|
М. Бердичевская
Инженеры из Краматорска придумали энергосберегающий и безотходный способ производства биодизеля. За подобными разработками — энергетическое будущее Украины.
Чтобы получить биодизель, необходимо в специальных огромных колоннах смешать рапсовое масло с метиловым спиртом и добавить катализатор (обычно — щелочь). Смесь доводят до температуры 60 градусов, и в результате образуется метиловый эфир и другие побочные продукты, в том числе глицерин. При этом годится только рапсовое масло, поскольку именно оно (в отличие от подсолнечного и др.) при существующих технологиях позволяет добиться требуемого (невысокого) коэффициента помутнения и кристаллизации конечного продукта. Это классическая технология, которую используют сегодня во всем мире. Реакция, зависящая от качества исходного сырья, проходит долго и энергозатратно, потребляя примерно 100–120 кВт ч. Для того чтобы интенсифицировать процесс получения биодизеля, хрестоматийную формулу нарушают: добавляют вдвое больше метилового спирта, чем необходимо. Этот избыток приводит к сильному омылению полученного продукта, а потому его нужно «мыть» — водой, разбавленной метанолом. Но если не убирать из конечного продукта излишки спирта, температура вспышки будет невысокой, отчего топливо получится низкокачественным. В итоге приходится отгонять лишний спирт, а затем «сушить» биодизель, чтобы он не был влагосодержащим.
 К сожалению, стандартная технология приготовления биотоплива трудо- и энергоемка, а потому малорентабельна. Краматорские специалисты для получения биодизеля придумали использовать процесс кавитации, которая в одночасье решает почти все проблемы классической технологии. Созданный в Краматорске реактор обеспечивает нагревание любой налитой в него жидкости до двух-трех тысяч градусов Цельсия и увеличение давления до двух-трех тысяч атмосфер. В этих условиях в жидкости образуются расширяющиеся и затем разрушающиеся микропузырьки, которые производят ударную волну необычайной мощности. Иными словами, такие показатели температуры и давления провоцируют разрыв молекулярных связей. Это и есть процесс кавитации.
Кавитация позволяет добиваться интенсификации любых химических процессов, т. е. проводить одни химические реакции без катализаторов, другие — с минимальным количеством реактивов, а третьи — с ускорением в сотни раз. В описанном случае кавитация позволяет произвести реакцию этерификации (известный по учебникам химии процесс получения метилового эфира — чем, по сути, и является биодизель) очень быстро. Спирта нужно ровно столько, сколько требуется по формуле. Может быть использовано сырье любого качества (не только рапсовое масло, но и пальмовое, кукурузное, подсолнечное, соевое, конопляное и другие, а кроме того, и животные жиры), производство безотходно и с минимальными затратами энергии (15 кВт ч).
«У нас отсутствует процесс мытья биодизеля и отгонки метанола, поскольку компоненты вступают в реакцию внутри кавитатора по весовому соотношению, не требуя ни одного лишнего грамма. А на выходе получается чистый, прозрачный биодизель», — объясняет заместитель директора НПО «Специальные технологии» и автор разработки Геннадий Иваненко.
Умный и компактный
Кавитационные технологии советские ученые начали развивать еще в 50-е годы прошлого века, но эти исследования были закрытыми. Сегодня у исследователей появились новые инструменты для разработки подобных технологий, и в 1996 году Геннадий Иваненко вместе с ведущим инженером НПО Игорем Сусловым всерьез подошли к кавитационным процессам. Окончив Краматорский индустриальный институт, оба инженера в начале 90-х занимались изучением процессов гидравлического нагрева жидкостей для химической промышленности. Поначалу кавитация позволила им разработать по заказу Министерства чрезвычайных ситуаций Германии аппарат для обеззараживания поверхностной воды в полевых условиях. Сегодня «Специальные технологии» ведут переговоры с администрациями крупных российских шахт и трубных заводов, планируя разработку кавитационных установок по обеззараживанию шахтных жидкостей.
Заинтересовавшись два года назад биодизелем, ученые поняли, что кавитация станет незаменимой и при производстве этого топлива. К последней — магнитно-импульсной — модели кавитационного реактора они пришли не сразу: сначала исследовали свойства вихревых и торсионных реакторов, затем был разработан прямоточный кавитатор без термического нагрева. По словам Геннадия Иваненко, последняя модель вобрала в себя все лучшее от моделей-предшественников. Ее изюминка в том, что микроплазменные образования удерживаются теперь в одной точке магнитным полем, не давая им разрушать внутренние поверхности реактора. К тому же это увеличивает скорость и эффективность реакции вдвое. Кроме того, резко (в 14–20 раз по сравнению с классической технологией) падает энергопотребление.
 Новый кавитатор герметичен, автоматизирован и компактен. Все компоненты, необходимые для проведения реакции, подаются в реактор в жидком виде, дозируясь электронной системой. Затем вступает в силу кавитация, а на выходе электронный селектор отделяет биодизель от глицерина. Полная автоматизация позволяет установке самостоятельно определять необходимое количество катализатора — в зависимости от качества поступившего в реактор масла. Это гарантирует на начальном этапе получение качественного продукта из сырья любого качества и температуры, чего, к примеру, не могут позволить установки немецкого производства. «В Германии делают установки для производства биодизеля из масла со стандартизированными характеристиками. Но ведь в Украине исходное сырье никогда не будет изо дня в день обладать идентичными показателями», — говорит Леонид Гордиенко, руководитель краматорского Центра инновационных технологий, выводящего сегодня на мировой рынок новое поколение установок по производству биодизеля.
Если характеристики полученного биодизеля не будут отвечать заданным параметрам, встроенный в установку компьютер не позволит топливу даже выйти из реактора. Тут же замигает лампочка, сигнализирующая о том, что реакция в кавитаторе «не пошла» или «пошла неправильно», и программа заблокирует процесс производства. Лишь в этом случае необходимо вмешательство человека. «Задача дежурящего возле установки обслуживающего персонала — только реагировать на аварийные сигналы. Если модуль остановился, нужно выяснить причину и устранить ее. Но сам аппарат защищен от перегрева, утечек, попадания режущих элементов. Никаких опасных зон и выбросов вредных веществ», — рассказывает Игорь Суслов. Это немаловажно, поскольку в Великобритании, например, при производстве биодизеля необходимые для реакции компоненты все еще засыпают в емкости вручную, а затем перемешивают большими мешалками.
Дело не в инвесторе
Стоимость разработанного в Краматорске кавитационного реактора пока высока — 25 тыс. евро. Вся установка, позволяющая производить 500 литров биодизеля в час, стоит 60 тыс. евро. Тем не менее первые установки были проданы в начале прошлого года российским производителям, а сегодня кавитаторы украинского производства уже работают в Парагвае, Норвегии, Египте. Об украинском ноу-хау зарубежные компании узнают посетив сайт НПО. Заинтересовавшись, они приезжают в Украину, тестируют установку и лишь затем делают заказ. За последние полтора года было продано всего шесть установок, поскольку их цена высока даже для зарубежных аграриев, не говоря уже об украинских. Геннадий Иваненко обещает, что в ближайшее время «Специальные технологии» будут менять свою ценовую политику, изыскивая способы снизить стоимость установок.
Даже владелец небольшого агрокомплекса вряд ли позволит себе такую роскошь, как кавитационный реактор за 25 тысяч евро. К этому его должно стимулировать государство — посредством льгот и субвенций
Доходов от немногочисленных заказов объединению «Специальные технологии» хватает, чтобы продолжать научные изыскания, а потому ученые утверждают, что инвестор им не нужен. «В первоначальный бизнес-план мы заложили двести тысяч долларов — на международное патентование нашего реактора и посещение зарубежных выставок. Но потом решили, что это не такие громадные средства, чтобы отдавать за них часть прибыли инвестору. Как только продукт стал узнаваемым, появился платежеспособный заказчик, а нам только его и надо», — говорит Гордиенко.
Пока краматорское изобретение заинтересовало считанные украинские компании.
А между тем, убежден Гордиенко, каждое крупное аграрное хозяйство должно бы иметь установку по производству биодизеля мощностью тысяча литров в час. «В Донецкой области, например, восемнадцать районов. Если бы Главное управление сельского хозяйства области закупило по установке на район, к ней съезжались бы крестьяне со своим сырьем, и топливо обходилось бы им в две гривни шестьдесят копеек, максимум — три гривни за литр. Нынче каждую весну наш фермер берет кредит на закупку солярки, а потом он вынужден продавать урожай дешевле — на месяц раньше срока. А что ему делать, если нужно погасить кредит?», — спрашивает Леонид Гордиенко.
Биодизель, произведенный на краматорской установке из собственного сырья, действительно обойдется аграрию дешевле. Другое дело, что не то что крестьянин, а и владелец небольшого агрокомплекса вряд ли позволит себе такую роскошь, как кавитационный реактор за 25 тыс. евро, а уж тем более всю установку по производству биодизеля за 60 тыс. евро.
Гордиенко рассказывает, что неоднократно беседовал с чиновниками, обосновывая бессмысленность строительства больших заводов по производству биодизеля из рапса и обещая сократить затраты на их запуск как минимум вдвое — за счет серийного выпуска кавитационных реакторов. Он убеждал их в том, что украинского агрария так же, как европейского, к использованию энергосберегающих технологий должно стимулировать государство. К примеру, словацкие фермеры приобретают гелевые, ветровые и биогазовые установки за 30% цены — оставшиеся 70% стоимости берет на себя государство. А наши чиновники, по словам Гордиенко, только усмехаются в ответ. В беседах с сотрудниками Министерства агропромышленной политики ученый предлагал беззатратную схему внедрения кавитаторов: попросту включить их в официальный перечень оборудования, предоставляемого аграриям по лизинговой схеме. Самому ведомству это ничего бы не стоило. Причем аграрии смогли бы покупать такие установки в рассрочку, а проценты гасило бы государство. В Минагропроме эту идею восприняли с холодком.
Леонид Гордиенко уверяет: «Энергетическая зависимость Украины — это миф. Реальность — это зависимость от крупных транснациональных корпораций и чиновников-коррупционеров». Хотя на чистом биодизеле никто в мире сегодня не ездит (им пока только разбавляют обычное дизельное топливо), в Европе уже поняли, что пятипроцентная добавка биодизеля уменьшает вредные выбросы в атмосферу почти вдвое, следовательно, уже только по этой причине в ближайшие десять лет это направление получит серьезное развитие.
Биодизель чиновникам не нужен
Несмотря на высокую популярность темы биотоплива в Европе, отечественные эксперты убеждены, что разговоры о формировании украинского рынка биодизеля пока малоперспективны: в Верховной Раде господствует лобби, не заинтересованное в поиске и развитии производства альтернативных видов топлива. Кроме того, биодизель собственного производства из выращенного на украинских почвах рапса показывает невысокую рентабельность.
Что касается госчиновников, то в этом вопросе они демонстрируют двойные стандарты. С одной стороны, Украина взяла на себя обязательство уже в 2010 году потреблять свыше 520 тыс. тонн биотоплива: согласно требованиям ЕС, его доля до конца 2010 года должна достичь 5,7% в структуре энергопотребления, чтобы, согласно Киотскому протоколу, уменьшить выбросы углекислого газа в атмосферу. Для выполнения этого обязательства 22 декабря 2006 года Кабинет министров утвердил Программу развития производства дизельного биотоплива до 2010 года, где задекларировал намерение построить как минимум 20 заводов суммарной проектной мощностью не менее 623 тыс. тонн биотоплива в год. Намечается запустить заводы мощностью от пяти до 100 тыс. тонн биодизеля в год. Максимальная сумма затрат на запуск одного самого мощного завода составит примерно 170 млн евро.
По прошествии восьми месяцев можно с уверенностью сказать, что эта программа, как и предыдущие нормативные документы, обязывавшие чиновников составлять отчеты на биодизельную тему, выполнена не будет. Прежде всего потому, что государство строительство таких заводов финансировать не намерено (как указано в упомянутом документе), да и не сможет. Согласно программе, несколько сотен тысяч гривен будет заложено в госбюджеты следующих трех лет — на стимулирование научных исследований в области выращивания, сбора и хранения семян рапса, из масла которого производят в Европе биодизель.
{Расчет себестоимости производства 1000 литров биодизеля в прямоточном кавитационном реакторе BIOTRON-ST 500 }
Специалистов из Минагрополитики и Украинской аграрной академии наук, пролоббировавших принятие программы, не останавливает даже мнение биологов, которые уверяют: рапс не дает желаемых объемов урожая на украинской земле. К примеру, в Донецкой и Луганской областях он просто вымерзает. А это, по утверждению экспертов, не будет способствовать регулярной и рентабельной работе запланированных к строительству заводов — собственного дешевого сырья может попросту не хватить.
Вместе с тем в Украине есть несколько компаний, продвигающих интересы зарубежных (немецких, австрийских) производителей, заинтересованных в продаже собственных установок по производству биодизеля на украинский рынок. Сегодня только в Германии работают большие заводы по производству биодизеля, но они загружены максимум на 60% из-за проблем с сырьем. Поэтому они и продвигаются на Восток — за рапсом. Для них важно, чтобы Украина оставалась поставщиком сырья и, разумеется, в их интересы не входит развитие украинских исследований в области самостоятельного производства биодизеля. Высокие мировые цены на рапс сегодня побуждают украинского агрария вы ращенный урожай продавать за рубеж, а не внутри страны.
В этом контексте становится понятно, почему разработанный краматорским НПО «Специальные технологии» автоматизированный модуль нового поколения по производству биодизеля не находит отклика ни у чиновников, ни у аграриев. «Когда селянин увидит собственными глазами перспективность изготовления биотоплива, когда он сможет оформить в лизинг понравившееся ему оборудование, когда почувствует заботу государства в виде налоговых льгот и субвенций, только тогда процесс перехода на альтернативное топливо будет иметь осмысленный, экономически обоснованный характер. За такой системой — будущее», — уверен Леонид Гордиенко.
Краматорская разработка не уникальна
Владимир Попудрибко, заместитель генерального директора технологического парка «Агротехнопарк»:
— Традиционный процесс производства биодизеля требует большого количества энергии и времени. Кавитационный реактор — это оборудование нового поколения, упрощающее, удешевляющее и примерно в десять раз ускоряющее процесс получения биодизеля. Однако его производство путем кавитации — известное в мире явление.
Если довести украинские установки до ума, они смогут конкурировать с зарубежными, позволяющими изготовлять биодизель в соответствии с европейским стандартом: весь процесс там, как правило, полностью автоматизирован, а кроме того, проводится предварительная очистка сырья. Наши разработчики сегодня отрицают необходимость предварительной очистки масла, однако даже кавитация не позволяет полностью убрать из него различные тяжелые фракции и жирные кислоты, а далеко не все из них могут преобразоваться в процессе реакции. Зачем немецкие компании проводят предварительное щелочное рафинирование масла при производстве биодизеля? Чтобы убрать те фракции, которые влияют на качество конечного продукта. Конечно, трактор «Беларусь» поедет и на выпущенном в Украине биодизеле, но техника нового поколения может отказать или быстро выйти из строя.
Что касается энергосберегающего эффекта краматорской установки, то и в этом она не уникальна. Немецкие установки, например, тоже не потребляют ничего из внешних источников: они сами производят ту энергию, которая понадобится им для производства биодизеля. При этом они имеют европейскую сертификацию, а их стоимость идентична цене украинской установки.
Если для европейских компаний важно выиграть сотые доли процента в стоимости получаемого биодизеля, то для Украины коммерческий интерес пока отсутствует напрочь. Это объясняется сравнительно низкой ценой дизельного топлива. То есть для нашей страны сейчас актуальна вовсе не проблема конструкции процессоров нового поколения для производства биодизеля, а проблема поиска дешевого сырья.
Вообще, серьезный разговор о биодизеле в Украине бессмыслен до тех пор, пока это топливо не станет интересно потребителю. Любому крестьянину сегодня экономически выгоднее продать выращенный рапс за рубеж и купить на заправке готовый дизель для своего трактора. Зачем ему головная боль с биодизелем собственного производства? Он гигроскопичен, при температуре минус 16 застывает, да и не каждый двигатель будет на нем работать.
Хотя на государственном уровне ведутся серьезные разговоры на эту тему, еще ни одна из принятых программ не была запущена. В Украине господствует лобби, не заинтересованное в биотопливе. Кроме того, давайте произведем простой расчет: из трех тонн семян рапса (их стоимость более шести тысяч гривен) получается одна тонна биодизеля. Значит, литр биодизеля будет стоить более шести гривен. При этом дизельное топливо на заправке можно купить за четыре гривни за литр. Прибавьте к этому средства на приобретение оборудования для производства биодизеля и подумайте: найдется ли среди украинских аграриев хоть один самоубийца, который решит заняться этим всерьез?
Проблема биодизеля в Украине — не технологическая
Георгий Гелетуха, заведующий отделом Института технической теплофизики Национальной академии наук Украины, директор НТЦ «Биомасса»:
— Технология получения биодизеля без применения кавитации хорошо изучена в мире. Но поскольку кавитация дает положительный эффект в других технологических процессах (например, при изготовлении майонеза), она, скорее всего, также будет эффективна при производстве биодизеля.
Однако проблема производства биодизеля сегодня прежде всего экономическая, а не технологическая. Если нынешние цены на обычное дизельное топливо, продающееся на заправках, сравнить с себестоимостью производства биодизеля, ни о какой рентабельности говорить не придется.
Германия, а за ней Чехия и Австрия настроили заводов по производству биодизеля, а теперь им уже не хватает своего рапсового масла. Поэтому эти страны платят более двух тысяч гривен за тонну семян рапса, а наши аграрии активно этим пользуются. Получается, отечественный аграрий выращивает рапс, чтобы в Европе производили биодизель. Если мы построим собственный завод по производству биодизеля, он первым делом должен будет конкурировать за сырье с западными компаниями-производителями биотоплива: придется платить украинским аграриям не меньше западных конкурентов.
Рапс перестанет уходить за рубеж, если правительство введет дополнительную экспортную пошлину. Лишь таким образом можно спровоцировать обвал цен на это сырье. Однако тогда аграрий просто перестанет выращивать рапс, сосредоточившись на более выгодной для него культур, например, пшенице.
Парламент 12 апреля принял за основу законопроект «О развитии производства и потребления биологических топлив». В нем предусмотрены некоторые льготы для производителей и потребителей биодизеля и биоэтанола, но даже при их внедрении этот бизнес не будет рентабельным. Ведь более половины энергии, содержащейся в биодизеле, затрачивается на его же изготовление, учитывая всю цепочку производства: посев, сбор, прессование семян и прочее. Таким образом, полученный литр биодизеля вовсе не является на рынке адекватной заменой литра солярки. Тем более что энергетические показатели твердой биомассы и биогаза пока лучше, чем у биодизеля.
Так что краматорская разработка очень интересна в научном плане, но проблемы биодизеля в масштабах целой страны она не решает. Тем не менее подобными технологиями заниматься необходимо — при условии, что экономические и организационные проблемы решит государство.
Источник: http://www.expert.ua
|