Нефть и ее заменители: необходимое послесловие (окончание)

Сегодня мы завершаем познавательную беседу с директором Химического института им. А.М.Бутлерова В.Галкиным (ее начало, продолжение).

Станет ли он альтернативой «качалкам»?

- Владимир Иванович, но, помимо нефти и угля, для изготовления топлива годятся и возобновляемые растительные ресурсы. В России земли много, в южных областях – благоприятный для земледелия климат. Почему бы не попробовать выращивать сырье взамен дорогой нефти?

- Сначала давайте определимся, о каком именно сырье идет речь. Например, масличные сельскохозяйственные культуры используются для изготовления так называемого биодизеля, а культуры с высоким содержанием крахмала и сахаров – для производства алкогольного топлива (спиртов).  В качестве сырья для получения топлива могут также использоваться продукты жизнедеятельности организмов, органические промышленные отходы, энергетический лес (быстрорастущие виды деревьев и кустарников, не имеющие промышленной ценности) и отходы деревообрабатывающей промышленности (щепа, солома).

Масличная пальма – самый экзотический источник топлива.

- Поскольку тема нашего разговора – альтернатива нефти в качестве топлива для транспорта, соответственно, нужно обсудить первые 2 вида сырья.

- Тогда начнем с биодизеля. Для его получения требуется любой вид растительного масла - подсолнечное, рапсовое, льняное, из плодов масличной пальмы (Элеиса гвинейского) и т.д. При этом произведенное из разных масел топливо, имеет различия. Например, биодизель из пальмового масла самый калорийный, но и самый трудоемкий. Рапсовый биодизель уступает по калорийности, но более подходит для холодного климата. Есть разница и в объеме готового продукта получаемого из определенного количества сырья.

- А сколько топлива получается из, например, тонны сырья?

- Это зависит от самого сырья. В семенах подсолнечника, например, содержится 44,5 - 53,8% масла, в семенах льна – 38%, рапса - 35-50%. Соевые бобы содержат 16-27%, а плоды масличной пальмы - от 30% в ядре и 22-70% в околоплодной мякоти. Соответственно, для производства биодизеля наиболее пригоден рапс, из тонны семян которого получается 350-500 кг масла, а из него – примерно 300-400 кг., или около 330-440 л. топлива. Кроме того, рапс хорошо растет в разных климатических зонах и очень урожайный.

Для справки: из тонны сырой нефти (причем, лучшей) получают, в среднем, 20% (200 кг. или около 270 л.) бензина и 19% солярки (190 кг. или около 240 л.) без учета топлива, которое можно получить пиролизом мазута.

Схема получения биодизеля.

- А как из масла делают топливо?

- Суть процесса - уменьшение вязкости растительного масла. Что оно собой представляет? Это смесь триглицеридов (соединенных с молекулой глицерина эфиров) с трехатомным спиртом. Именно глицерин и придает ему вязкость. Соответственно, необходимо его удалить, заместив на спирт (провести этерификацию – реакцию образования сложных эфиров при взаимодействии спиртов и кислот).

В процессе масло сначала нагревается до определенной температуры, а затем в него добавляются щелочной катализатор (например, каустическая сода) и спирт (метанол или этанол). Полученная смесь некоторое время перемешивается и отстаивается. В результате она расслаивается, образуя верхний слой биодизеля, средний - мыла и нижний – глицерола (глицерина-сырца).

Затем эти слои разделяют и различными способами промывают биодизель, чтобы удалить остатки мыла и катализатора. Потом его осушают сульфатом магния (который удаляется простой фильтрацией) для удаления остатков воды. Кстати, из глицерола, нагрев его до 65,5 градусов по Цельсию, можно выпарить метиловый спирт, который вновь пойдет в дело.

Образец чистого биодизеля.

В итоге получается продукт, цветом похожий на нерафинированное подсолнечное масло, но отличающийся запахом, напоминающим солярку. В нем не должно быть никаких взвесей или замутнений. В чистом виде его используют для заправки грузовиков и тракторов, а вот для более форсированных и высокооборотных моторов легковых автомобилей биодизель надо смешивать с соляркой в пропорции 1:9. Его цетановое число – 56-58 (у солярки – 44-52), поэтому возможен перегрев и детонация.

- А в чем преимущества и недостатки биодизеля?

- Плюсы: очень простой производственный процесс (есть установки для получения биодизеля в условиях сельского дома) и доступное сырье. Биодизель экологически чище – почти не содержит серы и канцерогенного бензола, а его выбросы углекислого газа на 50-80% ниже, чем у солярки. Кроме того, у него лучше текучесть и он легче фильтруется. Ресурс работающего на чистом биодизеле двигателя возрастает почти на 60% - он обладает лучшими, чем солярка, смазочными свойствами. Соответственно, больше (но не настолько) пробежит и двигатель, работающий на смеси. При всем этом биодизель сопоставим по стоимости с обычной соляркой.

К недостаткам, в первую очередь, можно отнести его ограниченный срок годности – через 3 месяца биодизель начинает разлагаться, и исправить это пока не удается. Кроме того, на технике, использующей его в чистом виде, необходимо заменить все резиновые изделия (прокладки, трубопроводы) – используемые марки не годятся.

 Установка для производства биодизеля, предназначенная для частного использования.

- И снова тот же вопрос, что и по поводу угля: чего ждем? Свободной земли много (только в 1995-2005 гг. посевные площади в РФ сократились на 25,06 млн. га), рапс у нас хорошо растет, делать топливо просто…

- И снова тот же ответ – дорогостоящая перестройка топливной промышленности. Прибавьте к этому «акульи зубы» капитализма: зачем использовать землю для недорогого продукта? Лучше продать ее под коттеджные поселки или выращивать на ней амарант и другие модные, а, стало быть, и дорогие, «целебные» растения. Поэтому, биодизель в России пока остается уделом энтузиастов.

Единой государственной программы развития биодизельного топлива нет - лишь разрешено содержание 5% биодизеля в солярке. Хотя, ОАО «РЖД» еще в 2006-2007 гг. успешно испытало рапсовый биодизель на тепловозах депо «Воронеж-Курский» (Юго-Восточная железная дорога). По итогам было заявлено о готовности использовать биодизель на локомотивах.

Но региональные программы создаются, например, целевая программа «Рапс-биодизель» (Алтайский край) и Ассоциация производителей рапсового масла Липецкой области. Кроме того, планировалось строительство заводов по производству биодизеля в РТ, Алтайском и Краснодарском краях, Липецкой, Ростовской, Волгоградской, Орловской и Омской областях.

 … И точно – он!!!

- Но этот вид топлива годен только для дизельных движков. А вот чем можно заменить бензин?

- Спиртами: этиловым, метиловым, бутиловым и диметиловым. В мире это широко распространено, особенно в Бразилии, где около 70% автомобилей (двигатели которых называют «Flex-Fuel») ездят на смесях бензина или солярки со спиртом, а доля таких автомобилей среди новых – примерно 85%. Бразилия занимается спиртосодержащим топливом с конца 40-х гг. ХХ в., накопила огромный опыт и успешно его использует.

В меньших масштабах такая техника используется в других странах Латинской Америки, США и Европе. В основном, применяют смеси Е85 (85% этанола, 15% бензина), Е95 (95% спирта и 5% солярки) для дизелей и Е100. Формально это чистый спирт, но из-за его гигроскопичности под ним подразумевают стандартную азеотропную смесь (96% спирта и 4% воды).

Бразильская АЗС. Справа – колонка для спиртового топлива.

- Ну, об исходном сырье для производства спиртов и о процессе самого производства подробно говорить не стоит – это и так широко известно. А вот чем спирт превосходит нефтяное топливо?

- Его октановое число - 105. Это позволяет добавлять его в бензин для его «облагораживания» - например, равнообъемная смесь этанола и бензина А-80 дает октановое число 92,5. Кроме того, продукты сгорания спирта не дают и не выделяют соединений серы, что положительно сказывается на ресурсе двигателя, а ведь его мощность и крутящий момент возрастают соответственно на 7% и на 25%. При этом, выхлоп от спирто-бензинной смеси чище, нежели от газа и биодизеля. Экономический плюс – спирты можно делать из чего угодно, а процесс их производства прост и дешев.

Но есть и минусы. Стехиометрическая бензовоздушная смесь – 1:14,7, спиртовоздушная – 1:9, поэтому топливную систему нужно перенастроить, чтобы не «богатила». При этом объемный расход спирта где-то на 40% больше, чем бензина. Кроме того, спирт хуже испаряется, поэтому для запуска холодного двигателя при температуре ниже 10 градусов по Цельсию требуется предпусковой подогрев топлива.

- Это, похоже, почти единственная проблема, мешающая распространению алкогольного топлива в нашей стране…

- И самая решаемая – подогрев успешно осуществляется теми же способами, что и на дизельной технике. Есть еще та же проблема с землей, которая мешает распространению биодизеля, а также некая извечная российская проблема – много ли этанола потечет в топливные емкости?

- Но есть еще и метанол…

- Он очень токсичен: предельно допустимая концентрация метанола в воздухе - 5 мг/м³. Для сравнения - у обладающего наркотическим действием изопропилового спирта ПДК - 10 мг/м³, у этанола — 1000 мг/м³. а если метанол попадает в организм… 5-10 мл. – тяжелое отравление с высокой возможностью слепоты, 30 мл. – смерть. Поэтому, метанол как топливо имеет ограниченное применение – например, в авто- и мотоспорте.

Мотоциклы «ESO-Jawa», используемые в гаревом…

 .. и ледовом спидвее работают на метаноле.

- Владимир Иванович, одним словом топливной альтернативы нефти и газу у нас пока нет?

- В государственных масштабах – да. Однако, небольшие производства вполне могут выпускать такие виды топлива для нужд ограниченного региона. Что будет дальше – покажет время: давать какие-либо прогнозы тут рано.

Одним словом, масштабная и сложная работа по изучению высоковязких нефтей и природных битумов, которую проводят ученые alma mater, в современных условиях жизненно необходима для экономики России. Что же касается альтернативных видов горючего… Действительно, время покажет, какое из них наиболее практично в условиях нашей страны.