Перспективы производства и использования возобновляемых источников энергии в Казахстане

Перспективы производства и использования возобновляемых источников энергии в Казахстане

Ученых всего мира беспокоит проблема истощения запасов ископаемого топлива, изменчивость цен на энергоносители. Современное состояние энергетики характеризуется дефицитом и загрязнением окружающей среды вредными отходами разных производств. В связи с этим в последние годы многие страны обращают большое внимание на возобновляемые источники энергии, в т. ч. на биотопливо. Стратегия развития энергетических комплексов многих стран мира связана с использованием новых нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, что является реальным путем для успешного решения проблемы энергоснабжения и сохранения окружающей среды. Такие направления энергообеспечения интенсивно развиваются в развитых странах мира.

С 2003 г. в мире наблюдается устойчивый рост производства и потребления биотоплива, обусловленный увеличением цен на нефть, стремлением повысить энергетическую безопасность, сократить выработку парниковых газов. В 2007 г. в мире было произведено 75 млн т жидкого моторного биотоплива, основная доля которого пришлась на США, Бразилию и страны ЕС. Таким образом, многие страны Северной, Южной Америки, Европы значительно увеличили долю биотоплива в своем общем энергетическом балансе. Например, в 2010 г. доля биотоплива в общем энергетическом балансе в США и ЕС составляла примерно 4%, тогда как доля биотоплива в Бразилии достигла максимального уровня, равного примерно 25% [1]. Таким образом, именно масштабное его производство во многом обеспечило высокую и устойчивую рентабельность агробизнеса Бразилии, производившего биотопливо из сахарного тростника. Подробнее рассмотрим химическую природу биотоплива и его видов. Биотопливо — это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки биологических отходов. Различают жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, биоэтанол, биометанол, биобутанол, диметиловый эфир, биодизель), твердое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга) и газообразное (биогаз, водород). Жидкое биотопливо — это моторное топливо из возобновляемого сырья, получаемое из семян рапса, кукурузы, сои, пшеницы и отходов их переработки и органических веществ животного происхождения. Годовое использование биомассы в мире эквивалентно потреблению 1 мрлд т нефти и сравнимо с уровнем потребления природного газа и угля. По видам исходного сырья — жидкое биотопливо первого поколения изготавливается из пищевого сельскохозяйственного сырья, второго поколения — из непищевого природного сырья и третьего поколения — из водорослей и других продуктов [2]. биотопливо нефть энергоноситель Биоэтанол является менее плотным источником энергии, чем бензин. Пробег машин, работающих на Е 85 (смесь 85% этанола и 15% бензина) на единицу объема топлива составляет примерно 75% от пробега стандартных машин. Биоэтанол является лидером производства и потребления на рынке жидкого биотоплива, поскольку затраты на его производство могут сокращаться быстрее, чем на производство биодизельного топлива. Экономическую эффективность использования биоэтанола иллюстрируют данные, приведенные в таблице 1.

Из стран СНГ впервые в Казахстане был построен завод по производству биоэтанола в 2006 г. Правительство рассматривало завод «Биохим» с годовой мощностью 57 тыс. т как инновационный проект, на который Банком развития Казахстана был выделен кредит в сумме 60 млн долл. США. Была предусмотрена глубокая переработка пшеницы в муку и биоэтанол с промежуточной стадией извлечения сухой клейковины, а также производство кормовых дрожжей и диоксида углерода. К сожалению, резкий рост цен на зерно со 100 до 300 долл. за т поставил под угрозу существование зарождающегося производства биоэтанола в регионе. В Казахстане быстро растущие цены, а также низкий спрос на продукцию из-за неосведомленности большей части населения, способствовали банкротству разрекламированного завода «Биохим», который был единственным национальным производителем биоэтанола. Сравнительно высокая стоимость производства и возрастающая рыночная стоимость зерна ограничивают распространение биоэтанола. Если рыночная цена на зерно будет продолжать увеличиваться, то его использование в качестве сырья для производства биоэтанола будет экономически невыгодно. Тем не менее, в России группа российских компаний «Титан» начала строительство завода по выпуску биоэтанола в Омской области. В краткосрочной перспективе ожидаются изменения законодательства в отношении биоэтанола. Принимается полный перечень законодательных актов для того, чтобы этанол стал отдельным продуктом именно как топливная составляющая. На государственном уровне разрабатываются стандарты бензинов с добавлением биоэтанола.

Бразилия является лидером в производстве и использовании биоэтанола из сахарного тростника в качестве топлива. В этой стране 50% внутреннего спроса на жидкое топливо удовлетворяется за счет биоэтанола. К 2008 г. 4,5 млн транспортных средств работали полностью на этаноле, остальные 17 млн использовали в качестве топлива смесь этанола с бензином. Пять из шести бразильских АЗС продают чистый этанол (Е 100). Экономия Бразилии на импорте нефтепродуктов за 1975;2008 гг. составила более 65 млрд долл. В 2008 г. объем производства биоэтанола в Бразилии возрос на 22,6% по сравнению с 2007 г. и составил 24,5 млрд литров. В течении следующих пяти лет в Бразилии планируется построить 77 новых заводов по производству этанола общей стоимостью 14 млрд долл.

Предполагается, что в течение ближайших двух десятилетий жидкое биотопливо заместит на внутреннем транспортном рынке США 25% бензина и 8% дизеля. В 2030 г. производство жидкого биотоплива в США увеличится в 4 раза и достигнет 2,3 млн баррелей в сутки. Число заводов по производству биоэтанола в США постоянно увеличивается. Если в 1999 г. их было всего 50, то сейчас действуют 194 завода. При этом за один 2007 г. их число увеличилось на 24. Еще 28 заводов общей производительностью 7,8 млрд литров в год находятся на стадии строительства. Даже финансовый кризис, начавшийся в США в этот период, не повлиял на реализацию биотопливных программ. При этом собственники 21,8% заводов — фермеры.

Действующие мощности по производству биоэтанола в ЕС составляют более 3,5 млрд литров в год. В ближайшие три года объем производственных мощностей может быть увеличен до 6,5 млрд литров в год. Согласно оптимистическому прогнозу, ожидаемый объем потребления биоэтанола в ЕС в 2020 г. может составить 10 млрд литров, а совокупный среднегодовой темп роста рынка биоэтанола в ЕС с 2008 г. по 2020 г. достигнет 8,7% [3].

В 2008 г. в Китае произвели 1,9 млрд литров биоэтанола, прирост производства составил 15%, доля в мировом объеме производства биоэтанола всего 2,9%. Первые партии биоэтанола были выпущены в этой стране лишь в конце 2003 г., но всего за три года Китай сумел войти в четверку крупнейших производителей топливного этанола в мире. К 2016 г. прогнозируется увеличение производства этанола в Китае, в основном из кукурузы, до 3,5 млрд литров.

Биобутанол — бутиловый спирт, также является одной из разновидностью биотоплива. Это бесцветная жидкость с характерным запахом. Широко используется в промышленности. В США ежегодно производится 1,39 млрд литров биобутанола приблизительно на 1,4 млрд долларов. Бутанол не обладает коррозийными свойствами, может передаваться по существующей инфраструктуре. Может, но не обязательно должен, смешиваться с традиционными топливами. Энергия бутанола близка к энергии бензина. Сырьем для производства биобутанола могут быть сахарный тростник, свекла, кукуруза, пшеница, а в будущем и целлюлоза. Технология производства биобутанола разработана компанией «DuPont Biofuels». Компании «Associated British Foods» строят в Великобритании завод по производству биобутанола мошностью 20 000 литров в год из различного сырья [1].

У нас в Казахстане из остатков переработки свеклы на сахарных заводах, пшеницы на КПХ, кукурузы можно было бы к основному производству включительно также наладить производство биобутанола.

Диметиловый эфир может производиться как из угля, природного газа, так и из биомассы. Большое количество диметилового эфира производится из отходов целлюлозо-бумажного производства. Сжижается при небольшом давлении. Диметиловый эфир — экологически чистое топливо без содержания серы, содержание оксидов азота в выхлопных газах на 90% меньше, чем у бензина. В июле 2006 г. Национальная комиссия развития и реформ в Китае приняла стандарт использования диметилового эфира в качестве топлива. Китайское правительство будет поддерживать развитие производства диметилового эфира, как возможную альтернативу дизельному топливу. В ближайшие 5 лет Китай планирует производить 5−10 млн т диметилового эфира в год. Автомобили с двигателями, работающими на диметиловом эфире, разрабатывают Kamaz, Volvo, Nissan и китайская компания SAIC Motor [1].

Биодизель — следующая важная разновидность биотоплива. Он изготавливается из растительных или животных жиров (масел), а также продуктов их этерификации. Биодизель применяется на автотранспорте в чистом виде и в виде различных смесей с дизельным топливом. Сырьем для производства биодизеля служат масла различных растений или водорослей. В Европе его получают преимущественно из рапса, в США из сои, в Канаде из канолы, в Индонезии из пальмового масла, в Филиппинах — из кокосового масла. Для производства биодизеля могут применяться также отработанное растительное масло, животные жиры, рыбий жир. Европейской организацией стандартов для биодизеля разработан стандарт ЕN14214. Этот стандарт допускает содержание 5% биодизеля в минеральном дизеле. В некоторых странах (например, во Франции) все дизтопливо содержит 5% биодизеля. Производство биодизеля в ЕС увеличилось с 5,6 млн л. в 2006 г. до 7,7 млн л. в 2008 г., хотя темп ежегодного прироста на протяжении ряда лет падает. В США был создан Национальный биодизельный комитет, одна из функций которого — способствовать развитию отрасли, а также была сохранена значительная часть льгот по биодизелю. Производство биодизеля в США из основных растительных масел в 2008 г. осуществлялось на 173 предприятиях и составило 700 млн гал., что в 10 раз больше, чем в 2005 г.

Лидер производства биодизеля в Южной Америке — Аргентина, которая на текущий момент располагает мощностями по производству 1,4 млн т. биодизеля в год. Основное сырье для производства биодизеля в этой стране — соевое масло, а основной покупатель аргентинского биотоплива — Европа. Таким образом, Аргентина к 2010 г. стала третьим крупнейшим мировым производителем биодизеля.

Для большинства стран Азии развитие производства биодизеля стало одним из ключевых факторов укрепления мировых цен и роста объемов производства пальмового масла. Сама эта отрасль для большинства стран Азии превратилась в стратегически важную и экспортно ориентированную отрасль. Суммарные мощности по производству данной продукции в странах Азии, в основном из пальмового масла, составляют 5 млн т. Большая часть мощностей расположена в Малайзии и Индонезии [2]. Следующей ступенью переработки биологического сырья, предполагающей использование таких сырьевых источников, как древесная масса, лигноцеллюлозные соединения, отходы некоторых производств пищевой промышленности, является производство биотоплива второго поколения. Пока рынок биотоплива второго поколения не развит и носит зачаточный характер. Наиболее известные в мире единичные производства BioOil канадской компании «Dynamotive» и SunDiesel германской компании CHOREN Industries GmbH [1].

В США разработка топлива второго поколения существенно продвинулась благодаря значительному финансированию. Актом об энергетической независимости и безопасности США предусматривается, что к 2022 г. более половины производства биотоплива должно приходиться на его новые виды, причем выпуск так называемого целлюлозного топлива (из дерева, травы и несъедобных частей сельскохозяйственных растений) должен достичь в 2015 г. 3 млрд галл., а в 2022 г. — 16 млрд галл.

Биогаз — следующая разновидность биотоплива и представляет собой продукт сбраживания органических отходов (биомассы), представляющий смесь метана и углекислого газа. Разложение биомассы происходит под воздействием бактерий класса метагенов.

В настоящее время отрасль биогаза в Казахстане является практически не развитой, хотя при имеющемся у Казахстана потенциале биогаз вполне может частично, а в некоторых регионах и полностью, заменить потребление энергии, получаемой из традиционных энергоносителей. В целом перспективы развития производства и использования биогаза в республике существуют. Этому способствуют большие объемы органического сырья, простота технологии получения и использования биогаза, а также тот потенциал, который предоставляет биогаз при замене им традиционных источников энергии для выработки электричества и тепла. В качестве исходного сырья для выработки биогаза прежде всего выступают органические отходы сельского хозяйства страны, которые в настоящее время никак не используются, за исключением малой части, которая идет на удобрения. Помимо этого также можно использовать ресурсы полигонов ТБО, очистку сточных вод, что позволит создать в стране мощную биогазовую индустрию. В любом крестьянском хозяйстве в течение года собирается значительное количество навоза, ботвы растений, различных отходов. Обычно после разложения их используют как органическое удобрение. Однако мало кто знает, какое количество биогаза и тепла выделяется при ферментации. А ведь эта энергия тоже может сослужить хорошую службу сельским жителям. 15 мі биогаза в сутки обеспечивают потребности по отоплению, горячему водоснабжению семьи из 4−5 человек в доме площадью 60 мІ.

По оценкам и литературным данным [1] в Казахстане годовой выход животноводческих и птицеводческих отходов по сухому весу — 22,1 млн т может дать 8,6 млрд мі газа. Из растительных остатков — 17,7 млн т можно получить 8,9 млрд мі газа. Все это в совокупности эквивалентно 14−15 млн т условного топлива, или 12,4 млн т мазута, или более половины объема добываемой нефти (табл. 2 и 3).

Таким образом, из 1 т сухого вещества отходов можно получить около 500−700 кг удобрений и 400 мі биогаза. По анализу данных утилизаций сельскохозяйственных отходов в Казахстане можно получить из 39,8 млн т отходов — 17,5 млрд мі биогаза и 25,65 млн т экологически чистых биоудобрений. Брикетный навоз может использоваться как топливо для автотранспорта и сельхозтехники в сельской местности.

По теплотворной способности 1мі биогаза эквивалентен 0,7 мі природного газа, 0,643 л или 0,566 кг дизельного топлива, 0,856 кг условного топлива. При средней величине выхода биогаза 65 мі/ч суточное производство составит 1560 мі, годовое 569 400 мі [1].

Один кубометр биогаза эквивалентен 0,4 л. керосина, 1,6 кг угля, 0,4 кг бутана, 2,5 кг навозных брикетов, поэтому биогаз, полученный путем переработки отходов сельского хозяйства может использоваться как носитель энергии в качестве керосина, угля, бутана и навозных брикетов и покрывают сельскохозяйственные затраты на них. Кроме того, если использовать биогаз для производства электроэнергии, себестоимость ее оказывается всего 0,025−0,075 долл. за кВт/ч, в то время как электроэнергия от традиционных источников обходится в 0,1−0,15 долл. за кВт/ч, таким образом, биогаз в 2−4 раза экономичнее. К таким выводам пришли сотрудники НПО «Экомузей» Караганды, успешно осуществившие проект по получению биогаза из органических отходов. Также в Казахстане разработкой биогазовых установок занимается Казахский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства. ТОО КазНИИЭСХ разработал биореактор БУ-5 с рабочим объемом 5 мі, с газгольдером объемом 5мі, загрузочным ковшом-дозатором, теплообменником, топливным котлом с автоматической газовой горелкой. Они занимаются монтированием установок в хозяйствах Актюбинской и Алматинской областей [1].

Иными словами, биогазовые технологии — это наиболее радикальный, экологически чистый, безотходный способ переработки, утилизации и обезвреживания разнообразных органических отходов растительного и животного происхождения.

Рост потребления биотоплива может способствовать дальнейшей диверсификации экономики страны. Производство биотоплива позволит создать новые рабочие места, снизить зависимость от нефти. Кроме этого, производство биотоплива позволит вовлечь в оборот ныне не используемые земли. С 1 апреля 2011 года на более чем 300 шведских заправочных станциях можно приобрести новый дизель. Швеция стала первой страной в мире, где можно заправлять машины эко-дизелем, сделанным на основе масла шведских сосен.

В Казахстане использование биотоплива может дать ощутимый экономический эффект за счет себестоимости тепловой и даже электрической энергии. Также это может способствовать повышению рентабельности сельского хозяйства и привлечению инвестиций в страну.

На наш взгляд, необходимо разработать и реализовать программы развития биоэнергетики в АПК, обеспечивающие снижение зависимости от централизованного энергоснабжения, сокращение потребления традиционно закупаемых видов топлива — нефти, угля и э/энергии за счет широкого использования собственных энергоресурсов — биомассы, растительных и древесных отходов, растительных масел, внедрения новых энергоэффективных технологий, сооружения децентрализованных автономных систем с выработкой тепловой и электрической энергии. Следует учесть одну из существенных особенностей Казахстана — масштабное производство и переработку зерна. При промышленной переработке и очистке зерна значительная часть идет в отходы. В этой сфере формируется отличный источник сырья для получения биотоплива. Думаю, именно этому направлению производства биотоплива следует уделять особое внимание.

• 1. Интернет-портал сообщества ТЭК [электронный ресурс] // www.Energyland.info
• 2. Пащенко А. Перспективы рынка жидкого биотоплива // АПК: экономика, управление. — - № 4. — С. 46−51.
• 3. РосбизнесКонсалтинг. Департамент Консалтинга. Рынок биотоплива: биотопливо, биодизель, биогаз, пеллеты / Аналитический обзор. — М., — С. 85−96.