Сотрудник Института катализа СО РАН Вадим Яковлев недавно рассказал, какие существуют виды биотоплива и что делается в Новосибирске для совершенствования его получения.
— Вадим Анатольевич, какие существуют виды биотоплива?
— Биотоплива разделяются на два типа: первого и второго поколения. К биотопливам первого поколения относятся биоэтанол, произведенный из сахарного тростника, кукурузы, пшеницы и других злаковых культур, и биодизель, полученный из масляничных культур — сои, рапса, пальмы, подсолнечника. Для их выращивания требуется использование качественных пахотных земель, много сельскохозяйственной техники, а также удобрений и пестицидов. Конечно, при таком раскладе производство биотоплива напрямую конкурирует с пищевым сектором экономики. Это приводит к своим последствиям в социальной сфере и придает негативную окраску всей биоэнергетике.
Топливный биоэтанол получают сбраживанием сахаров с помощью технологии производства пищевого этанола без дополнительных стадий очистки. Биодизель получают методом химической реакции жиров растительных масел и низших спиртов (в первую очередь метанола).
Биотоплива второго поколения производятся из непищевого сырья. Оно может включать в себя отработанные жиры и растительные масла, биомассу деревьев и трав. Преимущество такого топлива заключается в том, что эти растения могут выращиваться на менее благоустроенных землях с применением минимального количества техники, удобрений и пестицидов. Минусом же является то, что лигноцеллюлоза древесины — это сложный полимерный углевод, он требует гораздо больше химических превращений и, соответственно, энергии для получения из него жидких топлив, чем при производстве биотоплив первого поколения. Но эффективность производства энергии из биомассы биотоплив обоих поколений одинакова, составляет примерно 50%.
— Какие наработки по созданию биотоплива есть в Институте катализа СО РАН и какие из них наиболее эффективны?
— Все требования к безопасности производства биотоплива были учтены Институтом катализа СО РАН при разработке гетерогенных катализаторов. Акцент делался на стабильность работы в реальных условиях. В результате было установлено, что одним из наиболее перспективных катализаторов для получения биодизеля является гексаалюминат бария (кальция). Гексаалюминаты характеризуются относительно низкой активностью по сравнению с другими катализаторами, у них есть важное достоинство: они обладают высокой термостабильностью и устойчивостью к выщелачиванию. Особенно это относится к катализаторам, прокаленным при температуре 1200 °С.
Собственно о наших наработках. В производстве биотоплива есть два основных этапа. Первый из них — быстрый пиролиз. Это термический процесс, протекающий без доступа воздуха, при котором происходит моментальный (1000—10000°С/сек) нагрев и быстрое (буквально за пару секунд) охлаждение получаемых продуктов. При пиролизе древесины все ее компоненты частично разлагаются, образуя сложную смесь кислородсодержащих органических соединений.
С помощью быстрого пиролиза из древесины можно получить продукт, условно названный «бионефтью». Это жидкость, похожая на разбавленный деготь. Из-за высокого (до 55%) содержания кислорода бионефть непригодна для использования напрямую в качестве моторного топлива. Из нее нужно удалить кислород и насытить водородом. И сегодня одна из важнейших задач в этой области — разработка соответствующих катализаторов.
Следующая стадия — гидродеоксигенация (удаление кислорода) полученной бионефти. В рамках международного проекта с акронимом BIOCOUP (Шестая Европейская рамочная программа) специалисты Института катализа СО РАН разрабатывают катализаторы нового типа, которые могли бы эффективно справиться с такой задачей. Мы предложили использовать несульфидированные никельсодержащие катализаторы.
Оказалось, что они превосходят свои коммерческие аналоги по всем главным характеристикам. Тестирование лучших образцов катализаторов гидродеоксигенации на реальной бионефти в университете Гронингена (Нидерланды) подтвердило их перспективность. Продукты деоксигенации бионефти могут использоваться для дальнейшей переработки на стандартном нефтеперерабатывающем оборудовании совместно с нефтяными фракциями.
— Какие есть перспективы у биотоплива?
— Одна из центральных задач XXI века, на мой взгляд, это постепенное изменение сырьевой базы первичных энергоресурсов. Необходимо активно использовать возобновляемые источники энергии — энергию ветра, рек, волн, приливов, гидротермальных источников, биомассы. Если в 2005 году инвестиции в сектор возобновляемой энергетики составляли $20 млрд в год (17% инвестиций в генерацию энергии), то к 2015 году, по оценкам экспертов, они возрастут до $80 млрд в год (прогноз Worldwatch Institute, 2003).
Авторы проекта Стратегии развития топливно-энергетического комплекса России до 2020 года считают, что потенциал России в плане обеспечения возобновляемой ресурсной базы весьма значителен. Есть два важных момента. Это технический потенциал, который определяет абсолютный прирост биомассы, и экономический потенциал, то есть экономически целесообразный объем сбора, транспортировки и переработки биомассы. Если говорить о техническом потенциале, то в России ежегодный прирост биомассы составляет 14—15 млрд т.у.т., то есть в 5 раз больше, чем современное энергопотребление РФ.
Если мыслить стратегически, то становится ясно, что научно-технический прогресс и рост цен на ископаемое топливо обеспечивают неуклонный рост экономической привлекательности биоресурсов.
