанол Е85

Пожалуй, львиную долю среди всех типов топлива, содержащих биоэтанол, занимает марка Е85. Этот тип топлива на 85 % состоит из биоэтанола и на 15 % из обычного нефтяного бензина.

Подобное топливо подходит только в специально разработанные автомобили, способные работать на биотопливе. Их обычно маркируют как Flex-fuel автомобили.

Биоэтанол Е85 широко распространён в Бразилии, встречается и в США. В Европе и Азии чаще встречаются марки Е5, Е7 и Е10 с содержанием биоэтанола 5, 7 и 10 процентов соответственно. Остальной объём в этих топливных смесях традиционно отводится на обычный бензин. Также в последнее время набирает популярность топливо Е40 с 40-процентным содержанием биоэтанола.

//www.youtube.com/watch?v=NbHaM5IReEo

Преимущества и недостатки биоэтанола

Сначала рассмотрим преимущества биоэтанола.

1. Относительная дешевизна производства. Это при условии, что в стране-изготовителе нет собственных, обильных запасов нефти, и развита индустрия растениеводства. Например, Бразилия, в которой собственных запасов нефти в масштабах страны немного, но есть развитое сельское хозяйство и благоприятный климат, гораздо выгоднее делать топливо на основе биоэтанола.
2. Экологичность выхлопов. Чистый биоэтанол при сгорании выделяет только воду и углекислый газ. Никаких тяжёлых углеводородов, сажевых частиц, угарного газа, серо- и фосфорсодержащих компонентов при работе мотора на биоэтаноле в атмосферу не выбрасывается. По комплексной оценке (с учётом всех оцениваемых параметров по стандарту ЕВРО), чистота выхлопов оказалась в 8 раз выше у двигателей, работающих на биоэтаноле.
3. Возобновляемость. Если запасы нефти конечны (доказанный на сегодня факт: теории о регенеративной природе нефти как выбросов из недр Земли отвергнуты мировым научным сообществом), то производство биоэтанола зависит только от урожайности плантаций.
4. Более низкое потребление топлива. В среднем при езде на биоэтаноле, при правильно настроенной топливной системе, в объёмном соотношении экономится до 15 % топлива. Условно, вместо 10 литров бензина автомобиль на 100 км пути израсходует только 8,5 литров биоэтанола.

Недостатки у этого типа топлива, особенно по отношению к имеющемуся парку автомобилей, в настоящий момент существенны.

1. Перерасход биоэтанола в авто, у которого ЭБУ не имеет настроек под работу на биотопливе. И в целом часто наблюдается низкая эффективность работы мотора, не рассчитанного на растительное топливо. Дело в том, что энергетическая плотность и необходимое объёмное соотношение воздуха и топлива у биоэтанола отличается от бензина. Это и приводит к нестабильной работе двигателя.
2. Разрушение резиновых и пластиковых уплотнителей. Свойства резины и пластика, которые позволяют этим материалам быть практически нейтральными по отношению к нефтяным энергоносителям, не могут обеспечить химическую стойкость к этанолу. И уплотнители, которые десятилетиями выдерживают взаимодействие с бензином, за считанные месяцы разрушаются при постоянном контакте со спиртом.
3. Быстрый выход из строя двигателя, не предназначенного для езды на биоэтаноле. Как следствие двух предыдущих пунктов.

Исходя из всего вышесказанного, можно сделать такой вывод: биоэтанол станет отличной альтернативой обычным бензинам, если автомобиль рассчитан на этот вид топлива.