Автомобильные топлива с биоэтанолом


С. Л. Карпов В. М. Капустин А. К. Старков Автомобильные топлива с биоэтанолом erf - / - <>СР$ БИБЛИОТЕКА Институт проблем переработка углеводорода СС РД11 МОСКВА «КолосС» 2007 УДК 662:663.5:663.1 ББК 31.353:30.16 К26 Рецензент зад. отделов, автомобильных и авнационных бензинов ОАО «ВНИИ Нп» д-р. техн. наук В. Е. Емельянов А в т о р ы. С. A. KQpnoei д м Капустин, А. К. Старков Карпов С. А. и др> К26
п ^™мобиль™е Топлива с биоэтанолом/ С. А. Карпов, Капустин, А. К. Старков. - М.: КолосС, 2007. - 216 с.: ISBN 978—5—953?_fiSRS_6 Рассмотрены соврем*., давления отрасли тоЬли^ное производство этанола в мире, история ста-Приведсны традиционно» ОРО этанола и основныс страны-производители, суждены экозогическир и перспективные технологии производства, об-ного этанола в двигателям технологические аспекты применения топлив-качестве добавки к бе внутреннего сгорания при его использовании в 100%-ной замены традймИну' комп°нента автомобильного топлива или имущества этанола по онного авт°м°бильного бензина, а также пре-МТБЭ. Освешекы экон^равкснию с метанолом 11 сг0 производным -топливного этанола по    и социальные вопросы производства ка строительства и пабс>> ременным биотехнологиям. Показана экономя-учетом международного 0^b^aJ10B по пРоизволствУ топливного этанола с ре птизводстм спирта е^егазового профиля, а та*Ж1-- работающих в сфе-гов ^экономистов Мо*Ли7говых добавок и присадок к топливам, эколо-культетов    быть полезна студентам нефтяных вузов и фа- УДК 662:663.5:663.1 ББК 31.353:30.16 ISBN 978—5—9532—0585-^
© Карпов С. А., Капустин В. М., Старков А К., 2007 ОБ АВТОРАХ КАРПОВ Сергей Александрович — доцент кафедры «Технология переработки нефти» РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, кандидат технических наук. Год рождения 1974, окончил ГАНГ им. И. М. Губкина. Ранее работал в Департаменте переработки нефти Тюменской нефтяной компании, начальником установки и главным технологом ООО «Химмотолог-Н». Читает курс лекций по перспективным процессам производства топлив. Руководит учебно-исследовательской лабораторией по оценке физико-химических и эксплуатационных свойств автомобильных бензинов. Автор более 80 научно-технических публикаций. КАПУСТИН Владимир Михайлович — профессор, доктор технических наук, заведующий кафедрой «Технология переработки нефти» РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина. Генеральный директор ОАО «ВНИПИнефть». Год рождения 1952, окончил МИНХиГП им. И. М. Губкина. Ранее работал вице-президентом Тюменской нефтяной компании, швейцарской компании «Vitol», голландской компании ICD, консультантом американской компании «Амосо», катализаторных компаний «Grace Davison», «Criterion». Читает курс лекций по технологии переработки нефти. Под его руководством защищено 10 кандидатских диссертаций. Автор 4 монографий, более 70 патентов РФ, более 200 научно-технических статей. Лауреат Премии Правительства РФ в области науки и техники. СТАРКОВ Андрей Краснославович — 1-й заместитель генерального директора ФГУП «Росспирт-пром». Год рождения 1969, окончил Московский ордена Трудового Красного Знамени текстильный институт им. А. Н. Косыгина. Ранее работал в Министерстве транспорта, Федеральном агентстве по энергетике, Министерстве имущественных отношений. Ннсдение..............................................................................................................7 1.    ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ПРОИЗВОДСТВА ЭТАНОЛА.................Л 2.    ПРОИЗВОДСТВО И ПОТРЕБЛЕНИЕ ТОПЛИВНОГО ЭТАНОЛА В РАЗНЫХ СТРАНАХ................................................................................................17 2.1.    Америка — главный производитель топливного этанола............................18 2.1 Л. США........................................................................................................19 2.1.2.    Бразилия.................................................................................................32 2.1.3.    Канада.....................................................................................................35 2.2.    Европа..............................................................................................................37 2.3.    Австралия и страны Юго-Восточной Азии.................................................40 2.4.    Россия и страны бывшего СССР ,.................................................................41 3.    ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭТАНОЛА....................................................47 3.1.    Промышленное производство этанола из крахмалсодержащих зерновых культур ....................................~.........................................................48 3.1.1.    Сухой помол...........................................................................................50 3.1.2.    Сырой помол.........................................................................................52 3.2.    Производство этанола из целлюлозы......................................................._... 54 3.2.1.    Современная технология кислотного гидролиза................................55 3.2.2.    Технологии ферментативного гидролиза.............................................57 3.3.    Перспективы развития технологии производства этанола.........................59 4.    ТОПЛИВНЫЙ ЭТАНОЛ И РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ...........................................61 4.1.    Этанол — гибкое топливо..............................................................................61 4.2.    Применение этанола в двигателях внутреннего сгорания..........................63 4.2.1.    Применение «чистого* этанола в автомобильных двигателях...........66 4.2.2.    Российский опыт применения этанола в составе автомобильных топлив...............................................................................................................67 4.3.    Топливо Е85....................................................................................................70 4.3.1.    Физические свойства,............,..............................................................71 4.3.2.    Спецификации и стандарты .................................................................73 4.3.3.    Рекомендации по применяемым материалам.....................................75 4.3.4.    Хранение и дозирование топлива ........................................................76 4.4.    Проблемы, возникающие при применении этанола в бензинах, и пути их устранения...........................................................................................79 4.4.1.    Фазовая нестабильность ......................................................................80 4.4.2,    Летучесть и давление насыщенных паров...........................................88 4.5.    Новые автомобили и этанол..........................................................................89 4.5.1.    Автомобили, работающие на альтернативном топливе......................90 4.5.2.    Автомобили с универсальным потреблением топлива.......................91 4.5.3. Поддержка автотранспортных средств на альтернативном топливе в США................................................................................................96 4.6. Использование топлива в других устройствах.............................................96 5.    ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТОПЛИВНОГО ЭТАНОЛА....................................................................................................................98 5.1.    Этанол и здоровье человека...........................................................................98 5.1.1.    Воздействие этанола на человека при его использовании в автомобильных топливах...........................................................................101 5.1.2.    Выхлопные газы автомобилей и здоровье человека.........................103 5.1.3.    Состояние окружающей среды и воздуха при использовании оксигенатов....................................................................................................106 5.2.    Преимущества топливного этанола перед метанолом и его производными......................................................................................................................110 5.3.    Воздействие этанола, МТБЭ и бензнновых компонентов на окружающую среду и человека.........................„........................................................114 5.4 Миграция этанола и его превращения в окружающей среде...................119 5.5.    Биологический распад этанола....................................................................123 5.6.    Влияние этанола на разложение БТЭК...................................................... 131 5.7.    Моделирование миграции этанола в водоносных пластах, загрязненных бензином с примесью этанола....................................................................134 5.8.    Очистка грунтовых вод, загрязненных топливом, содержащим этанол...................................................................................................................135 6.    ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТОПЛИВНОГО ЭТАНОЛА..................................................................................................................137 6.1.    Анализ экономической ситуации в ведущих странах—производителях этанола........................................................................................................137 6.2.    Производство топливного этанола: перспективы для потребителей, инвесторов и жителей муниципальных районов.............................................146 6.3.    Топливный этанол и перспекгивы развития сельского хозяйства...........150 6.4.    Стоимость этанола и перспективы развития экономики.........................151 6.5.    Финансовая модель производства этанола................................................154 6.6.    Преимущества от получения попутных продуктов: барды, диоксида углерода, электричества ......................................................................................166 6.7.    Перспективы развития рынка топливного этанола..................................170 6.8.    Характеристика рыночных барьеров...........................................................177 7.    ЭТАНОЛ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ................................................................185 Термины и определения..........................................................................................197 Список литературы...................................................................................................206 XXI век ставит пред человечеством много очень важных проблем, одной из которых является загрязнение окружающей среды. В связи с увеличением численности населения и улучшением уровня жизни растущее беспокойство вызывает дефицит энергоресурсов, требующихся для отопления жилых помещений и служащих топливом для транспортных средств, от которых мы становимся зависимы. Мы также должны помнить об экологии жизни, а именно о нашей потребности в чистом воздухе, воде, полностью сгораемом топливе и в биоразлагаемых возобновляемых материалах. Передовые технологии позволили осуществить разработку альтернативных источников энергии, которые возобновляемы, подлежат полному сгоранию и более надежны по сравнению с традиционными видами топлива. Этанол производят в основном из сельскохозяйственного сырья. Его получают путем брожения практически любого вещества, содержащего крахмал или сахар. Подходящими источниками сырья являются зерновые культуры. Кроме того, в качестве сырья могут выступать картофель, сахарный тростник, топинамбур, а также другие сельскохозяйственные растения и растительные отходы. Этанол также может изготавливаться из промышленных отходов, полученных при производстве пищевых продуктов и напитков. Проведенные исследования выявили возможность производить этанол из целлюлозы, которая содержится как в древесине, так и в стеблях кукурузы, рисовой шелухе и просе. Производство этанола способно в значительной степени способствовать подъему уровня сельского хозяйства, экономики и позволит улучшить состояние окружающей среды. Гак, благоприятное влияние производства этанола на развитие сельского хозяйства будет заключаться в увеличении объемов выработки сельскохозяйственных продуктов, идущих на получение этанола. На сегодняшний день в мире многие фермеры делают инвестиции в строительство предприятий по производству этилового спирта, устанавливают более высокие цены на зерновые культуры, а также принимают участие в распределении прибыли. Производство этанола способно поднять уровень развития сельского хозяйства во многих странах различными способами. В данной книге этанол рассматривается как возобновляемый экологически безопасный источник энергии. Этанол уменьшает уровень атмосферного загрязнения и выбросы токсичных газов, так как в его состав входит кислород, оказывающий благоприятное воздействие на окружающую среду. Применение этанола совместно с бензином позволяет значительно снизить выделение угарного газа, который в 20 % случаев является причиной образования смога. Этанол способствует уменьшению образования оксида углерода, который представляет угрозу людям с респираторными заболеваниями, например с астмой. Производство этанола — это весьма энергосберегающий процесс, В результате проведенного анализа выявлено, что этанол позволяет получить на 34 % больше электроэнергии по сравнению с количеством энергии, затраченной на его изготовление [ 11. Однако этанол не только является возобновляемым топливным ресурсом, он способствует подъему уровня сельского хозяйства, экономики и улучшению состояния окружающей среды. Анализ вопросов, связанных с производством этанола, позволяет с уверенностью сказать, что производство и применение этанола может улучшить уровень жизни людей. В топливах в большинстве случаев этанол применяют в целях повышения октанового числа и улучшения качества отработанных газов при сжигании бензина. В современном мире существует два основных способа использования этанола в качестве компонента автомобильного топлива.
1. В качестве смеси 10 % (об.) этанола с 90 % (об.) неэтилированного бензина, которая в США получила название «газохол» или неэтилированное топливо «ЕЮ*. Производители автомобилей во всем мире одобряют использование топлива ЕЮ при эксплуатации автомобиля в течение гарантийного срока, а некоторые даже рекомендуют применение частично или полностью возобновляемых топлив, таких, как неэтилированное топливо ЕЮ, в целях благоприятного воздействия на окружающую среду. Топливо ЕЮ может также использоваться в двигателях малого объема; в газонокосилках, вездеходных машинах, моторных лодках, бензопилах, машинках для стрижки газонов, а также в других аналогичных устройствах. В результате применения ЕЮ отмечается снижение [2]: •    на 6 % — потребления нефтепродуктов; •    на 1 % — выброса газов, вызывающих парниковый эффекг; •    на 3 % — использования энергии ископаемого топлива. Однако несмотря на то что топливо ЕЮ позволяет уменьшить выброс загрязняющих веществ в окружающую среду, оно не рассматривается в качестве альтернативного топлива. 2. В качестве основного компонента топлива, полученного в результате компаундирования 85 % (об.) этанола с 15% (об.) неэтилированного бензина, _
коГнГ США вьшу‘жаетс” под мар- SsfPfethanol Автомобильные компании быстрыми темпами увеличивают количество транспортных средств, работающих на Е85. Они известны под названием Jlexible-fuel vehicles (FFV), т. е. «автомобили с универсальным потреблением топлива» (АУПТ), и могут работать на смеси этанола с обычным неэтилированным бензином, в которой объем этанола может достигать 85 %. Автоматизированные системы подачи топлива позволяют автоматически компенсировать объем смешиваемых продуктов, так что можно сначала заправиться неэтилированным топливом ЕЮ, а в следующий раз без проблем использовать Е85 или традиционный бензин. Топливо Е85, а также высококонцентрированные смеси с этанолом Е95 [95 % (об.) этанола и 5 % (об.) бензина] являются альтернативными топливами. Автотранспортные средства, работающие на Е85, предлагаются на продажу несколькими автомобильными производителями. В результате использования Е85 уменьшается: •    на 73—75 % — потребление нефтепродуктов; •    на 14—19 % — выброс газов, вызывающих парниковый эффект; •    на 34—35 % — использование энергии ископаемого топлива. Использование Е95 позволяет снизить: •    на 85-88 % — потребление нефтепродуктов; •    на 19—25 %о — выброс газов, вызывающих парниковый эффект; •    на 42—44 % — использование энергии ископаемого топлива. При компаундировании этанола с неэтилированным бензином повышается октановое число топлива, снижается количество вредных выбросов выхлопных газов и уменьшается расход бензина. Этанол может быть использован в качестве жидкого топлива как при компаундировании с бензином, так и индивидуально. Он может служить также сырьем для различных отраслей промышленности. Каждый переработанный кубический метр зерна позволяет получить от 270 до 290 л этанола наряду с некоторыми ценными побочными продуктами. Первый бензин с примесью этанола ЕЮ был представлен на рынок в 1970-х годах. Смеси, полученные компаундированием бензина с 85 % (об.) этанола (Е85), были внедрены на рынок в середине 1990-х годов. Несмотря ка относительную дороговизну, топливный этанол имеет большое будущее, поскольку: во-первых, как экологически чистое топливо он позволит защитить окружающую среду в условиях увеличения количестве! автотранспорта; во-вторых, при государственной поддержке биотопливо станет конкурентоспособным по отношению к бензину в условиях уменьшения мировых запасов нефти. Автомобильное топливо с этанолом все увереннее занимает лидирующие позиции во всем мире. Цель настоящего издания — показать роль этанола в топливном мировом балансе. 1. ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ПРОИЗВОДСТВА ЭТАНОЛА С древних времен этанол известен в качестве напитка, вызывающего опьянение. В России этанол получали в основном сбражи-ванием ржаных или пшеничных зерен. Он применяется в изготовлении алкогольных напитков, но соответствует также требованиям, предъявляемым к топливам. Этанол, используемый в качестве юплива, денатурируют путем добавления небольшого количества бензина, а иногда и других продуктов нефтехимии. Это делает его непригодным для питья. В конце XIX века этанол стали применять в Соединенных Штатах Америки в качестве источника питания ламп, и его продажи превысили 25 ООО ООО галлонов в год. По запросу крупных нефтяных компаний в период Гражданской войны правительство Штатов ввело налог на этанол. Это налогообложение фактически уничтожило промышленное производство этанола. В 1906 г. налог отменили, и производство спиртового топлива процветало до начала конкуренции между нефтяными компаниями, которая значительно сократила его потребление. Впервые крупномасштабное потребление этанола в качестве топлива отмечалось в начале 1900-х годов в период дефицита запасов нефти в Европе. В Америке автомобиль Генри Форда «модель Т» и другие автомобили выпуска начала 1920-х годов первоначально создавались для работы на спиртовом топливе. Несколько де- сятков лет этанол был известен как топливо. Действительно, разрабатывая «модель Т», Генри Форд надеялся на то, что этанол, изготовленный из возобновляемых биологических материалов, будет основным автомобильным топливом. Германия и Соединенные Штаты использовали этанол в качестве топлива для военного транспорта в период Второй мировой войны. Роль топливного этанола возросла с начала нефтяного кризиса 70-х годов прошлого века, так как резко поднялась цена на нефть. Тем не менее с начала двадцатого века основным видом транспортного топлива выступал нефтяной бензин, что было обусловлено легкостью в управлении работой бензиновых двигателей и ростом поставок более дешевой нефти из арабских стран. Однако бензин, используемый в качестве источника топлива для двигателей внутреннего сгорания, имеет много недостатков, например более низкую детонационную стойкость по сравнению с этанолом; большую токсичность, особенно при смешивании с тетраэтилсвинцом и другими антидетонационными соединениями; большую опасность для здоровья человека, и содержит вредные вещества, загрязняющие атмосферу. Из-за более низкого октанового числа бензина (по сравнению с этанолом) используют двигатели с более низкой компрессией и более мощные системы охлаждения. Конструкция дизельных двигателей, разработанная вскоре после начала использования бензина в качестве основного транспортного топлива, обусловливает образование большого количества загрязняющих веществ. Однако, несмотря на эти недостатки, в последние три четверти XX столетия потребление нефтяного топлива в автотранспортных средствах занимало лидирующую позицию. Для этого имеется две основные причины. Во-первых, фактически единственным фактором, определяющим критерий выбора, были расходы на один километр пробега. Во-вторых, крупные инвестиции, сделанные нефтяными и автомобильными компаниями в основной капитал, человеческие ресурсы и технологии, создали барьер на пути проникновения новой конкурентоспособной промышленности. В 1973 г. Организация стран—экспортеров нефти (ОПЕК) спровоцировала дефицит бензина, повышая цены и блокируя поставки сырой нефти в Соединенные Штаты. Действие ОПЕК привлекло внимание к тому факту, что Соединенные Штаты находились в существенной зависимости от импортируемой нефти. После арабского эмбарго на поставку нефти 1973 г. американцы стали свидетелями зависимости страны от импортируемой нефти: длинных очередей на автозаправочных станциях, низкой производительности, снижения цен на фондовой бирже, экономического спада и ситуации общего экономического беспокойства. Внимание вновь сконцентрировалось на альтернативном топливе, т. е. на этаноле. Впервые конгресс откликнулся на нефтяной кризис введением Закона о налогообложении энергоресурсов 1978г. [3]. Данный закон гарантировал уменьшение федерального акцизного налога, который составлял четыре цента за галлон, на бензин с примесью этанола в минимальном объеме (10%). Эта законодательная инициатива была направлена на стимулирование производства исключительно возобновляемого экологически безопасного источника топлива внутри страны, а именно на производство этанола, что позволило бы снизить зависимость США от импортируемой нефти. В то время бензин, содержащий этанол, назывался газохолом. Позднее, в период перенасыщения рынка бензином, у таких смесей появились новые названия, например «ЕЮ неэтилированный», «неэтилированный марки Super» и др. В 1980 г. вслед за нефтяным кризисом 1979 г., Иранским кризисом заложников и эмбарго США на экспорт зерна в Советский Союз конгресс продолжил осуществлять работу по стимулированию внутреннего производства топлива и ослаблению зависимости США от импортируемой сырой нефти. Две дополнительные законодательные меры: Закон о налоге на непредвиденную прибыль с сырой нефти 1980 г. [4] и Закон об энергобезопасности 1980 г. [5] — способствовали рациональному использованию энергетических ресурсов и развитию внутренних топливных ресурсов. Закон о налоге на непредвиденную прибыль с сырой нефти 1980 г. пролонгировал срок действия налоговых льгот для этанола с 1984 по 1992 г. [6] и позволил использовать этанол в качестве альтернативного топлива или в прописанных смесях с бензином, предоставив его производителям широкие возможности применения этой налоговой льготы. На протяжении 1980-х годов конгресс поддерживал изготовление этанола. В 1982 г. Закон о предоставлении льгот владельцам наземных видов транспорта [7] повысил акцизный налог на бензин с 4 до 9 центов за галлон и увеличил размер налоговой льготы на бензин с примесью 10 % этанола до 5 центов за галлон. В 1984 г. Закон о реформе наюговой системы |8] увеличил размер налоговой льготы на этанол с 5 до 6 центов за галлон. В 1990 г., приняв Закон о всестороннем согласовании бюджета |9], конгресс пролонгировал действие налоговых льгот для этанола с 1992 по 2000 г. и снизил размер налоговых льгот с 6 до 5,4 цента за галлон. Закон об альтернативном моторном топливе 1988 г. [10] предусматривал создание программ проведения исследований, научно-технических разработок и демонстрационных проектов автотранспортных средств и топлива, а также предоставление автомобильным компаниям кредитов на развитие программ рационального потребления топлива. По сообщению научно-исследовательской службы конгресса, данный закон был разработан в целях содействия развитию, внедрению и проникновению в транспортный сектор альтернативного топлива, получаемого из сырья ненефтяного происхождения, и тем самым сократить импорт нефти, и в то же время создать локальные рабочие места, улучшить качество городского воздуха и хотя бы сдержать, в случае если не удастся сократить, выбросы газов, вызывающих парниковый эффект [11]. В результате принятия данного закона было выпущено около 20 000 автомобилей, потребляющих бензин с примесью 85% этанола. На сегодняшний день в эксплуатации находится около 3 млн таких автотранспортных средств. Принятием поправок к Закону о чистом воздухе 1990 г. конгресс впервые открыто признал, что изменения, внесенные в химический состав моторного топлива, играют важнейшую роль в уменьшении загрязнения, вызванного выбросом автомобилями отработанных газов. Закон ввел два новых стандарта на бензин, которые были специально разработаны в целях снижения уровня вредных веществ, выделяемых всеми автомобилями в крупных городах США с высоким уровнем загрязнения. Внося благоприятные с точки зрения экологии изменения в химический состав топлива, закон потребовал включения в формулу бензина полностью сгораемых кислородсодержащих добавок, которые получили название «оксигенаты». В число наиболее распространенных оксигенатов входят этанол, производная этанола — этил-трет-бутиловый эфир (ЭТБЭ) и др. [12]. Этот список долгое время возглавлял метил-т/?ет-бутиловый эфир (МТБЭ), применение которого с 2006 г. запрещено в США на федеральном уровне в связи с проблемой загрязнения грунтовых вод. Однако пока его мировое производство в качестве оксигената остается одним из самых крупнотоннажных. В соответствии с законом необходимо поддерживать допустимое содержание оксигенатов во всех бензиновых продуктах, которые реализуются в регионах США с высоким уровнем загрязнения угарным газом, в зимний период, а в регионах с высоким уровнем озонового загрязнения — круглый год. В 1992 г. конгресс принял Закон об энергетической политике, поставив целью к 2010 г. 30%-ное проникновение на рынок легковых автомобилей альтернативных видов топлива, в том числе этанола, и потребовал от федеральных органов власти, поставщиков альтернативного топлива, правительств отдельных штатов, органов власти на местах, а также от частных автомобильных парков последовательного приобретения автотранспортных средств, работающих на альтернативном топливе. В настоящий момент этанол применяется в автотранспортных средствах, работающих на альтернативном топливе, в качестве авиационного топлива, а также и в качестве добавки к бензину, чтобы соответствовать стандартам экологически чистого бензина. Таким образом, начиная с 1978 г.: •    промышленность по производству этанола Соединенных Штатов создала производственные мощности, позволяющие ежегодно вырабатывать более 3 млрд галлонов высокооктанового этанола, используемого как топливо; •    инвестиции в производственные фонды топливного этанола превысили 5 млрд долларов; •    в 20 штатах создано 75 предприятий по производству топливного этанола производственной мощностью от 500 тыс. до 310 млн галлонов в год; •    владельцами предприятий по производству топливного этанола являются крупные компании, занимающиеся переработкой сельскохозяйственной продукции, и фермерские кооперативы; •    корпорации «Ford», «General Motors» и «Daimler-Chrysler» со-щают сотни тысяч автотранспортных средств, работающих на обычном бензине или на бензине с примесью до 85 % (об.) этанола. В настоящее время эти автомобили доступны покупателям без дополнительных расходов. Этанол, добавляемый в состав бензина, способствует полному сгоранию топлива. При потреблении смесей с добавлением этанола также уменьшается выделение угарного газа. Некоторые исследования показали, что этанол может также способствовать уменьшению выброса отработанных автомобильных газов, который приводит к образованию смога. Кислород 1'нс. 1. Экологический цикл производства и применения биоэтанола
Этанол
Диокснл углерода
Несмотря на то что в процессе производства и сгорания этанола С02 выделяется, он поглощается в процессе роста биомассы (рис. 1). В отличие от сжигания ископаемого топлива, где расходуется накапливаемый в течение миллионов лет углерод, использование биоэтанола замыкает углеродный цикл. Этанол быстро разлагается в воде и поэтому представляет меньшую опасность для окружающей среды по сравнению с нефтью или бензином. 2. ПРОИЗВОДСТВО И ПОТРЕБЛЕНИЕ ТОПЛИВНОГО ЭТАНОЛА В РАЗНЫХ СТРАНАХ Уровень потребления и производства этанола значительно вырос в последние 20 лет. Причинами роста использования автомобильного топлива с этанолом послужили высокие эксплуатационные характеристики данного вида топлива и его конкурентоспособная цена по сравнению с обычным бензином. Существуют также и другие факторы, определяющие спрос на потребление и производство этанола, которые приведены ниже. 1.    Этанол ослабляет зависимость стран —потребителей нефти ог импортируемой нефти, сокращает дефицит торгового баланса и гарантирует надежность используемого источника топливных ресурсов. 2.    Агропромышленный комплекс увеличивает производство зерновых культур, что позволяет стабилизировать цены. 3.    Улучшается качество окружающей среды, так как уменьшается выброс угарного газа и вредных канцерогенных веществ, вызывающих раковые заболевания. 4.    Владельцы автомобилей получают следующие преимущества: •    этанол обладает высоким октановым числом смешения с бензином, что устраняет проблему применения дорогостоящих высокооктановых добавок и компонентов; •    этанол, входящий в состав автомобильного топлива, адсорбирует влагу, которая может конденсироваться в топливном баке, что устраняет проблему применения антифризов в зимний период; •    этанол, обладая небольшим моющим действием, очищает систему подачи топлива. Роль этанола, выступающего в качестве альтернативного топлива, использование мер государственного стимулирования, которые помогают этанолу завоевать устойчивое положение на топливном рынке, а также эксплуатационные характеристики двигателей будут рассмотрены в следующих разделах книги. Многие страны либо осуществляют крупномасштабное производство и потребление этанола, либо принимают меры по стимулированию расширения его производства и сфер потребления. За последние 20 лет расход автотранспортными средствами бензина и дизельного топлива также вырос. Однако выброс за- г - шн    I--- [БИБЛИОТЕКА • Инстиг/т проблем переработку ymesoflopuAJj Gl*P.Vl грязнителей (угарных газов, углеводородов и оксидов азота) сократился в результате установки каталитических нейтрализаторов в выхлопных системах автомобиля. Учитывая угрозу глобального потепления, следует уменьшать выделение в атмосферу диоксида углерода (углекислого газа) от сжигания ископаемого топлива. В связи с этим в качестве альтернативного топлива для снижения уровня отработанных загрязняющих веществ рассматривается бензин с примесью этанола. В табл. 1 представлены ведущие страны—производители этанола [13, 141- Наибольшими объемами производства располагают США и Бразилия, это составляет почти 75 % общего производства этанола в мире. Таблица 1. Головое производство этанола в мире Страна Производство по годам, млн л 2. Бразилия 3. Китай 4. Индия 5. Франция 6. Германия 7. Россия 8. Канада 9. Испания 10. ЮАР 11. Таиланд 12. Великобритания 13. Украина 14. Саудовская Аравия 15. Италия 2.1. АМЕРИКА - ГЛАВНЫЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬ ТОПЛИВНОГО ЭТАНОЛА В списке мировых производителей этанола две страны значительно опережают все другие страны по производству этилового спирта (см. табл. 1). Это США и Бразилия. В США за последние 15 лет были пересмотрены все экологические программы и серьезно ужесточены требования к качеству нефтепродуктов. Бразилия — единственная, пожалуй, страна, где давно занимаются производством топливного этанола и налажен его квалифицированный сбыт. Поэтому наш обзор мирового производства этанола хотелось бы начать с двух стран — лидеров в этом направлении промышленности, способном значительно изменить представления о топливе. Этанол периодически использовался в Соединенных Штатах в качестве топлива или топливного компонента, начиная с 1920 г. Начало масштабного производства этанола в 1979 г. ознаменовало введение второго за это десятилетие эмбарго на ввоз нефти. Доминирующее положение на рынке топливного этанола занимает топливная смесь с низкой концентрацией этанола [менее 10 % (об.)], тем не менее наблюдается потенциальный рост потребления топливной смеси этанола и бензина Е85. Производство топливного этанола в 1980—2006 гг. показано на рис. 2 [14]. В табл. 2 приведена дополнительная информация о плановых мощностях по производству этанола за последние пять лет [15]. Отдельно показана доля участия существующих и новых производителей в общей производственной мощности. 18000 15000 ч 14000 i 12000 | 10000 '| 8000 О
■ ■■ .1 ш:«^НПШТ111 ■ РПТТ111111111111111111 О " in 1*1 ‘Ч «1 I* S S Й Й Й? & 9^    ^ Q    >n -V "•* > 4j 'N ч «1 4J *"** v\|    41 C\i r\j    CNg f\j CNj C\ Рис. 2. Производство топливного этанола в США по годам Таблица 2. Плановый рост производственных мощностей но этанолу Распределение по Голам
Показатели Существующее производство: число компаний число заводов мощность производства, млн л/год
Распределение по Годам 1 юкаягге/ш Новые производители: число компаний число заводов мощность производства, млн л/гол Существующее и новое производство: число компаний число заводов мощность производства, млн л/год Результаты проведенного исследования показывают, что в США сегодня предпринимаются первые значительные шаги по расширению производства этанола. Реализация всех плановых показателей прироста и расширения производственных мощностей, которые включены в результаты исследования, позволила приблизительно удвоить рост производственных мощностей по этанолу в период 2000 — конец 2005 г. с 8,7 до 16,8 млрд л в год. При этом производственные мощности по этанолу на начало 2007 г. составили 20,8 млрд л в год [14]. Следует выделить различные категории расширения промышленности (см. табл. 2); •    расширение производственных мощностей существующих заводов дало возможность к 2005 г. увеличить производство до 10,8 млрд л; •    число новых заводов увеличилось более чем в 10 раз, а их производственные мощности достигли в 2005 г. 6 млрд л/год; •    по состоянию на начало 2007 г. построено новых и осуществлено расширение действующих производств общей мощностью 20,£ млрд л в год. В апреле 2003 г. комиссия по энергетике и торговле Палаты представителей США утвердила обширный законопроект, который содержит положение с требованием к 2015 г. использовать как минимум 5 млрд галлонов возобновляемого топлива, т.е. этанола, биологического дизельного топлива, иного сжиженного топлива, изготовленного из биомассы или биогаза. Дополнительный законопроект, представленный на рассмотрение в Сенат, сократил период достижения плановых показателей по использованию возобновляемого топлива до 2012 г. Согласно данному законопроекту был отменен действующий стандарт на реформулированный бензин с кислородсодержащей добавкой и устана&чивался стандарт на возобновляемое топливо (СВТ). Введение этого стандарта было обусловлено интересом, проявляемым к энергетической безопасности, качеству окружающей среды, а также к состоянию экономики фермерских и сельских хозяйств, и должно способствовать решению каждого из затрагиваемых вопросов. Ожидается, что этанол составит самую большую долю возобновляемого топлива, производимого и потребляемого в соответствии с СВТ, тем не менее СВТ также будет стимулировать производство биологического дизельного топлива. Известно, что в основном этанол вырабатывается путем брожения сахаров, полученных из зерен кукурузы, пшеницы, ячменя, сорго и другой биомассы. В производстве этанола в США основным сырьем является зерно кукурузы. На рис. 3 показан рост производства этанола с 1980 г. и ожидаемый рост в соответствии с СВТ [16J. Помимо производства собственного этанола для удовлетворения потребностей внутреннего рынка Соединенные Штаты ежегодно импортируют 600—700 млн л денатурированного этанола. Данный объем импортных поставок фактически не изменялся на протяжении последних лет. Крупнейшим импортером США является Саудовская Аравия, однако этот объем поставок используется в промышленных целях, а не в целях обеспечения топливом автотранспортных средств. Следующие три крупнейших импортера — Ямайка, Коста-Рика и Бразилия. Импортируемый из Ямайки и Коста-Рики этанол не подлежит таможенному обложению в соот- «О Рис. 3. Рост производства этанола и кукурузы в США
ветствии с законодательной инициативой стран Карибского бас-сейна, однако этот этанол далеко не всегда используется в качестве автомобильного топлива. Несмотря на относительно устойчивый рост годового производства этанола, промышленность претерпела многочисленные изменения, что особенно явно проявилось в 1980-х годах. К началу 1985 г. на территории Соединенных Штатов функционировало 163 предприятия по производству топливного этанола, Многие из них были небольшими по объему производства и вырабатывали от 5 до 20 млн л в год. К концу 1985 г. 85 из указанных предприятий прекратили свое существование. К концу 1990 г. только 21 предприятие продолжало работу, затем постепенно закрылись оставшиеся предприятия. Этот первый этап современной промышленности по производству топливного этанола — приблизительно с 1980 по 1988 г. — характеризовался тем, что существующие предприятия требовали больших капитальных затрат и их работа была неэффективна. Объем капитальных затрат предприятий колебался от низкого (приблизительно 2,50 долл. США в год на каждый американский галлон) до высокого (4,00 долл. на галлон). Объем выпуска этанола составлял около 85 % объема выпуска на сегодняшний день, наблюдался высокий уровень энергопотребления, который часто в два раза превышал энергозатраты самых высокорентабельных предприятий настоящего периода. Многие предприятия столкнулись с технологическими проблемами. Даже крупные предприятия переживали трудное время. В начале 1980-х годов Министерство энергетики США представило предприятиям по производству топливного этанола программу гарантий по кредитам. По данной программе получили кредиты три предприятия. В первом случае Министерство энергетики отменило дополнительное финансирование вследствие роста стоимости проекта. Предприятие так и не было запущено в эксплуатацию, и несколькими годами позже Министерство энергетики продало сооружение на металлолом. Второе предприятие — завод «Теннол» (штат Теннесси) производительностью 25 млн галлонов в год (его стоимость составляла 90 млн долларов США) — столкнулось с проблемами в период ввода в эксплуатацию. Он так и не заработал на полную производственную мощность. Кредитор потребовал погашения кредита. Министерство энергетики приобрело производственные объекты и продало их на металлолом. Некоторые части данного сооружения были использованы в начале 1990-х годов при строительстве другого предприятия. Третий кредит Министерство энергетики предоставило компании «Новая Энергия» (штат Индиана), которая построила завод производительностью 50 млн галлонов в год и привлекла капитал в 147 млн долларов США. Данный завод действует по настоящее время, несмотря на то, что предприятие в 1987 г. не выполнило обязательств но погашению кредита. Министерство энергетики по-прежнему принимает участие в его работе. Некоторые нефтяные компании имели право собственности на заводы. В 1980 г. компании «Texaco», «Chevron» и «Ashland» имели значительную долю в уставном капитале заводов, однако в дальнейшем они либо были лишены прав собственности, либо предприятия прекратили существование. Многие заводы, построенные в 1980 г., были созданы крупными инжиниринговыми компаниями, которые имели небольшой практический опыт в области развития предприятий по производству этанола. Возможно, данный фактор объясняет высокие капитальные расходы, поскольку данные заводы были все же довольно небольшими проектами для таких крупных многонациональных инжиниринговых компаний. Второй этап развития промышленности по производству этанола начался в конце 1980-х и продолжался до середины 1990-х годов. Предприятия этого периода имели улучшенную конструкцию, которая разрабатывалась инжиниринговыми компаниями, имеющими практический опыт в данной области. Капитальные затраты были немного ниже, но тем не менее все равно оставались высокими по современным стандартам. Производительность по этанолу повысилась, производственные условия улучшились, и сократился расход энергии. Данные предприятия были введены в эксплуатацию в запланированные сроки, и, как правило, их производственные мощности на 10—20 % превышали проектные показатели. Третий этап характеризовался созданием конкурентоспособного рынка подрядчиков по проектированию и строительству заводов по производству этанола. Впервые разработчики производственного процесса оказывали все виды необходимых инжиниринговых услуг и могли как осуществлять строительство объектов, так и управлять этим процессом. В некоторых случаях компании также приобретали долго в управлении предприятием после завершения его строительства. Капитальные затраты еще больше понизились, производственные условия улучшились, объем производства этанола вырос, уровень энергопотребления снизился, и их производственные мощности были бы в состоянии на 20—25 % превысить проектную мощность в течение нескольких недель в случае введения в эксплуатацию. По последним данным, с 1998 г. наблюдается ускоренный рост промышленности США по производству этанола. Производство этанола увеличилось почти в 5 раз и составило 23,2 млрд л в 2007 г. по сравнению с 5,3 млрд л в 1998 г. В 2000 г. на территории США действовало 58 заводов по производству этанола с производственной мощностью 7,1 млрд л в год [24]. Восемь из этих предприятий либо закрылись, либо больше не занимались производством топливного этанола (табл. 3). Большинство из закрытых предприятий было небольшой мощности, и некоторые из них для того, чтобы компенсировать свои небольшие производственные мощности, использовали в качестве исходного сырья отработанные материалы. Что касается компаний «Sunrise Energy» и «Sutherland Associates», то существовали технические проблемы, связанные с проектированием и строительством заводов, которые привели к их закрытию. Таблица 3. Заводы do производству этанола в США, которые были закрыты Компания Местоположение Сырье Производственная МОЩНОСТЬ, млн л в год «Georgia-Pacific» Беллингем Сульфитный раствор (Вашингтон) «J.R. Simplot» Берлей Картофельные (Илдиана) отходы «Jonton Alcohol» Эдинбург (Техас) Кукуруза «Manlldra Ethanol* Гамбург (Айова) Кукуруза, сорго. пшеничный крахмал «Minnesota Clean Дундас Отходы производства (Мичиган) сахарозы «Parallel Products* Бартоу (Флорида) Отходы производства напитков «Sunrise Energy* Блейрсггаун Кукуруза (Айова) «Sutherland Суверленл Associates* (Небраска) Итого Большинство заводов, которые продолжали работать, в итоге увеличило свою производительность. В среднем рост производственных мощностей за последние 4 года работы составил 32 %, С 2000 г. начал работать 31 новый завод (табл. 4). Некоторые из этих заводов уже расширили свои производственные мощности со времени постройки. Рост мощностей по производству этанола составил за последние 5 лет около 35 % для действующих производств и около 65 % для вновь построенных заводов. Таблица 4. Новые заводы США по производству этанола [21, 22]* Производственная мощность, млн л в шд Место положение
Компания
«АСЕ Ethanol» «Adkins Energy, LLC* «Badger State Ethanol, LLC* «Big River Resources» Стенли (Висконсин) Лиина (Иллинойс) Монро (Висконсин) Западный Бкрлингтон (Айова) 151
Компания Производственная мощ ность. МЛН Л В ГОД «Central Wisconsin Alcohol1 Пловер (Висконсин)2 •Commonwealth Agri-Energy, Хопкинсвиль (Кентукки) «Dakota Ethanol, LLC» Вентворф (Южная Дакота) ♦Glacial Lakes Energy, LLC» Вотертаун (Южная Дакота) ♦Golden Triangle Energy, LLC* Крэйг (Монтана) ♦Great Plains Ethanol, LLC» Ченцеллор (Южная Дакота) • Husker Ag* Плайнвью (Небраска) ♦ Iowa Ethanol» Хэнлонтаун (Айова) ♦James Valley Ethanoi* Гротон (Южная Дакота) ♦ KAAPA Ethanol, LLC» Минден (Небраска) «Land of Lincoln Agricultural Палестин (Иллинойс) Coalition* ♦Little Sioux Com Processors, Маркус (Айова) •Michigan Ethanol, LLC» Каро (Мичиган) •Midwest Grain Processors» Лакота (Айова) •Northern Lights Ethanol, Бит Стоун Сити (Южная Дакота) •Otter Greek Ethanol, LLC» Аштон (Айова) •Platte Valley Fuel Ethanol» Цекграл Сити (Небраска) •Quad-Country Corn Галва (Айова) Processors»' •Sioux River Ethanol, LLC» Хадсон (Южная Дакота) •Siouxland Energy & Livestock Сьюкс Центр (Айова) •Tall Com Ethanol, LLC» Кун Рэп идс (Айова) ♦Trenton Agri Products, LLC* Трентон (Небраска) ♦Tri-State Ethanol Co., LLC* Рошольт (Южная Дакота) • U.S. Energy Partners, LLC* Рассел (Канзас)3 • Utica Energy, LLC* Ошкош (Висконсин) •VeraSun Energy Corporation» Аврора (Южная Дакота) •Western Plains Energy, LLC* Кампус (Канзас) Итого Таблица 5. Новые заводы США по производству этанола в стадии строительства [14]* «Abengoa Bioenergy of Ravenna» Равенна (Небраска) «Aberdeen Energy* (Glacial Lakes) Мина (Южная Дакота) «Absolute Energy» Санкт-Ансгар (Индиана) «Advanced Bioenergy» Фермонт (Небраска) «ASAIliances Biofueis» Альбион (Небраска) «ASAIliances Biofuels» Линден (Индиана) «ASAIliances Biofuels» Блумингбург (Огайо) «Blue Flint Ethanol» Андервуд (Северная Дакота) ♦Cardinal Ethanol» Харрисвиль (Индиана) «Cascade Grain Products» Клэтскэйми (Орегон) «CassCo Amaizing Energy, LLC» Атланшк (Индиана) «Castle Rock Renewable Fuels, LLC» Нисида (Висконсин) «Center Ethanol Company, LLC» Саугет (Иллинойс) «Central Illinois .Energy» Кэнтон (Иллинойс) «Central Indiana Ethanol* Мэрион (Индиана) «Coshoctan Ethanol» (Altra) Кошоктан (Огайо) «Bonanza Energy, LLC» (Conestoga)' Гарден Сити (Канзас) «Arkalon Energy, LLC» (Conestoga) Либерал (Канзас) «Dexter Ethanol. LLC» Дэкстер «Е Caruso» (Goodland Energy Center) Гудлэнд (Канзас) «Е Energy Adams, LLC» Адамс (Небраска) «ЕЗ Biofuels» Мид (Небраска) «Elkhom Valley Ethanol, LLC» Норфолк (Небраска) «Fiist United Ethanol, LLC. (FUEL) Митчелл (Джорджия) «Gateway Ethanol» Прэтт (Канзас) «Global Ethanol, LLC» Рига (Мичиган) «Grand River Distribution» (Didion) Кэмбрия (Висконсин) ♦Green Plains Renewable Energy» Шенандоа (Индиана) «Green Plains Renewable Energy» Супернор (Индиана)
«Hawkeye Renewables»
Менло (Индиана)
«Heron Lake BioEnergy, LLC»
Херон Лэйк (Мичиган)
«Holt County Ethanol, LLC»
О'Нилл (Небраска)
«Illinois River Energy, LLC*
Рошель (Иллинойс)
«Indiana Bio-Energy, LLC»
Блюфтан (Индиана)
«Iroquois Bio-Energy Company, LLC»
Ренеелаер (Индиана)
«Kansas Ethanol, LLC*
Лайонс (Канзас)
«Levelland/Hockely County
Лэвэлэнд (Техас)
Ethanol, LLC»
«Marquis Energy, LLC»
Хеннепин (Иллинойс)
«Marysville Ethanol, LLC*
Мэрисвиль (Миннессота)
«Mid America Agri Products/
Мадрид (Небраска)
Wheatland»
«Millennium Ethanol»
Мэрион (Южная Дакота)
«Missouri Valley Renewable Energy,
Меклинг (Южная Дакота)
«NEDAK Ethanol*
Аткинсон (Небраска)
«Northeast Biofueis»
Волени (Нью Йорк)
«Northwest Renewable, LLC»
Лонгвью (Вашингтон)
«Otter Tail Ag Enterprises*
Фергус Фаллс (Мичиган)
«Pacific Ethanol»
Бордман (Орегон)
«Panda Ethanol»"
Херефорд (Техас)
«Panhandle Energies of Dumas, LP»’
Дамас (Техас)
Компания
Местоположение
Производственная мощность, млн л в год
«Patriot Renewable Fuels, LLC»
Аннаван (Иллинойс)
«Penlbrd Products»
Сидар-Рапидс
«Pinal Energy, LLC»
Мэрикопа (Аризона)
«Pinnacle Ethanol»
Корнинг (Индиана)
"Plainview BioEnergy, LLC»
Плэйнвью (Техас)
«Platinum Ethanol, LLC»
Артур (Индиана)
«Plymouth Energy Company, LLC»
Мэррил (Индиана)
«Premier Ethanol»
Портлэнд (Индиана)
«Renew Energy»
Джефферсон Джанкшн (Висконсин)
«Redfield Energy»
Рэдфилд (Южная Дакота)
«Siouxland Ethanol»
Джексон (Небраска)
«Southwest Iowa Renewable Energy»
Каунсил-Блафс (Индиана)
«Summit EthanoU
Лейлииг (Огайо)
«Tama Ethanol, LLC*
Тэма (Индиана)
«Tate & Lyle»
Форт Додж (Индиана)
«The Andersons Clymeis Ethanol»
Клаймерс (Индиана)
«The Andersons Marathon Ethanol*
Гритгаиль (Огайо)
«United Ethanol, LLC»
Милтон (Висконсин)
«US Bio Hankinson»
Хэнкинсон (Северная Дакота) 946
«US Bio Ord»
Орд (Небраска)
«US Bio Dyersville»
Дайерсвиль (Индиана)
«VeraSun»
Чарльз Сити (Индиана) Хартлей (Индиана) Вэлком (Мичиган)
«Western New York Energy, LLC»
Шелби (Нью Йорк)
«White Energy»"
Херефорд (Техас)
«Xethanol»
Блэйрстаун (Индиана)
«Yuma Ethanob
Юма (Колорадо)
Итого
' В качестве сырья используется кукуруза; " - кукуруза и сорго.
расходов на содержаггие животноводческих и птицеводческих ферм, что, в свою очередь, негативно скажется на рентабельности и приведет либо к сокращению, либо к замедлению роста производства мяса. Это, в свою очередь, обусловит более высокие розничные цены на продукты питания и ускоренное развитие продовольственной инфляции. Как показано на рис. 4, в настоящий момент в производстве этанола задействовано приблизительно 9 % общего объема потребления кукурузы в США. СВТ, который составит 19 млрд л, увеличит расход кукурузы на производство этанола до 65,5 млн куб. метров, что составляет примерно 16 % общего объема потребления кукурузы.
Несмотря на прогнозируемый рост потребления кукурузы для производства этанола в следующее десятилетие, что обусловлено
&
ЧШ—корм; Е2Э -пищевая и непищевая промышленность, зерно;
£23 —этанол; ЕШ—экспорт
Ркс. 4. Использование кукурузы в США в соответствии с программой СВТ СВТ, количество кукурузы, используемой для кормления скота и птиц, вероятно, в целом не изменится. Важнейшим моментом здесь является то, что вследствие использования кукурузы и других зерновых культур в производстве этанола пищевая ценность зерна не уменьшается. Фактически согласно СВТ производство кормов для животноводческого и птицеводческого хозяйства увеличится. Согласно данным Ассоциации возобновляемого топлива в настоящее время более половины этанола вырабатывается из кукурузы и других зерновых культур методом сухого помола, и практически все новые запускающиеся установки —- это мельницы сухого измельчения. Основной продукт процесса сухого помола —этанол, побочные — барда и диоксид углерода. При производстве этанола крахмал, содержащийся в зернах, преобразуется в сахар и спирт. В процессе технологической обработки питательные вещества зерна — белки, витамины и волокна — практически не разрушаются. Следовательно, побочные продукты, вырабатываемые при производстве этанола, могут использоваться в качестве белковой добавки в корм молочного и крупного рогатого скота, свиней, овец, так как данные продукты являются экономически выгодным источником белка. Существует несколько факторов, способных повлиять на решение использовать барду в кормлении животных: относительно невысокая стоимость кормового вещества, высокие вкусовые качества и урожайность зерновых культур, а также невысокие транспортные расходы на перевозку от предприятия до места кормления. Так как большинство кормов для животноводческих и птицеводческих ферм предполагает минимальный уровень затрат, расходы на поставку имеют первостепенное значение. Как показано на рис. 5, рост производства этанола в ближайшие годы согласно СВТ, вероятно, обусловит значительное увеличение предложения барды и позволит удерживать благоприятные цены на зерновые культуры и соевую муку. В результате увеличения предложения барды возрастает производство белковых кормов, а именно соевой муки и барды, что будет стимулировать их более широкое потребление. С того момента, как барда сможет эффективно использоваться в кормлении жвачного скота, например крупного рогатого или молочного, а также одножелудочных — свиней или птиц, животноводы и птицеводы будут иметь возможность повысить рентабельность за счет сокращения расходов на кормление. Рост предложения барды сбалансирует влияние слегка возросших цен на кукурузу за последнее десятилетие. Повышенный спрос на кукурузу, используемую для получения этанола, а также на соевые бобы и соевое масло, применяемые в производстве биодизельного топлива, окажет незначительное влияние или совсем не окажет воздействия на животноводов и птицеводов, однако будет благоприятен для фермеров и 11ал огопл ательщиков. Результаты исследования показывают, что ведущее место в промышленности США по производству этанола занимает обычный производственный процесс с применением кукурузы в качестве сырья. Кукуруза является сырьевым материалом большинства существующих предприятий, за исключением двух заводов, кото- Рис. 5. Стоимость зерна и сои (в эквиваленте «а 48 % протеиновой основы): 1 — производство зерна (правая шкала); 2 — стоимость сои; 3 — стоимость зерна (левая писала) рые используют в качестве исходного продукта сорго, и нескольких заводов, которые применяют в данных целях сырную сыворотку, картофельные отходы и отбросы промышленности, занимающейся производством напитков. Все дополнительные сооружения на существующих предприятиях, все предприятия на этапе строительства и большинство новых предприятий на этапе проектирования будут использовать в качестве исходного сырья кукурузу. Исключение составят два спроектированных объекта, которые используют ячмень и пшеницу, одно предприятие — отходы промышленности по производству напитков, одно предприятие — жом сахарного тростника, два предприятия — древесные отходы и отходы леспой промышленности, одно предприятие— рисовую шелуху и одно предприятие — муниципальные отходы. Процесс производства этанола в США соответствует техническим требованиям на денатурированный этанол, или денатурат, которые были разработаны Калифорнийским советом по воздушным ресурсам (КСВР). Большинство производителей используют в качестве денатурата газовьш бензин. Итак, на территории США в 2005 г. работало 84 завода по производству этанола мощнос тью 16,8 млрд л. К началу 2007 г. их число возросло до 111 предприятий общей мощностью 20,8 млрд л, при этом идет плановое расширение их производственных мощностей до 22,7 млрд л, и 77 предприятий находятся на этапе строительства с проектной мощностью 21,3 млрд л [14]. Одним из факторов, который привлек интерес к участию в расширении и развитии предприятий за последние несколько лет, стала программа развития биоэнергетики, принятая Министерством сельского хозяйства США. Данная программа направлена на увеличение потребления сельскохозяйственных продуктов для использования их в производстве биоэнергии. В рамках данной программы министр сельского хозяйства осуществил выплаты кредитов соответствующим производителям посредством товарно-кредитной корпорации, чтобы стимулировать рост покупательной способности соответствующей группы товаров, т. е, энергетического сырья, в целях расширения производства биоэнергии и поддержки новых производственных мощностей. Выплаты производителям осуществлялись за счет превышения объема биоэнергии, произведенной в период текущего финансового года, над объемом, произведенным в предшествующий финансовый год. Выплаты были включены в прибыль предприятия и облагались налогом. Они не засчитывались как капитальные расходы. Программа работает следующим образом. • В регистрационный период коммерческие производители биоэнергии подают заявления в товарно-кредитную корпорацию на участие в программе в течение одного или нескольких финансовых лет. •    Коммерческие производители биоэнергии предоставляют в товарно-кредитную корпорацию документы, подтверждающие производство биоэнергии, а также приобретение и потребление сельскохозяйственных продуктов за один квартал действующего финансового года в сравнении с аналогичным периодом предыдущего финансового года. •    Товарно-кредитная корпорация использует ранее объявленные коэффициенты перерасчета с учетом задействованного в производство биоэнергии количества продуктов, чтобы пересчитать объем произведенной биоэнергии на товарные единицы, в соответствии с которыми производятся выплаты. •    Годовая финансовая выплата разбивается по кварталам финансового года. •    Система осуществления выплат разработана таким образом, чтобы привлечь участие предприятий с производственной мощностью менее 65 млн галлонов в год. Производителям с общей годовым объемом производства: менее 65 млн галлонов — компенсируется одна единица исходного сырья на каждые 2,5 единицы, используемые в целях увеличения производительности; 65 млн галлонов и более — компенсируется одна единица сырьевого материала на каждые 3,5 единицы, используемые в целях увеличения прои зводите л ьности. БУДУЩЕЕ ЭТАНОЛА В США Два федеральных законодательных акта-поправки к Закону о чистом воздухе 1990 г. и Закон об энергетической политике 1992 г. санкционировали введение в эксплуатацию полностью сгораемого топлива и нового класса автомобилей. Федеральные законы потребовали от государственных, муниципальных и частных автомобильных парков соблюдения более жесткой директивы о выбросах в окружающую среду. Она была выполнена за счет замены существующих автомобилей на автомобили новой технологии, работающие на топливе Е85. Закон об энергетической политике потребовал, чтобы 70 % всех новых автомобилей, приобретенных автопарками, соответствовали новым стандартам. Автомобильные компании подчиняются новым техническим требованиям. С 1996 г. новые модели автомобилей укомплектованы автоматизированными системами диагностического мониторинга, способными контролировать выделение паров топлива из выхлопной трубы. Ежегодно выпускаются новые модели автомобилей, работающих на Е85. В настоящий момент проходит тестирование этил-трет-бутиловый эфир (ЭТБЭ), который применяется в качестве добавки в реформулированном бензине. В рамках программы по использованию в зимний период кислородсодержащих видов топлива, которая была направлена на уменьшение выбросов угарного газа, Управление по охране окружающей среды одобрило применение этанола и ЭТБЭ в качестве добавки в бензин. Рост потребления ЭТБЭ обусловит создание для производителей зерна США новый рынок в 200 млн бушелей. Конгресс США продолжает рассматривать федеральные нормативы о применении возобновляемого топлива, которые позволят увеличить объем потребления этанола. Стандарт на возобновляемое топливо также обусловит рост производства и потребления этанола во всей стране и будет способствовать освоению новых возобновляемых источников сырья, участвующих в его производстве. Опираясь на данные Агентства США по возобновляемому топливу 114] и результаты аналитических исследований промышленности по производству этанола, проведенного Комиссией по энергетике США [15], можно сделать следующие основные выводы. •    На начало 2007 г. в рамках 96 компаний США действуют 111 заводов по производству этанола (действующие производственные мощности). •    За счет планового расширения существующих заводов и строительства новых по производству этанола в США объем выпуска топливного этанола к 2007 г. увеличился до 20,8 млрд л. •    В настоящий момент на этапе строительства в США находятся 77 новых заводов по производству этанола с общей производственной мощностью около 21,3 млрд л в год. •    Помимо этих предприятий, расширение действующих производств позволит дополнительно получать почти 1,9 млрд л этанола в год. •    В 2005—2007 гт. центром сосредоточения заводов по производству этанола в США стали штаты Среднего Запада, занимающиеся выращиванием кукурузы. Штаты Айова, Небраска, Иллинойс и Миннессота занимают верхнюю позицию в списке штатов по производству этанола. 2.1.2. БРАЗИЛИЯ В Бразилии этаноловые смеси используются с 1939 г. Высокие цены на нефть в 1970-х годах побудили правительство принять постановление о производстве автомобилей, работающих на чистом этаноле, в целях ослабления зависимости от импортируемой нефти, а также для создания стабильного источника дохода для производителей сахарного тростника внутри страны. На сегодняшний день более 4,2 млн автотранспортных средств Бразилии используют в качестве топлива этанол. Около 40% автомобилей этой страны потребляют 100%-ный этанол. Остальные автомобили работают на смеси 24 % этанола и 76 % бензина. Ежегодно Бразилия расходует около 4 млрд галлонов этанола [23], а также экспортирует этанол в другие страны. Эта страна представляет собой яркий пример того, насколько сильно органы власти могут способствовать осуществлению целей производства и потребления этанола. В 1975 г. Бразилия приступила к реализации амбициозной трехэтапной федеральной программы по спиртовому топливу, которая была разработана в целях ослабления зависимости с граны от импортируемой нефти. На сегодняшний день ее успех привлек всеобщее внимание. Бразилия является одним из крупнейших мировых производителей и потребителей топливного этанола. Весь этанол получают гтугем первичной переработки сахарного тростника или вторичной переработки его мелассы. Темпы производства этанола в стране носят скачкообразный характер, поскольку уровень производства этанола напрямую зависит от объема производства экспортируемого сахара. Бразилия занимает второе место в мире по производству сахара (первое принадлежит Индии) и является крупнейшим мировым экспортером данного вида продукта. Ниже представлены результаты реализации в Бразилии программы по производству этанола [24, 25): •    создание рынка бразильских автомобилей с бензиновыми двигателями, работающими на смеси бензина с 20—25 % (об.) этанола; •    создание рынка 4,3 млн автомобилей, работающих на обводненном этаноле [95,51 % (об.)], и 17 млн автомобилей, работающих на смесях бензина и этанола; •    создание 640 ООО основных рабочих мест; •    создание около 9 ООО ООО дополнительных рабочих мест; •    увеличение торгового баланса Бразилии; •    ослабление уровня зависимости Бразилии от импортируемой нефти; •    увеличение производства этанола до 17 млрд л в год; •    в настоящее время каждые 9 из 10 автозаправочных станций Бразилии реализуют топливный этанол. Этанол производится более чем на 300 предприятиях Бразилии, 200 из которых прикреплены к сахарным заводам. Это предполагает, что средний объем производства на одном объекте приблизительно составляет 42 млн л в год. Этанол получают из сахарной мелассы и из сахарного тростника. На рис. 6 и 7 показана 3 - К09К 33
Рис. 6. Производство этанола в Бразилии Рис. 7. Потребление этанола в Бразилии: I — обезвоженный этанол; 2 — необезвожснный этанол; 3 — общий этанол общая годовая производительность этанола всех бразильских предприятий, а также его потребление внутри страны. Пик производства приходился на 1997—1998 гг. и составлял 15,4 млрд л, затем до 2000—2001 гт. наблюдалось снижение производства — было произведено только 10,6 млрд л. В 2002—2003 гг. производство выросло до 12,5 млрд л, достигнув 16,5 млрд л в 2005— 2006 гг. [14, 26]. По данным Министерства сельского хозяйства Бразилии, экспорт этанола из страны растет высокими темпами. Основными импортерами бразильского этанола являются США, Индия и Япония. Потребление этанола в последние годы снижалось. 2.1.3. КАНАДА Эта страна не является лидером в производстве топливного этанола. Мы ее решили рассмотреть в связи со сходными климатическими условиями с большей частью территории Российской Федерации. Объем производства этанола в Канаде незначительно вырос за последние пять лет, так как предприятия, действующие еще в 1999 г., являлись единственными предприятиями, по-преж-нему функционирующими на начало 2005 г. В табл. 6 показаны действующие производства обезвоженного этилового спирта, который применяется в качестве примеси для бензина, а также их объем производства [27—29]. Таблица 6. Производство этанола в Канаде Компания Местоположение Проиэиолсгеен-кая мощность, шш вшд Примечание •Mohawk Canada Inc.* Миндоза (Манитоба) Построен в 198! г. Сырье — пшеница ♦Commercial Alcohols Inc.» Тивертон (Онтарио) 20 (обш.) Построен в 1988 г. Сырье — кукуруза. Производит 7 млн л топливного этанола «Pound Maker Agvenmres Ltd.» Лэниган (Саскатчеван) Построен в 1990 г. Сырье — пшеница. Интегрированное хозяйство по разведению домашнего скота «Commercial Alcohols Inc.» Чефем (Онтарио) 150 (обш.) Построен в 1997 г. Сырье — кукуруза. Производит 120 млн л топливного этанола «Ре rmolex» Рел Дир (Альберта) Построен в 1998 г. Сырье — пшеница. Преимущественно экспорт Программа расширения производства этанола, объявленная федеральным правительством в 2003 г., была направлена на расширение производства и потребления топливного этанола в Канаде, а также на сокращение выброса парниковых газов, которые вызывают изменение климата. Размер денежных взносов первого тура программы составил 78 млн долл. [30, 31). На рис. 8 представлены данные промышленного производства этанола в Канаде, в том числе перспективы производства к 2010 г. Потреблять этанол в качестве примеси для бензина начали в провинции Манитоба в 1987 г., после того как на рынок поступила 10%-ная этаноловая смесь. В 1987 г. бензин с примесью 5 % этанола предлагали 250 заправочных станций, расположенных в четырех провинциях Западной Канады. В 1992 г. этанол был внедрен на рынок провинции Онтарио и в 1995 г. — провинции Квебек. В настоящее время в шести провинциях функционирует около 1400 заправочных станций, которые предлагают 5%-ную или 10%-ную смесь этанола с бензином. Некоторые провинции Канады расширяют отрасли применения топливного этанола, предлагая субсидии в размере до 45 центов за 1 галлон этанола. В Канаде не реализуются коммерческие программы по продвижению примесей с высоким содержанием этанола. Существуют только демонстрационные программы Е85 для автомобилей с универсальным потреблением топлива, и некоторые автопарки установили частные автозаправочные комплексы, работающие на данном виде топлива. В этой стране Е95 как топливо для автомобилей Рис. 8. Производство этанола и Канале [14, 32, 33] 36 1990 2000 2002 2004 2006 2010 Годы
*    500 о Рис. 9. Производство и потребление топливного этанола в Канаде: 1 — производство; 2 — общее потребление практически не используется. На рис. 9 представлены данные о производительности предприятий. Информацию об импорте и экспорте можно просмотреть в режиме он-лайн на сайтах, посвященных промышленности Канады. Однако предоставляемая там информация не является полной, приведены лишь общие тенденции и указывается, что США является единственным крупным импортером этанола в Канаду. 2.2. ЕВРОПА В настоящее время топливный этанол производится и используется в Швеции, Франции и Испании, кроме этого Европейский Союз ввел плановые показатели расхода биотоплива, что может привести к значительному росту потребления этанола в последующие десять лет. Объявлено также о производстве этанола в Германии. К его производству проявляется интерес со стороны Великобритании, Нидерландов, Польши и других стран. 7 ноября 2001 г. две комиссии ЕС приняли директивы относительно использования биотоплива странами Евросоюза — так называемые биодирекгивы. Они предусматривают обязательное применение биотоплива в качестве добавки к бензинам. В директивах предусматривается последовательность обязательного применения альтернативного топлива в странах ЕС (в процентах к общему количеству). Некоторые европейские страны собираются досрочно перейти на использование биотоплива транспортными средствами. Франция — первая в списке европейских стран по производству этанола. Во Франции этанол применяется в производстве ЭТБЭ для последующего компаундирования с бензином. Работают 13 предприятий по производству этанола. Относительно вялое потребление топливного этанола (рис. 10) наблюдается на фоне увеличения спроса на дизельное топливо. Так, 70 % этанола получают из сахарной свеклы и 30 % — из пшеницы. Размер налоговой льготы на этанол в 2003 г. составил 0,38 евро за литр. В течение многих лет Швеция использовала этанол в химической промышленности. В Швеции действует всего лишь одно предприятие, которое вырабатывает этанол из пшеницы, объем выпуска этанола на котором, по официальным данным, составляет 50 млн л в год, что обусловлено получением налоговых льгот, предоставленных правительством. Проектная мощность предприятия составляет 60—70 млн л. С момента запуска в эксплуатацию это предприятие столкнулось с некоторыми технологическими проблемами и было взято под контроль государства. Проблемы были вызваны попаданием бактерий в зону брожения. В соответствии с конструктивным решением на предприятии в целях сокращения энергопотребления предполагалось применять низкотемпературные котлы, таким образом, смесь не подвергалась стерилизации до начала брожения и, по-видимому, отсутствовала Рис. 10. Потребление топливного этанола во Франции возможность использования на предприятии по производству этанола антибактериальных препаратов. Весь объем этанола, который использовался в Стокгольме, был представлен в виде 5%-ной смеси. В программе приняли участие шесть компаний, занимающиеся реализацией бензина на рынке. Она действовала не только в Стокгольме, но и в регионах, импортирующих этанол. Налоговая льгота составила около 85 центов США за литр этанола. Этанол также используется приблизительно в 400 междугородних автобусах, находящихся в муниципальном управлении Стокгольма, а также в массовых демонстрационных мероприятиях, связанных с топливом Е85, проходящих по всей стране. Этанол либо импортируется, либо производится на сульфитно-цел-люлозных предприятиях Швеции. В течение многих лет в этой стране действовала программа научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. В 2004 г. было открыто экспериментальное предприятие, которое продемонстрировало технологию кислотного гидролиза древесных отходов. Предприятием управляет компания «Sekab», которая также производит этанол из отработанного сульфитного щелока. В Испании функционируют три завода по производству этанола мощностью 326 млн л в год. Этанол применяется в произ-' водстве ЭТБЭ. В Испании также действуют пять нефтеперерабатывающих заводов, имеющих установки по производству ЭТБЭ, и их совокупная потребность в этаноле составляет 210 млн л в год. В качестве исходного сырья первый завод по производству этанола использует ячмень, второй — смесь из ячменя и пшеницы. Налоговая льгота была предоставлена третьему заводу по производству этанола мощностью 200 млн л в год. В настоящее время пока не ясно, будет ли этанол применяться непосредственно в бензине в качестве 5 % примеси или будет расширено производство ЭТБЭ. В 2000 г. налоговая льгота на этанол в Испании составила 0,48 евро за литр [35]. В Германии до последнего времени, несмотря на производство большого количества этанола, в топливе он практически не применялся, однако к потреблению топливного этанола проявляется значительный интерес. Было объявлено о строительстве 12 объектов по производству топливного этанола 119], три завода находятся на стадии строительства. Их совокупная производственная мощность составит 540 млн л и год. Исходным сырьем послужат рожь, пшеница, сахарная свекла или смеси зерновых злаков со свеклой. Налоговая льгота составляет 0,65 евро за литр. 2.3. АВСТРАЛИЯ И СТРАНЫ ЮГО-ВОСТОЧНОЙ АЗИИ Объем производства этанола в Австралии довольно невелик по мировым стандартам [36—47]. В настоящий момент в Австралии действуют три предприятия, общий объем производства которых составляет 135 млн л. Основные производители этанола в Австралии приведены в табл. 7. Таблица 7. Производство этанола в Австралии Производство, млн л в гол Компания
Сырье
♦CSR»    Патока    55 «Manildra Group*    Крахмал    75 «Rocky Pomt/Buiidaberg*    Патока    5 Id того    135 Около 50 млн л этанола от общего производства э стране применяется в качестве примеси для топлива. Главным поставщиком выступает компания «Manildra Group» с ее заводом вблизи г. На-ура ь Новом Южном Уэльсе, на втором месте — компания *CSR>, поставляющая компании «British Petroleum» около 4 млн л в год для производства топлива ЕЮ, которое в дальнейшем реализуется на рынках юго-восточного Квинсленда. На сегодняшний день годовой экспорт этанола приблизительно составляет 30—35 млн л, который преимущественно направлен на обслуживание азиатского рынка по производству напитков, а именно рынков Японии, Шри-Ланки, Кореи и т. д. Основным поставщиком этого рынка является компания «CSR» с заводом в Квинсленде. Внутренний объем рынка этанола Австралии без учета топливного этанола приблизительно составляет 42 млн л. В основном этанол применяется в фармацевтической (лекарственные препараты), в пищевой (продукты питания и напитки), в химической (химические препараты, краски и растворители, аэрозоли) и в косметической промышленности. В своем заявлении об ответных действиях на климатические изменения премьер-министр Австралии Джон Хауэрд подтвердил финансирование строительства экспериментального предприятия по производству этанола в 2 млн долларов США [38]. Экспериментальное предприятие продемонстрирует возможность применения новых австралийских технологий в производстве этанола из древесного волокна с одновременной переработкой отходов. В рамках программы по снижению выбросов парниковых газов федеральное правительство финансирует строительство установки по производству этанола на Моссманском сахарном заводе, для осуществления которого необходимо 7,35 млн долларов, и предоставляет 8,8 млн долларов компании «British Petroleum» на производство топливного этанола и бензина с примесью этанола на своем нефтеперерабатывающем заводе, который расположен на острове Бульвер |39). Оба объекта находятся в Квинсленде. Правительство Австралии предложило капитальные субсидии на расширение производства топливного этанола с целью увеличения к 2010 г. объема производства на 350 млн л. Правительство предоставляет капитальные субсидии на развитие новой внутренней производственной инфраструктуры в размере 0,16 долл. за 1 л биотоплива. Чтобы получить право на субсидию, новое или дополнительное предприятие должно производить ежегодно как минимум 5 млн л биотоплива. Каждое такое предприятие может подать заявку на получение дотации в максимальном размере 10 млн долларов [40J. Китай планирует переходить с бензина на этанол в национальных масштабах. Причиной подобного шага являются стремительный рост цен на нефть и нехватка электроэнергии в крупных городах на юге страны. Кроме того, широкое использование этанола позволит улучшить экологическую ситуацию в преддверии 0лимпиады-2008 в Пекине. Объявлено о начале активного производства этанола в провинциях Хубэй, Шаньдун, Хэбэй и Цзянсу. Индия стимулирует использование этанола в качестве топлива для карбюраторных двигателей. Нефтеперерабатывающие заводы Индии используют спирт в качестве компонента смеси или оксигената, входящего в состав бензина. Другие страны Юго-Восточной Азии также пробуют этанол в качестве добавки в бензин. 2.4. РОССИЯ И СТРАНЫ БЫВШЕГО СССР Россия обладает всеми необходимыми мощностями для производства топливного этанола (48]. Этанол в России выпускается по нескольким нормативно-техническим документам: ГОСТ 18300 и ТУ 242-117-00151727-98. На основе технологий гидролиза растительной биомассы в 1930—1970 гг. в СССР была создана гидролизная промышленность (более 40 гидролизных и биохимических заводов), где в качестве сырья использовались отходы деревоперерабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности, сельскохозяйственные отходы, а также некоторые виды отходов пищевой продукции. В настоящее время в России имеются свободные мощности по производству этилового спирта, в том числе половина — из возобновляемых источников [49]. На сегодняшний день Россия — единственная страна в мире, которая обладает многолетним промышленным опытом, позволяющим получать этанол по гидролизным технологиям [50|. Таким образом, в России имеются необходимые научно-технологические и промышленные предпосылки для развития производства топливного этанола [511. Нормативно-техническая документация на топливную добавку разработана и зарегистрирована в Минэкономразвития РФ. С 1 июля 2002 г. введен ГОСТ Р51866—2002 (ЕН-228—99), предусматривающий выпуск автомобильных бензинов, содержащих до 5 % спирта. Разработан и утвержден национальный стандарт ГОСТ Р 52201— 2004 «Топливо моторное этанольное для автомобильных двигателей с принудительным зажиганием». Важным моментом для развития топливного этанола в России стало утверждение ГОСТа на бензин с добавкой этанола: ГОСТ Р 52501—2004 «Топливо моторное этанольное для автомобильных двигателей с принудительным зажиганием. Бензанолы». Он позволяет производить и использовать топливо, содержащее до 10 % (об.) этилового спирта, и устанавливает общие требования к такому топливу. В настоящее время суммарные производственные мощности по выпуску топливной добавки на основе этилового спирта составляют в России 140 тыс. т в год, что соответствует 2800 тыс. т экологически «улучшенного» автомобильного бензина. Существующая технология, наличие квалифицированных кадров и организация производства на гидролизных заводах позволяют без значительных дополнительных затрат осуществлять выпуск топливных добавок на основе производимой ими продукции — этилового спирта. В результате увеличения цены спирта и ужесточения режима его потребления (квотирование, лицензирование, специальные разрешения на поставку и т.д.) для технических целей резко снижаются объемы сбыта, что ведет к сворачиванию производства и, в свою очередь, неизбежно приводит к росту себестоимости. Буквально единицы предприятий в этих условиях сохраняют рентабельное производство. В 2006 г. сложилась ситуация, приведшая к появлению невостребованных (избыточных) мощностей производства технического этилового спирта (включая гидролизный и синтетический), что может привести к негативным последствиям социального характера. Перевод большей части спиртовых производств на выпуск топливного этанола сможет обеспечить полную загрузку производственных мощностей, что также решит социальную проблему в отрасли и на прилегающих территориях. В 2006 г. вступил в силу измененный Федеральный закон №102-ФЗ «О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции». Этот закон существенно ограничивает использование топливного этанола. Одним из факторов, сдерживающих применение этанола в топливе, является его стоимость, которая по сравнению со стоимостью традиционного топлива достаточно высока. Последние достижения в области биотехнологии позволяют выйти на качественно новый уровень экономики производства. При этом в качестве отечественного сырья возможно использование сельскохозяйственных отходов или древесины. Нефтеперерабатывающие заводы — основные потенциальные производители смесевых бензинов — не заинтересованы в их производстве при существующем соотношении цен на спирт и товарный бензин. Для обеспечения конкурентоспособности этанолсодержащего топлива его себестоимость должна быть не выше себестоимости товарных бензинов. В новом законе на продукцию, содержащую этиловый спирт, установлено акцизное обложение в размере 21,5 руб. за I л при производстве спирта и 159 руб. за 1 л спирта, содержащегося в добавке. При этом стоимость самого этилового спирта без НДС составляет 17—19 руб. за литр. Такое положение практически исключает рыночную востребованность производимого этанола. Дело в том, что при отказе взимания акцизов на спирт и спиртосодержащую продукцию, используемых в качестве добавок в автомобильное топливо, цена бензина с добавкой (АИ-95Э) в расчете на 1 л будет почти на 1 руб. меньше стоимости обычного бензина, применяемого без добавок (АИ-95). При взимании акцизов на спирт и спиртосодержащую продукцию АИ-95Э будет почти в 2 раза дороже обычного бензина АИ-95. С 1 толя 2006 г. в России запрещается осуществление розничной продажи алкогольной продукцией индивидуальными предпринимателями. Впервые законом устанавливается жесткий перечень денатурирующих веществ (бензин, керосин, кротоиовый альдегид, битрекс), которые позволят не допустить использование денатурированной безакцизной спиртосодержащей продукции в пищевых целях. Вводится лицензирование оптового оборота спиртосодержащей непищевой продукции. Детализированы механизм и процедура выдачи лицензий, установлен исчерпывающий перечень требований к соискателю лицензии. Запрещается сдача в аренду оборудования для производства не только этилового спирта и алкогольной продукции, но и спиртосодержащей продукции. С 1 января 2008 г. вводится требование к производителям о полной переработке или утилизации барды — основного отхода производства этилового спирта. Вступает в силу прямой запрет на продажу алкогольной продукции, изготовленной в домашних условиях. Закон также вводит Единую государственную автоматизированную информационную систему учета объемов производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции. Таким образом, в России сложилась ситуация, когда налоговое законодательство является препятствием для успешного использования этанола в качестве топлива. В 2006 г. не было выпущено ни одной тонны бензина с этанолом. Из стран бывшего Советского Союза можно отметить лишь усилия Украины и Литвы. В 2000 г. правительство Украины приняло программу «Этанол», предусматривающую выпуск как кислородсодержащей добавки к бензинам на базе этанола, так и бензинов, содержащих эту добавку. В результате были разработаны ГСТУ 320.00149943.015— 2000 на бензин, содержащий этанол, и ТУ У 30183376.001 на высокооктановую кислородсодержащую добавку (ВКД) на базе этанола [до 6 % (мае.)). Впервые высокооктановую кислородсодержащую добавку начали производить на Барском спиртзаводе на Виннитчине в 1998 г. Сегодня ее изготавливают восемь предприятий государственного концерна «Укрспирт». Как утверждают специалисты, перепрофилирование спиртового производства на выпуск ВКД не требует значительных финансовых затрат, поскольку переоснащается фактически лишь последняя производственная стадия. Если появятся финансовая прибыль и экономические стимулы, то начнет увеличиваться спрос на ВКД и на ее выпуск могут без особого труда переключиться другие заводы. Уже сегодня появились объективные предпосылки начала стремительного развития этого сегмента производства. Законом Украины от 24 октября 2002 г. «О внесении изменений в некоторые законы Украины о налогообложении, производстве и обороте подакцизных товаров» предусмотрено установление акцизного сбора с одной тонны смесевого бензина — 30 евро и 60 евро с одной тонны бензина обычного. С принятием этого закона заинтересованность украинских НПЗ к закупке ВКД возросла. В 2002 г. они приобрели 6246 т этой продукции. Тем не менее интерес к закупке ВКД почти пропал после перенесения на 1 января 2004 г. начала действия ставки в 30 евро на смесевые бензины. Минагрополитики предложило установить фиксированные лимиты использования ВКД производителями бензинов без применения специфической ставки акцизного сбора путем внесения изменений и дополнений к Закону Украины от 9 января 2000 г. «Об альтернативных видах жидкого и газового топлива» и Закона Украины от 21 июня 2001 г. «Об охране атмосферного воздуха». Соответствующий проект документа рассмотрели заинтересованные центральные органы исполнительной власти. Как считают в ряде министерств, в частности транспорта, финансов, экологии и природных ресурсов, нужно разработать проект отдельного закона о государственном регулировании рынка биотоплива, а также использовании ВКД. 1 апреля 2003 г. Кабинет министров Украины принял Программу развития спиртовой, ликероводочной и винодельческой отраслей на 2003—2007 гг. Она предусматривает расширение сферы использования этилового спирта в промышленности и в других отраслях экономики. Речь идет прежде всего о перепрофилировании избыточных мощностей по производству этилового спирта, увеличении его экспорта и продукции переработки. Предприятия концерна «Укрспирт» работают не на полную мощность. Характерно, что загружены они очень неравномерно. Например, в Тернопольском объединении спиртовой и ликероводочной промышленности использование производственных мощностей составляет 81,4%, на Немировском спиртовом заводе на Виннитчине — 100 %. В то же время есть заводы, не работающие уже по три года. По подсчетам специалистов спиртзаводы будут работать без убытков, если они будут загружены не менее чем на 40 %. Поэтому в результате перепрофилирования части избыточных мощностей автоматически увеличится загруженность остальных предприятий. В правительственной программе представлены аргументы в пользу налаживания производства высокооктановой кислородсодержащей добавки. Эксперты оценивают это как наиболее перспективное и экономически выгодное решение. В результате увеличения объемов ее выпуска (правительство ставит задачу до 2007 г. вырабатывать примерно 280 тыс. т ВКД) Украина сможет существенно ослабить зависимость от внешних поставок энергоносителей. Появляются перспективы развития химической промышленности и других отраслей, где используется этиловый спирт. Технологически производство бензина с высокооктановой кислородсодержащей добавкой несложное. Определенный опыт выпуска такого топлива имеют несколько НПЗ, среди них Одесский, «Галичина», Лисичанский. Для повышения качества смесевого бензина специалисты разработали стабилизирующую антидетона-ционную добавку. По мнению специалистов, меры, указанные в программе, будут содействовать развитию спиртовой, ликероводочной и винодельческой отраслей. По некоторым подсчетам использование ВКД позволит уменьшить внутренние затраты бензинов приблизительно на 6 %, что, безусловно, пойдет на пользу формированию внутреннего энергорынка Украины. В 2000 г. сейм Литвы принял закон о биотопливе, в соответствии с которым в республике будет выпускаться бензин, содержащий 7 % этанола, что позволит экономить около 30 тыс. т нефти в год и на 25—30 % сократить загрязнение окружающей среды отработанными газами. Аналогичные программы разрабатываются в Белоруссии, Узбекистане и Азербайджане. 3. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭТАНОЛА Этанол {этиловый спирт) — это бесцветная летучая легковоспламеняющаяся жидкость, которая является основой для ликероводочной продукции, а также используется в качестве топлива или растворителя. Этанол также называют зерновым спиртом. Этанол является одним из важнейших в большой группе органических соединений, которые получили название «спирты». Спирт — это органическое соединение, в котором одна или большее число гидроксильных групп (ОН) присоединены к атому углерода. Формула этанола выглядит следующим образом: Н-С-С-О-Н или СН3СН2ОН I I н н В чистом виде этанол представляет собой бесцветную прозрачную жидкость со слабым характерным запахом, с температурой кипения 78 *С и температурой замерзания —114 "С. В процессе горения этанол дает светло-голубое пламя, не образует нагара и выделяет большое количество энергии, что делает его идеальным топливом. Этанол содержит 35 % кислорода. Увеличение содержания кислорода в автомобильном топливе за счет этанола обусловливает более полное его сгорание, что способствует снижению количества вредных угарных газов, выделяемых в атмосферу. Добавки этанола в автомобильный бензин позволяют в несколько раз снизить количество выбросов оксидов углерода и азота, а также канцерогенных соединений. Этанол, обладая высоким октановым числом смешения, заменяет некоторые токсичные вещества, содержащиеся в бензине, а именно бензол и другие ароматические вещества, которые являются канцерогенами. Из разнообразных антидетонаторов наиболее эффективным, экологически чистым и доступным является именно этанол — наиболее многотоннажный оксигенат. Этанол легко смешивается с водой и с большинством органических растворителей. Он также используется в качестве растворителя, входит в состав духов, красок, лаков и взрывчатых веществ. 3.1. ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО ЭТАНОЛА ИЗ КРАХМАЛСОДЕРЖАЩИХ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР Топливный этанол —это высокооктановый кислородсодержащий компонент топлива, который в основном производят путем брожения сахара. Как правило, сахар получают путем осахарива-ния зерен, гидролизом крахмала, содержащегося в зернах, или гидролизом лигниноцеллюлозных веществ, например соломы, травы или древесины. Последний метод еще не получил широкого мирового применения и находится в центре опытно-конструкторских разработок. Процесс превращения зерна в этанол путем брожения включает несколько этапов. Прежде чем приступить к процессу брожения, необходимо крахмал, содержащийся в зернах, превратить в сахар. В прежние времена для этого зерно пережевывали, что давало возможность слюнным ферментам (энзимам) осуществлять расщепление крахмала природным способом. В настоящий момент расщепление крахмала достигается в результате варки зерна и добавления ферментов: а-амилазы и р-ами-лазы. Они действуют в качестве катализаторов, ускоряющих процесс химических превращений. Как только получен моносахарид, добавляют дрожжи — одноклеточные грибы, которые питаются сахаром и вызывают брожение, вырабатывая этиловый спирт (этанол) и углекислый газ (диоксид углерода). В результате процесса брожения этанол сохраняет большое количество энергии, изначально содержащейся в сахаре, что объясняет превосходство этого вида топлива. Традиционным сырьем для производства этанола являются сахарный тростник, злаки (маис, ячмень, кукуруза, рожь, пшеница, рис), виноград и некоторые виды корнеплодных культур, например маниока, сахарная свекла и картофель. Потенциально может быть использован любой продукт, содержащий гексозу. В табл. 8 приведены средние значения урожая различных сырьевых материалов с 1 га и соответственно средние объемы этанола, который может быть получен при применении эффективных производственных процессов. Исследование сырьевых материалов велось в двух основных направлениях. Первое — повышение эффективности выработки гек-созы сбраживанием из лигниноцеллюлозы, которая является самым широко распространенным и дешевым сырьем. Второе направление исследований сосредоточилось на выявлении новых сахарсодержащих растительных источников, в качестве которых предложены, например, высокопродуктивные сорта пальмового дерева (нипа, карита), а также травы и фрукты. Необходимо отметить, что, если сахарный тростник и сахарное сорго сами могут служить источником топлива при перегонке (жом сахарного тростника), при производстве этанола из зерна, сахарной свеклы, маниоки и фруктов необходимо применение иного топлива. Таблица 8. Сырье для производства этанола Сырье Урожай, т/га Этанол, л/т Этанол, л/га Сахарный тростник Сладкое сорго Сахарная свекла Фуражная свекла Пшеница Ячмень Кукуруза Сорго Ирландский картофель Маниока 1700-11050 Сладкий картофель Виноград Ниповая пальма Саговая пальма В надежде на появление в ближайшем будущем рациональных методов первичного или вторичного преобразования лигниноцел-люлозы в спирт некоторые развивающиеся страны создали экспериментальные предприятия по производству топливного спирта и занялись выращиванием источников биомассы, которые могут быть использованы в качестве исходного сырья. Это дало возможность справиться с неизбежными проблемами, возникающими при управлении инфраструктурой, использующей технологии получения возобновляемых источников энергии, в период развития данной технологии, не откладывая ее использование до завершения последнего этапа развития. В случае, если применение технологии задержится, деревья могут быть использованы в процессе газификации, производства древесного угля или в других целях при выработке топлива. Для получения топливного этанола некоторые предприятия используют сахаросодержащие отходы других отраслей промышленности, например отходы предприятий по переработке сульфитной целлюлозы, пивоваренных и сыроваренных заводов, предприятий по переработке картофеля и других предприятий пищевой промышленности. Основным сырьем в Северной Америке служит кукурузное зерно. Планируется осуществить внедрение новой технологии превращения лигниноцеллюлозных веществ в этанол. В ближайшее время будут построены первые такие предприятия. В основе современного процесса получения этанола лежат ферментативный гидролиз крахмала в сахара и их последующее сбраживание с получением этанола. Слабый раствор этанола, который называют брагой, подвергается перегонке и сушке для производства обезвоженного этанола, который предназначен для смешивания с бензином. Существует несколько вариантов процесса технологической обработки: способ сухого или сырого помола, периодический или непрерывный метод брожения и т. д. 3.1.1. СУХОЙ помол Большая часть заводов по производству этанола применяет производственный процесс с сухим помолом (рис. 11). Предприятия, применяющие технологию сухого помола, несут меньше расходов на строительство, у них большие объемы выработки этанола (2,7 галлонов на I бушель кукурузного зерна), однако питательная ценность их побочных продуктов намного ниже. Ниже рассматриваются основные этапы технологического процесса. 1.    Измельчение (помол). После очистки зерно или биомасса поступают в молотковую мельницу, которая дробит их в тонкий порошок. 2.    Разжижение. Тонкоизмельченный материал смешивают с водой и ферментом а-амилазой и подают в котлы, где крахмал разжижается. Значение pH 7 поддерживается благодаря добавлению серной кислоты или гидроксида натрия. Для протекания процесса разжижения необходима теплота. Используют котлы с высокотемпературным циклом (120—150 °С), а также котлы, поддерживающие более низкий режим температуры (95 °С). Выдерживание при высокой температуре позволяет уменьшить количество содержащихся в смеси бактерий. 3.    Осахаривание. Смесь, взятую из котлов, охлаждают и в нее добавляют фермент р-амилаза для превращения молекул крахмала в ферментные сахариды (декстрозы). 4.    Ферментация. Чтобы вызвать брожение и превращение сахаридов в этанол и углекислый газ, добавляют дрожжи. Используя метод непрерывного брожения, бродильную смесь пропускают через несколько бродильных аппаратов до ее полного сбраживания и затем сливают из бака. При применении метода периодической ферментации смесь остается в одном бродильном аппарате около 0. Этанол
s® ■ и Молекулярные сита Рис. 11. Схема производства этанола методом сухого помола 48 ч. Ферментация осуществляется при наличии примерно 25— 33 % твердого вещества. Бродильные аппараты изготавливают из нержавеющей стали, они имеют верхние миксеры и снабжены внешними теплообменниками для поддержания температуры, необходимой для проведения ферментации. 5. Дистилляция. Ферментированное сырье перекачивают в систему дистилляции для удаления твердых частиц и воды. Забродившая смесь, которая называется брагой, содержит около 10 % спирта, а также не поддающийся брожению остаток зерна и дрожжей. Брагу подают в колонну ферментированного сырья, которая работает под давлением. Твердые частицы и большая часть воды, содержащаяся в ферментированном сырье, удаляются из нижней части колонны как цельный осадок, а остаток смеси (барда) направляют в производственное помещение по переработке побочных продуктов. Этанол и воду в виде пара удаляют вместе с диоксидом углерода и подают в нижнюю часть колонны ректификации. Эта колонна работает при нормальном давлении и выдает в качестве продукта этанол с концентрацией до 91—92 % (мае,). Для снижения содержания этанола в отработанной воде колонна ректификации работает в сочетании с отдельной отпарной колонной. Эта колонна снабжена отдельным обогревом, и пары, собирающиеся в верхней части колонны, поступают в основную колонну ректификации. 4*
51
6.    Дегидратация. Затем спирт пропускают через систему дегидратации, чтобы удалить оставшуюся воду. На большинстве предприятий для поглощения остатков воды в этаноле используют молекулярные сита. Система, как правило, состоит из двух сосудов с молекулярным ситом, выполненным из подобного цеолиту материала, который из потоков испарений адсорбирует преимущественно воду. Один сосуд получает загрузку и выдает поток продукта — 96%-ного этанола, абсорбируя при этом водяные пары, попадающие на молекулярное сито. Поток продукта из сосуда абсорбции конденсируется, охлаждается и направляется на склад. На данном этапе производства спирт называется обезвоженным этанолом (он не содержит примеси и воду). В то время как в первом сосуде осуществляется абсорбция, другой сосуд подвергается регенерации путем разгерметизации через охладитель. Конденсат на выходе, содержащий некоторое количество этанола, возвращается в ректификатор для его извлечения, 7.    Центрифугирование, выпаривание, осушка, получение барды. После удаления этанола из ферментированного сырья твердые частицы рассматриваются как цельный осадок. Весь этот осадок перекачивается из колонны в ряд центрифуг для удаления воды. Осушенный осадок называют бардой, он представляет собой богатую питательную добавку в корм домашнего скота. 8.    Денатурация. Охлажденный этанол из дегидратора поступает в один из баков временного хранения этанола, где он находится около 12 ч для проведения лабораторных анализов. После анализа качества содержимое баков направляется в бак хранения этанола. Этанол, который в дальнейшем используют в качестве топлива, денатурируют, добавляя в него в малой концентрации вещества, которые делают его непригодным для употребления в пищевых целях. В России в перечень денатурирующих веществ входят бензин, керосин, кротоновый альдегид и битрекс. Денатурант добавляется в этанол по пути из баков временного хранения в основной бак хранения, так что товарный продукт содержит 5% денатуранта. 3.1.2. СЫРОЙ ПОМОЛ Производственный процесс с сырым помолом является более усложненным вариантом процесса (рис. 12), так как при этом необходимо разделение зерна на несколько компонентов. После из- примеси Рис. 12. Технология сырого и сухого помола при производстве топливного этанола мельчения зерно подвергается термической обработке в водном растворе диоксида серы в течение 24—48 ч для того, чтобы освободить зародыш, волокно и шелуху. Затем зародыш извлекают из ядра и используют при изготовлении растительного масла. Оставшуюся зародышевую муку добавляют к шелухе и волокнам для получения кукурузной мезги (кукурузного глютенового корма). Доли зерновых ядер е высоким содержанием белковых веществ — глютенов — отделяют, они образуют кукурузную гл готе новую муку, которая используется при кормлении домашнего скота. При сыром помоле в процессе брожения участвует только крахмал в отличие от метода сухого помола, когда сбраживается вся смесь. 3.2. ПРОИЗВОДСТВО ЭТАНОЛА ИЗ ЦЕШЛЮЛОЗЫ Технология преаращения сахаров в этанол хорошо известна и одобрена для применения в промышленности. Сахара легко извлекаются из сахароносных и зерновых культур, которые являются основным исходным материалом в производстве топливного этанола практически во всем мире. Однако эти важнейшие сельскохозяйственные продукты имеют высокую стоимость. Стоимость целлюлозы, полученной из отходов и остатков, гораздо ниже. Из целлюлозы можно получить этанол путем первичного превращения целлюлозы в сахара и последующего обычного брожения (рис. 13). Рассмотрим два различных способа превращения целлюлозы: кислотный гидролиз и ферментативный гидролиз. Технологию кислотного гидролиза сейчас используют в промышленности, тогда как технология ферментативного гидролиза находится в стадии разработки. Рис. 13. Схема производства топливного этанола из целлюлозы Применение технологии производства этанола на практике продемонстрировало, что на нее в значительной степени влияет масштаб производства. Можно часто встретить сооружения производительностью 50 млн галлонов вырабатываемого из зерна этанола в гол. Однако данный масштаб производства не годится для сооружений по превращению целлюлозы, которые используют отработанные отходы и остатки биомассы. Производство 50 млн галлонов этанола в год на предприятиях, использующих целлюлозу, на основе технологии разбавленной кислоты, потребует 750— 950 тыс, т сухого сырья в год. Если использовать технологию ферментативного превращения, потребуется 650—700 тыс. т сухого сырья в год. Тем не менее крупнейшие мировые электростанции, которые работают на биомассе и которые, несомненно, также получают значительное преимущество от большей производственной мощности, используют менее 400 тыс. т сухого топлива в год. Предприятия по производству этанола из целлюлозных отходов имеют значительно меньшие мощности, чем предприятия по производству этанола из зерна. Были разработаны базовые и «оптимистические» конфигурации обоих процессов (растепления ферментами и расщепления разбавленной кислотой) для предприятий, способных перерабатывать 550 и 1100 т сухой биомассы в день. Объем биомассы 550 т сухого топлива в день и 180 000 т сухого топлива в год, поставляемый предприятию по производству этанола в качестве сырья, приблизительно равняется объему, необходимому для обеспечения 25 МВт автономной электростанции, работающей на биомассе. 3.2.1. СОВРЕМЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ КИСЛОТНОГО ГИДРОЛИЗА Технология с применением кислоты в процессе превращения целлюлозы в экстрагируемые сахара была известна давно и применялась на практике. Классическая промышленная технология кислотного гидролиза предполагает применение разбавленной серной кислоты (1%-ный) при высоких температуре и давлении для освобождения целлюлозы от других компонентов биомассы, например лигнина, с получением моносахаридов. Большинство коммерческих предприятий по превращению целлюлозы в этиловый спирт, которые в настоящее время находятся на этапе проектирования, предпочитает технологию гидролиза разбавленной кислотой. Использование серной кислоты остается выбором многих предприятий, однако большие надежды возлагаются на технологию с использованием разведенной азотной кислоты. Это технология, которая в настоящий момент находится в процессе разработки. Данная технология позволит существенно снизить капитальные и эксплуатационные расходы. Одной из проблем, связанных с проведением процесса гидролиза разбавленной кислотой, является то, что данный процесс не заканчивается образованием сахаридов. Вступая в дальнейшие реакции, сахариды распадаются на соединения меньшего размера, такие как фурфуролы, которые не только не могут использоваться в качестве исходного материала при производстве этанола, но и фактически ингибируют последующий процесс расщепления. Теоретически по стандартной технологии гидролиза разведенной кислотой выход сахаров составляет около 50 % [52]. Последним достижением технологии гидролиза разбавленной кислотой явился двухфазный процесс, согласно которому гидролиз целлюлозы и гидролиз гемицеллюлозы разделяются, что приводит к меньшим потерям из-за расщепления сахаридов. Двухфазный процесс облегчает прохождение последующей ферментации, так как в процессе ферментации пентозы, которая является продуктом гидролиза гемицеллюлозы, участвуют различные организмы в отличие от гидролиза шестиуглеродных сахаров, полученных из целлюлозы. В основе базовой технологии гидролиза разбавленной кислотой, которая рассмотрена в данном разделе, лежит двухфазный процесс. Он позволяет получить 50—60 галлонов этанола на 1 т абсолютно сухого исходного сырья. В качестве альтернативы в процессе гидролиза кислотой может использоваться концентрированная серная кислота (например, 70%-ная) при более низких температуре и давлении по сравнению с процессом превращения целлюлозы и гемицеллюлозы в сахара в присутствии разбавленной кислоты. Процесс имеет двухфазную конфигурацию, выделяются фазы гидролиза целлюлозы и гидролиза гемицеллюлозы. При гидролизе концентрированной кислотой образуется большее количество сахаров за счет значительного уменьшения числа последующих разложений сахаридов. Задача заключается в нахождении экономичных методов вторичного использования кислоты и нейтрализации субстрата до проведения ферментации. Гидролиз разбавленной кислотой достиг предела своих возможностей в результате проведенных на протяжении нескольких десятков лет исследований, что обусловило строительство предприятий в период Второй мировой войны, в 1950-х годах процесс был усовершенствован. В то время биологические этапы промышленного процесса ограничивались превращением глюкозы в этанол путем добавления обычных дрожжей. 3.2.2. ТЕХНОЛОГИЯ ФЕРМЕНТАТИВНОГО ГИДРОЛИЗА В начале 1970-х годов началось исследование нового метода — использование в процессе гидролиза целлюлозы ферментов (энзимов), который позволял достичь высоких объемов производства и устранить нежелательные побочные реакции. Альтернативой гидролизу кислотой с высоким потенциалом образования сахаридов при более низких производственных расходах выступил ферментативный гидролиз. Последние инновации в молекулярной биологии в области ферментативного гидролиза позволили расширить область действия и увеличить количество вырабатываемых целлюлозных ферментов. Образование энзимов является ключевым элементом данного процесса и определяет его рациональность. В 1980-х годах стало возможным значительно повысить активность энзимов и были предприняты первые попытки объединения процессов биологического гидролиза и ферментации глюкозы. На сегодняшний день сделан существенный шаг вперед в области биопроцессов получения этанола из биомассы, поскольку были выведены микроорганизмы, способные расщеплять гемицеллю-лозные, а также целлюлозные сахариды. Исследования технологии проводятся с нескольких сторон, в целях повышения активности целлюлозных ферментов применяются новые средства биотехнологии и продолжается работа по усилению действия ферментирующих организмов. Предварительная обработка биомассы, служащей источником сырья, необходима для того, чтобы гемицеллюлоза и целлюлозные соединения стали доступны для действия ферментов. Обычно это достигается как путем ее механической обработки, так и гидролизом разбавленной кислотой (гораздо менее интенсивным по сравнению с гидролизом разбавленной кислотой неферменгирован-ных соединений). Энзимный гидролиз и последующие процессы ферментации могут проводиться одновременно в одном реакторе или раздельно. Единовременное проведение процессов сахарооб-разования и ферментации имеет преимущества, связанные с использованием меньшего числа «шагов» и аппаратов, в то время как двухфазный подход позволяет оптимизировать каждый процесс в различных условиях. Технология ферментативного гидролиза подает большие надежды, однако ее применение в промышленности остается лишь в перспективе по сравнению с технологией кислотного гидролиза. По оценкам «National Renewable Energy Laboratory» (NREL), ведущего научно-исследовательского центра технологий США, потребуется как минимум пять лет для того, чтобы технология ферментативного гидролиза начала применяться в промышленности. Предполагает- Производство этанола из глюкозы Производств! ферментов Ферментный^ Произвол- \ гидролиз / ство этанола i из глюкозы/ Ферментный i-идроли^ Производство эта , Производство этанола j нола из гемицгл-/ из глюкозы / яюлозных сахаpot Ферментный гидролиз' Производство этанола из глюкозы и гемицеллюлозных _сахаров_i Производстве ферментов
Производство ферментов
Производство ферментов' Ферментный гидролиз Производство этанола из глюкозы и гемицеллюлозных сахаров ~Т.......- Биологический этап Небиологический этап Рис. 14. Развитие промышленной технологии производства этанола ся, что при использовании ферментативного гидролиза возможно получать не менее 75 галлонов этанола с каждой тонны абсолютно сухой биомассы, используемой в качестве исходного материала [53—55]. Конфигурация базового процесса. Процесс производства этанола включает несколько основных технологических операций: •    получение биомассы, ее хранение и обработка; •    подготовка исходного материала и гидролиз; •    ферментация; •    разделение и обработка материалов; •    перегонка. На рис. 14 представлены этапы развития промышленной технологии производства этанола от кислотного гидролиза до технологического уровня ферментативного гидролиза, существующего в настоящее время. 3.3. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЭТАНОЛА Производство этанола является примером гармоничных совместных усилий работников науки, техники, сельского хозяйства и топливно-энергетического комплекса, направленных на преобразование сельскохозяйственных продуктов в топливо. Предприятия по производству этанола транспортируют большой объем зерна, который им необходим для производства, на грузовиках, по железной дороге и на баржах. Зерна очищаются, измельчаются и подаются в цистерны большой емкости, в которых они образуют жидкую смесь муки и воды. Добавляются ферменты, поддерживается определенный уровень кислотности и температуры, что приводит к расщеплению крахмала в зерне первоначально в полисахариды и затем в моносахариды. Применение новых технологий позволило изменить процесс брожения. Первоначально требовалось несколько дней, для того чтобы дрожжи вызвали брожение в одном замесе. Был разработан новый более быстрый и дешевый метод непрерывного брожения. В его разработке приняли участие ученые и генетики. Им удалось создать такие виды дрожжей, которые могут преобразовать большее количество крахмала в этанол. В настоящее время ученые также занимаются разработкой ферментов, которые способны превращать полисахариды, содержащиеся в биомассе, в этанол. Возможно, в будущем в качестве основных источников сырья для этанола выступят стебли кукурузы, рисовая и пшеничная солома, древесные отходы и просо. После завершения процесса брожения этанол извлекается из смеси этанола, воды, дрожжей и осадка. В процессе перегонки он очищается. Дистилляция протекает при достаточно низкой температуре кипения — 78 °С. В случае, если температура смеси слегка превышает точку кипения, этанол испаряется. Затем его пары улавливаются, ион конденсируется, образуется жидкость. При проведении процесса могут быть добавлены различные химические реагенты, а для очистки этанола использованы молекулярные сита. Развитие передовых технологий позволило в еще большей степени снизить энергозатраты на дистилляцию. Возможно, вскоре будут одобрены процессы мерсеризации с нагнетанием газа (диоксида серы), осахаривания в мембранном реакторе, брожения с высокой степенью толерантности и иммобилизации дрожжевых клеток, бактериальное брожение и испарение через полунепроницаемую мембрану. Данные разработки помогут сократить производственные расходы и создать экономически эффективное производство этанола. Итак, какое же значение все эти технологические инновации имеют для рынка? До внедрения в производственный процесс микроорганизмов, участвующих в образовании сахаридов, планируемая стоимость этанола, выработанного из биомассы путем сбраживания, составляла приблизительно 1,58 долл. США за 1 галлон. В результате новых научных разработок с 1999 г. была установлена новая цена — 1,16 долл. США за 1 галлон. Данная стоимость явилась следствием умеренных цен на исходные материалы (приблизительно 25 долл. США за 1 сухую тонну), а также результатов исследовании, проведенных различными научно-исследовательскими группами в промышленном и частном секторах. В настоящий момент рынок этанолового топлива поддерживает цену в диапазоне 1,00—1,40 долл. США за 1 галлон [56]. Существующий высокий уровень капиталовложений сдерживает широкое проникновение биотехнологии производства этанола в промышленность. В настоящий момент из-за расходов этот рынок вынужден сдерживать использование этанола в качестве смеси для бензина, предлагая в ограниченном объеме Е85 — топливо с примесью 85 % этанола. Вследствие снижения затрат на разви-тие технологий объем продаж биоэтанола увеличится на 6—9 млн галлонов в год. Так как при данном объеме продаж произойдет полное насыщение рынка смешанного топлива США, в дальнейшем объектом наблюдения станет рынок топлива, конкурирующего вплотную с рынком бензинового топлива и предлагающего этанол по цене 0,60 долл. США за 1 галлон. Одним из самых спорных вопросов, связанных с производством этанола, является получение полезной энергии. Согласно данным Института локальных независимых исследований за 1995 г., а также исследованиям, проведенным Министерством сельского хозяйства США в 1997 г. и Мичиганским государственным университетом в 2002 г., в процессе производства этанола из кукурузного зерна генерируется положительная полезная энергия [57]. Если фермеры, занимающиеся выращиванием зерна, будут применять новейшую энергосберегающую сельскохозяйственную технику, а заводы, производящие этанол, будут использовать современные технологии производства, количество энергии, которое может быть получено при использовании 1 галлона этанола и остальных побочных продуктов, более чем в два раза превысит энергию, затраченную на выращивание зерна и его превращение в этанол. Исследования [58, 59] показали, что средний прирост полезной энергии в промышленности составляет 1,38:1. Максимальный прирост полезной энергии, который наблюдался в промышленном производстве, составил 2,09:1. При максимальном использовании самых лучших технологий на практике прирост полезной энергии мог бы равняться 2,51 : 1. Другими словами, производство этанола сделает возможным увеличение энергоресурсов более чем в два с половиной раза по сравнению с затратами на его производство. 4. ТОПЛИВНЫЙ ЭТАНОЛ И РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ 4.1. ЭТАНОЛ - ГИБКОЕ ТОПЛИВО Производителей автомобилей давно привлекают преимущества этанола, одно из которых — способность поднимать октановое число бензинов, оказывая вредное воздействие на окружающую среду. Известно, что использование этанола может сдерживать глобальное потепление. Производство этанола приводит к сокращению объема потребления традиционного бензина, который является невозобновляемым сырьевым источником. Так, например, применение этанола обусловливает уменьшение импорта бензина и сырой нефти, ослабляя таким образом зависимость США от иностранной нефти. Согласно опросу, недавно проведенному Управлением стратегических исследований, 75% проголосовавших американцев полагают, что в стране необходимо предпринять какие-либо действия, чтобы ослабить ее зависимость от иностранной нефти. Первоначально, когда цены на импортную нефть подскочили в 1970-х годах, этанол применялся в качестве разбавителя бензина. Этанол стал широко известен в качестве высококачественной ан-тидетонационной добавки. В связи с ухудшением экологической обстановки этанол применялся в качестве оксигената, позволяющего уменьшить выброс загрязнителей в окружающую среду, так как за счет высокого содержания кислорода он подлежит более полному сгоранию. Нормативы, предусмотренные Законом о чистом воздухе по выпуску полностью сгораемого реформулированного бензина с более низкой летучестью и меньшим содержанием токсичных компонентов, вызвали больший интерес к эфиру на основе этанола — ЭТБЭ — химическому соединению, полученному в результате реакции этанола и изобутилена (продукта, получаемого на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях). ЭТБЭ имеет превосходные физические свойства и высокие эксплуатационные показатели, включая низкую летучесть, высокое октановое число, снижение выбросов угарного газа и углеводородов, а также отсуг-ствие проблем с фазовой стабильностью смесевых топлив. Этанол и ЭТБЭ вошли в список кислородсодержащих веществ для реформулированного бензина, который необходимо использовать в определенных районах США, где превышены нормативы по содержанию озона в воздухе. На сегодняшний день этанол широко используется в большинстве районов США. Он содержится более чем в 15 % всего бензина, продаваемого в этой стране. Бензин с примесью этанола предлагают такие компании, как «Exxon», «Sunoco», «Texaco», «ВР-Атосо», «Mobil», «ARCO», «Super-America», «Getty», «Chevron», «Union», «Shell», «Phillips», а также многочисленные независимые автозаправочные станции. С 1978 г. американские покупатели проехали на бензине с примесью этанола более 2 триллионов миль, что приблизительно равняется 80 ООО кругосветным путешествиям [57]. «Дня моей компании переход на этанол не представлял трудностей. Практически все наши терминалы способны получать бензиновые продукты, включая этанол, по железной дороге или баржами. Получение продукции таким путем не вызывает проблем... получение этанола танкерами не отличается от получения бензина. Это делается все время и не доставляет дополнительных хлопот торговцам бензином. Когда он (этанол) уже на терминале, его смешение с бензином также не сложно. Оборудование для смешения бензина с добавками имеется на любом топливном терминале в стране. ...Системы смешения [бензина] с этанолом не сложные и это не отнимает много времени. Я не вижу причины, почему мой опыт с этанолом ...уникален и не может быть повторен», — говорит Лео Либовиц, председатель совета директоров компании «Getty Petroleum». Можно возразить, что при использовании альтернативных видов топлива встает задача замены всей топливной инфраструктуры. Природный газ, метанол, электричество и другие виды топлива требуют специального с ними обращения и оборудования. Более того, их использование возможно лишь в специальных автомобилях, которые могут работать только на особом топливе. Этанол — уникальное топливо, так как оно разнообразно по применению. Этанол [10 % (об.)] обычно смешивают с бензином, при этом топливная смесь не требует каких-либо изменений в системе дозаправки или конструкции автомобиля. Он также может быть использован в концентрации 85 % (об.) с бензином в автомобилях, несколько модифицированных. Эти автомобили, называемые «автомобили с универсальным потреблением топлива», уже имеются у населения, и они стоят не дороже автомобилей, работающих только на бензине. И наконец, он может быть использован для получения ЭТБЭ, который обеспечивает значительное уменьшение уровня вредных веществ в выхлопных газах. С учетом всех этих вариантов использования этанол действительно является наиболее «гибким» из всех видов альтернативного топлива, и с ним легче всего обращаться. С успехом уже продемонстрированы значительные новые возможности в использовании этанола в качестве авиационного топлива. Многие нефтеперерабатывающие заводы стараются создать впечатление, что этанол является трудным продуктом в обращении и может возникнуть много проблем при его использовании. Однако большинство тех, кто публично возражает против применения этанола, используют его на заправочных станциях. Другие нефтяные компании полностью поддерживают применение этанола и отвергают заявления о том, что оно связано с большими проблемами. Американский нефтяной институт в последние годы является твердым сторонником этанола как средства расширения топливных запасов страны. Хотя этанол растворим в воде, что ограничивает возможность его транспортирования по трубам, многие нефтяные компании утверждают, что этанол в этом отношении не представляет уникальной проблемы. Транспортировка больших количеств этанола может быть достигнута с большей легкостью, чем любого другого альтернативного топлива. Более того, разнообразие возможностей использования делает его более привлекательным для инвестирования. Транспорт завтрашнего дня будет использовать рахтичные ресурсы, как обычные, так и возобновляемые. Новые автомашины на эффективном топливе и хорошие скоростные шоссейные дороги повысят эффективность использования обычных видов топлива. Этанол как важный возобновляемый ресурс мог бы широко применяться в двигателях внутреннего сгорания, электрических и гибридных автомобилях и автомобилях на топливных аккумуляторах. 4.2. ПРИМЕНЕНИЕ ЭТАНОЛА В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Принцип действия антидетонаторов заключается в предотвращении взрывного разложения продуктов предпламенного окисления топлива, происходящего до начала нормального горения топливной смеси. Все внешние признаки детонации хорошо известны, однако причины возникновения и механизм этого явления выяснены не полностью [60]. Существует несколько теорий, объясняющих сущность детонационного сгорания, но наиболее общепризнанной из них в настоящее время является так называемая перекисная теория [61J. В процессе окисления предельных углеводородов при высокой температуре в качестве промежуточных продуктов получаются органические гидроперекиси. Под действием на углеводороды высокой температуры образуются свободные радикалы, которые присоединяют молекулярный кислород; возникший при этом перекисный радикал отрывает водород от другой молекулы углеводорода, образуются новый радикал и молекула гидроперекиси: R—H<-»R* +Н ■ R • +0::0-*R—О—О • R—О—О • +R—H-»R—О—О—H+R* Гидроперекиси, будучи химически неустойчивыми, со взрывом разлагаются. Скорость горения зависит от состава горючего, поступающего во фронт пламени. Температура рабочей смеси от объема, прилегающего к поршню, до объема, прилегающего к фронту пламени, изменяется экспоненциально [62]. Повышение температуры увеличивает скорость реакций окисления, и во фронт пламени поступают продукты высокотемпературных реакций. В механизме реакций окисления углеводородов с реакцией образования гидроперекисей конкурирует реакция распада перок-сидных радикалов. Современные кинетические данные показывают, что уже при 250 “С и 1 МПа скорость распада более чем в 1000 раз превышает скорость образования гидроперекисей |б2]. При высокой температуре отношение скоростей образования гидроперекисей и распада пероксидных радикалов составляет около I О-4, и во фронт пламени поступают продукты распада пероксидных радикалов — высокореакционноспособные альдегиды в случае вторичных радикалов, образующихся из парафинов нормального строения. Это объясняет высокую склонность к детонации парафинов нормального строения и низкую —парафинов изостроения. Введение в автомобильные бензины этанола (и/или других оксигенатов) повышает их детонационную стойкость, так как при увеличении концентрации кислорода в топливе снижается теплота сгорания топливовоздушной смеси, происходит более быстрый отвод теплоты из камеры сгорания и в результате понижается максимальная температура горения. Это дает возможность увеличить степень сжатия топливовоздушной смеси с этанолом и тем самым повысить КПД автомобильного двигателя. Сегодня автомобильные компании рекомендуют использовать бензин с примесью этанола в реализуемых автомобилях. Новейшее исследование показало, что 9 из 10 автодилеров применяют в собственных автомобилях бензин с примесью этанола. Более половины дилерских компаний, принявших участие в исследовании [63], перечислили среди преимуществ, названных клиентами: уменьшение детонационного шума, увеличение пробега, более быстрое ускорение и улучшенный запуск двигателя. Независимые технические специалисты также доверяют этаноловым смесям при выборе топлива для своих семейных автомобилей. Исследования, проведенные в штате Айова, показали, что девять из десяти технических специалистов используют в своих персональных автомобилях этанол, они отмечают те же преимущества при его эксплуатации [64—66]. Применение бензина ЕЮ 110 % (об.) этанола и 90 % (об.) бензина] одобрено всеми внутренними и иностранными автомобильными компаниями, занимающимися реализацией автомобилей в США. Фактически три ведущие автомобильные компании этой страны — «Ford», «General Motors» и «Daimler-Chrysler» — рекомендуют использовать кислородсодержащее топливо, например этанол, что обусловлено его высокими экологическими и эксплуатационными характеристиками. Этанол — превосходное очищающее средство: в новых автомобилях он позволяет поддерживать чистоту двигателя. В более старых автомобилях под действием этанола отслаиваются загрязняющие вещества и остатки, осаждаемые в системе подачи топлива автомобиля. Иногда они могут накапливаться в топливном фильтре, и их удаляют просто путем замены фильтра. Все спирты адсорбируют воду, в результате чего водный конденсат, образовавшийся в системе подачи топлива, поглощается, не имея возможности скапливаться и замерзать. Благодаря тому что этаноловые смеси содержат как минимум 5—10 % этанола, который адсорбирует воду, при эксплуатации нет необходимости в добавке антифриза в бензопровод в зимний период. Современные автоматизированные автомобили при правильной эксплуатации имеют более высокие рабочие характеристики, чем транспортные средства, не оснащенные компьютеризированными системами. Улучшение работы достигается благодаря автоматизированной системе подачи топлива, которая самостоятельно производит корректировку при изменении режима эксплуатации или переходе на новое топливо. Установлено, что некоторые химические соединения, входящие в состав автомобильных бензинов, например олефины, вызывают образование нагара на топливном инжекторе [67]. В современные бензины вводят моющие присадки, которые предот- 65
> — НП9Н вращают образование отложений на топливном инжекторе и клапане [68, 69]. Владельцам автомобилей следует просмотреть руководство по эксплуатации автомобиля, которое поможет ответить на многие вопросы. Особое внимание следует обратить на требования к октановому числу или показателю детонационной стойкости бензина, которые обеспечивают надлежащую работу двигателя. Использование высокооктанового топлива не принесет большой экономичности, пока есть детонация двигателя. Эффективность работы бензина с примесью этанола была подтверждена многими годами его применения. Государственный подвижной пост регулирования движения на автодорогах штата Небраска использует бензин с примесью этанола более 20 лет. В нескольких штатах общественные транспортные средства успешно работают на бензине с примесью этанола начиная с 1979 г. 4.2.1. ПРИМЕНЕНИЕ «ЧИСТОГО» ЭТАНОЛА В АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ Наибольшее применение в качестве топлива нашел абсолютированный этанол, содержащий не менее 99,5 % основного вещества [70]. Задача обезвоживания этилового спирта решается ректификацией: азеотропной, экстрактивной, солевой и вакуумной, а также способами разделения, сочетающими ректификацию с расслаиванием, адсорбцией, мембранным разделением [71, 72]. Абсолютированный этанол может быть получен методом ректификации при пониженном давлении [73]. Все большее значение приобретает процесс первапорации (испарения через мембрану), основанный на различии в скоростях проникновения компонентов через полимерный материал [73]. Положительные свойства спиртовых топлив полностью проявляются при использовании их в чистом виде [74]. При переводе двигателя на работу с чистыми спиртами необходимо провести следующие мероприятия: •    увеличить вместимость топливного бака (для сохранения обычного бензозаправочного пробега, так как удельный расход спирта намного больше, чем бензина); •    увеличить степень сжатия двигателя до е = 12...14 с целью полного использования высокой детонационной стойкости топлива; •    перерегулировать карбюратор на более высокие расходы топлива и большую степень обеднения смеси. С энергетической точки зрения преимущества спиртов заключаются главным образом в высоком к.п.д. рабочего процесса и высокой детонационной стойкости |75]. К.п.д. спиртового двигателя выше бензинового во всем диапазоне рабочих смесей, благодаря чему удельный расход энергии на единицу мощности снижается [76]. Одновременно при использовании спиртов существенно снижается содержание вредных выбросов [77, 78|. Низкое давление насыщенных паров и высокая теплота испарения спиртов делают практически невозможным запуск карбюраторных двигателей уже при температурах ниже 10 °С. Для улучшения пусковых качеств в спирты добавляют 4—6 % изо-пентана или 6—8 % диметилового эфира, что обеспечивает нормальный пуск двигателя при температурах окружающего воздуха от —20 до -25 °С. [79, 80|. Для этой же цели спиртовые двигатели оборудуются специальными пусковыми подогревателями. При неустойчивой работе двигателя на повышенных нагрузках из-за плохого испарения спиртов требуется дополнительный подогрев топливной смеси, например с помощью отработанных газов [81]. В связи с рассмотренными выше трудностями некоторые ученые не рекомендуют применять спирты в чистом виде, указывая, что их лучше использовать, добавляя в обычные нефтяные топлива в количестве до 30 % [82]. 4.2.2. РОССИЙСКИЙ ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ЭТАНОЛА В СОСТАВЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ТОПЛИВ Исследования этанолсодержащих топливных композиций в России ведутся на протяжении уже более 20 лет, но все полученные результаты до сих пор не нашли широкого промышленного применения. Основные сравнительные характеристики спиртовых добавок в автомобильный бензин представлены в табл. 9. Таблица 9. Основные характеристики алифатических спиртов — компонентов авто мобильного бензина [83] Показатель Базовый бензин Метанол Этанол Изопро- панол* я-Бута- втор- Бу-таназ* Изобута- Плотность при 20 ‘С, кг/м3 Октановое число: по моторному методу по исследовательскому методу Показатель Бзлсшый бензин Метанол Этанол Изопро- паиол* н-Бута- втор- Бу-танол Изобута- Температура, *С: кипения застывания —60...-80 -97,8 Теплота испаре ния, кДж/кг Объемная теп лота сгорания, кДж/кг Массовая тепло та сгорания, кДж/кг Содержание кис лорода, % (мае.) Предельно допу стимая концентрация паров, кг/м3 Давление насы щенных паров при 38 ‘С, кПа Максимально до- пустимос содержание з бензине, Используются в качестве фазовых стабилизаторов метанола и этанола в бензинах. В отечественной патентной документации уже существует определенное число запатентованных добавок на основе этанола. Например, в патенте РФ №2106391 предлагается композиция, включающая низкооктановый бензин и кислородсодержащий компонент в виде продукта дистилляции смеси головной фракции этилового спирта (выкипает в интервале температур 78,0—79,0 °С) и сивушного масла (95,0—102,0 "С) в соотношении 1: (0,8...1,3). Композиция имеет низкую себестоимость и высокие физико-химические и эксплуатационные свойства. Эту добавку предлагается вводить в бензин в количестве 10—14 %. Патент РФ № 2161639 предлагает использование композиции на основе бензина, позволяющего расширить ассортимент высокооктановых неэтилированных бензинов с улучшенными экологическими свойствами, обеспечивающими снижение содержания СО и СН в отработанных газах автотранспорта. Добавка к бензину на основе этилового спирта включает, % (мае.): 6...20 — ароматического бензина, 0,1...J,5 — кротонового альдегида, 0,2...2,0 — уксусного альдегида, 0,5... 1,5 — воды, 0,1...4,0 — металлоорганической присадки. В качестве ароматического амина добавка содержит N-метиланилин или смесь толуидинов. Вышеуказанную добавку вводят в бензин в количестве 5— 15 % (мае.) [84]. Во ВНИИНП были разработаны октаноповышаюшие добавки на основе этанола: ВОКЭ (табл. 10) со стабилизатором (сивушные масла) и многофункциональная добавка ЛАЗУРИН. Новизна разработанных рецептур и их практическая ценность подтверждены патентом РФ [85]. Таблица 10. Акгидетонация иная присадка на основе этанола (патент РФ № 2068871) Содержание. % (мае.) Компонент
Этанол, не менее Сивушные масла, не более Вода, не более 5
Там же были разработаны: технические условия на вышеуказанные добавки и на автомобильные бензины, содержащие этанол («Бензины автомобильные неэтилированные, содержащие этанол», ТУ 38.401-58-2444—99) [85J; технология получения бензино-этанольных топлив; инструкция по применению, хранению и транспортированию бензинов, содержащих этанол. Патент РФ № 2129141 предлагает изобретение, позволяющее получить стабильные, обладающие высокой антидетонацион-ной эффективностью добавки, а также уменьшить расход октаноповышающих соединений при получении товарных бензинов. Добавка содержит, % (мае,): N-метиланилин — 5... 10, ферроцен и/или а-гидроксиизопропилферроцен — 0,05...0,15, стабилизированный этиловый спирт — остальное. Этиловый спирт стабилизирован алифатическими спиртами С3—С5, их эфирами или альдегидо-эфиро-спиртовой фракцией, полученной из отходов производства этилового спирта из древесного сырья. Добавка имеет специфический запах, не характерный для этилового спирта, что исключает ошибочное использование его как пищевого [86]. В патенте [87] предлагается антидетонационная добавка, включающая ароматический амин и органическое производное марганца — высокоэффективные антидетонаторы и смесь оксигенатов: этанола, метанола и МТБЭ. Разработанная добавка включает моющую присадку, присутствие которой по нормам Евросоюза является обязательным в автомобильных бензинах. 4.3. ТОПЛИВО Е85 Преимущества топлива Е85. •    Е85 легко использовать — оборудование заправки топливом Е85 слегка отличается, но схоже с оборудованием, применяемым для того, чтобы хранить и распределять нефтяное топливо. В некоторых случаях возможно переоборудовать имеющееся нефтяное оборудование для использования Е85. •    Использование Е85 позволяет сократить потребление бензина. •    Е85 уменьшает количество вредных выбросов в окружающую среду — кроме эксплуатационной легкости Е85 предлагает значительные экологические преимущества. •    Автомобили с универсальным потреблением топлива (АУПТ) доступны: АУПТ, спроектированные для эксплуатации на Е85, становятся все более распространенными: АУПТ как стандартные транспортные средства имеют меньшую или сопоставимую стоимость. •    АУПТ имеют возможность гибкого варианта заправки mon.iu-вом. АУПТ могут работать на бензине, и в действительности большая часть из них так и функционирует сегодня, что является реальным показателем универсальности АУПТ. Когда какое-либо АУПТ не имеет возможности заправки Е85, водитель просто может заправить его любым другим топливом, исходя из сложившейся ситуации. Национальная коалиция этаноловых транспортных средств США способствует внедрению в практику Е85 —топлива, содержащего 85 % (об.) этанола и 15 % (об.) бензина. По определению Департамента энергетики США Е85 входит в перечень альтернативных топлив, поскольку этанол подвергается более «чистому» распаду, чем бензин. Это на 85 % возобновляемое экологическое топливо, его применение благоприятствует экономическому состоянию и энергетической независимости стран с малыми запасами или не обладающими запасами нефти. Из всех видов топлива, доступных сегодня в США, топливо Е85 обладает самым высоким содержанием кислорода. Применение Е85 позволяет снизить количество вредных выбросов, таких, как озон и оксид углерода, и атмосферных токсинов, таких, как бензол. Некоторые штаты США обладают большим парком адаптированных к топливу Е85 транспортных средств. Движущей силой этого являются загрязнение воздуха ископаемым топливом, таким, как бензин, зависимость от иностранных поставщиков и неясное будущее для бензина как всемирного нефтяного ресурса. При использовании 1 л топлива Е85 можно получить лишь около 2/з энергии, получаемой от 1 л бензина. Исходя из этого, можно предположить, что полезная работа была бы на '/з меньше. Однако опыт настоящего времени показывает, что дальность пробега на единицу топлива на этаноловых смесях всего лишь на 5—12 % ниже, чем у бензина [88]. Ожидается, что срок эксплуатации АУПТ будет значительно большим, чем соответствующих автомобилей с потреблением бензина. 4.3.1. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Свойства Е85 приведены в табл. 11. Этанол — воспламеняющаяся бесцветная жидкость со слабым специальным запахом спирта. Цвет смесевых этаноловых топлив зависит от цвета бензина в смеси. Смеси также могут иметь запах, похожий на бензин. Удельная теплота сгорания Е85 на 27—28 % ниже, чем у бензина. Таблица II. Эксплуатационные свойства Е85 Характеристика Показатель
Плотность паров Растворимость в воде Удельная теплота сгорания Характеристика пламеии Плотность Проводимость электрического тока Стехиометрический коэффициент топливо/ воздух Пары этанола, так же как и пары бензина, тяжелее воздуха и имеют склонность к скоплению в низинах и впадинах местности. Тем не менее пары этанола быстро рассеиваются Этанол, входящий в состав Е85, растворим в воде Удельная теплота сгорания этанола ниже, чем у бензина. Если сравнивать теплоту сгорания этанола и бензина, то 1 л E8S эквивалентен 0,72 л бензина Пламя Е85 менее яркое, чем пламя бензина, но оно хорошо видно при дневном свете Топливо Е&5 тяжелее бензина Этанол и его смеси проводят электричество. Бензин, напротив, является диэлектриком При использовании ES5 требуется булылая концентрация топлива в смеси с воздухом, чем при использовании бензина, поэтому Е85 не может использоваться в обычных карбюраторных двигателях Показатель
Характеристика
Этанол менее токсичен, чем бензин или метанол. В чистом этаноле нет канцерогенных компонентов, однако в топливе Е85 канцерогенные компоненты могут потенциально присутствовать в углеводородном компоненте При низких температурах (0°С) пары Е85 более опасны, чем пары бензина. Однако в обычных условиях пары Е85 менее опасны, чем пары бензина, из-за более высокой температуры самовоспламенения
Токсичность Воспламеняемость
Сравнение свойств Е85, метанола, этанола и бензина дано в табл. 12. Таблица 12. Сравнительная характеристика топлив Свойство Метанол Этанол Бензин с ОЧ4 87 Химическая формула С2Н5ОН Углеводороды С4—С12 Элементный состав, 38 С, 12 Н, 52 С. 13 Н, 85...88 С, 57 С. 13 Н, % (мае.) 12...15 Н Пробег на единицу объема по сравнению с бензином, % Необходимое увеличение объема топливных баков по сравнению с бензином В 1,8 раза В 1,5 раза В 1,4 раза Давление насыщенных паров по Рейду, кПа
Температура самовоспла
Зависит от
менения, ’С, при концентрации паров топлива, %
углеводо
родного
состава
фракций
Плотность при 18 *С, кг/м3
Мощность двигателя
Возрастает на 4 %
Возрастает на 5 %
Стандартная
Возрастает на 3-5 %
Стехиометрический коэффициент воздух/топливо (по массе)
Топливо Е85 применяется так же, как бензин, однако физикохимические свойства спирта отличаются от свойств бензина и должны определяться при установлении стандарта топливной композиции. Так, в отличие от бензина этанол обладает электропроводимостью, и хотя это свойство рассматривается как положительное с точки зрения повышения безопасности, при эксплуатации необходимо, чтобы все алюминиевые детали были удалены из топливной системы дозирования.
Американское общество по тестированию материалов (American Society for Testing and Materials — ASTM) и Американская автомобильная ассоциация производителей (Ajnerican Automobile Manufacturers Association — AAMA) установили стандарты для E85. Несмотря на то что оба стандарта похожи, далее будут рассмотрены только стандарты ASTM как наиболее распространенные.
Спецификация стандарта топлива по ASTM. ASTM спецификация стандартов для топливного этанола, обозначенная как ASTM Ed75Ed85 (d — для денатурированного спирта), охватывает топливные смеси для разных сезонов и географических районов. Этанол и углеводородная денатурирующая добавка, применяемые при изготовлении топливного этанола, должны соответствовать требованиям ASTM (D48G6-01a «Спецификация стандарта для денатурированного топливного этанола для смешивания с бензинами для использования как автомобильное топливо в двигателях внутреннего сгорания») (табл. 13).
Таблица 13. ASTM D 5798—99 «Спецификация стандартов для топливного этанола я автомобилях с двигателем внутреннего сгорании*
Свойство
Значение для класса
Метод
тестирования
ASTM класс летучести
Этанол плюс высшие спир
ASTM D 550!
ты [минимальная концент
рация, % (об.)]
Содержание углеводоро
ASTM D 4815
дов, % (об.)
Давление насыщенных па
ASTM D 4953
ров при 38 'С:
фунт/кв. дюйм
5,5, ..8,5
9,5...12,0
Максимальное содержание
ASTM D 3231
фосфора, мг/л
Значение для класса
Метод
тестирования
Свойство
Максимальное содержание серы, мг/л 210
Максимальное содержание метанола, % (об.) Максимальное содержание высших спиртов, Cj—Cj, Максимальное содержание воды, % (мае.) Максимальная кислотность по уксусной кислоте, мг/кг Максимальное содержание неорганических хлоридов, мг/кг Общее максимальное содержание хлоридов по хлору, мг/кг Максимальное содержание смол, невымываемых растворителем, мг/100 мл Максимальное содержание смол, вымываемых растворителем, мг/100 мл Максимальное содержание меди, мг/100 мл Внешний вид -    0,07    - Продукт должен быть светлым и прозрачным, без видимых включений ASTM D 3120 D 1266 D 2622 ASTM Е 203 ASTM D 1613 ASTM D 512 D 7988 ASTM D 4929 ASTM D 381 ASTM D 381 ASTM D 1688 Определяется при температуре окружающей среды, но не ниже 21 -С Сезонно адаптированные смеси. Количество спирта в топливной смеси зависит от географического положения региона и сезона. При холодной погоде во избежание проблем с запуском двигателя в смесь добавляют большее количество бензина. Минимальное содержание спирта — 70 % (об.) — в соответствии с топливным стандартом ASTM допускается в зимней смеси. Такое сезонное изменение состава смеси—от 15 до 30% бензина — позволяет избежать трудностей, связанных с холодным запуском двигателя в зимний период. Углеводороды. При получении Е85 используют неэтилированный бензин. Углеводородный компонент, смешиваемый с этанолом для получения Е85, должен соответствовать тем же стандартам, что и бензин. Топливо Е85 также может содержать ЭТБЭ и МТБЭ или другие алифатические эфиры в качестве компонентов смеси. Добавки к топливу. Согласно постановлениям Организации по охране окружающей среды США (Environmental Protection Agency—ЕРА) все автомобильные бензины должны содержать определенные присадки, моющие компоненты и ингибиторы коррозии. После перемешивания бензина с денатурированным спиртом для получения Е85 любые примеси, которые были в бензине, будут присутствовать в Е85 (хотя и в меньшей степени). Несмотря на то, что добавление моющих присадок в углеводородный компонент Е85 является обязательным, на спиртовые доли топливной композиции моющие присадки, как правило, не добавляются. Перегрузка моющими присадками топлива Е85 может стать причиной неудовлетворительной эксплуатации автомобиля. 4.3.3. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЯЕМЫМ МАТЕРИАЛАМ Важно, чтобы при заправке топливом не происходило его загрязнения. Определенные материалы, применяемые при работе с бензином, абсолютно несовместимы со спиртом. Когда эти материалы (например, алюминий) вступают в контакт с этанолом, они могут затем загрязнить топливо и повредить детали двигателя, что может повлечь за собой проблемы при эксплуатации автомобиля. Даже если при этом топливная система не повреждается, управление транспортным средством на этанолсодержащем топливе, содержащем загрязнения, может стать причиной отложений, которые со временем могут привести к выходу двигателя из строя. Ниже будут рассмотрены материалы и оборудование, которые хорошо совместимы с топливом Е85. Институтом нефтяного оборудования США были собраны наиболее обширные данные по оборудованию, совместимому со спиртом. Некоторые вещества меняют свои свойства при контакте со смесями этанолового топлива, содержащими спирт в высоких концентрациях. Например, цинк, латунь, свинец и алюминий очень чувствительны к действию спирта. Сталь с гальваническим покрытием из свинцово-оловянного сплава, которая обычно используется при изготовлении резервуаров для бензина, и соединения со свинцом несовместимы с топливом Е85, Следует избегать использования этих металлов, так как это может привести к загрязнению топлива и возникновению про-блем при эксплуатации автомобилей. Сталь без покрытий, корро-зионно-стойкая сталь, темно-серый чугун и бронза показали удовлетворительную стойкость к воздействию этанола. Некоторые неметаллические материалы, например натуральный каучук, полиуретан, пробковые материалы для прокладок, кожа, поливинилхлорид (ПВХ), полиамиды, пластмассы на основе метилметакрилата и некоторые термопластмассы и термоактивные пластмассы, при контакте с топливным этанолом разрушаются. Согласно данным «Underwriters Laboratories, Lnc. Buna-N» [88], к числу неметаллических материалов, успешно используемых для транспортирования и хранения топливного этанола, могут быть отнесены изделия из термореактивных смол, армированных стекловолокном (термопластиковые трубопроводы и цистерны из термореактивных смол, армированных стекловолокном). В контакте с Е85 также можно использовать неопреновые каучуки, полипропилен, нитрил, витон и тефлон. 4.3.4. ХРАНЕНИЕ И ДОЗИРОВАНИЕ ТОПЛИВА Технологии хранения и дозирования, применяемые для бензина, могут быть также применены и в отношении спиртового топлива, например Е85. Однако в системах хранения и распределения топлива должны использоваться только совместимые с Е85 материалы. Правильный выбор материалов, используемых для систем хранения и распределения, а также последующей надлежащей обработки топлива, является решающим фактором для успешного функционирования транспортных средств, работающих на топливном этаноле. Несмотря на то что предполагается продолжать исследования и испытания, те материалы, которые здесь описаны, хорошо зарекомендовали себя с Е85. Во многих случаях системы, применяемые для бензиновых, дизельных или иных углеводородных топлив, могут также быть использованы для хранения и распределения топливного этанола. Большинство металлических подземных хранилищ, которые отвечают стандартам ЕРА от декабря 1998 г., можно использовать для хранения Е85. Во многих подземных цистернах, сделанных из стекловолокна и соответствующих стандартам ЕРА, также можно хранить Е85. Однако цистерны из стекловолокна выпуска до 1992 г. НЕ МОГУТ применяться для хранения Е85. Если для хранения Е85 предполагается использовать существующие подземные хранилища или цистерны из металла или стекловолокна, которые имеют сертификацию для Е85, следует предпринять действия, описанные ниже. Резервуары. Очистка резервуаров. В том случае, если в цистерне, которая предназначена для Е85, хранилось топливо иного вида, она должна быть очищена, так как при хранении бензина под землей некоторые микрочастицы могут оседать и образовывать отложения. При попадании спирта в такие емкости этот шлам превращается в суспензию, что может привести к серьезным проблемам при эксплуатации транспортных средств. Существует несколько методов удаления отстоев со дна емкости. Очистка каждым из методов должна осуществляться компанией, имеющей соответствующий сертификат, а также опыт работы по очистке цистерн для хранения нефти. При этом следует: 1)    использовать специальное устройство — «фильтрующий насос». Данный способ аналогичен очистке плавательного бассейна: фильтрующий насос опускают в цистерну и перекачивают продукт, при этом фильтр улавливает взвешенные частицы; 2)    войти в цистерну и произвести очистку отстоя с помощью пара; 3)    использовать робот-пушку для перехода отстоя во взвесь в жидкой фазе. Затем отстой выкачать из цистерны с помощью насоса и выбросить в разрешенном месте. Однако при применении такого метода удаления иногда можно повредить стенки цистерны, делая ее непригодной для дальнейшего хранения топлива; 4)    поместить в цистерну химический очиститель для очистки стенок. Оставшиеся микрочастицы можно затем откачать из емкости насосом и выбросить их. Применение каждого из методов очистки будет зависеть от конкретной ситуации, типа топлива, находящегося в цистерне, государственных и местных правил и положений по защите окружающей среды. Подземные резервуары. Можно использовать емкости с двойными стенками из стали холодной обработки с низким содержанием углерода, но использование сварных цистерн более предпочтительно; согласно требованиям ЕРА резервуары должны быть защищены от коррозии. Нельзя использовать цистерны с металлическим покрытием. Цистерны из стеклопластика с одинарной стенкой или двойными стенками устойчивы к коррозии, и их можно использовать для хранения топливного этанола. Наземные резервуары. Некоторые компании производят такие наземные резервуары, которые можно использовать для Е85. Наземные резервуары меньше по размеру, чем подземные. Резервуары могут быть сконструированы из нержавеющей стали, стали холодного проката или из пластика, армированного стекловолокном. Применение резервуаров с металлическим покрытием, как правило, не рекомендуется. Система перекачки. Топливная система подачи Е85 может быть изготовлена из железа, негальванизированной или нержавеющей стали. В насосах лопастного типа не должны применяться лопасти, сделанные из мягких металлов (цинка, меди, свинца, алюминия). Сталь или технический полимер высокой химической прочности имеют удовлетворительные показатели. Оборудование для перекачки. Для наземных и подземных систем топливных хранилищ применяются одинаковые шланги, сопла и соединительная арматура. Общие характеристики этих двух систем приведены в данном разделе, а отличия компонентов и частей для наземных и подземных систем будут рассмотрены в следующих разделах. Не следует использовать детали, сделанные из цинка, меди, свинца, алюминия или иных мягких металлов. Топливный этанол может вызвать выщелачивание таких мягких металлов, что может привести к загрязнению топливных транспортных систем и их плохой работе. Встроенные фильтры. В дозирующем оборудовании для топливного этанола рекомендован одномикронный встроенный фильтр. Такой фильтр позволяет улавливать большинство частиц и примесей, которые могут присутствовать в цистерне, и не допустить их проникновения в транспортное средство во время заправки топлива. Одномикронные топливные фильтры, совместимые с Е85, производят многие компании. Шланги для перекачки. Тип шланга, который используют для перекачки Е85, зависит от системы улавливания паров, применяемой в данной географической зоне. Фирма «Goodyear Tire and Rubber Company» — один из надежных производителей данного оборудования. При выборе материалов для заправочной станции следует получить самую последнюю информацию у продавцов оборудования, отдавая предпочтение высокостойким материалам, которые не разрушаются в результате постоянного контакта со спиртовым топливом. В некоторых случаях в наличии может быть оборудование, предлагаемое для использования с топливным метанолом. Поскольку топливный метанол является более коррозионно-активным, чем топливный этанол, компоненты и материалы, сертифицированные для топливного метанола, почти всегда могут быть использованы при работе с топливным этанолом. Сопла. Для работы с Е85 не следует применять алюминиевые сопла, а сопла, сделанные из любого сплава алюминия, следует применять с особой осторожностью. Наилучший вариант — сопла с никелевым гальваническим покрытием. Арматура и соединители. Вся арматура, соединители и адаптеры, которые находятся в контакте с топливной смесью, во избежание разрушения должны быть изготовлены из таких материалов, как нержавеющая сталь (наилучший вариант), чугун или бронза. В случае применения арматуры, изготовленной из алюминия или меди, она должна быть покрыта никелем, чтобы не допустить прямого контакта металла с топливным этанолом. Трубопроводы. Оптимальный выбор для подземного трубопровода — это неметаллическая труба, которая не подвергается действию коррозии. Допускаются к использованию чугунные и гальванизированные трубы, но для них потребуется антикоррозийная защита. Для работы с топливным этанолом нельзя использовать обычные трубопроводы, сделанные из стали с цинковым покрытием. Герметизировать трубные резьбовые соединения при необходимости можно с помощью ленты из тефлона или трубно-резьбового соединения на тефлоновой основе. Для вторичных трубопроводов следует использовать армированные термореактивные стеклопластики или термопластиковые трубы с двойными стенками. 4.4. ПРОБЛЕМЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ЭТАНОЛА В БЕНЗИНАХ, И ПУТИ ИХ УСТРАНЕНИЯ Качество топлива, применяемого в автомобилях с различными двигателями, отражается на сроке их службы и эксплуатации. В том случае, если состав используемого топлива не подходит для температуры окружающего воздуха или если топливо быстро испаряется, ухудшается управляемость автомобилем. Бензин является сложным соединением, в состав которого входит около 300 различных компонентов, в основном углеводороды, полученные путем переработки сырой нефти. Так, в США нефтеперерабатывающие компании должны соблюдать стандарты на бензин, установленные Американским обществом по испытанию материалов (ASTM), Управлением по охране окружающей среды, государственными регулирующими органами, а также различные внутренние стандарты. Опыт применения этанольных топлив позволил выявить некоторые недостатки композиций на основе этанола, связанные с различием физико-химических свойств бензина и спирта, к которым можно отнести следующие: —    повышенная коррозионная активность по отношению к ряду конструкционных материалов; —    ухудшение смазывающих и противоизносных свойств; —    пониженная теплота сгорания; —    отрицательное воздействие на резины и пластмассы (проникает в материал шлангов и герметических уплотнений, что увеличивает потери топлива при испарении); —    расслаивание спиртобензиновых смесей в присутствии воды; —    повышение давления насыщенных паров топлива, а следовательно, увеличение вероятности образования паровых пробок в топливной системе. Большинство из этих недостатков легко устранимы [89]. Скорость коррозии растет с увеличением содержания воды, но до определенного предела. Максимальная скорость коррозии в этаноле составляет 0,6 г/(м2 ч) при содержании 60 % воды, скорость коррозии меди в этаноле — 0,4 г/(м2-ч) при содержании 85% воды. Для улучшения таких эксплуатационных показателей спиртовых топлив, как их противоизносные свойства и коррозионная агрессивность, в топливо рекомендуется вводить пакет модификаторов: смазывающую присадку, ингибиторы коррозии [90] (оксиэтили-рованиые алкилфенолы; ал кили м идазол и ны; масло ПОД —продукт взаимодействия основных — циклогексанол и циклогекса-нон — и побочных продуктов циклогексана (91]). На АвтоВАЗе был испытан бензин марки АИ-95Э, содержащий 5... 10% технического этанола (ТУ 38.302-15-02—94). Было установлено, что бензин с содержанием этанола 5 % не оказывает отрицательного влияния на резинотехнические изделия и поэтому в соответствии ГОСТ Р 5i 176 допускается к производству и применению. Пределы воспламенения бенэиноэтанольной смеси шире, нежели у чистого бензина, поэтому применение спиртовых композиций позволяет работать на обедненных смесях. Вследствие этого, несмотря на меньшую теплоту сгорания, увеличение расхода топлива незначительно. Что касается агрессивного действия на резинотехнические изделия, то подбором полимерных материалов, стойких к действию спиртов, можно не допустить потери топлива с испарением. 4.4.1. ФАЗОВАЯ НЕСТАБИЛЬНОСТЬ Основным недостатком бензиноспиртовых топлив является фазовая нестабильность, обусловленная наличием в них небольших количеств воды и, как следствие, офаниченной взаимной растворимостью компонентов [85]. Введением в спиртовые топлива соответствующих модификаторов и стабилизаторов удается преодолеть возникающие трудности [92). Наибольшее влияние на рассла-иваемость спиртовых бензинов оказывает содержание воды. Для обеспечения стабильности бензинов со спиртами при производстве, хранении и применении необходимо: предотвращать попадание в них воды; использовать стабилизирующие добавки (сораство-рители), гомогенизирующие систему бензин — вода — спирт [93]. Также рекомендуется вводить спирт в бензин непосредственно перед заправкой автомобиля. В качестве стабилизаторов бензиноспиртовых смесей предлагается использовать: алифатические спирты С3—С[2 нормального и разветвленного строения, фенолы, алкилацетаты, простые и сложные эфиры и их металлоорганические производные, кетоны, амины, ПАВ, а также гликоли и их эфиры, альдегиды, кетали, ацетали, ал-килкарбонаты, карбоновые кислоты и смеси указанных соединений. Добавка стабилизаторов препятствует расслоению спиргсодержаще-го бензина до температуры —40...—23 °С |94|. Хорошими и при этом дешевыми стабилизаторами являются сивушные масла, обеспечивающие гомогенность топлива при температуре выше —25 °С. Способность бензиноэтанольных смесей к расслаиванию зависит от состава бензина, содержания спирта и содержания воды в композиции. С увеличением концентрации ароматических соединений в бензине и увеличением содержания в топливе спирта температура помутнения понижается. Однако количество воды в системе является значительно более важным фактором. Можно провести простой тест на определение доли спирта в бензине, который выполняется методом обезвоживания. Для теста потребуется мерный стеклянный цилиндр обычно вместимостью 100 мл. Следует поместить в цилиндр 100 мл пробного бензина. Добавить 10 мл воды, закрыть пробкой и тщательно перемешивать в течение 1 мин. Отставить на 2 мин. Если в смеси спирт отсутствует, все 10 мл воды осядут на дне цилиндра. В случае присутствия спирта он опустится на дно вместе с водой, выходя за 10-миллилит-ровый предел по нижнему уровню. Если вычесть число 10 из значения нижнего уровня, разность будет соответствовать процентному содержанию спирта в бензине. Влияние высокого содержания этилового спирта в бензине было изучено в начале 1970-х годов рядом методов, связанных с получением продуктов и их выделением. В настоящее время бензин и этанол тщательно изучаются на трубопроводном терминале для обеспечения надлежащего смешивания. Технологии обезвоживания этанола. Основным источником появления воды в спиртовом топливе является сам этанол, изначально содержащий в себе некоторое ее количество. Поэтому наиболее эффективным методом снижения количества воды в топливе будет обезвоживание этанола, Главной проблемой обезвоживания является образование азеотропа этилового спирта с 4 % (об.) воды, которую уже нельзя удалить простой перегонкой. Все методы получения абсолютного спирта можно разделить на несколько типов: 1) при помощи связывания воды твердыми водосвязывающими материалами на холоде; 81
2)    с применением жидких водосвязывающих веществ; 3)    методы, основанные на явлениях азеотропизма; 4)    с применением растворов солей, смещающих азеотропную точку (солевое абсолютирование); 5)    использование явления диффузии паров через пористые перегородки; 6)    абсолютирование под вакуумом. Обезвоживание спирта при помощи твердых водоотнимающих веществ использовалось в промышленных масштабах. Среди твердых поглотителей наиболее известен оксид кальция. В литературе встречается два мнения: возможность удаления с его помощью больших количеств воды и дообезвоживание при содержании воды в сотые доли процента. Однако широкого применения этот способ не получил. При обезвоживании жидкими водопоглотителями использовался в основном глицерин. Применяя чистый глицерин (95], получают спирт крепостью 99,2 % (об.). Применяя глицериновые растворы обезвоживающих солей (СаС12, К2СОз), получают спирт крепостью 99,9—100%. Однако и этот метод [96], как и метод обезвоживания, основанный на различной скорости диффузии паров спирта и воды через мембраны, и перегонка под вакуумом, не получил распространения. Наибольшее промышленное значение имеет обезвоживание азеотропным методом. Перспективен также и метод абсолютиро-вания при помощи солевой ректификации |97], разработанный Л. Л. Добросердовым [98]. Однако все это многообразие методов не предлагало оптимального метода — эффективного, дешевого, нетоксичного, применимого в большом диапазоне содержания влаги и приспособленного к требованиям промышленности. Поэтому интересным и важным было выбрать и усовершенствовать или предложить другой оптимальный метод. Обезвоживание этанола цеолитами в стационарном режиме. Сущность метода заключается в адсорбции воды цеолитами типа NaX ЗА. Эти цеолиты применяются для обезвоживания в качестве молекулярных сит, т. е. механизм удаления влаги включает в себя не только адсорбцию молекулы воды на активном центре цеолита, но и фильтрование через поры такого размера, который допускает проникновение только молекул воды, отделяя их от спирта. Емкость цеолитов по воде составляет 18 % (мае.). Требовалось получить спирт с разным содержанием воды: 3,3, 3,0, 2,7, 2,5, 2,0 % (об.) воды. Для каждой пробы (по 50 мл) расчетным методом было определено то количество цеолита, которое необходимо для получения спирта с заданным содержанием воды. Приготовление образцов проводилось следующим образом: к 50 мл этилового спирта прибавляли рассчитанное количество цеолитов, после чего герметично закрытые пробы выдерживались в течение 24 ч [99]. Затем спирт отделяли от насыщенных водой цеолитов и направляли на анализ остаточного содержания влаги. Потери спирта составляли 2—4 % (об.). Полученные результаты представлены в табл. 14. Таблица >4. Остаточное содержание воды в этаноле, обезвоженном различным количеством цеолита в стационарном режиме Количество цеолита, пошедшее на обезвоживание этанола, г Остаточное содержание воды, _% (мае.)_ 3,25
6,12
Из таблицы видно, что обезвоживание спирта цеолитами в стационарном режиме для получения спирта заданной «чистоты*» является эффективным методом, доступным в широком диапазоне влагосодержаний, причем последующая регенерация цеолитов прокаливанием позволяет не расходовать реагенты. Этот метод можно считать комбинированным, так как он включает два процесса: адсорбцию молекул воды на активных центрах цеолитов и физическую фильтрацию через микропоры размером ЗА (размер молекулы воды ЗА, а этанола 4А). Однако применение этого метода в промышленности нецелесообразно, так как процесс периодический и очень длительный (цикл составляет порядка одних суток). Это обусловлено малыми скоростями диффузии воды к поверхности цеолитов (внешней). В стационарных условиях движущей силой внешней диффузии является лишь тепловое движение молекул воды, равномерно распределенных во всем объеме спирта, которое при комнатной температуре невелико. Если рассматривать непрерывную адсорбцию в жидкой фазе, то можно утверждать, что она характеризуется хорошими скоростями. При этом лимитирующей стадией в кинетике процесса будет скорость внутренней диффузии, небольшая из-за малых размеров пор, сравнимых с размерами молекул веществ. Поэтому такой метод малоэффективен при небольших размерах аппаратов. Кроме того, ресурс цеолитов в непрерывном жидкофазном процессе будет использоваться не полностью, так как «проскок» наступит раньше, чем молекулы воды достигнут глубоких активных центров цеолита. Обезвоживание этанола в паровой фазе цеолитами. Метод заключается в перегонке спирта через колонку, заполненную цеолитами NaX 4А. В отличие от обезвоживания в стационарном режиме в данном случае механизм метода основан только на адсорбции. Выбор типа цеолитов базируется на соотношении их адсорбционной активности и селективности. Известно, что цеолиты типа NaY более активны в процессе адсорбции воды, но они при этом достаточно активно адсорбируют и этиловый спирт, молекулы которого полярны, что увеличивает потери целевого компонента. Цеолиты NaX, обладая меньшим сродством к полярным соединениям, позволяют снизить конкурентную адсорбцию и повысить селективность обезвоживания. Процесс обезвоживания эффективнее вести в паровой фазе. Поскольку для гидрофильного цеолита, такого, как NaX, связь «активный центр — вода» прочнее, чем «активный центр — спирт», а повышенная температура пара еще более ослабляет эти связи, то адсорбируется преимущественно вода. Больший размер пор позволяет проходить в них и воде, и спирту. Это могло бы способствовать конкурентной адсорбции, что обусловило бы снижение ресурса цеолита в процессе обезвоживания и увеличение потерь целевого спирта. Однако при температуре кипения тепловое движение молекул значительно усиливается, а поскольку цеолиты типа NaX имеют большее сродство к полярной воде, нежели к менее полярному спирту, то для этанола в данных условиях преобладает десорбция, а адсорбироваться будет только вода. В рамках исследования [99] было проведено несколько экспериментов, различающихся лишь скоростью прохождения паров этанола через колонку, заполненную цеолитами, при этом каждый раз колонку заполняли новым (регенерированным) цеолитом. Эксперимент проводился по следующей методике: в колбу помещали 50 мл спирта и перегоняли его через колонку диаметром 3 см с разными скоростями [0,012—0,11 л/(с м2)]. Полученный отгон далее анализировали на остаточное содержание воды. Регенерацию цеолитов проводили прокаливанием при 350 °С в течение 4 ч. Полученные результаты представлены на рис. 15. Из графика видно, что зависимость остаточного содержания воды от скорости перегонки этанола через цеолиты имеет практически прямолинейный характер. На практике необходимо учитывать еще один фактор — емкость цеолитов, который определяет размеры аппаратов-адсорберов и время межрегенерационного периода. Таким образом, подбором таких параметров, как скорость перегонки и объем цеолитов (размеры адсорбера), используя метод обезвоживания этанола в паровой фазе цеолитами, можно получить эффективный гибкий процесс, легко реализуемый в промышленности. Рис. 15. Зависимость остаточного содержания воды от скорости перегонки этанола через цеолиты типа NaX 4Л Зависимость фазовой стабильности от концентрации этанола в бензине. Несмотря на предложенный выше эффективный, экологически чистый и сравнительно недорогой процесс абсолютирова-ния этанола, его применение все же усложняет производство эта-нолсодержащих топлив. В мировой практике в качестве октаноповышающей добавки наиболее распространен абсолютированный этанол, содержащий не менее 99,5 % основного вещества. Однако в действительности не всегда необходимо обезвоживать этанол до такой глубины, часто можно ограничиться гораздо меньшими степенями очистки. Представлялось важным определить оптимальное остаточное содержание влаги в этиловом спирте, при котором не нарушается фазовая стабильность композиции, соответствующая требованиям ГОСТ Р 52201—2004. При этом в каждом конкретном случае количественных соотношений спирта и бензина оптимальное влагосо-держание спирта будет различным. Для оценки взаимной растворимости компонентов спиртобензиновой композиции определялись температуры помутнения спиртобензиновых смесей с различным объемным содержанием этанола [99]. В качестве значения, удовлетворяющего ГОСТу, была принята температура помутнения бензанола зимнего вида на месте производства, равная минус ЗО'С. Полученные результаты представлены на рис. 16, который демонстрирует, что стабильность композиций растет при увеличении содержания в них спирта. Из рисунка видно также, что, действительно, применение этанола даже при невысоких концентрациях не требует такой глубокой степени обезвоживания, какая 5 % спирта Рис. 16. Зависимость температуры помутнения спиртобензиновой смеси от содержания волы в спирте для композиций различного количественного состава (указана на кривых) используется традиционно. При содержании этанола 10 % (об.) (максимально допустимом по действующему ГОСТу) остаточное содержание воды в этаноле может достигать 2,5 % (об.), а в композиции, содержащей 50 % (об.) и чуть больше 40 % (об.) спирта, вообще нет необходимости применять абсолютирование. Эта зависимость объясняется различием в соотношении вода : спирт: углеводороды, значения которых для этанолсодержащих топлив различного состава представлены в табл. 15. Таблица 15. Массовое соотношение вола:соирт:углеводоролы в топливных композициях различного количественного состава Содержание воды в этаноле, % (мае.) Содержание этанола (с водой) и топливе, % (мае.) Из таблицы видно, что приходящееся на 1 г воды соотношение этанол:углеводороды минимально для 5 % (мае.) этанола, содержащего 3,53 % (мае.) воды, и максимально для 50 % (мае.) этанола, содержащего 1,38 % (мае.) воды. Это соотношение увеличивается с повышением концентрации спирта в композиции и понижением содержания в нем воды. Система бензин—спирт—вода представляет собой эмульсию, в которой бензин является дисперсионной средой, вода — дисперсной фазой, а спирт — эмульгатором. Молекула этанола состоит из полярной гидроксильной группы и практически неполярного углеводородного радикала, т. е. представляет собой поверхностноактивное вещество (ПАВ). Однако эффективность его как ПАВ невелика, так как углеводородный радикал слишком короток. Поэтому для стабилизации эмульсии волы в бензине требуются большие количества этанола. На рис. 17 показан механизм стабилизации эмульсии вода-бензин этанолом. Поскольку этанол в чистом виде сравнительно неплохо растворяется в бензине, он будет равномерно распределен по всему объему спиртобензиновой смеси. При наличии в системе мелко диспергированных капель воды вероятность нахождения достаточного для стабилизации числа молекул спирта около капли воды будет тем выше, чем больше содержание спиртовой части относительно углеводородной в топливе (см. табл. 15). Этим и объясняется увеличение фазовой стабильности спиртобензиновых композиций с повышением содержания в них этанола. Таким образом, можно сделать вывод о том, что эффективнее использовать высокие концентрации этанола в смеси с бензином, так как для обеспечения их требуемой фазовой стабильности остаточное содержание воды в этаноле может быть большим. Топлива, включающие более 40 % (об.) этанола, обладают требуемой фазовой стабильностью без предварительного обезвоживания товарного спирта и введения стабилизаторов. Рис. 17. Механизм ставил шапии эмульсин вода—бензин этанолом 4.4.2. ЛЕТУЧЕСТЬ И ДАВЛЕНИЕ НАСЫЩЕННЫХ ПАРОВ Прежде чем попасть в цилиндр двигателя, жидкий бензин проходит через топливный инжектор или карбюратор, распыляется и превращается в пар. Очень важно учитывать способность топлива к испарению. Способность топлива к испарению или переходу из жидкого состояния в газообразное называется летучестью. Признаками низкой испаряемости являются плохой запуск холодного двигателя, слабый прогрев, плохая управляемость в прохладную погоду и неравномерная подача топлива. В случае высокой испаряемости наиболее легкая часть топлива переходит в газообразное состояние, что может привести к уменьшению подачи топлива и вызвать образование паровых пробок, потерю мощности, жесткую работу или «опрокидывание» двигателя, уменьшение пробега и увеличение летучих выбросов углеводородов, обусловливающих перегрузку бачка для испарений. Перед нефтеперерабатывающими заводами стоит сезонная задача выпускать топлива с соответствующим давлением насыщенных паров для летнего и зимнего периодов. Количественной характеристикой летучести топлива является тест на давление паров, который проводят на образце топлива. Он называется тестом на определение давления насыщенных паров по Рейду. Давление насыщенных паров является одним из важнейших эксплутационных свойств автомобильных топлив, отвечающим за его пусковые качества. Добавка этилового спирта к бензину изменяет давление насыщенных паров смесеного топлива. Несмотря на то что чистый спирт обладает давлением насыщенных паров ниже, чем средний бензин, при их компаундировании этот показатель увеличивается. Для исследования были составлены композиции с разным — от 5 до 50 % (об.) — содержанием этилового спирта в смеси с легкой прямогонной бензиновой фракцией. Результаты эксперимента представлены на рис. 18. При добавлении спирта в количестве до 6 % (об.) давление насыщенных паров композиции резко возрастает, и с дальнейшим увеличением концентрации спирта в бензине этот показатель постепенно падает. Такое аномальное поведение топлива связано с тем, что при компаундировании спирта с углеводородами образуется азеотроп, обладающий более высоким давлением насыщенных паров (ДНП), чем оба компонента, его образующие. Поэтому смеси с небольшим количеством этанола (порядка 5—6%) имеют ДНП, близкое к ДНП азеотропа. При дальнейшем увеличении концентрации этилового спирта в смеси давление насыщенных паров по- Содержание этанола, % (об.) Рис. 18. Зависимость давления насыщенных паров спнрто-беюииовой композиции от содержатся этанола степенно понижается, стремясь к значению этого показателя для чистого этанола. Следует отметить, что в исследуемом случае даже максимальное повышение давления насыщенных паров этанолсодержащего топлива, составляющее при 6 % спирта около 78,5 кПа, укладывается в границы (45—100 кПа), установленные ГОСТ Р 52501—2004 для бензанолов. Таким образом, из полученных результатов можно сделать вывод, что целесообразнее использовать высокие концентрации этилового спирта, чтобы снизить его влияние на этот показатель, что к тому же позволит улучшить экологические характеристики топлива. 4,5. НОВЫЕ АВТОМОБИЛИ И ЭТАНОЛ В 1990 г. были внедрены и начали эксплуатироваться автомобили с переменным топливом. Они были способны работать на неэтилированном топливе с примесью до 85% (об.) этанола без необходимости специального регулирования работы двигателя. Эти автотранспортные средства были выпущены в 1992 г. и стали широко использоваться в транспортных парках федерального правительства США, правительств штатов, а также некоторых городских органов управления. Вскоре они стали поступать в продажу. Автомобили, применяющие топливо Е85, разрабатывались для универсального использования. Ключевым комплектующим узлом автомобиля с переменным топливом является датчик, который измеряет процентное содержание этанола в топливе. С помощью автоматизированной системы автотранспортное средство автоматически настраивается на оптимальный режим эксплуатации и минимальный выброс отработанных газов. В 1998 г. компания «Chrysler» выпустила минивэн, работающий на Е85, а компания «Ford»- продолжала выставлять на продажу модель «Taurus» и в 1999 г. расширила свой модельный ряд автомобилей, потребляющих Е85, новыми моделями «Windstar» и «Ranger». В настоящий момент автомобили с переменным топливом Е85 предлагают компании «Ford», «General Motors», «Chevrolet» и «Daimler-Chrysler». 4.5.1. АВТОМОБИЛИ, РАБОТАЮЩИЕ ИА АЛЬТЕРНАТИВНОМ ТОПЛИВЕ Автомобили с альтернативным топливом (рис. 19) разработаны для потребления также и другого вида топлива, отличного от бензина или дизельного топлива. По существу, альтернативное топливо не является нефтяным, оно обеспечивает сохранность энергоресурсов и оказывает благоприятное воздействие на окружающую среду. В настоящее время правительство Соединенных Штатов утвердило в качестве альтернативных видов топлива метанол и денатурированный этанол, используемые как спиртовые виды топлива [топливо должно содержать не менее 85 % (об.) спирта], сжатый или сжиженный природный газ, сжиженный нефтяной газ, водородное топливо, жидкое топливо из угля, а также топливо, полученное из биологических материалов, и электричество, включая энергию солнечного света. Министерство энергетики Соединенных Штатов вправе расширить данный список в случае разработки новых видов топлива и их одобрения на собрании. Автомобили, работающие на двух видах топлива, которые также называются автомобилями с универсальным потреблением топлива, используют более одного вида топлива, например этанол и обычный бензин. Идея, лежащая в основе создания данных автотранспортных средств, — обеспечить покупателя автомобилем с максимальным уровнем универсальности. В отсутствие автозаправочных станций с альтернативным топливом покупатели скептически относятся к приобретению автомобилей, в которых может быть использовано только альтернативное топливо. Выпуск автомобилей, работающих на двух видах топлива: альтернативном или обычном, позволил устранить эту проблему. Например, при наличии на автозаправочных станциях топлива Е85 клиент может заправиться им, в случае отсутствия Е85 клиент без проблем может использовать обычный бензин и продолжать эксплуатацию автомобиля. Диэлектри- Модуль Топливный бок _ ческий подачи повышенного датчик топливо объема (68 л) Антисифонное устройство в узле труб топливной фильтрации

4-литровые канистры для бензина
Компьютер диагностики двигателя
Топливный бак Диэлектрический^ датчик
Датчик
Двигатель
Топливная линия
Резервуар Рис. 19. Устройство транспортного средства, работающего на альтернативном топливе (о), и принцип его работы (б) ПРИНЦИП РАБОТЫ •    Топливные датчики контролируют состав топливной смеси, а бортовой компьютер регулирует угол опережения зажигания и расход топлива для оптимизации работы двигателя. •    Процедура замени масла должна проводиться регулярно в соответствии с пробегом вне зависимости от состава топлива (бензин, этанол или их смеси). 4.5.2. АВТОМОБИЛИ С УНИВЕРСАЛЬНЫМ ПОТРЕБЛЕНИЕМ ТОПЛИВА В табл. 16 представлены легковые автомобили и легкие грузовики модельного ряда 2005 г. Автомобили с универсальным потреблением топлива могут потреблять бензин, топливо Е85 (смесь 85 % этанола и 15 % бензина) или любые смеси этих двух топлив. Дальность пробега на единицу топлива и при полной заправке бака показана для бензина и для топлива Е85. При эксплуатации автомобиля на смеси бензина и Е85 дальность пробега будет меняться в диапазоне этих значений в зависимости от процентного содержания бензина и этанола в топливном баке. Таблица 16. Автомобили с универсальным потреблением топлива модельного ряда 2005-2006 гг. Марка автомобиля Тип автомобиля, число Объем ДБитате- Число цилинд- Тошшво Дальность пробега на 1 галлоне горючего Дальность пробега при полном баке скоростей в режимах город/шоссе, миль/галлон горючего, АВТОМОБИЛИ КЛАССА КОМПАКТ Scbring Conv Бензин, ОЧИ>91 Sebring Conv Бензин, ОЧИг91 MERCEDES-BENZ Бензин, Бензин, C320 Sports Бензин, ОЧИ>95 ЛЕГКОВЫЕ СРЕДНЕРАЗМЕРНЫЕ АВТОМОБИЛИ Sebring 4-dr Бензин, ОЧИг91 Sebring 4-dr Бензин, ОЧИг91 Stratus 4-dr Бензин. Stratus 4-dr Бензин, ОЧИ>91 Бензин, ОЧИ2:91 ЛЕГКОВЫЕ БОЛЬШИЕ АВТОМОБИЛИ Е85 Бензин, ОЧ №>91 Марка автомобиля Дальность Тип автомобиля. Объем Число Топливо пробега на 1 галлоне двигате цилинд горючего скоростей в режимах город/шоссе. миль/галлон Дальность пробега при полном баке горючего, миль СРЕДНЕРАЗМЕРНЫЕ ФУРГОНЫ Taurus Wagon Бензин, ОЧИ>91 Sable Wagon Бензин, ОЧИ>91 МАЛОРАЗМЕРНЫЕ ФУРГОНЫ MERCEDES-BENZ С240 Wagon FFV Бензин, ОЧИ>95 СПОРТИВНЫЕ АВТОМОБИЛИ 2WD Avalanche 2WD Бензин, ОЧ И>91 Suburban 2WD Бензин, ОЧИ>91 С1500 Tahoe 2WD 310/540’ Бензин, ОЧИ>91 Explorer 2WD FFV Бензин, ОЧИ>91 С1500 Yukon 2WD
Бензин,
410/690“
С1500 Yukon XL 2WDA-4
Бензин,
ОЧИ>91
Mountaineer 2WD
Бензин,
ОЧ№>91
Марка
автомобиля
Тип автомобиля, число скоростей
Объем двигателя, л
Число
цилинд
Топливо
Дальность пробега на 1 галлоне горючего в режимах город/шоссе, миль/галлон
Дальность пробега при полном баке горючего, миль
МИНИ-ВЭНЫ 2WD
Town & Country 2WD
Бензин,
ОЧИ>91
A-4 3,3 6 E85 13/17 Бензин, 18/25 ОЧИ>91
СПОРТИВНЫЕ АВТОМОБИЛИ 4WD
Avalanche 4WD
Бензин,
ОЧИ>91
Suburban 4WD
Бензин,
ОЧИ&91
Suburban AWD
Бензин,
ОЧИ>91
К1500 Tahoe 4WD A-4
Бензин,
ОЧИ>91
К1500 Tahoe AWD A-4 FORD
Бензин,
ОЧИ>91
Explorer 4WD FFV A-5 CMC
Бензин,
ОЧИ>91
К1500 Yukon 4WD
Бензин,
ОЧИ>91
К1500 Yukon AWD
Бензин,
К1500 Yukon XL 4WD
Бензин,
ОЧИй91
К1500 Yukon XL AWD
Бензин,
ОЧИ>91
Марка
автомобиля
Тип автомобиля, число скоростей
Объем двигателя, Л
Число
цилинд
Топливо
Дальность пробега на 1 галлоне горючего в режимах город/шоссе, миль/галлон
Дальность пробега при полном баке горючего, миль
Mountaineer
Бензин,
ОЧИ>91
СТАНДАРТНЫЕ ГРУЗОВИКИ ТИПА ПИКШ 2WD
Silverado 2WD
Бензин,
Ram 1500 2WD
Бензин,
ОЧИ£91
Explorer Sport Trac A-5
Бензин,
ОЧИ>91
С1500 Sierra 2WD A-4
Бензин,
ОЧИ>91
СТАНДАРТНЫЕ ГРУЗОВИКИ ТИПА ПИКШ 4WD
Silverado 4WD
Бензин,
ОЧИг91
Ram 1500 4WD
Бензин,
ОЧ И>91
Explorer Sport
Trac 4WD FFV
Бензин,
ОЧИ>91
К1500 Sierra 4WD
Бензин,    15/18 410/620*
4,5.3. ПОДДЕРЖКА АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ НА АЛЬТЕРНАТИВНОМ ТОПЛИВЕ В США
Закон о среднем расходе топлива автомобилей, разработанный для производителей автотранспортных средств, предусматривал выпуск как автомобилей с альтернативным топливом, так и автомобилей, работающих на двух видах топлива. В соответствии с положениями Закона об альтернативном моторном тогыиве 1988 г. дальность пробега автомобилей, работающих на альтернативном или двух видах топлива, рассчитывается с учетом вероятного замещения нефтяного топлива в приобретаемых автомобилях. Данное ограничение 1,2 мили на 1 галлон, накладываемое Законом о среднем расходе топлива, может быть устаноалено для производителей автомобилей, работающих на двух видах топлива.
Поскольку в соответствии с Законом о среднем расходе топлива кредиты на производство автомобилей на альтернативном топливе не ограничиваются и не прекращаются, законодательные инициативы по автомобилям с двумя видами топлива выполняются по модельному ряду автомобилей 2005—2006 гг. выпуска, и их действие может пролонгироваться до 2008 модельного года. Министерство транспорта вправе либо продлить срок действия законодательной инициативы по автомобилям с двумя видами топлива до четырех лет, предоставив надлежащие обоснования пролонгации, либо выдать уведомление, излагающее причины отказа от пролонгации срока действия законодательной инициативы.
Чтобы стимулировать владельцев автопарков в приобретении автомобилей с двумя видами топлива, был принят Закон об энергетической политике 1992г. Он предоставил право на получение налоговых льгот и кредитов, покрывая возросшие расходы на приобретение. Закон о чистом воздухе обозначил для автопарков районы, которые нуждаются в проведении программы по экологически чистому топливу, таким образом, владельцы автомобильных парков могли получать отсрочку платежа или кредиты на покупку этих автомобилей.
4.6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОПЛИВА В ДРУГИХ УСТРОЙСТВАХ
На начальном этапе потребители были озадачены применением кислородсодержащего топлива в таких видах транспорта и оборудования, в которых отсутствовал двигатель внутреннего сгорания, например в мотоциклах, газонокосилках, а также в устройствах с двигателями малого объема. Изначально данная неопределенность имела отношение в основном к топливу с примесью этанола. Широкое потребление в последние годы кислородсодержащего топлива вызвало и интерес к топливу, содержащему МТБЭ.
Производители оборудования выделили 5 причин возникшей в прошлом обеспокоенности, в число которых вошли: совместимость материалов (металла, пластмассы, эластомеров); смазочная способность; способность насыщения топлива кислородом; хранение; а также использование бензинов, содержащих большие объемы кислородсодержащих добавок. Некоторые производители посчитали необходимым улучшить качество материалов, используемых в системах подачи топлива, поскольку, как ранее отмечалось, был изменен химический состав базового бензина, что вызвало появление проблем совместимости. Следует помнить, что стандарты на бензин устанавливаются только для автомобилей, оборудованных двигателями внутреннего сгорания.
Бензин должен быть удобен при эксплуатации как в автомобилях, так и в газонокосилке. Согласно некоторым малочисленным данным применение этаноловых смесей может даже немного улучшить смазочные свойства. Возможно, появится необходимость в повторном включении карбюраторных двигателей, чтобы дать возможность прогреться обогащенным топливным смесям, что обусловлено высоким содержанием кислорода в этаноле. Автоматизированные системы позволяют регулирувать расход кислорода. Так как некоторые виды оборудования и транспортных средств с двигателями невнутреннего сгорания предполагают их только сезонное использование, необходимо обратить внимание на то, что срок годности у бензина, как правило, составляет 90 дней. Рекомендуется применять шланги для слива топлива, оборудование для наполнения свежим топливом, а также газовые конденсаторы.
Потребителям и техническим специалистам следует учитывать рекомендации производителей оборудования, если речь идет об использовании топлива, поскольку они более компетентны в вопросах, связанных с техническими характеристиками производимых продуктов и с возможностями обеспечения удовлетворительной работы двигателя на определенном виде топлива. В 1994 г. компания «Downstream Alternatives, Inc.» провела анализ руководств по эксплуатации ряда компаний и пришла к заключению, что производители оборудования с двигателями невнутреннего сгорания либо одобряют, либо вообще не упоминают использование 10%-ных смесей с этанолом (топливо ЕЮ).
7 - ЬОЧЯ
5. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТОПЛИВНОГО ЭТАНОЛА
5.1. ЭТАНОЛ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА
В течение многих тысяч лет этиловый спирт входит в рацион питания человека как активный ингредиент алкогольных напитков. Низкие содержания этанола обнаружены даже в крови и в дыхании непьющего человека. Биологическое воздействие этилового спирта и изменение состояния человека под его воздействием обычно определяют, исходя из содержания этанола в крови человека. Концентрация этанола измеряется в миллиграммах на децилитр крови (мг/дл), при этом эндогенный уровень содержания этилового спирта в крови составляет 0,02—0,15 мг/дл [100], максимальный — 25 мг/дл.
Достаточно большие количества этанола потребляются при приеме слабоалкогольных спиртных напитков. Однако употребление этилового спирта в очень высоких дозах может оказывать токсическое воздействие на человека, которое может быть как кратковременным — опьянение, так и длительным — цирроз печени. В случае, если этанол используется в качестве добавки к топливу, он может оказать возможное воздействие на человека при вдыхании паров, например на автозаправочных станциях или в автомобиле. Таким образом, изучение возможного воздействия этанола на здоровье человека представляет большой интерес.
В научной литературе фактически не описаны случаи ущерба, наносимого человеческому организму вследствие попадания этанола в дыхательные пути. Непричинение вреда может быть обусловлено быстрым протеканием процессов метаболизма и невозможностью значительного увеличения уровня этанола в крови человека при вдыхании и соответственно очень малыми его внутренними дозами, за исключением экстремальных ситуаций, например изнурительных физических тренировок в местах с концентрированными парами этанола. На основании результатов 8-часового исследования при содержании паров этанола в воздухе 1000 ppm (частей на миллион) или 1900 мг/м3 не было зафиксировано ни одного отрицательного симптома. Более высокая концентрация паров этанола вызывает раздражение слизистой оболочки глаз и верхних дыхательных путей, усталость, головную боль и сонливость [102, 103], однако при этом не было отмечено возникновения у людей хронических заболеваний.
Во многих экспериментах, которые проводились на лабораторных животных, в основном крысах, подверженных воздействию этанола путем вдыхания, исследовалось воздействие этанола на центральную нервную систему и его токсичность [104]. Большинство воздействий носили кратковременный характер и продолжались менее двух недель, однако многие из них были продолжительны. При изучении самого длительного периода влияния (90 дней) поддерживался самый низкий уровень концентрации этанола 86 мг/м3 (45 ррш). В остальных случаях в ходе эксперимента воспроизводились типичные атмосферные условия (тысячи мг/м3 или ppm) для выявления развития этаноловой зависимости. При этом содержание этанола в крови отмечалось многократно, но не всегда можно было определить уровень его концентрации. В огромном числе случаев концентрации этанола в крови превышали 100 мг/дл.
Недостаточное число прямых доказательств воздействия этанола при вдыхании означает, что возможные последствия этого не могут быть спрогнозированы. Согласно известным данным можно предположить, что воздействие на людей паров этанола, выделяемых из бензиноспиртовых топлив, с малой степенью вероятности повлечет за собой отрицательные последствия. Поскольку количество информации о токсическом воздействии топливного этанола невелико, будем опираться на данные литературных источников о воздействии алкогольных напитков. Алкоголизм — это важнейшая медицинская и социальная проблема, которая обусловливает необходимость проведения большого числа научных исследований токсичного воздействия этанола (как на людях, так и на животных). Только небольшое количество экспериментальных данных, полученных в результате использования этанола как кислородсодержащей добавки, позволяют оценить уровень его воздействия на организм. Очень важным является также изучение влияния этанола на проявление эмбрионального алкогольного синдрома, который может быть вызван сравнительно кратковременным действием этанола на организм матери в период беременности.
Так как весьма сильное токсическое воздействие этанола связано прежде всего с его попаданием в систему кровообращения, можно определить концентрацию этанола в крови, исходя из уровня вдыхаемого этанола. При этом следует учитывать следующие факторы: концентрацию этанола в воздухе, продолжительность воздействия, частоту дыхания, поглощение этанола легкими, скорость выведения этанола из организма. Экспериментальные исследования, проведенные на людях, показали, что 55—60 % вдыхаемых паров попадают в систему кровообращения [105, 1061- Скорость выведения этанола из крови человека составляет приблизительно 83... 127 мг/(кг-ч), т. е. около 6—9 г этанола в час для взрослого человека. Для сравнения следует отметить, что один легкий алкогольный напиток содержит около 12 г этанола [109].
Пока уровень поглощаемого этанола не превысит максимального значения, содержание спирта в крови человека останется низким. В табл. 17 приведена скорость всасывания этанола, вдыхаемого в разных условиях, если допустить, что всасывание легкими составляет 55 % при стандартной массе тела 70 кг.
Таблица 17. Уровень всасывания этанола организмом нрн разных внешних условиях
Уровень всасывания эта пап а [мг/(кг при концентрации в воздухе, кг/л
Уровень вентиляции, л/мин
1,9 (профессиональный стандарт)
10 (вызывает кашель и раздражение глаз; при возможной адаптации)
30 (вызывает продолжительное слезотечение)
6 (отдых)
25 (умеренная активность)
40 (высокая активность)
50 (очень высокая активность)
Результаты проведенных экспериментов позволили предположить, что воздействие паров этанола, вызывающих дискомфортное раздражение слизистой оболочки глаза, не вызовет значительного увеличения концентрации этанола в крови людей, которые находятся в состоянии покоя. С повышением активности увеличивается уровень поглощаемого этанола, тем не менее для того чтобы вызвать увеличение концентрации этанола в крови человека, норма концентрации этанола в воздухе должна быть значительно превышена. Результаты некоторых экспериментов позволяют сделать вывод о том, что значительное поглощение этанола из атмосферы — довольно редкое и практически невозможное явление (табл. 18). Однако двигательная активность в местах с вызывающими воспаление парами должна быть умеренной.
Таблица 18. Экспериментальные исследования уровня всасывания паров этанола организмом при вдыхании
Уровень
вентиляции,
Концентрация Этанола в воздухе, мг/л
Время воздействия, ч
Концентрация этанола в крови, мг/дл
Симптомы
Исследования
Отдых
Менее 0,2
Не описаны
Кэмпбелл и
(около 6)
Вильсон (1986)
Устойчиво Раздражение
Лестер и
данных
парами, но с
Г ринберг
адаптацией;
интоксика
Лестер и
и выше
ция отсутствует Гринберг
Отдых
Максимум —
Менее 5
Мэсон и
17, среднее
Блэкмор
значение — 9
5.1.1. ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭТАНОЛА НА ЧЕЛОВЕКА ПРИ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИИ В АВТОМОБИЛЬНЫХ ТОПЛИВАХ
Возможность воздействия этанола, используемого в качестве кислородсодержащей добавки в бензин, может возникнуть в результате вдыхания паров топлива во время заправки автомобиля и из окружающей среды. Первый вид влияния будет относительно кратковременным и продолжится не более пяти минут, в то время как длительность второго может достигать нескольких часов. Более подробно эти воздействия будут рассмотрены ниже.
Во время заправки автомобиля при концентрации этанола в атмосфере до 50 ppm или при меньшем значении его воздействие на человека не выявлено (110]. В случае, если время воздействия паров этанола при заправке топливом составляет 5 мин при уровне содержания этанола в атмосфере 1000 ppm, взрослый, возможно, получит 0,13 г этанола, что приблизительно равняется 2 мг/кг массы человека. Данное количество вдыхаемого этанола может повысить его концентрацию в крови максимум на 0,3 мг/дл. Вдыхание большей дозы этанола вряд ли представляется возможным. По данным Института по изучению воздействия веществ на здоровье человека (США), при гипотетически возможном воздействии этанола при концентрации в воздухе 1 ppm за три минуты и при концентрации 10 ppm за пятнадцать минут увеличение концентрации этанола в крови будет незначительным [110].
Нет достаточного объема информации о содержании этанола в атмосферном воздухе. Средний уровень концентрации этанола в атмосферном воздухе в г. Порто-Алегри (Бразилия), в котором 17 % автомобилей полностью работали на этаноле, составил 12 млрд-1 (0,023 мг/м3) [111]. Испытания, проведенные на животных, показали, что самый низкий уровень концентрации этанола, способный оказать токсичное воздействие, почти в 4000 раз превышает концентрацию 86 мг/м} (45 ppm). При уровне концентрации этанола в атмосферном воздухе 12 млрд-1 человек может получать 0,5 мг этанола в день, что составляет ничтожно малую дозу.
В случае некоторых видов токсического воздействия этанола на человека нет возможности получать количественные значения концентрации этанола в крови. Например, эмбриональный алкогольный синдром —это физическая и умственная неполноценность детей, вызванная употреблением алкоголя матерью. Риск приобретения плодом эмбрионального алкогольного синдрома связан с принятием спирта в период протекания беременности. Данное заболевание среди детей алкоголиков встречается в два раза чаще, чем среди детей умеренно пьющих и непьющих родителей 1112]. Риск, связанный с ежедневным потреблением менее 30 г спирта в период беременности, не был подтвержден [ 112]. В некоторых группах пьющих наблюдалось быстро развивающееся раковое поражение определенных органов. Например, Всемирная организация здравоохранения связывала с употреблением алкоголя развитие раковых поражений ротовой полости, глотки, пищевода, гортани и печени [109]. По данным всех исследований, риску в большей степени подвергались алкоголики или этот риск повышался с увеличением количества принятого алкоголя.
Следует отметить, что помимо информации о токсическом воздействии этанола имеются данные, подтверждающие его возможное благоприятное воздействие на здоровье человека. В ходе многих эпидемиологических исследований было замечено, что мало и умеренно пьющие люди имеют более низкий коэффициент смертности, чем трезвенники или алкоголики. Снижение уровня смертности обусловлено уменьшением количества случаев ишемической болезни сердца и сердечно-сосудистых заболеваний. Безусловно, картина изменяется в зависимости от пола, возраста, факторов риска заболевания и множественных причин заболеваний. Мы не допускаем, что воздействие низкоконцентрированного этанола вследствие его использования в качестве кислородсодержащей добавки желательно. Однако следует признать очевидное благоприятное воздействие малых доз спирта (или этанола) на некоторые группы людей.
Существует довольно малая вероятность, что этанол, попадающий в организм воздушно-капельным путем при применении бензина, может оказать токсическое воздействие. Эго обусловлено:
—    получением ничтожно малой дозы, которую вряд ли можно обнаружить на эндогенном уровне в крови;
—    быстрым выведением этанола из организма;
— фактом, что только относительно большие дозы этанола и его высокий уровень концентрации в крови способны оказать токсическое воздействие на человека.
Научные данные не поддержали гипотезу, согласно которой длительное воздействие этанола при таком уровне концентрации в воздухе, который не способен вызывать раздражение, может, однако, вызвать значительное увеличение его концентрации в крови (если только подвергнувшийся воздействию человек не выполняет в тот момент физических упражнений), а также обусловить развитие раковых заболеваний или врожденных пороков. В результате последнего исследования Шведского института гигиены окружающей среды, которое было направлено на изучение токсического воздействия этанола при вдыхании, были высказаны аналогичные выводы: негативное воздействие этанола связано с его высоким уровнем концентрации в крови человека; низкие концентрации этанола в воздушной атмосфере не опасны для населения [113].
5.1.2. ВЫХЛОПНЫЕ ГАЗЫ АВТОМОБИЛЕЙ
И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА
В 1990 г. федеральное правительство США ввело Поправки к Закону о чистом воздухе, в которых были изложены минимальные требования к качеству воздуха в городах страны. Согласно этим поправкам к 1992 г. требовалось использовать обогащенное кислородом топливо почти во всех районах, где наблюдалось повышенное содержание монооксида углерода (СО). Поскольку в большинстве случаев загрязнение воздуха вызвано транспортными выхлопами, использование топлива с полным сгоранием является одной из альтернатив, обеспечивающей почти мгновенные результаты. Бензин с примесью этанола — одно из предлагаемых решений по промышленному производству топлива, обогащенного кислородом.
Углеводороды (СН). Нефть и бензин — это смесь более 250 различных углеводородов [114]. Многие из них токсичны, некоторые являются канцерогенами (веществами, вызывающими раковые заболевания). Углеводороды выделяются в атмосферу при сливоналивных операциях с цистернами и емкостями, заправке топливных баков, а также при неполном сгорании топлива с отработанными газами. Углеводороды, которые испаряются из бензина, иногда называют летучими органическими соединениями. Транспортные средства могут выделять до 30—50 % общих выбросов углеводородов в атмосферу. Автомобильная промышленность, однако, в настоящее время использует различные системы контроля за выбросами углеводородов в атмосферу. Углеводороды также способствуют формированию околоземного озонового слоя. Этанол — это спирт, он не является источником выбросов углеводородов при его сгорании или испарении.
Озон (фотохимический смог) образуется в воздухе при взаимодействии углеводородов и оксидов азота на солнечном свете. Это особенно опасно в жаркую безветренную погоду в летнее время года, когда смог образует видимую коричневатую дымку в нижних слоях атмосферы. Данный уровень околоземного озона вызывает у людей респираторную недостаточность, может быть вреден для растительности, что иногда даже влияет на урожайность, снижая ее. Данный уровень озона не превышает уровень озона в стратосфере и не препятствует проникновению вредных ультрафиолетовых солнечных лучей. Последние исследования отмечают связь появления околоземного озонового загрязнения с увеличением количества госпитализаций в связи с респираторными заболеваниями [115]. На основании некоторых исследований, проведенных в США, был сделан вывод о том, что в общем случае вероятность образования озона при применении топливных смесей бензина с этанолом, испаряющихся при более низких температурах из-за высокой летучести, не снижается по сравнению с применением бензина.
Альдегидные выбросы, образующиеся при сгорании этаноловых смесей, несколько выше, чем при сгорании только бензина. Однако концентрации альдегидов чрезвычайно низки и, кроме того, дополнительно снижаются благодаря трехканальным каталитическим конвертерам, установленным на всех современных автомобилях. Королевское общество Канады назвало вероятность негативного воздействия на здоровье человека, вызванного выбросами альдегидов в результате использования этаноловых смесей, «отдаленной».
Моноокснд углерода (СО) —это ядовитый газ. Он образуется при неполном сгорании нефтяных топлив, не содержащих кислород в их молекулярной структуре. Возможность этого особенно велика в тех случаях, когда в двигатель поступают излишние количества топливно-воздушной смеси. Так, чтобы завести холодный двигатель до получения нормальной рабочей температуры, требуется больше топлива и меньше воздуха. Транспортные средства, работающие при более низких температурах (в зимнее время года, при прогревании двигателя или при торможении и дальнейшем движении транспортного потока), выделяют значительные количества монооксида углерода. По оценке Министерства энергетики США, 82 % монооксида углерода, 43 % химически активных органических газов (предвестники образования озона) и 57 % оксидов азота в городах выделяются из транспортного топлива на нефтяной основе. Конгресс США прореагировал на угрозу негативного воздействия бензина на человека и окружающую среду, издав Поправки к Закону о чистом воздухе от 1990 г.
При добавлении этанола, содержащего кислород, в двигателе происходит наиболее полное сгорание топлива и содержание СО уменьшается. Исследования показывают, что можно сократить выделение СО примерно на 30%, используя автомобили различных моделей и годов выпуска.
Диоксид углерода (СО2) —это обычный нетоксичный продукт горения топлива, но он способствует возникновению парникового эффекта и угрозе глобального потепления. При сжигании всех видов топлива на нефтяной основе повышается содержание диоксида углерода в атмосфере. Применение возобновляемых видов топлива, например этанола, не приводит к повышению содержания диоксида углерода в атмосфере. Диоксид углерода, образующийся в результате сгорания, поглощается в процессе ежегодного цикла роста растений, используемых затем для производства этанола. Растения «вдыхают» диоксид углерода и взамен «выдыхают» кислород. Следовательно, применение возобновляемого топлива, полученного из растений, частично компенсирует угрозу глобального потепления, обусловленную сгоранием бензина, и может привести к существенному сокращению в атмосфере содержания
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Снижение вредного воздействия, %
Рис. 20. Снижение парникового эффекта ори применении этанола в топливах по сравиеишо с бензином:
/ — ЕЮ (этанол из кукурузы): 2— Е85 (этанол т отходов деревообрабатывающей про. мышлеяности); J — Е85 (этанол из растительной биомассы); 4— Е100 (этанол из растительной биомассы); J— EL00 (этанол из отходов деревообрабатывающей промышленности) диоксида углерода в результате превращения диоксида углерода в органическое вещество, которое возвращается в почву, способствуя при этом снижению ее эрозии. Использование этанола в бензине влечет за собой положительные последствия, сокращая в атмосфере содержание диоксида углерода. На рис. 20 представлены данные по снижению парникового эффекта при применении этанола из различных сырьевых ресурсов в топливах по сравнению с бензином.
Оксиды азота (NOj образуются при высоких температурах горения. Они оказывают влияние на образование околоземного озона (фотохимический смог). Благодаря добавке этанола в бензин понижается температура сгорания топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя, в результате чего сокращаются выбросы оксидов азота, а также некоторых нежелательных компонентов бензина, включая олефины и ароматические вещества. Некоторые исследования [116—118] показывают, что при применении топливных смесей с этанолом могут несколько увеличиться выбросы оксидов азота при эксплуатации автомобилей в определенных (экстремальных) условиях, однако степень такого увеличения незначительна.
5.1.3. СОСТОЯНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ВОЗДУХА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ОКСИГЕНАТОВ
В связи с принятием Закона о чистом воздухе от 1990 г. возникла необходимость производства и распространения полностью сгораемого бензина, обогащенного кислородсодержащими добавками, например этанола, в наиболее загрязненных городах. С момента их введения в январе 1995 г. эти «реформулирован-ные» виды топлива повсеместно пользуются успехом — отмечено снижение количества токсичных выбросов в воздух на 28 %, выбросов летучих веществ на 17% и выбросов, содержащих азот, примерно на 2—3 %. В результате теперь во многих странах выступают за использование полностью сгораемого бензина повсеместно.
Применение этанола способствует снижению содержания вредных загрязнителей в атмосфере и, следовательно, снижению расходов, связанных со здравоохранением. Даже если ослабить слегка стандарты в отношении кислорода в пользу Стандарта возобновляемых топлив (США), этанол будет играть жизненно важную роль в обновленной формуле бензина. Программы, проведенные в США по обогащению кислородом топлива, показали превосходные результаты уже в течение первого года. Зимой 1992/93 года после введения первых нескольких программ в западных штатах
США было отмечено 50%-ное сокращение выбросов СО по сравнению с предыдущим годом. Результаты проведения восьми новых калифорнийских программ показали 80%-ное сокращение вредных выбросов. Применение обогащенного кислородом топлива —это более быстрый и экономичный путь сокращения вредных выбросов в атмосферу, чем внедрение программ по содержанию и обслуживанию транспортных средств, которые потребуют проведения тестирования каждого транспортного средства или его ремонта.
Этанол — один из наилучших имеющихся оксигенатов для борьбы с загрязнением воздуха. Применение этанола позволяет снизить загрязнение атмосферы, поскольку способствует равномерному распределению бензина, а также благодаря добавкам кислорода в процесс сгорания снижается количество вредных выбросов в отработанных газах автомобилей. При использовании этанола уменьшается количество всех загрязнителей, включая озон, несгоревших, в том числе канцерогенных, ароматических углеводородов, монооксида углерода, микрочастиц и оксидов азота. Новые марки машин (начиная с 1990-х годов) оснащены бортовыми диагностическими системами мониторинга, позволяющими проводить анализ газов из выхлопной трубы и испаряющихся выбросов.
Достижения в области вычислительной техники не только позволили повысить качество мониторинга за выбросами, но также сделали возможным использование топливных смесей, содержащих до 100 % этанола. Такие транспортные средства при работе на определенных видах топлива в состоянии автоматически определить концентрацию этанола в бензине и произвести необходимую регулировку двигателя для повышения эффективности его работы и достижения необходимого качества выбросов отработанных газов.
Согласно оценке ЕРА (Агентства по охране окружающей среды США) ежегодно выявляется от 250 до 600 случаев заболевания раком, вызванных бензином и продуктами его сгорания, что позволило ЕРА идентифицировать бензин как источник токсичных выбросов номер один (119, 120|. На основании исследований источников загрязнения воздуха за 1996 г. ЕРА в 2002 г. подтвердило, что транспортные средства, использующие бензин и бензиновое внедорожное оборудование, являются самыми крупными мобильными источниками вредных выбросов в атмосферу.
Поскольку этанол выделяет меньшее количество углеводородов, оксидов азота, монооксида углерода, он отвечает требованиям к окружающей среде и альтернативному топливу, как это изложено в следующих законодательных актах США: Законе об альтернативном моторном топливе 1988 г. [10], Поправках к Закону о чистом воздухе от 1990 г., Законе о развитии и направлении энергетики от 1992 г. и Законе о налоге на энергетику. Эти государственные законы представляют собой результат работы людей, борющихся за снижение вредных воздействий автомобильных топлив на окружающую среду и экономику.
Этанол обладает значительными преимуществами по сравнению с бензином в отношении окружающей среды:
—    автомобили, предназначенные для работы на топливах с высоким содержанием этанола, дают выбросы химически активных углеводородов на 80—90 % меньше по сравнению с автомобилями, применяющими современное углеводородное топливо;
—    в соответствии с федеральной Программой США по обогащению топлива кислородом (т. е. по введению в топливо кислородсодержащих добавок) выбросы монооксида углерода сократились на 90 % уже в течение первого года (1992 г.);
—    уже в первый (1995 г.) год применения федерального Стандарта США по использованию реформулированного бензина с применением обогащенных кислородом добавок в топливо отмечено снижение количества вредных токсичных загрязнителей на 25 % и других соединений, образующих озоновое загрязнение или смог, примерно на 17 % [121].
Снижение вредных выбросов и риска раковых заболеваний при применении реформулированных бензинов с добавками оксигенатов показано в табл. 19.
Таблица 19. Снижение вредных выбросов н риска возникновения раковых заболеваний при применении реформулированных бензинов с добавками оксигенатов
Снижение вредных выбросов/вредного воздействия. %
Вредные вьгбросы
Токсичные выбросы    -28 Летучие углеводороды    —17 Оксиды азота    -3 Мокооксид углерода    —13 Диоксид углерода    —4 Оксиды серы    —И Сажа    -9 Риск раковых заболеваний От —20 до —30 При использовании топлива Е85 [85 % (об.) этанола, 15 % (об.) неэтилированного бензина] или ЕЮ [10 % (об.) этанола, 90 % (об.) неэтилированного бензина] качество воздуха значительно улучшилось, а также повысилась эффективность энергетики. Последние данные Национальной лаборатории Аргонна (США) показывают, что выбросы газов, вызывающих парниковый эффект, снизились на 35—46 % и на 50—60 % уменьшилось использование невозобновляемых источников энергии в результате применения этанола в качестве моторного топлива. Рис. 21. Вредные выбросы из разных источников в атмосферу в США За последние 200 лет активные воздействия человека на природу, в частности использование ископаемого топлива, в результате привели к существенным антропогенным выбросам газов с парниковым эффектом (рис. 21), в первую очередь диоксида углерода. Выбросы таких антропогенных газов, вызывающих парниковый эффект, уже обусловили изменения в химическом составе атмосферы, что способствует созданию «ускоренного парникового эффекта», схожего с атмосферным одеялом, укрывающим газы под ним 1122]. «Если мировое потребление энергии достигнет запланированных уровней, выбросы углерода превысят уровни 1990 г. на 44 % в 2010 г. и на 81 % в 2020 г.; к 2010 г. выбросы углерода в развивающемся мире будут почти приближены к выбросам индустриализованного мира; а к 2020 г. выбросы в развивающемся мире превысят выбросы индустриализованного мира на 27 %» [122]. Таким образом, очевидно, что использование ископаемого топлива в энергетике должно быть сокращено для снижения выбросов в атмосферу газов, вызывающих парниковый эффект. Компания «General Motors Corporation» провела анализ биологического цикла использования энергии и выбросов парниковых газов. Было сделано заключение, что «этанол в виде Е85 сокращает выбросы газов, вызывающих парниковый эффект, в несколько раз по сравнению с любым иным видом топлива». 5.2. ПРЕИМУЩЕСТВА ТОПЛИВНОГО ЭТАНОЛА ПЕРЕД МЕТАНОЛОМ И ЕГО ПРОИЗВОДНЫМИ Несмотря на то что использование этилового спирта в качестве кислородсодержащей добавки является предпочтительным, нами был рассмотрен и метанол. Метанол вырабатывают из природного газа или угля, он известен также как древесный спирт. Это высококоррозийное вещество, испаряемость которого выше, чем у этанола, он оказывает более разрушающее воздействие на пластмассовые и резиновые детали системы подачи топлива. Этил - трет - бутил овы й и метил-тре/и-бутиловый эфиры являются высокооктановыми низколетучими компонентами кислородсодержащего топлива, они могут быть получены взаимодействием этанола или метанола с изобутиленом. Разрешено добавлять МТБЭ в не этилированный бензин в количестве, не превышающем 15% (об.), ЭТБЭ—до 17% (об.). Гарантийные обязательства многих автомобильных компаний не распространяются на автомобили при применении топлив на основе метанола, тем не менее все они одобряют использование бензина, содержащего этанол. В настоящее время во всем мире вводятся ограничения на потребление МТБЭ, что вызвано возросшей обеспокоенностью загрязнения водных ресурсов МТБЭ в районах, в которых произошли разлив и утечки МТБЭ из резервуаров. Обнаружение и накопление МТБЭ в подземных водах, а также изъятие из потребления данной кислородсодержащей бензиновой добавки в США с 2006 г. вызвали необходимость изучения других видов оксигенатов бензина, включая этанол. Так как в состав кислородсодержащего бензина может входить этанол в высоких концентрациях, который полностью растворяется в воде, этанол в больших количествах может быть обнаружен в фунтовых водах, в которые попал бензин. Этанол быстро распространяется в грунтовых водах и становится основным растворимым загрязнителем, лежащим в нижних слоях слива. Абиотические процессы подавления активности подземных загрязнителей, включая сорбцию, испарение и абиотическое разложение, не приведут к значительному уменьшению подвижности или к потерям этанола в подземных водоносных пластах. Поэтому поведение и передвижение этанола и остальных бензиновых оксигенатов в подземных водоносных слоях прежде всего обусловлено их биологическим разложением. Так как скорость процессов биологического рахтожения уменьшается с увеличением разветвления углеводородной цепи, кислородсодержащие органические соединения с большим разветвлением углеводородной цепи, включая МТБЭ, имеют большое время пребывания во внешней среде. Структурные характеристики этанола, наоборот, благоприятствуют быстрому прохождению процесса биологическою разложения. Этанол — естественный промежуточный продукт, который вырабатывается в процессе брожения органических веществ в бескислородной среде и поддается быстрому разложению под воздействием любых факторов окружающей среды (температура, кислотность и давление), которые поддерживают активность микроорганизмов. Микроорганизмы, участвующие в метаболизме этанола, повсюду распространены во внешней среде, и сравнительно высокая скорость прохождения процессов разложения этанола была отмечена как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Таким образом, этанол является соединением, подверженным быстрому распаду в наземных и подземных водах. Из-за недостаточного количества лабораторных испытаний и отсутствия полевых данных до настоящего момента еще не сделаны обобщающие выводы о воздействии этанола на процесс разложения бензола, толуола, этилбензола и ксилола (БТЭК), а также на их перемещение в подземной среде, в которую попало топливо с примесью этанола. Ограниченные лабораторные данные позволяют предположить, что в нескольких случаях процесс распада БТЭК ингибируется в присутствии этанола, который может служить в качестве предпочтительного субстрата. Однако анализ модели перемещения при воздействии как биологических, так и абиотических факторов, которые оказывают влияние на перемещение загрязнителей, показал, что этанол не перемещается на большое расстояние от бензина с его примесью. Исходя из допущений, что бензол не разлагается в присутствии этанола, этанол, содержащийся в бензиновых разливах, вероятно, будет способствовать увеличению скорости движения бензола максимум на 25 %. При определении данного значения, однако, не учитывался тот факт, что топливо с примесью этанола содержит меньшее количество БТЭК в соотношении с объемной долей бензина. Например, бензин, разбавленный 10% этанола, содержит на 10% меньше загрязняющего БТЭК по сравнению с базовым топливом. Более того, благодаря быстрому протеканию процесса полного извлечения этанола из безводного бензина по сравнению с углеводородом и высокой скорости протекания процесса его разложения существует малая вероятность длительного удержания этанола в грунтовых зараженных бензином водах по сравнению с БТЭК. Хотя этанол не может оказать существенного прямого воздействия на перемещение углеводородов, в водных слоях, загрязненных топливом с примесью этанола, могут образовываться скопления промежуточного продукта метаболизма —уксусной кислоты, что обусловлено низкой скоростью ее биораспада по сравнению с этанолом. О способности ацетата оказывать влияние на распространение загрязнения БТЭК данных не имеется, поэтому требуется проведение дополнительных научных исследований. Уксусная кислота может как ускорять, так и ингибировать скорость прохождения процесса разложения углеводородов бензина. Так как скорость перемещения этанола меньше, чем БТЭК, этанол в подземных слоях существует только в присутствии других углеводородов, включая бензол, который представляет высокую опасность для здоровья человека и жизни водной флоры и фауны. Промежуточные вещества и продукты разложения этанола несут либо меньшую угрозу, либо вообще неопасны для здоровья человека. Уксусная кислота является промежуточным продуктом, который в большинстве случаев подвержен накоплению, но обычно используется в качестве пищевой добавки. Вдыхание этанола при заправке бензином с примесью этанола не представляет явной существенной угрозы для здоровья человека. И хотя этанол рассматривается как экологически безопасная кислородсодержащая добавка в бензин, следует учитывать отсутствие полевых данных о поведении и перемещении бензина с добавками этанола в зараженных грунтовых водах. Полевые исследования помогли бы более убедительно описать поведение бензина с примесью этанола в наземных и подземных водах. Возросшее негативное отношение к МТБЭ [124] спровоцировало законодательные власти некоторых стран ограничить его использование в качестве бензинового оксигената [125] и начать поиск новых кислородсодержащих добавок, при применении которых не возникало бы большого риска заражения поверхностных и грунтовых вод. Более подробные исследования воздействия МТБЭ на здоровье человека и состояние окружающей среды позволили предположить, что в результате применения реформулированного бензина, не содержащего оксигенаты, существует значительно меньший риск загрязнения водных ресурсов [126]. Тем не менее следует полностью понять поведение потенциальных бензиновых добавок в окружающей среде и влияние этих сложных соединений на поведение остальных компонентов, входящих в состав бензина. Поэтому далее будут рассматриваться вопросы применения МТБЭ и этанола в качестве добавок к бензину; кратко описаны факторы негативного влияния МТБЭ на состояние окружающей среды; проанализированы различные взгляды на использование этанола в качестве добавки к бензину; представлены различные модели перемещения загрязняющих веществ, позволяющие оценивать последствия наличия этанола в бензиновых разливах и его проникновения в подземные слои. И хотя имеющиеся литературные данные и результаты экспериментального моделирования позволяют предположить, что выделенный этанол не способен удерживаться или перемещаться во внешней среде, он может оказывать опосредованное воздействие, увеличивая расстояния, на которые распространяются углеводородные загрязнители в подземных пластах. В целом можно заключить, что этанол является экологически безопасной кислородсодержащей добавкой в бензин, однако следует учитывать отсутствие полевых данных о поведении и перемещении бензина с разбавленным этанолом в зараженных грунтовых водах. Законодательные меры по сокращению выбросов отработанных автомобильных газов обусловили изменение состава бензина. Использование автомобилей приводит к загрязнению атмосферы за счет испарения бензиновых компонентов и выбросов отработанных газов [126|. Выделение углеводородов, потенциальных продуктов их окисления и оксидов азота способствует образованию озона в результате прохождения реакций фотоокисления. Высокая концентрация озона может вызвать проблемы со здоровьем и привести к гибели урожая. Кроме того, неполное сгорание углеводородов в автомобильных двигателях приводит к образованию угарного газа, который также может оказать отрицательное влияние на здоровье человека. Намереваясь снизить уровень загрязнения, правительство США с 1968 г. ввело стандарты по выбросам загрязняющих веществ. В последующем применение каталитических нейтрализаторов позволило значительно сократить выбросы углеводородов, оксидов азота и углерода, тем не менее из-за быстрого роста автомобильных парков потребовалась реализация дополнительных стратегий. Новые законодательные меры, касающиеся воздействия сжигаемого бензинового топлива на качество воздуха, были предприняты в 1990 г., когда Конгресс США внес поправки в Закон о чистом воздухе 1970 г. Новая версия закона предусматривала применение кислородсодержащих видов топлива, в состав которых входило как минимум 2,7 % (мае.) кислорода, в зимний период в районах США с повышенным уровнем угарного газа. Закон не обозначил вид используемой кислородсодержащей добавки или ее нескольких видов. Тем не менее требование к минимальному содержанию кислорода могло быть выполнено посредством добавления различных бензиновых оксигенатов, включая 15 % (об.) МТБЭ, 5,4 % (об.) метанола, 7,8 % (об.) этанола, 17,3 % (об.) ЭТБЭ или 17,3 % (об.) метил-треш-амилового эфира (МТАЭ). Программа по внедрению реформулированного бензина потребовала от большинства муниципальных городов, в которых имеются серьезные проблемы с загрязнением атмосферы, применения бензина, содержащего 2 % (мае.) кислорода, в течение всего года. Данное требование могло быть выполнено при добавлении в топливо 5,4 % (об.) этанола или 11 % (об.) МТБЭ. Благоприятное воздей- 113
* - 809Л ствие ре формулированного бензина или кислородсодержащих бензиновых добавок на качество воздуха было изучено совсем недавно [126]. Поправки в Закон о чистом воздухе предусматривали использование реформулированного бензина в девяти районах с повышенным содержанием озона. Помимо содержания в реформулированном бензине кислорода в целях минимизации выделений токсичных соединений были установлены ограничения на введение в его состав бензола — менее 1% (об.) и ароматических соединений — менее 25% (об.). Реформатированный бензин имеет более низкое давление насыщенных паров, что снижает выбросы углеводородов при испарении, а также более низкое содержание серы, что позволяет предотвратить повреждение каталитических нейтрализаторов [126]. МТБЭ и этанол были внедрены на рынок в качестве бензиновых добавок в 1979 г., и в настоящий момент они являются самыми широко распространенными кислородсодержащими бензиновыми добавками (12]. Первоначально МТБЭ использовался в качестве высокооктановой добавки вместо соединений, содержащих свинец. В 1998 г. МТБЭ присутствовал в составе около 30% всего бензина США. В последние годы сначала в США, а затем в странах Европы начались вытеснение МТБЭ и замена его на этанол. А в такой стране, как Бразилия, МТБЭ не употребляется вообще. 85 % автомобилей работает на бензине, содержащем 25 % этанола, а оставшиеся 15 % автомобилей — на неабсолютированном этаноле. Основным методом производства этанола является брожение зерновых культур под воздействием микроорганизмов (см. раздел 3.1), и лишь небольшое его количество вырабатывают путем химического синтеза. МТБЭ получают из метанола и изобутилена на нефтеперерабатывающих и химических заводах, используя в качестве сырья бутан или изобутан [127]. Так как этанолу свойственно адсорбировать воду и расслаиваться в смеси с бензином, при получении бензина с примесью этанола последний обычно вводят в бензин на терминалах или вблизи них. Поэтому этанол часто либо производят недалеко от этих пунктов, либо доставляют туда по железной дороге или автоцистернами. МТБЭ, как правило, смешивают с бензином на нефтеперерабатывающем заводе и затем распределяют по трубопроводам. 5.3. ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭТАНОЛА, МТБЭ И БЕНЗИНОВЫХ КОМПОНЕНТОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ И ЧЕЛОВЕКА За счет высокого уровня выделяющихся нефтяных углеводородов места добычи нефти, а также площадки подземных хранилищ и нефтеперерабатывающие предприятия являются источниками важнейших экологических проблем. Химические вещества, которые выделяются на данных производственных объектах и вызывают беспокойство, — это бензол, толуол, этилбензол, ксилол, все нефтяные углеводороды и МТБЭ. Бензол оказывает канцерогенное воздействие на организм человека, а все остальные несут угрозу его здоровью. Учитывая токсичность выделяемых химических компонентов и близость расположения данных мест к жилому сектору или к источникам питьевой воды, их потенциальное влияние на здоровье человека может быть очень высоко. Воздействие этанола, используемого в качестве кислородсодержащей добавки, на человека возможно при вдыхании и потреблении зараженной грунтовой воды. Источниками попадания этанола в воздух являются заправка топливом, выбросы отработанных газов в атмосферу и паровые выбросы (испарения). Учитывая воздействие проникающего в дыхательные пути этанола на здоровье человека, а также оценивая всю опасность отравления при выделении паров топлива с примесью этанола, рассмотрим воздействие этанола при испарении углеводородов бензина. Увеличение давления паров бензина с примесью этанола по Рейду (которое является единицей измерения летучести топлива), возможно, приведет к увеличению объемов углеводородных выбросов, представляя таким образом большую опасность при вдыхании. Тем не менее опенка испаряемости бензина с примесью этанола и без примеси показала, что с увеличением испаряемости смесей бензина улетучивалось меньшее количество углеводородов относительно базового топлива. Рост испаряемости топлива с примесью этанола был вызван повышением испаряемости этанола. Уменьшение уровня токсичного воздействия, возможно, было связано с присутствием в бензине этанола, который содержит меньшее количество углеводородов. Изучение воздействия этанола, попавшего в кровь мыши при вдыхании, позволило предположить, что те количества этанола, которые проникают в дыхательные пути при обычной заправке топливом, не оказывают токсичного воздействия на организм человека. Токсичное воздействие выбросов отработанных газов, являющееся результатом химических реакций бензиновых компонентов в присутствии этанола, еще не выявлено. Потребление этанола приводит к уменьшению выбросов оксида углерода, летучих органических соединений и бензола, но к увеличению содержания в автомобильных выделениях ацетальдегида и пероксиацетилнит-рата. Ацетальдегид и пероксиацетилнитрат не оказывают вредного воздействия на здоровье человека, а ацетальдегид относят к числу токсичных загрязнителей атмосферы [126]. Риск воздействия кислородсодержащих бензиновых добавок при потреблении загрязненной воды повышается с увеличением расстояний, на которые он распространяется, и объемов выброса. Кроме того, бензиновые добавки, включая МТБЭ, которые способны перемещаться на значительные расстояния от мест разлива топлива, содержащего бензол, толуол, этилбензол и ксилол, возможно, не попадут в зону наблюдения, так как наблюдение за бензиновыми кислородсодержащими добавками является менее стандартным процессом по сравнению с наблюдением за БТЭК. Следовательно, риск воздействия МТБЭ выше по сравнению с бензиновыми кислородсодержащими добавками, которые не перемещаются на такое расстояние. Бензиновые кислородсодержащие добавки, накапливаемые в поверхностных водах, например МТБЭ, представляют собой больший риск воздействия в случае их попадания в дыхательные пути. Недовольство потреблением МТБЭ в качестве бензиновой кислородсодержащей добавки продолжает расти [128—130). Токсичность МТБЭ стала предметом серьезной полемики и совсем недавно была изучена [126]. Исследования на лабораторных грызунах показали канцерогенное и ней-ротоксическое воздействие МТБЭ. Бензиновые кислородсодержащие добавки, включая этанол и метанол, которые быстрее растворяются в подземных и наземных водах, очевидно, с большей вероятностью удерживаются или перемещаются в водной среде, что снижает возможность их случайного воздействия при вдыхании. Кроме того, так как скорость перемещения этанолового потока ниже по сравнению с БТЭК, о чем будет сказано позже, этанол может существовать только в присутствии остальных углеводородов, включая бензол, которые представляют собой очень высокую опасность для здоровья человека [131J. Хроническое употребление этилового спирта в виде алкогольных напитков может поразить печень и многие другие органы, включая сердце, оказать канцерогенное воздействие и сопровождается развитием фатального алкогольного синдрома. Промежуточные продукты и продукты ферментации этанола несут, малую угрозу для здоровья человека или вообще не представляют опасности. Токсичное воздействие этанола на водный мир не обсуждается в данной работе, так как этанол быстро разлагается в наземных водах, при этом риск воздействия на водные макроорганизмы существенно снижается. В процессе производства, распределения, хранения и потребления кислородсодержащих добавок происходит их выделение в атмосферу, поверхностные и грунтовые воды. И хотя большую долю всех атмосферных выбросов составляют оксигенаты, загрязнение грунтовых вод МТБЭ в настоящий момент является главной экологической проблемой. ‘Источниками загрязнения грунтовых вод выступают трубопроводы, автозаправочные станции, разливы на поверхности земли и особенно подземные резервуары-хранилища. В результате сокращения числа подземных резервуаров-хранилищ, а также их модернизации уменьшается количество подземных резервуаров, дающих утечку [ 132|. МТБЭ был обнаружен приблизительно в половине фунтовых вод, куда он попал вследствие утечки подземных хранилищ Калифорнии, США |126]. Возросшее потребление этанола в Бразилии вызвало беспокойство и положило начало проведению научных исследований воздействия этанола на поведение и перемещение углеводородов при подземном бензиновом разливе [133—135]. Многократное обнаружение МТБЭ в фунтовых водах спровоцировало проведение научного исследования, направленного на определение потенциального влияния кислородсодержащей бензиновой добавки МТБЭ на окружающую среду и на здоровье человека. Более полное понимание причин возникновения и сохранения активности МТБЭ во внешних условиях (особенно в подземных водных слоях) явится важной предпосылкой для прогнозирования поведения остальных бензиновых кислородсодержащих добавок. Поведение этих добавок во внешней среде не описывается в научной литературе в достаточной степени. Поэтому в этой книге мы рассмотрим поведение и перемещение МТБЭ во внешних условиях. Проблема зафязнения грунтовых вод МТБЭ рассматривалась в качестве основной при проведении исследования, которое было направлено на изучение поведения 60 летучих органических реагентов в мелко залегающих фунтовых водах, в котором приняли участие 16 штатов США. МТБЭ был вторым из числа самых часто встречаемых соединений и обнаружен в 27 % проб. Большая часть проб (79 %), полученных из Денвера (штат Колорадо), содержала МТБЭ, но только малая доля проб (1,3 %), взятая из мелководья сельской местности, была зафязнена. МТБЭ был обнаружен также в скважинах питьевой воды: 0,3—1,2 % общественных колодцев питьевой воды, которые были протестированы в Калифорнии, содержали МТБЭ (126]. Нахождение МТБЭ в питьевой воде вызвало интенсивную полемику по вопросу воздействия МТБЭ и остальных оксигенатов на организм человека. Поверхностные воды — водохранилища и озера, в основном используемые в рекреационных целях, также легко подвержены зафязнению МТБЭ. Мониторинг поверхностных вод Калифорнии (в основном озер и водохранилищ) показал, что 47 % из 105 апробированных водных объектов содержали 5—14 мкг/л МТБЭ, которые были выявлены как минимум в одной выборке приблизительно в течение года [126]. Источники заражения МТБЭ озер не были определены. Тем не менее в результате проведения отдельного исследования было обнаружено, что возможным источником заражения МТБЭ озер общественного пользования выступали моторные лодки и личные судна. Потенциальное воздействие МТБЭ на здоровье человека, его слабо выраженный характерный вкус и запах, а также подвижность и сохранение активности позволяют отнести данное химическое соединение к числу загрязнителей, вызывающих беспокойство. Подвижность МТБЭ в подземных горизонтах обусловлена его высокой растворимостью в воде, низкой сорбцией соединений, а также его слабым биологическим разложением. МТБЭ является более легкоподвижным соединением по сравнению с БТЭК, и входе полевого исследования была отмечена его способность перемещаться со скоростью потока подземных вод [136]. Более обширный анализ загрязненных водоносных слоев во Флориде показал, что длина и ширина распространения загрязнения МТБЭ превышают длину и ширину загрязнения бензолом [137]. Средняя длина распространения МТБЭ (концентрацией 10 мкг/л) в водоносных слоях Флориды составляла 43 м, бензола —35 м. Проведенный анализ концентрации загрязнителей, содержащихся в этих водоносных слоях, показал, что длина распространения МТБЭ и бензола медленно уменьшается с одинаковой скоростью. Проводя аналогию между размерами разливов МТБЭ и бензола, а также учитывая одинаковую скорость прохождения процесса биологического разложения этих соединений, можно прийти к заключению, что МТБЭ, так же как и бензол, устойчив к анаэробному разложению и к воздействию микроорганизмов [138]. В ходе полевых и лабораторных испытаний была установлена способность МТБЭ к очень медленному разложению [139—140], однако в настоящий момент нет статистики показателей такого биораспада. Устойчивость МТБЭ к полной минерализации (окислению до образования диоксида углерода и воды) микроорганизмами отмечалась как в аэробной [141], так и в анаэробной среде [142—144]. Результаты исследования [142], представленные в табл. 20, показывают, что большинство эфирных оксигенатов, содержащих разветвления третьего или четвертого порядка, включая МТБЭ, не распадаются в анаэробной осадочной массе. Аналогичным образом /л/к?т-бутиловый спирт, который является промежуточным продуктом процесса разложения МТБЭ, также устойчив к воздействию микроорганизмов 1142, 143, 145), он был обнаружен в грунтовых водах, зараженных МТБЭ [ 139]. Напротив, этанол имеет неразветвленную цепь и быстро разлагается в анаэробных осадочных массах. Установлено, что спирты с неразветвленной цепью, кетоны, сложные эфиры и аналоги МТБЭ с неразветвленной цепью, например метил бутил о вый эфир, разлагаются во многих анаэробных условиях [143]. Так как способность к разложению обычно снижается с увеличением числа разветвлений в молекуле, кислородсодержащие органические соединения с большим числом разветвлений, включая МТБЭ, имеют больший период удержания во внешней среде. Таблица Z0. Степень анаэробного биорас нала некоторых бензиновых оксигенатов в объеме водоносного пласта Оксигенаты Степень биораспада, (ppm ■ *С • день)'1 Метанол Спирты Этанол 2-Пропанол трет-Бутяиол Бутиловый эфир Эфиры Диэтиловый эфир Изопропиловый эфир Метил-треет-амиловый эфир Метил-треот-бутиловый эфир Мстилбугиловый эфир Меткпизобурат Метилпропионат Пропиловыи эфир Этил-трет-бутиловый эфир Этил ацетат Этилбутиловый эфир Ацетон Кетоны Метилизобутилкетон Метил этилкетон 5.4. МИГРАЦИЯ ЭТАНОЛА И ЕГО ПРЕВРАЩЕНИЯ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ Обнаружение МТБЭ в подземных и поверхностных водах означает, что следует ожидать неблагоприятных последствий в результате добавления в бензин химикатов, препятствующих биораспаду. Очевидно, что склонность добавок бензина, в том числе и этанола, к биораспаду является важной характеристикой для оценки перспективы применения бензина с кислородсодержащими добавками. Кроме того, для оценки перспективы применения топлив, обогащенных кислородом, требуется информация о поведении примесей оксигенатов [146]. Это означает, что должно быть изучено воздействие этанола на биологическое разложение углеводородов бензина. В свою очередь, на биоразложение этанола могут воздействовать углеводороды бензина, находящиеся под поверхностью земли. Полевые исследования этанола в водоносных пластах в присутствии бензина практически не проводились, равно как и наблюдения за перемещением углеводородов на местности, загрязненной этанолом. Таким образом, принимая во внимание имеющуюся информацию, оценка будущего топлив с этано-ловыми примесями, находящихся под поверхностью земли, ограничивается прогнозами, основанными на лабораторном исследовании и примерах, связанных с загрязнением транспортом. Распад этанола в среде подземных вод и бензина. Поскольку обогащенный кислородом бензин может содержать высокие концентрации этанола, который растворяется в воде полностью, высокие концентрации этанола, вероятно, обнаружатся в подземных водах. Благодаря низкой растворимости других компонентов бензина, включая углеводороды — бензол, толуол, этилбензол и ксилол, (табл. 21) [ 147], этанол будет, вероятно, доминирующим растворимым компонентом вблизи источника. Таблица 21. Физнко-чимнческне свойства бетина, МТБЭ, этанола, бензола и толуола Свойства Беншн Этанол Бензол Толуол Молекулярная Около 100 масса Относительная плотность Температура кипения, “С Растворимость Неогран.* в воде, мг/л Давление паров при 25 *С, мм рт. ст. * Merck Index, 1989 [148]. ** Zogorski etal., 1996 |149J. Если концентрация соединения, высвобождающегося из бензина, допускает равновесие с водой, конечная концентрация этого соединения в воде может быть определена путем умножения растворимости соединения в воде на его мольную концентрацию в бензине [150]. Это упрощенное уравнение не применимо для полностью растворяемых (смешиваемых) соединений, включая этанол. В статических системах допускается равновесие бензина с водой, концентрация смешиваемых соединений зависит от объемного соотношения вода: топливо. Например, Баркер и др. (1991 г.) 1151 ] отметили, что при объемном соотношении вода: топливо, равном 10: 1, равновесная концентрация в воде метанола, извлеченного из бензина, содержащего 85 % метанола, составила 8 % (80 ООО мг/л). Однако теоретический предел растворимости (бесконечный для этанола) не достигается в водоносных пластах, поскольку подземные воды постоянно уносят определенное количество бензина. Например, теоретическая растворимость в воде МТБЭ для бензина, содержащего 10 % МТБЭ, составляет 4800 мг/л при комнатной температуре, однако содержание МТБЭ в водоносных пластах, загрязненных бензином, редко превышает 4% (200 мг/л) теоретического предела растворимости [137, 152). Более того, скорость диффузии оксигенатов из бензина может ограничивать поступление оксигенатов в подземные воды. Поскольку этанол полностью растворяется в воде, основным фактором, определяющим его концентрацию в неводной жидкой фазе, является растворимость. Предполагая, что верхний предел «фактора подземного растворения», отмеченный для МТБЭ (~4 %), будет соответствовать также и этанолу, верхняя концентрация этанола вблизи бензиновых проливов составит 4%. Примерно такие же высокие концентрации этанола могут быть, вероятно, в нижних водопроницаемых водоносных пластах, где растворимость, по-видимому, снижена. Хорошо растворимые бензиновые оксигенаты, включая этанол, вероятно, будут быстро высвобождаться из бензина. Например, в исследованиях со сходным с этанолом по свойствам метиловым спиртом при соотношении бензин : вода, равном 1:1, для полного высвобождения метанола из бензина, смешанного с метанолом [85 % (об.) метанола и 15 % (об.) бензина], потребуется только три объема воды, проходящих через бензин, не содержащий воды, в результате чего образуется дискретный, короткий выброс метанола, который увеличится с ростом скорости потока подземных вод. Сорастворяющая способность (со-сольватация). Со-сольватаци-ей называют повышение растворимости углеводородов в воде в присутствии других соединений, которые служат сорастворителя-ми 1150, 153]. Со-сольватация повышается с понижением полярности сорастворителя и с повышением его концентрации [153]. Поскольку высокие конценграции этанола могут образовываться вблизи мест взаимодействия с углеводородной фазой и так как БТЭК лучше растворяется в воде, со-сольватация БТЭК благодаря наличию этанола в бензине вероятна. Тем не менее эффекта со-сольватации на БТЭК не было замечено в бензине, содержащем 10% этанола, 10% МТАЭ или 10% изопропилового эфира при соотношении вода:топливо, равном 10: 1 [ 151 [. При таком соотношении вода: бензин концентрация этанола предположительно составит 1 %. Аналогично 15 % МТБЭ не растворяют Б'ГЭК при соотношении вода:бензин, равном 10:1. Затем, когда бензин с содержанием 85 % (об.) метанола был помещен в контакт с 10 объемами воды, концентрация водосодержащего БТЭК не повысилась по отношению к концентрациям БТЭК, отмеченным в бензине при таком же разбавлении [151]. Таким образом, на основе этих результатов можно предположить, что со-сольватация углеводородов БТЭК зависит от концентрации оксигенатов в топливе в верхнем процентном диапазоне. Нет предпосылок для повышения в значительной степени со-сольватации БТЭК из-за присутствия 10% этанола в бензине, так как этанол при такой концентрации будет разбавлен подземными водами и его концентрации будут ниже тех концентраций, которые требуются для проявления со-сольватации. При высоких концентрациях этанола может произойти значительная со-сольватация БТЭК. Замеченный рост со-сольватации составляет 45 и 33%-ное повышение концентрации БТЭК в воде в присутствии 17 % (об.) метанола [151] и 10 % (об.) этанола [133) соответственно. Весьма значительные повышения растворимости БТЭК были отмечены при концентрации метанола свыше 25 %, при этом БТЭК может полностью перейти в водную фазу [151]. В связи с тем что степень проявления со-сольватации зависит от концентрации, для получения конкретного вывода о возможном воздействии со-сольватации необходимо проводить фактические полевые измерения этанола и БТЭК в разливах бензина, содержащих этанол. Однако достижение концентраций этанола, необходимых для повышения растворимости углеводородов, возможно только при взаимодействии углеводородной фазы с подземными водами, где может наступить равновесие между водной фазой и бензином. Процесс распределения этанола между подземными водами и осадочными породами. Из-за высокой растворимости воды и низкой сорбции полярных соединений возможна незначительная сорбция этанола осадочными породами. Поэтому этанол будет перемещаться, вероятно, со скоростью течения подземных вод, как и в случае с метанолом [141], соединением, которое также является полярным и полностью смешивается с водой. Повышение содержания органического сорастворителя, такого, как метанол, в результате приводит к экспоненциальному снижению сорбции углеводородов осадочными породами [146, 153), в результате подвижность углеводородов повышается [154,155]. Таким образом, высокие (>50 %) концентрации этанола могут существенно увеличить подвижность углеводородов. Соответственно смывающиеся при проникновении через породы сорастворители, в том числе и этанол, обусловливают восстановление углеводородной фазы в подземном слое [156]. Однако, как было отмечено выше, учитывая, что концентрация этанола, используемого в бензине, быстро разбавляется подземными водами, значительное воздействие этанола на сорбцию и со-сольватацию углеводородов невозможно. Летучесть и абиотический распад этанола. Абиотическое окисление органических загрязнителей в подземном слое обычно не происходит в достаточной степени, и оно не может повлиять на снижение концентрации этанола в подземных водах. Аналогично летучесть этанола из подземных проливов будет ограничена, так как предполагается, что этанол начнет высвобождаться довольно быстро из бензинов в подземные воды. После растворения в подземных водах существенная потеря этанола за счет его летучести невозможна из-за его высокой растворимости и низкого перераспределения из жидкой фазы в газообразную. В отличие от случаев подземных проливов возможно, что этанол будет переходить в газообразную фазу из бензина при непосредственном взаимодействии с воздухом, поскольку установлено, что этанол является одним из основных компонентов испаряющихся выбросов, выделяемых из бензина, содержащего 10 % этанола. Таким образом, основываясь на химической природе этанола, можно предположить, что этанол в подземных разливах бензина, содержащего оксигенаты, быстро распадается в подземных водах и моментально становится основным растворимым загрязнителем. Абиотические механизмы для разжижения подземных загрязнителей, включая поглощение, летучесть и абиотический распад, не повлияют существенно на снижение подвижности или потерю этанола в подземных водоносных пластах. Следовательно, присутствие и перемещение этанола в водоносные подземные пласты можно будет в основном контролировать по биораспаду. 5.5. БИОЛОГИЧЕСКИЙ РАСПАД ЭТАНОЛА Оценка биораспада этанола необходима для прогнозирования присутствия и перемещения этанола в окружающей среде. При описании биологического распада применяют понятия «этанол-утилизирующая бактерия», «метаболические изменения» и рассматривают промежуточные продукты, скорости биораспада этанола при различных условиях окружающей среды и факторы, которые могут влиять на биологический распад этанола и промежуточных продуктов. Важным фактором, который влияет на биораспад органических загрязнителей, является состояние окружающей среды. В то время как этанол довольно быстро распадается как в аэробных, так и в анаэробных условиях, скорости распада промежуточных метаболических соединений окисления этанола и их строение очень зависят от воздействия внешних факторов. Микробный метаболизм этанола в аэробных условиях. Органические вещества, которые могут легко превращаться в соединения, вступающие в основные метаболические преобразования под воздействием бактерий, обычно быстро распадаются. Так, после ограниченного числа метаболических преобразований этанол превращается в ацетил-коэнзим А, который вступает в цикл превращений трикарбоновой кислоты — основной энергогенерирующий путь в аэробном метаболизме (рис. 22). Первоначальное окисление этанола и других разнообразных спиртов под действием катализатора — спиртового энзима дегидрогеназы — образует корот-коживущие промежуточные ацетальдегиды. Ацетальдегид затем окисляется ферментом ацетальдегида дегидрогеназой до уксусной кислоты, которая, в свою очередь, активизируется в ацетил-СоА. Ацетил-СоА также имеет краткий срок существования промежуточного продукта, который вступает в цикл превращений трикарбоновой кислоты, где он полностью окисляется (до С02), генерируя энергию и являясь предшественником метаболитов, необходимых для клеточного биосинтеза и роста. Итак, благодаря Этанол Ацетальдегид Ацетат Ацетил-СоА (2С)
Щавелево-янтарная кислота (4С) Оксщц [тарная кислота Лимонная кислота (6С) Щавелево-янтарная кислота Рнс. 22. Основные стадии метаболизма этанола под действием аэробных микроорганизмов

I
относительной легкости, с которой этанол вступает в цикл превращений трикарбоновой кислоты, этанол быстро метаболирует с помощью аэробных микроорганизмов [157]. Превалирование аэробных микроорганизмов, способствующих разрушению этанола, было выявлено в лабораторных исследованиях продуктов фильтрации сточных вод, в которых идентифицировали 363 разновидности бактерий, способных к росту в водной среде, содержащей 1,5 % этанола. Некоторые из них являются известными почвенными бактериями, поэтому эти исследования имеют огромное значение для изучения состояния окружающей среды. Этанол как естественный промежуточный продукт анаэробной цепи питания. В то время как под действием микроорганизмов чрезвычайно легко может разлагаться большое число соединений, антропогенные материалы, включая МТБЭ, более трудно поддаются биораспаду, а в некоторых случаях полностью устойчивы к нему в отличие от естественно возникающих материалов и продуктов их распада, которые микроорганизмы легко трансформируют. Этанол представляет собой естественно появившийся промежуточный продукт, полученный во время ферментации органического вещества в бескислородной среде, и, следовательно, предполагается, что он быстро распадается полностью во всех средах при определенных условиях (т. е. при определенных температуре, pH и давлении), которые способствуют микробной активности. Исключением являются анаэробные среды, которые перегружены этанолом, и поэтому в них производятся большие количества уксусной кислоты и водорода, которые могут замедлять биораспад эталона. Этот эффект, вероятнее всего, возникает в метаногеиных условиях и будет рассмотрен ниже. Распад органического вещества в анаэробных средах происходит с помощью микробного консорциума — нескольких физиологических групп микроорганизмов, действующих в разных точках в анаэробной цепи питания (рис. 23). Такая группа состоит из ферментирующих бактерий, которые разрушают полисахариды, белки и липиды, производя органические кислоты, спирты, Н2 и С02, которые, в свою очередь, утилизируются при аэробном дыхании разнообразными акцепторами электронов, включая оксиды марганца и железа, нитраты и сульфаты. В отсутствие акцепторов электронов биораспад этанола и многих органических кислот катализируется с помощью синтрофичес-ких бактерий до уксусной кислоты и Н2 [158, 159]. Метаногенные бактерии катализируют трансформацию Н2 и уксусной кислоты в метан и диоксид углерода. Метаногенные бактерии и микроорганизмы, утилизирующие акцепторы электронов, рассматриваются как конечные участники анаэробной цепи пита- Органическая масса (углеводы, протеины, липиды) Ферментация Органические кислоты, этанол Ацетат, Нг Анаэробное дыхание Мстаногенезис I    I С02 и Н20    С02 и СН4 Рис. 23. Химические превращения этанола в процессе био-распада органической массы в анаэробной цепи питания ния, так как они обычно полностью окисляют субстраты до газообразных конечных продуктов. Появление этанола в бескислородной среде объясняется тем, что этанол выделяется во время ферментации различных соединений, получаемых из растений, произрастающих в воде и почве. Этанол является главным продуктом ферментации гемицеллюло-зы [160, 161], целлюлозы [162], пектина [163] и моносахаридов (т. е. глюкозы) [164, 165]. Бактерии, вырабатывающие этанол в процессе жизнедеятельности, изолированы от почвы, канализационных стоков, устьевых отложений, разлагающихся травы и деревьев. Этанол может быть обнаружен в озерных отложениях [ 166], в массе живых или разлагающихся растений [167, 168], в канализационных отстоях [166] и, как правило, присутствует в небольших концентрациях в окружающей среде в присутствии кислорода. Интересно, что растения также участвуют в метаболизме этанола, выделяя углерод из этанола для создания растительной биомассы [167]. Несмотря на важное значение этанола как промежуточного продукта ферментации, он также встречается в очень низких концентрациях в окружающей среде, подтверждая тот факт, что иногда наблюдается быстрый анаэробный метаболизм этанола, в результате которого предотвращается его аккумулирование внутри пластов. Действительно относительно быстрое (от 5,5 до 85 ч) разложение этанола было отмечено в озерных отложениях и канализационном иле [166]. Биораспад этанола в присутствии железоредуцирующих и денитрифицирующих бактерий. Железоредуцируюшие бактерии утилизируют этанол в качестве донора электронов [134] (табл. 22). Биораспад этанола под действием нитратов в качестве акцептора электронов очень часто встречается в озерных отложениях и отстое сточных вод [169]. Таблица 22. Показатели анаэробного биологического распада этанола на различных стадиях электронного поглощения Уровснь биологического распада этанола, _мг/л в день_ 10
Денитрифицирующее Железоредуиируюшее Сульфатредуиирующее
Метаногенное
Биораспад этанола в условиях сульфат-редукции. Этанол используется в качестве источника энергии и роста субстрата несколькими видами сульфатредуцирующих бактерий (СРБ) [170]. Конечным метаболическим продуктом при метаболизме этанола под действием СРБ является ацетат, если СРБ не обладают способностью окислять ацетат. Другие виды СРБ обладают возможностью для полного окисления этанола. Тем не менее окисление этанола, как правило, приводит к образованию ацетата, который уже не может окисляться чистыми культурами. Ацетат способен разлагаться под действием некоторых «полностью окисляющих СРБ» [1711 и, следовательно, не будет неопределенное время присутствовать в анаэробных условиях окружающей среды, в которых сульфат-редукция — это первичный микробиологический процесс. Окисление ацетата под действием СРБ происходит в цикле превращений трикарбоновой кислоты или под действием специфических СРБ 1171]. Биораспад этанола в метаногенных условиях. Наличие акцепторов электронов обычно уменьшается вблизи источников углеводородного загрязнения в подземных слоях, в результате чего часто создаются метаногенные условия. Этанол, всего вероятнее, подвергнется быстрому биологическому распапу и будет потреблять большие количества акцепторов электронов, т. е. имеется вероятность того, что этанол будет частично присутствовать в метаногенных зонах загрязненных водоносных слоев. Поэтому необходимо понимать, как происходит биораспад этанола в метаногенных условиях, для того чтобы предсказать цикл метаболических превращений этанола в загрязненных водоносных пластах. В метаногенных условиях разложение этанола и различных жирных кислот зависит от кооперативной активности многочисленных групп бактерий 1172]. Начальным этапом разложения этанола в метаногенных условиях является превращение этанола в уксусную кислоту и водород: СН3СН2ОН + HjO => CHjCOO- + Н+ + 2Н,. Эта реакция проходит термодинамически неблагоприятно при высокой концентрации Н2; в результате она зависит от потребления водорода второй группой анаэробных микроорганизмов [173], включая метаногенные бактерии в средах, обедненных акцепторами электронов. Зависимость повышения скорости метаболизма этанола с помощью метаногенных бактерий от быстроты удаления водорода была продемонстрирована в ходе изучения чистой культуры [174, 175]. Аналогичным образом аккумулирование водорода может предотвратить метаболизм уксусной кислоты [158]. Окисление этанола энергетически более предпочтительно, чем окисление ацетата, поэтому он скорее разложится при более высоких концентрациях водорода, чем ацетат, и в результате биораспад этанола может привести к аккумулированию уксусной кислоты [176]. Потенциальная возможность образования уксусной кислоты возрастает при увеличении содержания способных ферментироваться доноров электронов, включая этанол. Так, например, уксусная кислота способна накапливаться в отходах на муниципальных свалках [177]. Падение уровня pH и/или непосредственные последствия присутствия уксусной кислоты могут затормозить ме-таногенезис [ 178] и другую микробную активность. Хотя для этого утверждения нет данных полевых испытаний, подтверждающих метаболизм этанола, имеется свидетельство, показывающее, что увеличение подачи этанола в реакторы проточного типа может вызвать аккумулирование уксусной кислоты и торможение процесса биораспада этанола [179]. Поскольку большие количества этанола могут накапливаться у поверхности водоносных пластов, загрязненных топливами, содержащими этанол, аккумулирование уксусной кислоты вызывает беспокойство. Уксусная кислота при относительно высокой концентрации (-2000 мг/л) может затормозить биораспад соединений, важных для окружающей среды, включая я-толуиловую [180] и бензойную кислоты [181, 182] — обычные промежуточные химические продукты процесса анаэробного метаболизма ароматических углеводородов. Не ясно, может ли уксусная кислота служить как предпочтительная основа и предотвратить биораснад углеводородов БТЭК. Было показано, что в присутствии 64 мг/л уксусной кислоты степень аэробного биораспаца толуола слегка увеличилась. Возможность аккумулирования уксусной кислоты и опасность того, что уксусная кислота может повлиять на биорас-гтад этанола и/или углеводородов в водоносных пластах, загрязненных топливами, содержащими этанол, вызывает беспокойство, заслуживающее дополнительной научной опенки. Итак, можно заключить, что в силу повсеместной распространенности микроорганизмов, способных метаболизировать этанол, и относительно высокой скорости его биораспада, измеренной при всех основных условиях акцептирования электронов, этанол как естественное промежуточное химическое соединение, полученное как в результате анаэробной ферментации, так и в качестве потенциального загрязнителя, не способен к долговременному аккумулированию в окружающей среде. Промежуточные химические соединения — продукты биораспада этанола. Поскольку существует несколько путей, по которым этанол может быть подвергнут метаболизму, включая различные типы ферментации [183, 184), возможно образование нескольких промежуточных химических соединений и продуктов метаболизма этанола (табл. 23). Большинство из этих химических соединений сами быстро биоразлагаются и не накапливаются в значительных количествах, поэтому совсем не представляют или представляют небольшую токсикологическую угрозу. Из этих промежуточных соединений наиболее вероятно образование и накопление ацетата. Однако уксусная кислота обычно используется как добавка к пище и вряд ли представляет реальную угрозу для здоровья человека. Таблица 23. Метаболические промежуточные соединения, образующиеся в процессе биологического распада этанола Метаболическое промежуточное соединение иди продуй- Условия образования
Механизм образования
Уксусная кислота Пропиоиовый альдегид Про пионовая кислота Масляная кислота Уксусный альдегид Изомасляная кислота Глутаминовая кислота Продукт ферментации    Аэробные или этанола    анаэробные То же    Анаэробные Продукт разложения    » этанола Продукт ферментации    » этанола То же    » »    » Промежуточный продукт    Аэробные или ферментации этанола    анаэробные Продукт ферментации этанола    Анаэробные Экскреция промежуточного    Аэробные продукта Ограничения к разложению этанола. Поскольку микроорганизмы, способствующие разложению этанола, повсеместно распространены в окружающей среде, разложение этанола не будет огра- 129
ничено наличием необходимых микроорганизмов. Однако, как было отмечено, метаболизм этанола ограничивает наличие определенных неорганических веществ. Имеется большое количество информации о токсичности спиртов для микроорганизмов, полученной в результате исследований механизма действия спиртов, используемых для дезинфекции, и рассматривающей пути увеличения производства этанола в спиртовой промышленности, использующей технологию брожения. Подробная информация о механизме токсичности этанола на прокариотные и эукариотные микроорганизмы имеется в обзоре [185]. В целом токсичность спиртов увеличивается с ростом их гидрофобности. Поэтому спирты с короткой углеводородной цепью (включая этанол) менее токсичны, чем более гидрофобные спирты с длинной цепью. Однако этанол свободно проникает через клеточную мембрану и перегородки внутри цитоплазмы и внутренней гидрофобной сердцевины мембраны. Это распределение этанола увеличивает способность сердцевины мембраны воспринимать заряженные или полярные молекулы, что увеличивает пропускную способность мембраны для мелких заряженных молекул, таких, как молекулы магния. Обусловленная этанолом пропускная способность ионов является главной причиной токсичности этанола для микроорганизмов [ 185]. В целом только высокие концентрации этанола токсичны для прокариотных микроорганизмов, но бактерии значительно различаются по своей сопротивляемости. Энтеральные бактерии чувствительны к концен грациям этанола свыше 6 %, но другие бактерии имеют намного большую сопротивляемость. Например, различные виды молочнокислых бактерий очень выносливы и способны расти в присутствии 18 % спирта. Эта степень переносимости необычна, так как рост большинства бактерий тормозится в присутствии этанола при концентрации от 1 до 10 %. Концентрации этанола до 1 % не сдерживали аэробное разложение этанола в отстое канализационного стока [185]. Аэробное биоразложение этанола при концентрации от 1 до 10 % зарегистрировано в песчаном слое водоносных пластов, но биоразложение этанола в этих образцах было полностью заторможено в присутствии 40 % этанола [135]. Отмечено также анаэробное биоразложение 0,5 % этанола [134]. Таким образом, поскольку как аэробные, так и анаэробные микроорганизмы способны метаболизировать этанол при высоких концентрациях и учитывая то, что этанол будет распространяться лишь на небольшие расстояния от места пролива топлива, маловероятно, что токсичность этанола по отношению к микроорганизмам ограничит его биоразложение в водных пластах, загрязненных бензином с примесью этанола. Однако имеется вероятность того, что влияние этанол-углеводородных смесей на токсичность микроорганизмов может быть связана с воздействием только этанола или только углеводорода. Эта возможность правдоподобна, так как этанол известен своей способностью влиять на пропускание соединений через мембрану клетки и поэтому мог бы повлиять на попадание других загрязняющих молекул внутрь клеток бактерий. Во время исследований бактерий Acinetobacter calcoaceticus, растущих на этаноле, было отмечено, что снижение концентрации ионов магния и сульфата в среде вызвано аккумулированием уксусного альдегида и ацетата [125]. Уксусный альдегид в концентрациях, больших чем 0,001 %, тормозил метаболизм этанола. Магний и сульфат-ион входят в состав ацетил-коэнзима А, энзима, необходимого для того, чтобы внедрить ацетат в биосинтетические превращения. В результате обеднение этими ионами может предотвратить метаболизм ацетата и уксусного альдегида. Показано, что увеличение концентрации ионов магния и сульфата в среде культуры вызывает микробный рост на этаноле (186]. Эти результаты позволяют заключить, что ограничение количества некоторых минеральных веществ могло бы потенциально повлиять на скорость разложения этанола. Однако неорганические вещества, такие, как магний, необходимые в очень малых количествах, обычно не способны ограничивать биоразложение в водоносных пластах, где подземные потоки воды поставляют все новые количества этих растворенных веществ. 5.6. ВЛИЯНИЕ ЭТАНОЛА НА РАЗЛОЖЕНИЕ БТЭК Поскольку этанол не влияет на абиотические факторы, управляющие превращениями моноароматических углеводородов, механизм, по которому этанол всего вероятнее будет воздействовать на протяженность и устойчивость разливов БТЭК, — это его потенциальное воздействие на биоразложение. Имеется ограниченная информация относительно влияния этанола на биоразложение. Большинство таких исследований было проведено в Бразилии, где автомобили преимущественно работают на бензине, содержащем этанол. Эксперименты, проведенные с использованием суспензий осадочных пород без их предварительного контакта с углеводородами бензина, показали как тормозящее, так и стимулирующее влияние наличия этанола на разложение БТЭК в зависимости от условий акцептирования электронов. В аэробных условиях углеводороды БТЭК не разлагались, пока не произошел биораспад этанола до низких уровней, очевидно, из-за предпочтительного биораспада этанола [134, 135]. Однако дополнительные исследования показали, что Pseudomonas putida, хорошо известный разлагающий углеводороды микроорганизм, разложил бензол, толуол и этанол одновременно при аэробных условиях [135]. Полученные результаты показывают, что необходимо провести дополнительные исследования, чтобы до конца понять влияние этанола на аэробное разложение БТЭК. Тем не менее, поскольку большие количества этанола поступают в окружающую среду в результате утечек бензина с примесью этанола, этанол может истощить запасы имеющегося кислорода, тем самым ограничивая возможность аэробного разложения БТЭК. Поскольку такие условия окружающей среды, когда отсутствует кислород, очевидно, будут превалировать в водоносных пластах, загрязненных этанолом, влияние этанола на анаэробное разложение БТЭК заслуживает рассмотрения. Влияние этанола на биоразложение толуола, который является единственным среди БТЭК углеводородом, способным разлагаться анаэробно [134], зависит от условий акцептирования электронов. Этанол не оказывает влияния на скорость или степень разложения толуола, если только при биоразложении этанола не уменьшается количество имеющихся нитрат-ионов. Присутствие этанола уменьшает биоразложение толуола при снижении содержания железа и в метаногенный инкубационный период, но стимулирует разложение толуола при снижении содержания сульфат-иона. Тормозящий эффект опять объяснялся предпочтительным биораспадом этанола. Из-за отсутствия полевых испытаний нельзя сделать общие выводы о влиянии этанола на разложение БТЭК в грунтовых водах, загрязненных топливом с примесью этанола. Данные лабораторных исследований позволяют предположить, что этанол может в некоторых случаях препятствовать биоразложению БТЭК. Однако результаты такого воздействия зависят от протяженности разлива смеси этанола с бензином. Хотя не имеется результатов полевых исследований биоразложения этанола, метаболизм метанола и МТБЭ в грунтовых водах был оценен [141] в связи с изучением экологических проблем, связанных с проливами МТБЭ и бензина с примесью метанола в водоносные пласты. В этих исследованиях было определено воздействие МТБЭ и метанола на миграцию БТЭК по мелким аэробным водоносным пластам. Три водных раствора, один из которых содержал только БТЭК, второй — БТЭК плюс метанол в концентрации 7000 мг/л и третий — БТЭК плюс 289 мг/л МТБЭ, были помещены в водный пласт, и им дали возможность мигрировать с естественным потоком фунтовых вод. Как МТБЭ, так и метанол мигрировали на одной скорости с потоком грунтовых вод. Ни один состав не оказывал заметного влияния на скорость миграции БТЭК, но в присутствии метанола уменьшилась примерно на 30 % скорость разложения бензола и .м-ксилола по сравнению со скоростью их разложения для бензинов, не содержащих оксигенаты или содержащих МТБЭ. Этот эффект не наблюдался для МТБЭ, что неоднократно обнаруживалось во время полевых испытаний. Увеличение присутствия БТЭК в разливе бензина с метанолом не оценивалось отдельно, но считалось, что оно объясняется снижением концентрации кислорода во время биодеградации метанола. Учитывая низкую растворимость кислорода в воде ('12 мг/л), Баркер (1990) [1411 рассчитал, что даже небольшое количество метанола при концентрации 7000 мг/л поглотит весь имеющийся растворенный кислород вдоль пути потока водоносного пласта, таким образом тормозя аэробное разложение БТЭК. Поскольку метанол и этанол имеют аналогичные химические структуры, растворимость в воде и склонность к биоразложению, то влияние этанола на миграцию и биоразложение БТЭК в водоносных пластах, вероятно, будет аналогично влиянию метанола. Наибольшее влияние имело бы место, если бы биоразложение БТЭК было полностью заторможено в присутствии этанола из-за предпочтительного биоразложения либо истощения имеющихся акцепторов электронов во время метаболизма этанола. В любом случае то, как расширится размер контура загрязнения БТЭК в присутствии этанола, зависит от того, насколько протяженно и в течение какого времени контуры загрязнения этанола и БТЭК будут находиться в контакте. С учетом относительно короткого времени, которое требуется этанолу, чтобы полностью выйти из состава загрязняющих разливов бензина, и высоких скоростей разложения этанола маловероятно, что этанол удержится в грунтовых водах, загрязненных бензином, на более значительное время, чем БТЭК, который биораз-лагается с гораздо более низкой скоростью. Во время полевых исследований с загрязнением водных пластов, которые были рассмотрены выше, метанол был полностью удален из грунтовых вод в течение 470 дней. Аналогичные скорости биоразложения метанола наблюдались в подземных осадочных породах при концентрациях до 1000 мг/л при скоростях, достаточных для удаления этих количеств за период менее одного года [145]. Поскольку биораспад и распространение в окружающей среде этанола и метанола аналогичны (предполагается, что время нахождения их в фунтовых водах одинаково), ожидается, что влияние этанола при его прямом контакте с БТЭК будет недолгим. 5.7. МОДЕЛИРОВАНИЕ МИГРАЦИИ ЭТАНОЛА В ВОДОНОСНЫХ ПЛАСТАХ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ БЕНЗИНОМ С ПРИМЕСЬЮ ЭТАНОЛА Поскольку этанол подвержен быстрому метаболизму, мало вероятно, что он переместится на значительное расстояние после того, как попадет в поверхностные или грунтовые воды. Поэтому способность этанола снижать биоразложение БТЭК за счет уменьшения количества имеющихся акцепторов электронов или образования уксусной кислоты в процессе метаболизма этанола заслуживает дополнительного рассмотрения. Имеются результаты серии опытов по моделированию перемещения для предсказания последствий влияния этанола на биоразложение и перемещение бензола в водоносных пластах, загрязненных бензином с примесью этанола. Бензол был избран как модельное соединение из-за его высокой токсичности (131], сопротивляемости биоразложению и относительно хорошей растворимости в воде. Предварительное моделирование. Предварительное моделирование было проведено для определения тенденций и разницы в поведении при перемещениях бензола и этанола через водоносные пласты, каждый из которых имел ясно различимые характеристики отстоя и гидрологию. Был выбран высокопроницаемый песчаный водоносный пласт (далее — пласт № 1), в котором миграция растворимых в воде загрязнителей увеличивается из-за растущего потока и снижающейся сорбции загрязнителя песками в отличие от глины и осадочных пород, богатых органическими веществами. В противоположность водоносный пласт № 2 обладал низкой проницаемостью и высоким содержанием органического вещества, что снижало скорость перемещения загрязнителя. Введение загрязнения моделировалось как беспрерывное снабжение этими соединениями, что характерно для протечки в подземном резервуаре для хранения нефтепродуктов, и мгновенный (разовый) их выпуск в грунтовые воды. Количество бензола и этанола в модели составило 25 кг в год для беспрерывного выпуска и 500 кг для каждого разового выброса. Органический углеродный фон загрязнений в пластах № 1 и № 2 составил 0,015 и 0,9 % соответственно. Использованные постоянные скорости биоразложения составили 0,003 л/день для бензола и 0,3 л/день для этанола. Эти величины находятся в пределах значений скоростей, о которых сообщается в литературе. Моделирование пласта № 2 показало, что область загрязнения этанолом перемещалась на 20 м, а область загрязнения бензолом - на 79 м. Постоянное значение скорости биоразложения было включено в параметры модели. Когда биоразложение не включалось в модель, хроматографическое отделение края облас-гей загрязнения бензолом и этанолом наблюдалось при 35 м, в этом месте область загрязнения этанолом продолжала продвигаться вперед по сравнению с областью загрязнения бензолом. Это отделение произошло благодаря сорбции бензола породами, тем самым уменьшив область миграции бензола относительно этанола. Это позволяет полагать, что области загрязнения бензолом и этанолом, появившиеся после мгновенного выброса, будут мигрировать по отдельности, если в водоносном пласте имеется значительное количество органического вещества и если этанол не био-разложится. Поэтому даже при маловероятном случае, если биоразложение этанола не произойдет, при мгновенном выбросе этанол будет продвигаться с бензоловым пятном загрязнения на расстояние 35 м, потенциально ограничивая влияние спирта на биоразложение бензола. При включении в модель этапа биоразложения этанол увеличил бы длину области загрязнения бензола приблизительно на 25 % с учетом того, что бензол не разлагается в присутствии этанола. Край области загрязнения этанолом в водоносном пласте № 1 продвигался приблизительно на то же расстояние, какое он прошел в водоносном пласте № 2. Скорость передвижения этанола в модели, когда в нее было включено биоразложение, можно сравнить с результатами Баркера и др. (1990) [141), показывающими подлинную скорость движения спирта через водоносный пласт № 1. Область загрязнения продвинулась намного дальше по сравнению с областью загрязнения в водоносном пласте № 2. В этой связи влияние этанола на биоразложение бензола в водоносном пласте № 1 уменьшено. Таким образом, присутствие этанола в бензиновом выбросе увеличивает миграцию бензола не более чем на 25 %. Предыдущие опыты по моделированию предсказали аналогичное увеличение длины областей загрязнения бензола в присутствии этанола. 5.8. ОЧИСТКА ГРУНТОВЫХ ВОД, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТОПЛИВОМ, СОДЕРЖАЩИМ ЭТАНОЛ Хотя маловероятно, что этанол будет мигрировать или сохраняться в водоносных пластах, загрязненных бензином с БТЭК, тем не менее может появиться необходимость обработки районов источника загрязнения, где этанол наиболее вероятно будет присутствовать, особенно в том случае, если выброс угрожает питьевым колодцам (подземным водам) или водохранилищам. В таких случаях для удаления углеводородов бензина используют обычные технологии обработки подземных вод, включая продувку воздухом и активированный уголь. В то время как продувка воздухом — относительно эффективный способ удаления летучих углеводородов, этот процесс неэффективен при удалении этанола из воды вследствие низкой способности его перехода из воды в газообразную фазу, Обработка активированным углем будет также неэффективна из-за большой растворимости этанола в воде и низкого коэффициента его сорбции. Таким образом, традиционные технологии обработки вод, загрязненных бензином, не будут эффективными в случае этанола. Системы биологической обработки, включая биореакторы и биологически активированные фильтры, вероятно, будут эффективны для обработки подземных вод, загрязненных этанолом. Показано, что этанол эффективно удаляется из сточной воды пивоваренного завода 11831 и из других вод (197) при использовании реакторов метаногенного восходящего потока анаэробного слоя. Применение денитрификации и аэробной микробной обработки также, вероятно, будет эффективно для обработки вод, загрязненных этанолом, благодаря высоким скоростям биологического разложения этанола при таких условиях акцептирования электронов [157, 169]. Таким образом, можно заключить, что, поскольку этанол быстро биологически разлагается в системах грунтовых и поверхностных вод, он не должен представлять большей опасности для здоровья, чем углеводороды, которые сопровождают области загрязнения этанолом. Прямые последствия влияния этанола на метаболический путь и передвижение БТЭК в грунте могут быть ограничены. Отсутствие результатов полевых испытаний, которые подтверждали бы перемещение топлива с примесью этанола в грунтовых водах, не позволяет поддерживать любые гипотезы результатами испытаний на реальных объектах. По мнению Сурбека [196], результаты полевых испытаний помогли бы более прочно аргументировать метаболизм бензина, смешанного с этанолом в фунтовых водах. Опыты по моделированию показали, что большие области загрязнения уксусной кислотой могут образоваться в водоносных пластах, зафязненных этанолом, из-за ее низкой скорости биоразложения по сравнению со скоростью биоразложения этанола. Потенциальные последствия этого включают в себя: снижение показателя pH в результате накопления уксусной кислоты, что приводит к снижению микробной активности, включая биоразложение БТЭК; предпочтительную утилизацию микробами уксусной кислоты по сравнению с БТЭК; уменьшение количества акцепторов электронов, имеющихся для биоразложения БТЭК. Вероятность потенциального влияния уксусной кислоты на мифацию областей загрязнения бензином дает основание для проведения дополнительных научных исследований. 6. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТОПЛИВНОГО ЭТАНОЛА Производство и использование этанола, полученного из продуктов сельскохозяйственной биомассы, обусловливают рост экономического развития, позволяют создать рабочие места, что стабилизирует цены на сельскохозяйственную продукцию и увеличивает доходы агропромышленного комплекса. При этом встает вопрос, имеет ли смысл использовать этанол с точки зрения перспектив энергетики. Использование каждого литра этанола позволяет получить больше энергии, чем требуется вложить в производство технических культур {включая затраты на топливо, машины, удобрения и т. д.) и в производство этанола. Хотя энергия, полученная из нефти, используется при производстве и транспортировке сырьевых товаров, ее затраты в значительной степени компенсируются за счет солнечной энергии, накопленной в результате фотосинтеза. Положительный энергетический баланс по прогнозам повысится примерно на 25 % по мере того, как в следующем десятилетии будет вовлекаться больше энергетически эффективных технических культур в производство этанола. Использование этанола в качестве топлива имеет смысл по многим причинам. Главное, он дает экономический стимул для отечественного сельского хозяйства. Этот экономический стимул, в свою очередь, может служить стабилизирующим фактором получения постоянных доходов, что улучшит экономическое благосостояние сельских и других зависимых от сельского хозяйства отраслей экономики России. 6.1. АНАЛИЗ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ СИТУАЦИИ В ВЕДУЩИХ СТРАНАХ -ПРОИЗВОДИТЕЛЯХ ЭТАНОЛА Производство этанола представляет собой доходный бизнес, но тем не менее прибыли от производства очень неустойчивы. Получение прибыли от заводов по производству этанола и стоимость основных видов сырья обусловлены производством потребительских товаров, что делает доходы очень неустойчивыми. Были собраны и проанализированы данные о ряде успешных заводов в США по производству этанола. Успешные заводы имели следующие характеристики: —    низкие капитальные затраты; —    значительное количество паевых вложений в акции; —    доказанная высокая компетентность инженеров-проекти-ровщиков, строителей и подрядчиков; —    эффективная работа была способна обеспечивать производительность машин на 20 % выше их характеристик; —    использование профессионального управляющего аппарата в дополнение к квалифицированным работникам на местах; —    маркетинг этанола и сухой барды при хорошем взаимодействии с участниками рынка; —    имелись программы постоянного улучшения работы предприятий, движимые программами исследования и развития, разрабатываемые в сотрудничестве с научными организациями. Преобладающий сырьевой продукт для производства топливного этанола в Северной Америке — это кукуруза, но почти любой материал, содержащий целлюлозу, крахмал или сахар, при существующих технологиях может быть использован для производства этанола. В России, например, производится четыре вида сырья в достаточно больших количествах, которые могут применяться при коммерческом производстве этанола с использованием промышленной технологии: рожь, пшеница, ячмень и в некоторых районах картофель. Существуют и другие культуры, содержащие крахмал и сахар, такие, как кукуруза, овес и сахарная свекла, которые теоретически можно превратить в этанол, но объемы производства этих культур обычно низки и недостаточны для использования в качестве базы, на которой можно строить промышленное производство этанола. Разрабатывается технология производства этанола из целлюлозных материалов. Потенциальными продуктами для производства этанола также считаются грубые корма для скота из кукурузы, солома пшеницы и ячменя, сено и остатки древесины. В районах, которые очень зависят от одной сельскохозяйственной культуры, такой, как картофель, растущая потребность в зерновых культурах может обеспечить больше возможностей для ротации культур и увели1 гит разнообразие продукции сельского хозяйства. Отрасль промышленности по производству этанола была проанализирована по всем трем направлениям. При анализе рыночных барьеров было выделено четыре главных барьера для развития рынка этанола. Отметим главные из них. 1. Высокая цена на этанол. В рамках отдельной страны это может быть компенсировано сочетанием федеральных и местных на-лотовых стимулов. Однако некоторые из этих стимулов создают вторичные проблемы при торговле этанолом внутри страны. 2.    Неэффективная организация рынка. Крупнейшие нефтяные компании не являются конечными потребителями бензина с примесью этанола, но они обеспечивают необходимую систему продвижения товара, с помощью которой этанол достигает конечного потребителя. Некоторые из нефтяных компаний взяли обязательства на использование этанола, но другие стараются заблокировать этот новый вид топлива. 3.    Финансовый риск. Собирать заемную часть необходимого капитала для осуществления проекта может оказаться трудной задачей. За последнее десятилетие во многих странах происходят значительные слияния в финансовом секторе, и сейчас меньшее число участников рынка желает сделать инвестиции в новые сельскохозяйственные предприятия. В отличие от США во многих странах нет кредиторов, которые бы интересовались потребностями больших сельскохозяйственных перерабатывающих предприятий. 4.    Риск бизнеса. Успешные новые виды бизнеса должны наращивать финансирование с помощью акций и займов, иметь специально спроектированные и построенные заводы, работать на новом оборудовании и адаптироваться к меняющимся рыночным условиям. Изначально это трудно сделать, но становится легче с каждой новой успешной операцией, как это происходит в США. Когда развитие рынка этанола рассматривается с точки зрения перспективных программ исследования и развития, возникают следующие вопросы. 1.    За прошедшие двадцать лет в США проводились значительные маркетинговые исследования, которые позволили снизить стоимость сооружения заводов по производству этанола и стоимость этанола. Однако многие заводы по производству этанола, построенные или предлагаемые для строительства, все еще требуют высоких капитальных затрат. 2.    Необходимы исследования в области выведения сортов пшеницы, которые лучше подходили бы для производства этанола. Эти сорта должны иметь более низкое содержание белка (более высокое содержание крахмала) и обеспечивать более высокие урожаи. Аналогичная работа по выведению необходимых сортов кукурузы велась в последние 5 лет в США, и заводы по производству этанола там в настоящее время используют в качестве сырья новые сорта кукурузы и получают в результате увеличение выпуска этанола. 3.    Необходимы государственные инвестиции при внедрении новых технологий получения этанола. Следует отметить, что варианты преодоления рыночных барьеров ограничены. Некоторые формы интервенции на рынок использовались в США и Бразилии, в результате чего их рынки достигли нынешних размеров. Для рынка этанола были успешно использованы рыночные мандаты и финансовое стимулирование. Возможно, что сложным в большой мере окажется решение вопроса о ценах и рыночных барьерах при отсутствии национального подхода к развитию рынка этанола. Например, может потребоваться предоставление финансовой помощи этой отрасли. В то время как эти условия могут обеспечить какую-то степень защиты для отрасли во время ее первых шагов в какой-то части страны, в дальнейшем сами условия станут барьерами для достижения эффективности отрасли. Существует потребность в более национальном (в масштабах большей части страны) подходе к вопросам о цене и рыночных барьерах. В то время как национальный подход (мандаты и добровольные рынки, налоговые стимулы и платежи производителям) все еще может иметь некоторую гибкость в разных районах, он должен встречать больше взаимопонимания и совместных усилий между местными и федеральным правительствами. В длительной перспективе расходы правительства и потребителей будут минимизированы по мере того, как отрасль сможет развиваться без больших затрат. Это более предпочтительно, чем решения, принятые при преодолении торговых барьеров, воздвигнутых правительственными законами. Наибольший интерес к производству этанола проявляется со стороны маленьких организаций или тех, которые хотят финансировать предприятия как инвесторы проекта. Такого типа организации являются движущей силой отрасли производства этанола в США. Меньшие организации сталкиваются со значительными барьерами в собирании долговой части капитала проекта. Финансовые барьеры главным образом связаны с неопределенностью. Финансовая сфера имеет мало опыта с проектами такого типа, характер бизнеса, ориентированный на потребительские товары, и недостаток опыта у сторонников, управляющих проектами производства этанола, — все это обусловливает возникновение финансового барьера. В дополнение к программам создания капитала, таким как программа расширения производства этанола, возможен ряд действий, которые правительство может предпринять для снижения или устранения финансовых барьеров: —    предоставлять гарантии займов проектов, касающихся большого количества технических рисков; —    принимать программы поддержки цен на товары, которые позволят снизить неустойчивость цен и обусловят более стабильную разницу между ценами. Эти меры могли бы быть проведены совместно с программой выплат производителю, направленной на преодоление барьера цен и на долгосрочную перспективу; —    устанавливать контрактные обязательства, которые обеспечат коммерческую направленность законотворческим линиям правительства; —    освещать программы информирования об отрасли с целью поднять уровень осведомленности инвесторов. Эти программы могут и должны быть финансированы потребителями программ. Они разрабатываются для преодоления барьера финансирования, а не барьера цен. Барьер финансирования — нормальный рыночный барьер, и он должен исчезнуть со временем, если отрасль достигнет определенных успехов. Это очень важно для работы предприятий по производству этанола, которые строятся. Необходимо строительство многочисленных заводов для доказательства того, что полученные выводы применимы к созданию успешных предприятий. Заводы должны быть конкурентоспособными, но в то же время готовыми к сотрудничеству, так чтобы успехи в обрабатывающей технологии могли бы быть быстро использованы остальной частью отрасли. Если эти условия будут достигнуты, то найти инвесторов для дополнительных заводов станет намного легче. Большая часть деловых рисков, связанных с производством этанола, находится среди решений существующего частного сектора. Правительство может сыграть свою роль для обеспечения положения, при котором налоговая система не будет отдавать предпочтения ископаемым видам топлива перед возобновляемыми видами топлива, как это она делает сейчас, используя свою возможность регулировать денежные потоки. Перераспределение имеющегося потока средств через акции на производителей различных сортов биотоплива выровняло бы игровое поле и позволило бы производителям биотоплива конкурировать с производителями ископаемого топлива за акции на равной основе. Преимущество финансирования через акции довольно невелико, но это маленькое преимущество помогло собрать в США несколько сотен миллионов долларов в год в течение прошедших нескольких лет. Финансирование энергетики ка основе их источников энергии, возобновляемых через фонд акций, может оказаться не таким привлекательным, как финансирование энергетики на основе ископаемых, так как это, вероятно, потребует более длительного срока возврата инвестиций. Однако эта возможность не может быть окончательно определена, пока не будут изменены налоговые правила. Вторичные барьеры — искажение цен и неэффективное управление — не являются барьерами, на которые следует обращать внимание в первую очередь. Барьер в виде искажения цен будет предметом дальнейшего анализа, а вопрос недостаточного управления следует решать на местах, но это не тормозит развитие отрасли в целом. Объем международной торговли этанолом значителен. Исторически большая часть этой торговли приходится на промышленные сорта этанола, а в последние годы наблюдается рост торговли топливным этанолом. Бразилия — главная страна на этом международном рынке. В Бразилии производится больше этанола, чем потребляется на внутреннем рынке в течение последних нескольких лет, и она ишет дополнительные рынки сбыта. До 2004 г. экспорт Бразилии никогда не превышал 1 млрд л в год, и в ней была слабо развита инфраструктура для обеспечения крупного экспорта. В 2004 г. бразильский экспорт достиг 2 млрд л и были осуществлены капиталовложения для обеспечения экспорта в больших объемах. Однако в конце 2004 г. цена на сахар на мировом рынке выросла, что повлекло за собой рост цен на бразильский этанол. В результате экспорт этанола значительно упал. Наличие запасов этанола в Бразилии в будущем определит спрос и предложение. Есть много факторов, как экономических, так и политических, которые могут повлиять на ситуацию. Запасы сахарного тростника в Бразилии продолжают расти, но перераспределение этого сахара с мировых рынков в производство этанола будет зависеть от соотношения финансовых прибылей от двух мировых рынков — сахара и этанола. Сахарная реформа в Европейском Союзе, как ожидается, обусловит снижение его производства и повышение спроса, а значит, и цены на бразильский сахар. Это потенциально может повлиять на снижение производства этанола, предназначенного для экспорта. Представляется, что спрос на внутреннем рынке будет расти с увеличением парка автомобилей, имеющих возможность применять различные виды топлива, которые продаются в Бразилии. Некоторые аналитики полагают, что спрос на внутреннем рынке может вырасти на 50 % к концу нынешнего десятилетия. Однако рост внутреннего спроса в Бразилии может быть уменьшен, если правительство предпримет шаги по снижению содержания этанола в бензине или если оно решит увеличить цену на этанол на внутреннем рынке. Отрасль производства этанола вносит положительный вклад в экономику США, особенно в тех сельских районах, где базируется производство этанола. Создаются прямые и косвенные рабочие места, растут цены на кукурузу и доходы в сельской местности. Министерство сельского хозяйства США сделало вывод, что одно предприятие по производству этанола мощностью 100 млн галлонов в год могло бы обеспечить 2250 прямых и косвенных новых рабочих мест. По мере развития отрасли производства эта-иола будет расти ее влияние на экономику страны. В соответствии с исследованием, проведенным Школой управления в Кел-логе Северо-Западного университета |198|, только в 1993 г. рост производства этанола в США привел к созданию почти 200 ООО рабочих мест. В этом исследовании содержались следующие выводы: •    товары и услуги, купленные производителями этанола, способствуют росчу спроса на продукцию других отраслей промышленности. Сюда входят закупка зерна, природного газа, электричества, воды, средства связи, финансовый учет и юридические услуги; •    ежегодный доход производителей культур от производства этанола растет на 4,5 млрд долларов США. Возросший спрос на зерно, выращенное американскими фермерами, обеспечивает стабильность рынка и доходов; •    отрасль производства этанола позволяет создать рабочие места. Увеличение производства этанола обеспечивает дополнительную занятость населения в сельских муниципальных районах, где оно базируется; •    во время строительства завода по производству этанола создаются приблизительно 370 местных рабочих мест, что обеспечивает до 5604 чел.-лет работы; •    во время работы завода по производству этанола создается около 4000 местных рабочих мест; •    производство этанола существенно увеличивает общий доход семей. Отрасль по производству этанола непосредственно выплачивает 277 млн долларов в год в виде заработной платы работникам. Эти работники и их семьи потратят эти доходы и тем самым создадут спрос на другие товары и услуги. Косвенное влияние производства этанола обеспечит поступление в семейный бюджет еще 1,8 млрд долларов в год; •    сооружение завода по производству этанола обеспечивает от 60 до 130 млн долларов в виде дополнительного дохода; •    работа завода по производству этанола —это от 47 до 100 млн долларов в виде дополнительного дохода; •    в государственную казну ежегодно через сбор налогов как с физических, так и с юридических лиц поступает до 555 млн долларов чистого дохода от налогов. Дополнительный доход, полученный от налогов на доход ферм и приусадебных хозяйств, который создается и поддерживается отраслью производства этанола, компенсирует стоимость частичной налоговой льготы на акциз на этанол, содержащийся в бензине с примесью этанола; •    за счет производства этанола в торговый баланс США ежегодно поступает до 2 млрд долларов. США в настоящее время импортирует бензин в количестве 54 % своей потребности. Использование этанола снижает дефицит торгового баланса приблизительно на 1,3 млрд долларов в год за счет замены им импортируемого МТБЭ или компонентов для его производства. Еще 800 млн долларов поступает ежегодно благодаря экспорту побочных продуктов этанола, таких, как корм из клейковины кукурузы и глютеновая мука для кормления домашнего скота. Многочисленными независимыми исследованиями, включая доклад Службы экономических исследований Министерства сельского хозяйства США, было подтверждено, что увеличение производительности до 5 млрд галлонов в год позволило бы создать дополнительно 108 ООО рабочих мест по всей стране только в отрасли по производству этанола. Это оказало бы значительное влияние на аграрную Америку, где падение занятости уже легло растущим бременем на города, инфраструктуру и налоговую базу. В соответствии с исследованием «Этанол и население местного муниципального района», проведенным Джоном Урбан-чуком (фирма «AUS Consultants») и Джеффом Капеллом (фирма «SJH & Со») (199], строительство новых заводов этанола оказывает положительное влияние на местную экономику. Исследование, проведенное на базе нового предприятия по производству этанола с сухим помолом сырья производительностью 40 млн галлонов в год, показало, что: •    при приблизительной стоимости 60 млн долларов и строительстве в течение 1 года, предприятие расширяет местную экономическую базу на 110,2 млн долларов; •    производство этанола позволяет получить дополнительно для семей 19,6 млн долларов доходов; •    прибыль от сбора налогов для федерального и местного правительств увеличивается как минимум на 1,2 млн долларов; •    создается приблизительно 694 постоянных новых рабочих места. В соответствии с данными Американской коалиции за этанол (.American Coalition for Ethanol) в 2002 г. более 3 млрд долларов было инвестировано в 60 предприятий по производству этанола в 20 разных штатах по всей стране. С того времени были получены дополнительные инвестиции на строительство заводов, и число заводов увеличилось. Политика правительства США, направленная на развитие рынка биоэтанола, уже сегодня приносит свои результаты: •    с 2005 г. США стали лидером по объемам производства и потребления биоэтанола (см. табл. 1); •    за счет планового расширения существующих заводов по производству биоэтанола в США объем выпуска этанола к 2007 г. увеличился до 20,8 млрд. л [14]; •    на начало 2007 г. в США на этапе строительства находятся 77 новых довольно крупных по сравнению с большинством старых предприятий заводов по производству этанола с общей производственной мощностью около 21,3 млрд л в год (см. табл. 5); •    реализация планов расширения действующих и строительства новых заводов по производству биоэтанола позволит США довести объемы производства этанола до 44 млрд л в год [14|. Этанол вырабатывается из тех сельскохозяйственных сырьевых культур, которые обычно имеются в избытке. Кукуруза — главное зерно, используемое в производстве этанола в США, она обеспечивает большую часть необходимого сырья. Производство этанола расширяет внутренний рынок кукурузы и позволяет добавить от 4 до 6 центов на 1 бушель зерна на каждые 100 млн дополнительно используемых бушелей. Оптимизация цен означает, что можно в меньшей степени полагаться на программу субсидирования со стороны государства и это обеспечит большие доходы и независимость для фермеров. Если в производстве этанола в 1994 г. было использовано 535 млн бушелей кукурузы (5,3 % от рекордных 10 млрд бушелей кукурузы), то сегодня более 1800 млн бушелей кукурузы расходуется производителями этанола ежегодно. Отрасль этанола становится важным рынком, способствующим развитию сельского хозяйства. Заводы по производству этанола являются третьим по величине потребителем кукурузы после внутреннего потребления ее в качестве корма для животных и экспорта. Производство этанола использует 17 % кукурузы в стране. Производство этанола дает много преимуществ, экономически выгодно для США. Частичная отмена акцизного налога на смеси бензина с этанолом способствует созданию рабочих мест, стимулирует экономическую деятельность и позволяет уменьшить дефицит торгового баланса. По мере того как внутренний рынок этанола продолжает расти, он сопровождается ростом строительства предприятий этанола, принадлежащих фермерам. Фермеры понимают дополнительные преимущества отрасли по производству этанола как владение строящимися заводами. Важность этанола для сельского хозяйства очевидна, поскольку: •    этанол позволяет создать рынок с добавленной стоимостью для американских фермеров, стимулируя сельскую экономику путем увеличения цен на кукурузу и доходов в сельской местности; •    рост потребления кукурузы на каждые 100 млн бушелей обусловливает рост цены на кукурузу от 4 до 6 центов за бушель; 145
•    на долю этанола приходится 14 центов стоимости каждого бушеля кукурузы, произведенного американскими фермерами, Этот показатель может меняться в зависимости от видов на урожай кукурузы, уровня запасов товара на начало нового финансо-вого года и глобального спроса и предложения; •    на долю этанола приходится до 17 % общего потребления кукурузы в США; •    каждые 100 млн бушелей кукурузы, пошедших на производство этанола, сказываются на цене других товаров, добавляя 2 % за бушель на цену пшеницы и 10—13 центов к цене сои в зависимости от условий рынка, В правительстве США работает группа по разработке экономически выгодного производства этанола и других видов топлива и химических веществ из ресурсов биомассы — остатков сельского хозяйства и рубки леса, а также быстро растущих деревьев и трав. Требуется эффективная технология, чтобы выделить и использовать сахар при переработке целлюлозы и гемицеллюлозы — большей части растительного материала. Развитие таких технологий является главнейшей целью правительственной программы по созданию новых видов биотоплива. Производство топливного этанола позволяет создать новые рабочие места, связанные с переработкой возобновляемых ресурсов в экологически чистое транспортное топливо. При производстве этанола получают ряд ценных побочных продуктов. Среди них сухая барда, кукурузная клейковина (используемая как добавка к кормам домашних животных), кукурузное масло и диоксид углерода (углекислота). Поданным Ассоциации предприятий по переработке кукурузы (Сот Refiners Association), экспорт кукурузной клейковины составил 604 млн долларов в 2001 г., более 200 млн долларов из которых получены при производстве этанола. В 2001 г. было экспортировано 441 000 метрических тонн кукурузного масла, оцененных в 214 млн долларов. В дополнение к этим побочным продуктам около 125 млн галлонов топливного этанола было экспортировано и 10 млн галлонов было использовано для производства ЭТБЭ на экспорт. 6.2. ПРОИЗВОДСТВО ТОПЛИВНОГО ЭТАНОЛА: ПЕРСПЕКТИВЫ ДЛЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ, ИНВЕСТОРОВ И ЖИТЕЛЕЙ МУНИЦИПАЛЬНЫХ РАЙОНОВ Имеется несколько факторов, определяющих решающий успех топливного этанола. Некоторые из них, наиболее часто встречающиеся в литературе, приводятся ниже. Интересно, что в зависимости от направления работы авторов обзоров решающие вопросы значительно различаются. Обзоры, написанные с точки зрения правительства, одинаковы по характеру, а обзоры, составленные сотрудниками университетов, работающих в области экономики сельского хозяйства, в очень большой степени отличаются от первых. Европейский Союз в своей дискуссии о видах биотоплива и рыночных барьерах для различных видов биотоплива выделил решающие факторы успеха для развития отрасли биотоплива [2001: •    цена на сельскохозяйственную непищевую продукцию и создание новых рынков; •    наличие земли для выращивания промышленных культур и конкурирующий спрос на использование такой земли; •    налоговые льготы для биотоплива; •    опыт продвижения продукции, приобретенный на местном, региональном и национальном уровнях. Ниже определены следующие факторы успеха [28], требующиеся для расширения отрасли производства этанола: •    достаточный запас сырья; •    цены на нефть должны быть сопоставимы с ценами на зерно; •    сырье и заводы по производству этанола должны быть достаточно приближены друг к другу для обеспечения низких производственных издержек; •    развитие рынков побочных продуктов; •    производители должны иметь достаточный акционерный капитал компании в собственности акционеров (т. е. низкий уровень долга в соотношении собственных и заемных средств); •    должен быть стабильный кредитор для кредитования капитала и работы предприятия; •    владельцы очистных заводов, торговцы топливом и производители автомобилей должны иметь свою долю в прибыли; •    торговые барьеры (местный налоговый режим) должны быть снижены; •    информирование общественности; •    успешное развитие технологии производства этанола из целлюлозы. Тиффани и Эйдман [201] изучили экономику производства топливного этанола в США и выделили пять главных факторов успеха и шесть второстепенных факторов. Их обзор был по характеру посвящен больше работе предприятия, чем стратегии, и отсюда их факторы успеха относятся больше к управлению бизнесом, чем к его созданию. В качестве главных факторов были выделены: •    цена на биомассу; •    цена этанола; •    цена на газ; •    технология превращения крахмала в этанол; •    производительность завода (способность работать выше проектной производительности). К второстепенным факторам были отнесены: •    капитальные затраты; •    процент долга; •    процентная банковская ставка; •    цены на сухую барду; •    цена на электроэнергию; •    налоговые стимулы производства этанола. Таким образом, успешные компании должны: заострить внимание на своих клиентах и их потребностях; иметь ресурсы (человеческие и финансовые), достаточные для конкурирования; у них должны быть разработаны план и механизм осуществления стратегии. При разработке бизнес-плана важно суметь удовлетворить всех держателей акций, которые могут быть работниками компании, соседями, правительствами и т. д. Определение успеха может быть различным для каждого из этих акционеров, что будет рассмотрено ниже. ПЕРСПЕКТИВЫ ДЛЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ Потребители являются важнейшей составной частью всех успешных видов бизнеса. Удовлетворение запросов потребителей является важнейшей частью всех стратегий бизнеса. Успешные компании хотят иметь растущие рынки для своих видов продукции, чтобы потребители были довольны качеством и ценой их продукции. В Северной Америке быстро растет рынок по производству этанола. Большая часть недавнего роста рынка касается рынков Калифорнии, Нью-Йорка и Коннектикута, где запрет на МТБЭ и законодательное требование присутствия кислорода в бензине способствовали развитию рынка этанола. Почти все компании имеют доступ к этому растущему рынку и получают выгоду от увеличения спроса. Можно полагать, что компании по производству этанола, успешно удовлетворяющие запросы своих потребителей, работают при относительно высокой рентабельности заводов. Этот критерий может быть использован как инструмент для определения успешных компаний по производству этанола. К числу потребителей можно отнести либо конечных потребителей топлива, либо его покупателей. В случае с биотопливом оба «потребителя» не всегда одни и те же лица. Применение этанола было лучше воспринято конечными потребителями топлива (водителями транспортных средств), чем покупателями топлива (нефтяными компаниями). ПЕРСПЕКТИВЫ ДЛЯ ИНВЕСТОРОВ Инвесторы при оценке возможности инвестирования прежде всего обращают внимание на скорость возврата прибыли на капиталовложение. В зависимости от характера группы вкладчиков ими могут рассматриваться следующие критерии: •    создание рынков для местных видов продукции; •    добавочная стоимость к местной продукции; •    создание рабочих мест в местном муниципальном районе; •    увеличение местной налоговой базы; •    улучшение состояния окружающей среды. Прибыль, получаемая в результате работы предприятия по производству топливного этанола, должна быть больше, чем та, которая ожидается от возможного инвестирования в другие области. Инвесторы в сельское хозяйство могут быть согласны с более низкими прибылями на вложенный капитал, чем коммерческие инвесторы. В США бизнес-планы с прибылью на вложенный капитал по акциям в 15 % считаются приемлемыми для инвесторов, которые нацелены на сельскохозяйственный сектор, в то время как другие инвесторы ищут прибыли 20...25 %, что типично для несельскохозяйственной деятельности. Компании, которые могут обеспечить приемлемые прибыли на вложения для инвесторов, особенно в тех случаях, когда они сталкиваются с неблагоприятными условиями рынка, обычно хотят обеспечить повышенные прибыли своим акционерам на длительный период времени. ПЕРСПЕКТИВЫ ДЛЯ ЖИТЕЛЕЙ МУНИЦИПАЛЬНЫХ РАЙОНОВ Помимо потребителей и инвесторов есть много других держателей акций, которых интересует развитие отрасли по производству биотоплива. Местные инвесторы часто учитывают это при принятии решений о вложениях, однако это вовсе не обязательно. Успешные компании обычно обеспечивают, чтобы работа их предприятий удовлетворяла или превосходила требования по охране окружающей среды, чтобы жителям местного муниципального района поступали дополнительные средства от налогов в виде услуг, которыми они пользуются. 6.3. ТОПЛИВНЫЙ ЭТАНОЛ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА Именно сейчас наступило время для расширения программы производства этанола. Последствия роста цен на нефть мировая экономика чувствовала с весны 2002 г. и вновь в 2006 г. Цены на природный газ продолжают все время оставаться высокими, а его запасы ограниченны. Открытие широких возможностей сельского хозяйства и отрасли по производству биомассы позволят не зависеть от ископаемых энергоресурсов, а поставлять источник чистой и имеющейся в большом количестве энергии как в виде транспортного топлива, так и топлива для стационарных энергетических установок. Сельское хозяйство — одна из крупнейших отраслей хозяйства страны. Сельское хозяйство предоставляет также много рабочих мест. XXI век должен опираться на устойчивую экономику сельского хозяйства и разнообразие запасов чистого транспортного топлива и топлива для бытовых нужд. Производство топливного этанола дает следующие преимущества. Дигшшоцеллюлозная биомасса Электричестве сопродукты Рнс. 24. Блок-схема целлюлозного биозавода по выпуску этанола и сопутствующих продуктов
Лигнинопые утсгы
•    Фермеры выигрывают, поскольку они смогут получить разнообразные доходы по мере того, как осваиваются новые сельскохозяйственные и быстро растущие лесные культуры. •    Перерабатывающие сельхозпродукцию предприятия получают выгоду от возросшего количества кормов, что помогает снизить их себестоимость. •    Окружающая среда выигрывает вследствие того, что новые быстро растущие сельскохозяйственные и лесные культуры улучшают среду обитания животного мира. Общее уменьшение ставки на ископаемые виды топлива и переход на более экологически чистые источники энергии позволяют улучшить экологию среды обитания. •    ЭТАНОЛ - ПЕРСПЕКТИВНОЕ ТОПЛИВО XXf ВЕКА. Общество выигрывает, делая основную ставку в стратегии экономики на возобновляемые источники энергии, не опираясь на повышающуюся в цене нефть. Будущий успех биотоплива и всех видов продукции, основанных на переработке биомассы, может быть достигнут только в случае строительства заводов по переработке биомассы. Так же как нефтяная промышленность развивалась по мере расширения производств ряда видов продукции из нефти на нефтеперерабатывающих заводах, переработка биомассы может способствовать производству различных видов топлива, химических веществ и электроэнергии (рис. 24). Добавленная стоимость этих продуктов к производству этанола могла бы значительно улучшить экономику производства этанола из биомассы. 6.4. СТОИМОСТЬ ЭТАНОЛА И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭКОНОМИКИ В целом производить этанол дороже, чем производить бензин, но высокие издержки производства, как уже говорилось выше, компенсируются преимуществами, связанными с его использованием. Признавая эти преимущества, в США, например, Конгресс установил низкие ставки налогов на этанол, пытаясь сделать так, чтобы он мог конкурировать с оптовой ценой бензина. Введение налоговых льгот способствует тому, чтобы для покупателей этанол стал менее дорогим, чем бензин. Поскольку покупателями являются нефтяные компании, которые смешивают его со своим бензином, конечная цена топлива для потребителей получается различной. Полученная в результате смесь бензина и этанола является более качественным продуктом, и торговцы требуют часто более высокую цену за это высокооктановое топливо. В то же время смеси бензина с этанолом часто можно найти в розничной продаже по цене более низкой, чем обычный бензин. На рынке топлива слишком много составляющих, чтобы можно было с уверенностью утверждать, что смеси с этанолом более или менее дорогие, чем традиционный бензин, однако бензин остается конкурентоспособным. Постоянное повышение эффективности работы предприятий по производству этанола обусловило снижение стоимости его производства. Научные исследования, проводимые Министерством энергетики США и рядом частных европейских компаний, могли бы в значительной степени сказаться на стоимости производства этанола и открыть совершенно новое поколение сырья. В соответствии с действующими в ряде стран налоговыми льготами этанол является экономичным топливом. С развитием технологий сельского хозяйства и производства из биомассы это станет еще более очевидно. Достижения в технологии производства этанола позволили значительно снизить издержки. Переход к эксплуатации заводов большой производственной мощности, применение разновидностей дрожжей и энзимов с улучшенными характеристиками позволили значительно уменьшить расходы по производству этанола. В результате стоимость производства снизилась с 1,40 доллара за галлон в 1980 г. до менее 1,19 доллара за 1 галлон в 2000 г. Модернизация заводов и улучшение технологии позволили затем уменьшить издержки до текущей средней величины приблизительно 1,10 доллара за производство 1 галлона этанола. Ожидается, что эта тенденция продолжится. Стоимость производства этанола будет также зависеть от урожаев сельскохозяйственных культур, стоимости биомассы сырья и от цен на рынках побочных продуктов. Потребительские пены бензина ЕЮ на АЗС обычно близки ценам на углеводородное топливо. То же можно сказать и о смесях Е85. Эти цены в целом зависят от применения налог овых стимулов на топливо, цель которых сделать смеси с этанолом конкурентоспособными по сравнению с нефтепродуктами. В качестве компенсации стоимости налоговых стимулов за топливо применяется снижение субсидий фермам. Экономическая деятельность от отрасли производства этанола позволяет получить 3,5 млрд долларов в виде дополнительных средств, собранных в виде подоходного налога в течение следующих пяти лет: на 1 млрд долларов больше, чем сумма средств за освобождение от уплаты налога. Отрасль по производству этанола в США обеспечит чистую прибыль для налогоплательщиков в размере до 4 млрд долларов в течение следующих пяти лет. Нефтяная промышленность начала получать федеральные субсидии для поддержки развития энергетической отрасли еще в 1916 г. По мере того как нефтяная промышленность становилась более прибыльной, выплата субсидий продолжалась. Недавнее исследование Статистического управления США обнаружило, что с 1968 г. нефтяная промышленность получила около 150 млрд долларов в качестве налогового стимула. С другой стороны, отрасль по производству этанола получила 11,2 млрд долларов через частичное освобождение от федерального акцизного налога и 200 млн долларов — по кредитам подоходного налога. Несмотря на многие положительные характеристики этанола, конкуренция с установившейся и хорошо субсидированной нефтяной промышленностью представляет собой большой вызов. По этой причине Конгресс США признал необходимым обеспечить стимулирование его производства как путем понижения ставки налога, так и связывая этанол с программами по охране окружающей среды, такими как программы выпуска реформули-рованного бензина и контроля над выбросами оксида углерода. Многие полагают, что предпринимаемые сегодня действия в области охраны окружающей среды, сельского хозяйства и безопасной энергетики призывают к новому расширенному подходу, чтобы помочь решить эти вопросы общественной политики. Такой подход должен быть основан на гибком требовании, касающемся всей цепочки производства и распределения топлива, чтобы некоторый процент от всех видов топлива получали из возобновляемых источников. Стимулирующее требование в поддержку топливного этанола должно быть аналогично тому, которое рассматривалось бы, как для государственной отрасли по производству электроэнергии, в соответствии с которой определенный процент электроэнергии должен быть получен из возобновляемых источников. Сторонники такого подхода полагают, что установление подобного базового требования укрепит программы альтернативной энергетики и защитит их от взлетов и падений рынка. Программа кредитов и торговли позволяет использовать эти виды топлива там, где в них есть наибольший смысл, и не «проталкивает» их использование в тех местах, где такое выполнение было бы трудно осуществить. В частности, анализ этого законодательства, проведенный Министерством сельского хозяйства США, подтверждает эффективность подхода «требование-спрос». Исследования Министерства сельского хозяйства США показывают, что такая программа обусловила бы дополнительный спрос на 2 млрд бушелей биомассы, что привело бы к выработке 4,6 млрд галлонов этанола. Такое расширение отрасли по производству этанола позволило бы получить миллионы долларов дополнительных доходов и способствовало бы созданию тысяч рабочих мест по всей стране. Сторонники возобновляемого топлива также отмечают продолжающееся улучшение характеристик обычных видов топлива для автомобилей, что, в свою очередь, может ослабить необходи- Рис. 25. Планируемый спрос на этанол в США с учетом введения обновленных топливных стандартов мость в компонентах из возобновляемых источников, улучшающих чистоту горения. Анализ ситуации в частном секторе также показывает, что даже если бы вся программа по реформулированному бензину осталась без изменений и этанол был бы единственным оксигенатом, имеющимся у перерабатывающих предприятий, спрос на этанол был бы все же значительно меньшим, чем в случае предложенного Стандарта возобновляемого топлива, за который борются многие как в отрасли по производству этанола, так и в сельском хозяйстве (рис. 25). В соответствии с анализом, проведенным Министерством энергетики США, «увеличение доли на рынке альтернативного и возобновляемого транспортного топлива обеспечило бы значительную энергетическую безопасность и выгоды для рынка нефтепродуктов. Некоторые из этих выгод будут иметь место, даже если использование топлива вызвано правилами, субсидиями или демонстрационными программами. Дополнительные выгоды энергетической безопасности будут созданы, если эти виды топлива будут конкурировать с топливом из нефтепродуктов, по крайней мере, в некоторых сегментах рынка». 6.5. ФИНАНСОВАЯ МОДЕЛЬ ПРОИЗВОДСТВА ЭТАНОЛА Была изучена финансовая модель производства этанола. Модель основана на данных о предприятии, а также о компании. Расходы по производству этанола включают в себя расходы, связанные с капиталом, другие расходы по обеспечению работы завода и стоимость сырья. Заводы по производству этанола позволяют получить прибыль от продажи этанола, сухой барды и в некоторых случаях углекислоты и электроэнергии. Модель является общей, поскольку может быть использована для сырья из крахмала и целлюлозы. Требования к вводимым данным будут рассмотрены ниже отдельно для заводов, работающих на крахмале и на целлюлозе. При рассмотрении факторов успеха производства этанола Тиффани и Эйдман [201] определили затраты основного капитала как один из второстепенных факторов успеха наряду с уровнями долга и процентной ставкой. Все три фактора взаимосвязаны, и заводы с низкими капитальными затратами могут позволить себе более высокие процентные ставки и уровни долга, чем заводы, у которых капитальные затраты высоки. За последние десять лет производство топливного этанола в США и Бразилии из крахмала или сахара резко выросло. В обоих случаях отмечалось значительное снижение капитальных затрат на строительство заводов и издержек производства. В Соединенных Штатах, например, завод этанола производительностью 190 млн л в год в начале 1980-х годов стоил около 150 млн долларов (в ценах 1980 г.). Сегодня завод производительностью 190 млн л в год может быть построен приблизительно за 50 млн долларов США [203]. Снижение капитальных затрат —это результат накопления опыта. Имеется эмпирическое свидетельство того, что разверты- 2 а,о/1-.-1-1-1-1 г 0,01    0,1    1    ю    100    юоо Ч"    12 Совокупное производство электричества * 10 , Вт/ч Рис. 26. Стоимость производства электричества из различных источников вание новых технологий на конкурирующих рынках стимулирует изучение технологии, при этом издержки производства по новой технологии падают, а техническая работа улучшается по мере того, как накапливается опыт производства и продаж. В секторе энергетики было изучено большое число технологий производства электричества в Европейском Союзе, эти данные отражены на рис. 26 (1ЕА 2000 [204]). Форма кривых, приведенных на рис. 26 показывает, что улучшения следуют простому закону способности. Эго означает, что относительные улучшения в цене и технической работе остаются такими же через каждое удвоение накопившихся продаж. ПОЛУЧЕНИЕ ЭТАНОЛА ИЗ КРАХМАЛА Более 80 заводов по производству этанола, которые перерабатывают зерно, были построены в США за последние двадцать лет. Опыт строительства и эксплуатации этих заводов обусловил значительный прогресс в уменьшении капитальных затрат для таких предприятий. В докладе, опубликованном Национальной лабораторией по возобновляемой энергии (National Renewable Energy Laboratory — NREL [205]), сравнивались издержки производства этанола из различного сырья. Доклад был подготовлен совместно с Министерством сельского хозяйства США и был посвящен изучению капитальных затрат и издержек производства заводов, получающих этанол из крахмала и лигниноцеллюлозы. В докладе был рассмотрен завод производительностью 95 млн л в год, а издержки были разделены по цехам завода, как показано в табл. 24. Это был завод по производству этанола с сухим помолом сырья, он не включал в себя производство попутных товаров, так что эти расходы были подсчитаны отдельно. Таблица 24. Капитальные затраты на строительство завода по производству этанола мощностью 95 мля л в год Перечень та грат
Затраты, доля. США Сбор сырья    2995665 Осахаривание    2650012 Ферментация    5300023 Дистилляция    6106549 Разделение твердых и жидких продуктов.    12097880 высушивание Хранение, погрузка    1728269 Переработка сточных вод    1152179 Производство пара    2304358 Утилизация воды и газов    1152179 Итого    35487113 Национальная лаборатория по возобновляемой энергии доложила, 'гго у заводов, которые были построены недавно, себестоимость составляет от 1,25 до 1,50 доллара США за 1 галлон ежегодно. Сюда не входят оборотный капитал, выплата процентов во время строительства или стоимость финансирования. Эти издержки могут добавить 15—20% к полной стоимости проекта. В табл. 25 просуммированы капитальные затраты ряда недавно построенных заводов. Все эти заводы работают по технологии сухого помола сырья. Большинство этих заводов смогло увеличить свою производительность по сравнению с проектной, но в таблицу включены только проектные данные по оборудованию. В некоторых случаях заводы не были построены из-за проблем с финансированием, но соглашения с твердыми договорами по ценам для строительства завода внесены в модель, так что эти данные были использованы. Стоимость проекта включает весь оборотный капитал, часть которого профинансирована из краткосрочной задолженности поставщикам. NREL приводит показательный равномерно меняющийся коэффициент, который они, принимая равным 0,60, использовали для регулирования стоимости оборудования между заводами различной мощности. Этот коэффициент может быть использован в разумных пределах, но он не может быть применим при очень большой разнице в мощностях заводов. Кривая, построенная с учетом этого коэффициента (рис. 27), предполагает, что показательный коэффициент всего завода 0,77. Эта цифра соответствует заводам Меньшей мощности. Средний показатель соотношения стоимости всего проекта и капитальных затрат завода составляет 1,20: 1. Данные по капитальным затратам заводов соответствуют заводам по производству этанола из кукурузы, построенным в США. Они могут быть отрегулированы для других конструкций и для другого сырья, нежели кукуруза. На своем сайте в Интернете KMPG «Конкурирующие инициативы» приводит издержки строительства и производства для 11 стран и для ряда отраслей промышленности 1203]. Предполагается, что стоимость заводов, работающих на пшенице и ячмене, выше, чем заводов по производству этанола, использующих кукурузу. Это объясняется низким выходом этанола, поскольку требуется больше зерна на переработку в начальной части установки и больше сухой барды для переработки в конце установки. Издержки не будут функцией разницы в выходе готовой продукции, поскольку часть технологического оборудования завода, где получают спирт, будет такой же мощности, включая некоторые подсобные обслуживающие процесс здания. По предварительным прогнозам стоимость завода по выпуску этанола, работающего на пшенице, перерабатывающего на 8 % больше г.

as —
Mil


С y 2 S
тг"
X

cil1
*
so oo os r~- ~ OCbOONOOOOOOOOOO OCTVOSONOOOOOOOOOO — — —< — ГЧГ4ГЧСЧГЧГЧГЧГЧГ-1ГЧГЧ N N N
i
I Du    .1.    —    tv s    Si    x    *s (J    <    Ш    Ш

I
й ! о * _ S " 5 is й 3 ЬО я    ТЭ К O    s Ш О о    Г
H О
Мощность п о производству этанола, млн галлонов Рис. 27. Влияние мощности заводов по производству этанола на капитальные затраты (у — 2,7152jr°'7734; R1 = 0,9608) сырья и производящего на 15 % больше сухой барды, будет на 10 % выше, чем завода по переработке кукурузы такой же производительности по этанолу. Завод, перерабатывающий ячмень, которому приходится перерабатывать на 23 % больше зерна и который производит на 50 % больше сухой барды, может предположительно стоить на 30 % дороже завода, перерабатывающего кукурузу. Всем заводам потребуются дополнительные капитальные вложения для финансирования расходов, в том числе предоплаченных расходов, таких, как страховка, лицензии и оборотный капитал, для обеспечения товарно-материальных запасов и дебиторской задолженности. Оборотный капитал рассчитывают от суммы дебиторской задолженности, товарно-материальных запасов и предоплаченных счетов в первом квартале первого года работы предприятия. Процентную ставку по ссуде во время строительства считают на основе калькуляции, основанной на процентной ставке за кредит под строительство, субдолге и предполагаемом потоке наличных денег в период строительства. В большинстве случаев сумма этих факторов на опыте США близка к 20 % капитальных затрат. Ожидаемые расходы на строительство заводов этанола на кукурузном сырье различных размеров показаны в табл. 26, но в ней не приведены ожидаемые издержки для заводов по производству этанола из кукурузного сырья. Стоимость индивидуальных проектов будет различной в силу местных условий. Местный налог с продаж будет учитываться дополнительно. Ожидаемые расходы на строительство заводов этанола на пшеничном сырье различных размеров показаны в табл. 27. Местный налог с продаж также нужно будет добавлять к этим расходам. Таблица 26. Ожидаемые расходы по строительству завода этанола на кукурузном сырье Мощность завода, млн л Капитальные затраты, млн долл. США Общая стоимость проекта, млн долл. СИГА Таблица 27. Ожидаемые расходы по строительству завода этанола на пшеничном сырье Мощность завода, млнл Капитальные затраты, млн долл. США Общая стоимость проекта, млн лолл США 80    47,9    57,5 115    63,4    76,1 130    70    84,0 ПОЛУЧЕНИЕ ЭТАНОЛА ИЗ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ NREL было опубликовано несколько исследований по капитальным затратам строительства крупнотоннажных заводов по производству этанола на целлюлозном сырье [205—215]. Капитальные затраты для завода производительностью 260 млн л в год при строительстве в Канаде составили 250 млн канадских долларов (203]. Оборотный капитал, расходы начального периода, разрешения и т.д. составили в сумме дополнительно 15%. В этом случае предполагалось, что завод на 100 % будет финансироваться акциями, так что не было расходов, связанных с финансированием или начислением процентов во время строительства. Было принято, что это один из серийных строящихся заводов, и при этом имеется какой-то прежний опыт. Однако первые из построенных заводов будут стоить дороже. Так, стоимость первого завода, который будет давать 170 млн л в год, составит 315 млн канадских долларов [203]. Это стоимость всего проекта, так что капитальные затраты могут составить 265 млн долл. Размещение предприятия по производству этанола рядом с существующей теплоэлектростанцией (ТЭС), работающей на биомассе или угле, позволяет в процессе производства этанола использовать часть главных капитальных обслуживающих агрегатов производственного процесса принимающего предприятия (рис. 28). Рис. 28. Схема завода по производству этанола, совмещенного с угольной теплоэлектростанцией Сбор сырья Биомасса Предварительная обработка Сепаратор Твердая масса Осахаривание и ферментация Обработка сточных вод Лигнмновый остаток на угольную теплоэлектростанцию Конденсат Производство пара для завода __по производству этанола
Печь/бойлер турбогенератор
Электричество для завода по производству этанола
Важнейшие из этих агрегатов — когел и электрогенерирующее оборудование. Расположение рядом с ТЭС, работающей на биомассе, делает возможным совместное материальное обеспечение, а также совместное хранение на объекте и обработку биомассы и лигнина. Расчет капитальных затрат предполагает, что производство всей энергии производится на существующем принимающем предприятии, так что новые котлы для твердого топлива и турбинные генераторы не включены в проект. Совместное материальное обеспечение и использование материалов также включены в расчеты по эксплуатации обслуживающих установок, расположенных рядом с работающими на биомассе ТЭС. Возможны также другие совместные обслуживающие установки, такие, как установки водоснабжения и водоочистки. Главным попутным продуктом производства этанола из целлюлозы является лигнин, который производится в больших количествах. Например, завод этанола производительностью 550 т сухой биомассы в день перерабатывает 180 ООО т сухой биомассы в год в 13,6 млн галлонов этанола и 115 700 т сухого лигнина. Попутного продукта — лигнина — достаточно в качестве топлива для производства до 18 МВт электричества на эффективной отдельно стоящей ТЭС или более чем достаточно для удовлетворения всех по- 161
I [ - KD98 требностей в паре и электричестве для процесса производства этанола и, кроме того, для производства дополнительно до 10 МВт электроэнергии. Для реализации этого, однако, требуются установка и эксплуатация очень дорогого оборудования: котла для твердого топлива и паротурбинного генератора. Строительство по соседству расположенной установки на 30 % дешевле, чем отдельно стоящего завода по производству этанола. Отсутствие потребности в дорогом оборудовании является главным движущим фактором для расположения предприятий по соседству. Выбор технологии для производства этанола из целлюлозы — это еще предкоммерческая стадия работы над проектом. Выбор технологии с учетом того, что установки будут ограничены по мощности с учетом имеющихся ресурсов, обусловливает проектирование производств довольно дорогого этанола. Для аналитических целей существенным показателем для производства этанола является продажная цена этанола у ворот завода. На требуемой продажной цене на этанол не сказывается ни тип продаж электричества, который вырабатывает совместная ТЭС, ни то, как много топлива уходит на котельную установку, ни то, что ТЭС по-другому манипулирует выходом электроэнергии в пиковое время спроса. Требуемая продажная цена этанола является главным образом функцией двух факторов: выбора технологии производства этанола и типа (стоимости) используемого сырья. В случае использования рисовой соломы для производства этанола установки по производству этанола продают свой лигнин ТЭС по более низкой цене, чем в случае применения обычной биомассы, из-за того, что стоимость приобретаемого сырья снижена. Тем не менее снижение стоимости сырья для производства этанола при использовании рисовой соломы (-10 долл. США за 1 т сухой биомассы) больше, чем просто компенсация за потерю стоимости лигнина, что позволяет продавать 1 галлон этанола на 10 центов дешевле для каждой рассматриваемой технологии производства этанола. При этом учтено, что рядом расположенные установки существуют как отдельные юридические лица и продукты энергетики продаются ими друг другу таким образом, чтобы полностью избежать издержки от существующих коммерческих тарифов. Это означает, что пар и электричество продаются теплоэлектростанцией производителю этанола по ценам, не ориентируясь на стоимость природного газа и розничные цены за электричество для крупных потребителей промышленной энергии, а лигнин и биогаз продаются предприятием по производству этанола теплоэлектростанции на взаимовыгодной основе, с тем чтобы ТЭС сократила затраты по приобретению топливной биомассы. Можно принять, что стоимость производства этанола из целлюлозного сырья включает три главные составляющие: стоимость приобретаемого сырья, стоимость обеспечения работы установки и техобслуживания (без учета стоимости сырья) и капитальные затраты. На рис. 29 приведены относительные вклады отдельных составляющих издержек производства для установок по производству этанола производительностью 550 и 1100 т сухой биомассы в день. При изменении соотношения затрат на закупку сырья, капитальных затрат и издержек производства относительный удельный вес стоимости сырья по сравнению с двумя другими компонентами стоимости возрастает по мере того, как увеличивается мощность предприятия по производству этанола. На стоимость сырья, используемого для процесса превращения в этанол, приходится от одной четверти до одной трети всех издержек производства. На рис. 30 приведена зависимость продажной цены этанола от стоимости сырья для двух различных технологий производства этанола — кислотным или ферментативным Производственная мощность по сырью 1100 т сухой биомассы в день 48% 32% (27- 37) Производственная мощность по сырью 550 т сухой биомассы в день Рнс. 29. Структура себестоимости производства этанола 120'-1-*-1-1 15    20    25    30    35 Цена сырья, долл. США за бушель Рис. 30. Зависимость стоимости этанола от цены биосырья: 1 — кислотный гидролиз; 2 — ферментативный пиролиз гидролизом. Диапазон цены этанола по каждой технологии ограничен базовым (верхний предел) и оптимистическим (нижний предел) прогнозом. Требуемые продажные цены этанола, обсужденные ранее, были основаны на необходимости удовлетворять финансово-проектным требованиям, которые были определены с учетом значительных преимуществ для общества производства энергии из остаточных форм биомассы [54]. Можно получить финансирование низких расходов для размещенных рядом проектов по производству этанола. Например, если будут приняты высокие льготные ставки: 5 и 12 % для ставок возврата долга и по акциям (по сравнению с 10 и 20 % соответственно), продажная цена может быть уменьшена приблизительно на 20 центов за галлон (от 18 до 21 центов за галлон). Размещение предприятий по производству этанола рядом с теплоэлектростанцией предоставляет ряд возможностей совместного использования обслуживающих установок и операций, что могло бы привести к снижению требуемой продажной цены на этанол. К числу таких возможностей можно отнести следующие: •    отсутствие необходимости в новом котловом и электрогенерирующем оборудовании для установок по производству этанола; •    совместное обеспечение биомассой, общие помещения для хранения и обработки биомассы и работы установок; •    совместная обработка воды, общее оборудование для очистки воды; •    общий основной технический обслуживающий персонал; •    совместные административные и управленческие службы. Одним из важнейших факторов, влекущих за собой рост издержек производства при получении топливного этанола из целлюлозы, являются относительно небольшие мощности предполагаемых производственных единиц. Фактором, ограничивающим мощность производственной единицы, является характер ресурсов, используемых как сырье. Предприятие по производству этанола производительностью 550 т сухой биомассы в день использует такое же количество биомассы, как и отдельно стоящая ТЭС, работающая на биомассе, мощностью 25 МВт, Для совместной работы рядом стоящих предприятий (550 т сухой биомассы в день / 25 МВт) необходимо столько же биомассы, как и для отдельно стоящей работающей на биомассе ТЭС мощностью 35 МВт, которая считается большой по стандартам этой отрасли. Однако эти установки производят только 10—12 млн галлонов этанола в год, в то время как современные предприятия по производству этанола из зерна производят 40 и более млн галлонов этанола в год. Установки по производству этанола из целлюлозы будут не в состоянии достигнуть тех экономических показателей, которые могут дать заводы этанола, работающие на зерне в качестве сырья. Экономия затрат, достигаемая на больших предприятиях, впечатляет. Удвоение мощности предприятия по производству этанола с 550 до 1100 т сухой биомассы в день позволяет снизить требуемую продажную иену этанола на 25 центов за галлон, если принять, что дополнительное сырье, требуемое для таких предприятий, может быть получено при таких же предельных издержках, какие были принять! для предприятий мощностью 550 т сухой биомассы вдень/ 25 МВт. Преимуществом удвоения объема производства этанола будет снижение требуемой продажной цены этанола на приблизительно 15—20 центов за галлон для каждого вида технологии. Установки по переработке целлюлозы в этанол могут быть размещены рядом с ТЭС, работающими на угле, для получения многих аналогичных синергетических эффектов, как и в случае близкого расположения установок получения этанола с ТЭС, работающими на биомассе. Заметным отличием будет необходимость иметь полностью отдельное помещение для хранения материалов и работы с ними. В действительности близкое расположение установок с ТЭС, работающими на угле, обусловливает несколько значительных преимуществ для операций по производству этанола по сравнению с тем случаем, когда установка для получения этанола расположена рядом с ТЭС, работающей на биомассе. Ниже приведены некоторые из этих преимуществ: •    ТЭС, работающие на угле, обычно намного больше по мощности, чем ТЭС, работающие на биомассе. В результате установки, работающие на угле, могут поддержать большие мощности по производству этанола с меньшими техническими ограничениями для принимающей станции, такими, например, как ограничение на содержание лигнина в топливной смеси; •    вся биомасса, заготовленная при близком расположении к угольной ТЭС, предназначается для переработки в этанол. Это обусловливает отсутствие споров за ресурсы биомассы с принимающим предприятием. Более того, многие районы, где имеется много потребителей ТЭС на угле, не располагают хорошо развитым производством электроэнергии из биомассы, так как высокая себестоимость производства электроэнергии ТЭС на биомассе не компенсируется сокращением некоторых издержек производства; •    близкое расположение установок по производству этанола к существующей ТЭС, работающей на угле, обеспечивает значительное улучшение состояния окружающей среды. Последствия эксплуатации многих старых угольных ТЭС представляют собой очень важную проблему с точки зрения охраны окружающей среды. Производство этанола не делает более экологически чистым производство ТЭС на биомассе, которая уже, как правило, на 100 % работает на возобновляемом сырье по технологии, имеющей высокие экологические показатели; •    получение электроэнергии за счет сжигания угля — это более дешевый процесс, чем производство ее из биомассы. В результате большинство ТЭС на угле продают электроэнергию по более низкой цене, чем ТЭС, работающие на биомассе, которые должны продавать электроэнергию по ценам выше рыночных, чтобы выжить. Продажа некоторого количества электроэнергии и пара ТЭС, работающей на угле, для нужд производства этанола дает этой ТЭС большую прибыль, чем в случае с ТЭС на биомассе. Это означает, что в данном случае могут быть получены большие выгоды от близкого расположения предприятий, которые можно разделить между ними. 6.6. ПРЕИМУЩЕСТВА ОТ ПОЛУЧЕНИЯ ПОПУТНЫХ ПРОДУКТОВ: БАРДЫ, ДИОКСИДА УГЛЕРОДА, ЭЛЕКТРИЧЕСТВА Увеличение производства этанола не означает, что будет производиться меньше зерна для питания человека. Наоборот, производство этанола позволяет получить большое количество ценных продуктов питания с высоким содержанием белка и попутных продуктов для кормов. Например, с ! акра кукурузы (при среднем урожае L25 бушелей) получается 313 галлонов этанола, 1,362 фунта сухой барды, 325 фунтов 60%-ной клейковины и 189 фунтов кукурузного масла. Барда может быть использована как добавка к почти всем типам кормов для животных и используется как недорогой, питательный, легкоперевариваемый и богатый белком корм для домашнего скота, свиней и овец. Ежегодно производится приблизительно 1,4 млрд т барды. Часто сопутствующие продукты не учитываются при составлении энергетического баланса производства этанола. Получение таких сопутствующих продуктов, как, например, барда, в качестве корма домашних животных увеличивает эффективность, заменяя собой отдельные производства кормов. Новые заводы по производству этанола по методу сырого помола сырья выпускают много различных продуктов. Эти заводы обычно производят большое количество подсластителей из кукурузы в летние месяцы, когда самый большой спрос на прохладительные напитки, и затем этанол —в зимние месяцы. Они также производят диоксид углерода (углекислый газ), который используется для получения газированных прохладительных напитков, и кукурузную клейковину, которая идет на корм скоту. Таким образом, предприятия выпускают продукты, пользующиеся спросом во всем мире. Это означает, что энергия, израсходованная на производство данных продуктов, должна учитываться при расчете энергетического баланса технологии получения этанола. На практике около двух третей от каждой тонны зерна (например, крахмал) превращается в этанол. Попутный продукт при этом может служить кормом для домашних животных, он имеет высокое содержание белка, поэтому особенно хорошо подходит для жвачных животных, таких, как крупный рогатый скот и овцы. Белок этого продукта в питании жвачных животных используется более эффективно, чем другие ингредиенты кормов с высоким содержанием белка, например соевая мука. Этот попутный продукт получения этанола особенно хорош для производства молочных продуктов, говядины и баранины. Он позволяет глобально повысить конкурентоспособность производителей этих фермерских товаров. Заводы по получению этанола могут производить различные сопутствующие продукты в зависимости от процесса и местного рынка. Сопутствующие продукты вносят очень большой вклад в общую прибыль предприятия, что может составлять от 20 до 30 % прибыли в зависимости от цен на товары. Попутные белковые продукты конкурируют с другими источниками белка, причем мировой белковый рынок является довольно большим и постоянно растет. Белковый рынок развивается довольно разнообразно, при этом он дифференцируется между сухой бардой, произведенной с использованием различных сырьевых ресурсов, и бардой, произведенной на заводах по производству этанола. Выпуск попутных продуктов низкой ценности, таких как уксусная кислота и электричество, зависит от потребностей местных рынков и от месторасположения предприятия. Заводы по производству этанола, работающие на зерне по технологии сухого помола, выпускают сухую барду, которая содержит неферментируемую долю сырья, а также истощенные дрожжи из производственного процесса. Сухая барда используется как источник белка в рационе животных, конкурируя с соевой мукой. При производстве этанола в процессе сырого помола сырья в качестве побочных продуктов получают клейковину (как корм) и клейковинную муку, в то время как по технологии сухого помола в качестве побочных продуктов получается барда. В процессе сырого помола помимо этанола можно производить такие продукты, как кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы или кукурузный крахмал. Можно настроить производство на получение большего количества кормов — кукурузной клейковины и глюте-новой муки, чем при обычном процессе производства топливного этанола. Технология сырого помола доминирует в промышленности при дроблении кукурузных зерен и до недавнего времени также являлась преобладающей на предприятиях по производству этанола. В последние годы большинство новых построенных заводов этанола используют технологию сухого помола, поэтому производство барды возрастает. На рис. 31 показаны годовые объемы производства барды и кукурузной клейковины. Важно отметить, что, хотя производство барды возрастает, оно все еще много меньше, чем производство кормов из клейковины и глютеновой муки. Барда конкурирует не только с кукурузной глютеновой мукой и кормом из кукурузной клейковины, но также с другими источниками белковой муки. Во всем мире запас белковой муки из всех источников составляет 210 млнт [217J, из этого количества на соевую муку приходится около 70 %. В США производство соевой муки росло и в последние годы составляет около 40 млн т [218]. Более 30 млн т потребляется в США в качестве кормов для животных. Рынок кормов США поглотил дополнительно 10 млн т соевой муки в последние 10 лет, а также возросшее количество кукурузной глютеновой муки и глютенового корма. Барда может также продаваться влажной. Влажная барда обычно содержит около 35 % сухого вещества и производится путем вращения в центрифуге и обработки через испарительную систему (см. рис. i 1). Обычно производство влажной барды происходит в два потока. Влажная барда не хранится долго (от 3 до 10 дней в зависимости от температуры) и не может быть рентабельно Рис. 31. Получение дополнительных продуктов при производстве биоэтанола: I — кукурузный глютен: корм и крупа; 2 — барда транспортирована на дальние расстояния из-за высокого содержания влаги. Питательная ценность влажной и сухой барды примерно одинакова, поэтому завод по производству влажной барды может сберечь до половины своих энергетических потребностей по сравнению с заводом, производящим сухую барду. Продажная цена влажной барды очень разнится и зависит от местных запасов и от спроса и предложения на рынке. В некоторых случаях заводы смогли достичь такой же цены на влажную барду, как и на сухую. В этих случаях завод имеет лучшую экономическую ситуацию благодаря низким расходам на энергию (и более низким выбросам газов, создающих парниковый эффект). В других случаях влажная барда продается по более низким ценам, чем сухая барда, и нет экономической выгоды для ее производства (хотя капитальные затраты ниже). Многие заводы производят и продают как сухую, так и влажную барду, и гибкость возможности делать и то и другое позволяет им оптимизировать издержки производства. При ферментации сахара в этанол также получают почти такое же количество углекислоты. На некоторых рынках можно продавать этот продукт компаниям, производящим промышленные газы, или прямо конечным потребителям. Существуют определенные капитальные и эксплуатационные требования к улавливанию и сжатию углекислого газа. При этом принимается, что дополнительные капитальные затраты и издержки производства несет заказчик, а заводу по производству этанола платят за сырой газ. Так поступают на большинстве заводов по получению этанола в Северной Америке. Количество углекислого газа подсчитывают, исходя из предположения, что 90 % произведенного газа уловлено. Пользователь должен зачислять прибыль за газ. Цены на углекислый газ могут варьироваться в зависимости от условий местного рынка и чистоты произведенного газа. Углекислый газ получают при производстве этанола как из зерна, так и из лигниноцеллюлозы. Заводы по производству этанола, использующие лигниноцел-люлозу, обычно производят свою электроэнергию за счет сжигания лигнина и, как правило, имеют некоторый ее запас, который могут продавать на рынок. 6.7. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ РЫНКА ТОПЛИВНОГО ЭТАНОЛА Получив некоторое представление об экономической стороне производства этанола и о методах оценки экономической выгодности таких заводов, рассмотрим вопросы развития рынка этанола. Термин «рынок» применяется в самом широком смысле, включая в себя не только потребление продукта, но и его производство. Вопрос создания рынка для энергетических технологий в последние пять лет был предметом пристального внимания Международного агентства по энергетике (МАЭ). Международное агентство по энергетике рассмотрело 22 исследования в области успешного развития энергетического рынка в странах, входящих в МАЭ, за последние двадцать лет [22]. Было рассмотрено три направления развития политики, которые успешно развиваются в течение последней четверти века: •    исследование, развитие и развертывание, которые концентрируют внимание на процессах инновации, стратегии отраслей промышленности и знаниях, связанных с новыми технологиями; •    изучение рыночных барьеров, которые характеризуют принятие новой технологии как рыночного процесса, при этом внимание фокусируется на решениях, принятых инвесторами и потребителями, с применением аналитических экономических методов; •    изучение преобразований рынка, т. е. путей продвижения товара от производителя до потребителя, а также роли участников этой цепи в развитии рынков новых технологий, применение методов науки управления. Отчасти три этих направления являются тремя вариантами рассмотрения одного вопроса, но каждый добавляет что-то, чего нет в других. Сила программы исследования и развития плюс концепция развертывания заключается в ее видении будущего и во внимании к самой технологии, ее издержкам, работе и процессу выхода на рынок через сегменты рынка. Изучение рыночных барьеров включает экономический анализ для лучшего понимания барьеров вхождения на рынок и обеспечивает некоторую дисциплину в анализе мер по интервенции на рынок, которые можно было бы использовать как политический инструмент. Развитие преобразований рынка направлено на практические аспекты составления политических линий, дающие требуемый результат. МАЭ сделало вывод, что принятие технологий чистой энергетики не будет успешным, если только не будут рассмотрены все три направления, и при этом необходимо: •    произвести капиталовложения в сегменты рынков и наукоемкие технологии для снижения технологических издержек и улучшения работы оборудования; •    удалить или снизить те барьеры развития рынка, которые обусловливают его несостоятельность; •    использовать методы преобразования рынка, которые касаются беспокойства держателей акций при принятии новых технологий и помогают преодолеть рыночную инерцию, способствующую продолжительному использованию менее эффективных технологий. В материалах МАЭ при тщательном их изучении помимо вопросов центральной тематики можно обнаружить также четкие принципы успешного проведения политики. Среди ключевых моментов следует выделить следующие. •    Политика и программы развертывания являются решающими для быстрого развития технологий чистой, более устойчивой энергетики и рынков. В то время как развитие технологии и рынков проводится частным сектором, правительства должны играть главную роль, информируя общественность о положительных результатах, на которые следует опираться. •    Программы оказания помощи в создании новых и преобразовании существующих рынков должны охватывать держателей акций. Люди, создающие политику, должны понимать интересы тех, кто вовлечен в конкретные рынки, а также то, что должна быть постоянная двусторонняя связь между разработчиками политики и держателями акций. Это обусловливает установление соответствующих приоритетов со стороны правительства, желающего развертывания программ. В программах следует ставить цели, которые принимают во внимание имеющийся опыт, т. е. идти дальше того, что считают возможным держатели акций, нацеленные на результат здесь и сейчас. •    Меры, которые принимаются в соответствии с программами, должны быть ясными, гармонизированными как между собой, так и с линиями правительства в отношении промышленного развития, контроля охраны окружающей среды, налогообложения и других областей деятельности. •    Программы должны стимулировать изучение вопроса инвестиций из частных источников и рассматривать пути постепенного сокращения существующих правительственных субсидий по мере того, как улучшается технология, и она подхвачена рынком. •    Имеются большие потенциальные возможности для сбережения энергии, вырабатываемой в небольших объемах, и поэтому сбор таких объемов очень важен и заслуживает особого внимания. •    Большинство потребителей мало интересуют вопросы энергетики как таковые, но они с радостью откликнутся на меры по повышению эффективности энергозатрат или использованию возобновляемых видов энергии наряду с теми вопросами, которые их интересуют. Далее будет более подробно рассмотрена перспектива развития отдельного предприятия и рынка этанола, которые оцениваются с этой перспективы. Различные перспективы развития подробно и глубоко раскрыты в докладе МАЭ, но инструменты развития рынка, приведенные в каждом направлении, были применены непосредственно к развитию рынка этанола. Многие исследователи считают развитие технологий линейным процессом, который начинается с исследования и заканчивается организацией рынка, как показано на рис. 32. На практике процесс развития технологии носит скорее цикличный характер, нежели линейный. Решения, имеющие влияние на конечный рыночный успех, принимаются на каждой стадии, и обратная связь последующих стадий с опытом рынка и дальнейшим развитием технологий очень важна. Именно эта обратная связь между разработкой программы исследования и ее развитием является решающим фактором успеха. Принятие рынком новых технологий имеет два положительных следствия. Первое заключается в повышении эффективности использования возобновляемой энергии и снижения уровня выбросов газов, вызывающих парниковый эффект, который будет его сопровождать, и второе — накопление знаний о производстве новых источников энергии более дешевым и эффективным способом. Совместное их действие оказывает значительное влияние на новые технологии. Инженерное\ испытание товаров и стандартов Рис. 32. Стадии развития рынка 172
Рыночная i демонстра-/ ция, первая покупка
Техническая ^демонстрация безопасности и ачества выбросов/
В исследованиях, проведенных МАЭ, было установлено, что многие имевшие правительственную поддержку программы развертывания имели успех в виде роста продаж и проникновения на рынок. Однако при этом не принималась во внимание связь между программами и решениями, принятыми инвесторами частного сектора. Люди, принимающие решения в промышленности, часто считают первоначальные издержки изучения рынка слишком высокими и слишком рискованными. Правительства, с другой стороны, имеют небольшие государственные ресурсы и не могут нести все расходы по продвижению новой технологии на рынок. Однако во многих случаях вмешательство правительства в процессы развертывания на ранней стадии играло решающую роль в поощрении вовлечения частного сектора и в активизации процесса изучения данного вопроса среди участников рынка. Существует эмпирическое свидетельство того, что развертывание новых технологий на рынках со здоровой конкуренцией обусловливает изучение технологии, при этом стоимость использования новой технологии падает, техническая работа улучшается по мере накопления опыта продаж и работы с новым оборудованием. Кривые опыта и изучения технологии, которые суммируют пути падения издержек на технологию и улучшения технических показателей, позволяют получить надежный и простой инструмент для анализа технологии. Разумеется, частный сектор инвестирует некоторые технологии, которые еще не достигли точки безубыточности. При этом ожидается, что стоимость использования новой технологии упадет ниже текущей рыночной иены. Поскольку действующие технологии могут все еще занимать большую часть рынка, они определят рыночную цену на производимый энергетический продукт, а новая технология позволит получать чистую прибыль, которая возместит капиталовложения, затраченные на изучение оборудования. Однако существующие фирмы имеют тенденцию отдавать предпочтение уже существующим технологиям. Даже зная о возможностях новых технологий, они часто будут очень осторожны с инвестициями в них и, возможно, со своей точки зрения имеют на это основание. Они могут рассматривать скорость и продолжительность изучения выгод новых технологий как слишком неопределенные, и любая компания может столкнуться с риском того, что некоторые или все выгоды от инвестирования на ознакомление могут закончиться тем, что технологии будут перехвачены конкурентами. Таким образом, если они вложат инвестиции в независимое изучение, то, вероятно, выберут те технологии, которые уже значительно продвинулись но кривой ознакомления (хотя исключения из этого возможны, например, в тех случаях, когда новые технологии были внедрены в соответствии с внутренней программой исследования и развития). Программы правительства, которые оказывают помощь или поощрение для частных инвестиций, могут выделить приоритеты главных новых технологий в отрасли энергетики. Более того, тенденция к инерции со стороны участников рынка создает классический случай для действий со стороны правительства, который экономисты характеризуют как положительное внешнее влияние. В том случае, если частные инвесторы не будут инвестировать изучение технологии, которая может считаться готовой к выходу на рынок, необходимо, чтобы правительство, которое может иметь другое представление о риске и более низкие капитальные издержки, способствовало инвестициям в изучение этой технологии. На практике правительства, как правило, не реагируют на каждую технологию, но в случае новых технологий, которые способствуют целям правительства в деле улучшения безопасности энергетики и уменьшения вредных газовых выбросов, создающих парниковый эффект, стимул к началу их действий становится очень веским. При этом встает комплекс вопросов о «выборе победителей», т. е. о том, какую долю расходов правительство готово взять на себя, когда не ясно, как будут велики будущие прибыли и кому они пойдут. Это большая тема, и ее исследование не входит в задачу этой книги. Однако стоит отметить, что эмпирически наблюдаемые эффекты ознакомления помогают в тех случаях, когда анализ затрат и прибылей используют для установления того, начинать ту или иную программу развертывания. В некоторых анализах затрат и прибылей не принимаются во внимание динамические последствия программ, в этом случае такие анализы будут замыкаться в существующих технологиях и их вариантах. Также организационные изменения могут вызвать изменения в характере энергетического управления и обслуживания, а это означает, что цена и затраты новой формы энергетического обслуживания могут изменяться по отношению к цене и затратам старой формы обслуживания. Это может привести к неточным выводам об относительной эффективности старой и новой технологии, что скажется на расчетах затрат и прибылей. Качественные изменения такого рода также вызывают интерес, так как они могут обеспечить базу для роста «сегмента» рынка. Главный вопрос состоит в том, что для внедряемых технологий издержки могут изменяться довольно быстро по мере их развития. Текущие издержки, как правило, значительно отличаются от будущих издержек. Принимая во внимание, что имеющиеся технологии имеют гораздо больший базис (т. е. производственные фонды, опыт производства и управления, сеть распространения основной и побочных видов продукции), скорость улучшения в этих технологиях медленнее, чем для новых технологий, а разница в цене основной продукции по старой и новым технологиям будет снижаться со временем. С изучением кривых опыта тесно связана тема распространения технологии, а именно: как новые продукты и услуги продвигаются на рынке. Идея, что принятие успешных новых продуктов покупателями внутри отрасли растет по S-образной кривой, давно используется при изучении новых начинаний. Такая S-образная кривая показана на рис. 33. Определение истинной формы S-образной кривой довольно сложно. Она включает четыре основных элемента процесса распространения: собственно начинание, сообщение о инновации, время и социальную систему, которая пытается принять новую технологию. Каждый элемент является решающим для успешного распространения инновации или технологии, и он обсуждается ниже. Характеристики технологии помогают определить скорость, с которой новая технология будет принята рынком. Существует пять важнейших соображений при принятии новой технологии: •    относительные преимущества нового продукта; •    степень, в которой новая технология совместима с существующими социальными ценностями: •    сложность инновации; •    возможность ознакомления с новым продуктом или технологией; * Г “ Поздние участники (16 %) _J Новаторы (2,5 %)
Большинство: вторая очередь (34 %)
Время после введения
Рис. 33. Кривая распространения инноваций
• легкость, с которой новая технология может быть испытана потенциальными пользователями. Преимущество этанола состоит в том, что этанол должен восприниматься как лучшее топливо по сравнению с невозобновляе-мым углеводородным топливом, которое он заменяет. Степень преимущества может быть измерена экономическими терминами (например, снижением налога на новое топливо), но другие факторы, такие, как социальный престиж, удобство, улучшение эко-логической обстановки, также играют роль в определении относительного преимущества. Это признано, и важно подчеркнуть, что продолжающееся улучшение имеющейся технологии представляет собой подвижную мишень для новых технологий энергетики, т. е. относительное преимущество меняется и будет меняться со временем. Успешные инновации должны соответствовать существующим ценностям, прошлому опыту и потребностям потенциальных клиентов для их принятия. Больше времени требуется на принятие тех технологий, которые потребуют внесения изменений в соответствии с ценностями и нормами общества. Принятие таких инноваций, которые несовместимы с ценностями общества, потребует предварительного принятия новой системы ценностей. Например, забота об охране окружающей среды является подлинной ценностью, которая становится частью системы ценностей общества, но она все же в незначительной степени определяет относительное преимущество новой технологии. Быстрее будут приняты инновации, которые легко понятны для большинства членов общества. Например, жидкие виды биотоплива, с которыми можно обращаться, как с бензином и дизельным топливом, будут более понятны потребителям, чем газообразное биотопливо. Наглядность — это еше один показатель, который влияет на скорость принятия новых технологий. Чем легче можно будет увидеть результат инновации, тем больше вероятность того, что она будет принята. Для людей важно иметь возможность испытать новое, не давая при этом постоянных обязательств. Инновации, которые можно испытать, обычно принимаются быстрее, чем те, которые нельзя испытать. Системы биоэнергетики, если они новые и непроверенные, будут приниматься медленно из-за их высокой стоимости и большого риска при апробировании. Таким образом, на перспективы развития рынка топливного этанола наибольшее влияние оказывают пять показателей: относительное преимущество (реальное или воспринятое), совместимость, сложность, наглядность и возможность апробации. 6.8. ХАРАКТЕРИСТИКА РЫНОЧНЫХ БАРЬЕРОВ Совокупность рыночных барьеров позволяет рассматривать принятие новых технологий как рыночный процесс, концентрируя внимание на ограничениях, в рамках которых инвесторами и потребителями принимаются решения. Все, что тормозит скорость принятия инновации, может быть названо рыночным барьером. Различные рыночные барьеры, которые рассматриваются как важные, хорошо известны. В табл. 28 приведены виды рыночных барьеров и типичные меры, которые предпринимаются, чтобы уменьшить влияние этих барьеров. Однако этот список не полон, барьеры накладываются друг на друга и взаимодействуют между собой и последствиями решений инвестирования в новые технологии. Таблица 28. Виды рыночных барьеров Главная характеристика Типичные меры
Барьер
Неконкурентная рыночная цена Искажение цены Информация Издержки исполнения Риск покупателя Финансы Крупные масштабы экономики и выгоды от изучения еще не поняты Издержки, связанные с существующими технологиями, иногда ые включены в цену, поскольку обычные технологии могут быть субсидированы Необходимо знать о наличии и характере продукта уже в период инвестирования Издержки исполнения решения по закупке и использованию оборудования Восприятие риска может отличаться от истинного риска. Трудности прогнозирования на соответствующий период времени Первоначальные издержки могут быть высоким порогом. Несовершенство рынка для получения фондов •    Капиталовложения в изучение вопроса •    Дополнительное техническое развитие •    Регулирование международных инвестиций или возврата субсидий •    Специальные компенсирующие налоги или сборы •    Исключение рыночного субсидирования •    Стандартизация •    Маркировка •    Надежные независимые источники информации •    Удобные и прозрачные методы расчетов для принятия решений •    Демонстрация •    Рутинные меры для облегчения расчета •    Условия для финансирования третьей стороной •    Особое финансирование •    Регулировка финансовой структуры Главная характеристика Типичные меры
Барьер
Неэффективная организация рынка по отношению к новы» технологиям Чрезмерное/неэффективное регу лирование Сгавки оборота акционерного капитала Специфические технологические барьеры Стимулы разделены не корректно: владелец/ разработчик/ потребитель не одинаково заинтересованы в новых технологиях. При этом крупные компании могут сдерживать развитие рынка для сохранения своих позиций Регулирование на основе традиций отрасли, заложенных в стандартах, не успевает за развитием Невозвратные издержки, налоговые правила, требующие долгой амортизации и инерции Часто относятся к существующим инфраструктурам, обслуживающим производственное оборудование и обладающим опытом работы с ним •    Реструктуризация рынков •    Либерализация рынка может заставить участников рынка искать новые решения •    Регулирующая реформа •    Регулирование на основе результатов работы •    Регулировка налоговых правил •    Капитальные субсидии •    Внимание к аспектам системы по использованию технологии •    Связать меры с другими важными вопросами бизнеса (производительность, охрана окружающей среды) В соответствии с законами рыночной экономики правительства имеют право вмешиваться в экономику только в ситуации, в которой рынок не способен сам эффективно накапливать ресурсы и когда вмешательство позволит улучшить социальное благосостояние. В «сильной» форме —это форма правительственного вмешательства, если рыночные барьеры включают в себя несостоятельность рынка. В этом случае правительство должно вмешиваться в рыночные отношения для исправления несостоятельности рынка. Как только это сделано, правительство должно предоставить возможность решения о покупке новых технологий частному сектору. Поэтому нужно учитывать, до какой степени определившиеся рыночные барьеры включают несостоятельность рынка. Важно отметить, что не все рыночные барьеры включают в себя несостоятельность рынка. В большинстве случаев рыночная несостоятельность включает в себя внешние эффекты, которые случаются в рыночной сделке, если любая часть расходов или прибылей, вовлеченных в нее, не включена в цену продукции. Если имеются расходы, являющиеся внешними для рынка (например, покупатель не оплачивает часть расходов, возникших при производстве продукции), то имеет место негативный внешний эффект, если есть внешние прибыли — положительный внешний эффект. Такой тип барьеров, как барьеры несостоятельности рынка, труднее преодолевается отдельными участниками рынка, так как они связаны с системами. Ниже будут рассмотрены пять категорий барьеров несостоятельности и их отношения к развитию рынка этанола, а также рассмотрен опыт Канады в развитии рынка этанола: поскольку климатические условия России и Канады во многом схожи, канадский опыт развития промышленности по производству этанола может быть очень полезен для разви тия этого направления в России. Искажение цены. Искажение цены возникает, когда некоторые издержки и прибыли, которые возникают от использования продукции, не отражены в продажной цене. Наиболее обычным примером этого являются издержки на охрану окружающей среды, которые возникают при использовании продукции, загрязняющей окружающую среду. Эти издержки реальны, они сказываются на экономике в виде низкой урожайности культур, увеличения издержек на техобслуживание и на обществе как более высокие расходы на здравоохранение. Эти издержки обычно не включаются в стоимость продукции. Правительства могут предпринимать и предпринимают действия для устранения этих искажений цены. Так, налог на транспортные виды топлива относится к дифференцированному налогу, который применяли в некоторых странах к бензину с большим содержанием тетраэтилсвинца до запрета на использование бензина с этой присадкой. Этот дополнительный налог, который снимал финансовый стимул использовать бензин, содержащий недорогой тетраэтилсвинец, очень эффективно повлиял на ускорение перехода от этилированного бензина к неэтилированиому. В случае применения бензина с примесью этанола анализ воздействия на окружающую среду показывает, что при использовании этого топлива наблюдается снижен не выбросов газов, вызывающих парниковый эффект, отмечено также снижение выбросов других загрязнителей из выхлопной трубы. Это должно быть ценным для общества и может быть использовано для компенсации высокой стоимости топлива. Информация. Рынки работают лучше, когда все их участники имеют необходимую информацию, чтобы принимать информированные решения. Время и усилия, требуемые, чтобы собрать и проанализировать информацию о новых продуктах, могут серьезно замедлить их принятие обществом. Выше уже говорилось, что передача информации об инновациях является очень социальным процессом, который может потребовать значительного времени, усилий и финансовых ресурсов. Сторонники новых энергетических технологий часто не имеют необходимых ресурсов, чтобы это осуществить. В Канаде в 2004 г. было проведено исследование общественного мнения об информированности по поводу применения смеси бензина и этанола [220]. Целью этого исследования было определить: •    уровень осведомленности населения страны в целом; •    поведение покупателей при альтернативном выборе: использовать смеси бензина и этанола или только бензина; •    отношение населения к использованию смеси бензина и этанола. В результате информационного исследования были сделаны следующие главные выводы: •    осведомленность и знание о смеси бензина в смеси с этанолом среди владельцев личных автомобилей в Канаде очень низкие; •    информационные барьеры существуют, но могут быть преодолены при использовании средств массовой информации путем выражения озабоченности по поводу совместимости смесей бензина и этанола с типом автомобиля, его безопасностью и работой; •    канадцы продемонстрировали почти единодушную поддержку увеличению использования смесей бензина с этанолом. Они полагают, что прави тельство Канады должно делать больше в этом направлении. Они также активно поддержали почти все меры, направленные на увеличение использования смесей бензина с этанолом, которые были испытаны. Издержки выполнения сделок. Близко к вопросу информирования лежит вопрос стоимости принятия решений. Большое количество маленьких закупок стоит дорого и может поглотить прибыль от выбора технологий производства экологически безопасного топлива. Если потребители должны дополнительно переплачивать за этаноловую составляющую бензина, стоимость сделки заставит многих покупателей и продавцов хорошо подумать, прежде чем сделать такую покупку. Вряд ли это можно отнести к случаю с этанолом, так как сделка будет, вероятно, происходить между заводом по производству этанола и торговцем бензином. Что касается нисходящих денежных потоков (транспорт и реализация) от этой сделки, то все последующие сделки должны быть прозрачными. Стоимость сделки вряд ли станет значительным барьером для развития рынка этанола. Неэффективная организация рынка. Неэффективная организация рынка наблюдается, когда одна фирма или небольшая группа фирм действуют одинаковым образом и используют преимущества того, что они являются поставщиками обычной продукции, для того чтобы противиться усилиям проникновения на рынок новой технология. Так, например, существует много потребителей транспортного топлива, но все они покупают продукцию у ограниченного количества компаний. В большинстве стран крупные компании контролируют значительную часть розничных заправочных станций в одном районе. Есть также компании, производящие конкурентоспособный бензин. Для того чтобы этанол проник на рынок и был доступен конечному потребителю на дальнем конце цепочки, этанол должен быть интегрирован в существующую распределительную сеть. За небольшим исключением этот выход на рынок был значительным барьером на пути развития отрасли по производству этанола в Канаде. Заметным исключением можно назвать успех, который имела фирма «Commercial Alcohols», организовав долговременные контракты с компанией «Suncor and Petro Canada». В этом конкретном случае интерес нефтеперерабатывающего предприятия возрос благодаря возможности использовать этанол для повышения октанового числа автомобильного топлива. Нефтеперерабатывающие заводы смогли в результате увеличить производство ароматических веществ для рынка химических продуктов, восполнив снижение октанового числа автомобильного топлива за счет этанола. Чрезмерное / неэффективное регулирование. Правила и стандарты часто имеют предписывающий характер и не всегда непосредственно определяют эффективность работы. Применение правил и стандартов может быть эффективно в тех случаях, когда есть значительный опыт работы с продуктом и работа может соответствующим образом контролироваться. Система работает не особенно хорошо, когда вводятся новые виды продукции и нет достаточного опыта по использованию этой продукции, которая может иметь совершенно другие характеристики, чем продукция, получаемая с использованием обычной технологии. Во многих странах правила разрабатываются путем совместных усилий производителей, потребителей и регулирующих органов. В большинстве случаев производители — наиболее знающие участники дискуссии, и они оказывают более сильное влияние на результат. В случае новых продуктов производитель обычной продукции может использовать это свое доминирующее положение, чтобы воспротивиться переменам в характеристиках, которые могут вызвать предпочтительное отношение к новым видам еще не освоенной в больших промышленных масштабах продукции. Наилучший пример того, как неэффективное регулирование сказывается на производстве этанола, — это, вероятно, измерение пределов давления паров топлива. Для контроля летучести бензина во всем мире используют измерение давления насыщенных паров (ДНП) по Рейду. Эта характеристика измеряется при температуре 38 °С и является «моментальным» снимком показателей давления паров топлива при одном определенном состоянии работы. В любом конкретном сезоне топливо подвергается воздействию температур, которые могут быть как ниже, так и выше этой температуры, Для бензинов, состоящих только из углеводородных компонентов и удовлетворяющих другим характеристикам, только одно измерение ДНП при 38 °С обеспечивает обоснованное предсказание, как давление паров топлива может повести себя в широком интервале температур. Зависимость кривой ДНП бензина, содержащего этанол, от температуры значительно отличается от кривой такой же зависимости для бензина, содержащего только углеводороды. Использование измерения пределов давления паров по Рейду в качестве контрольной характеристики для смеси бензина с этанолом позволяет в большой степени защититься от проблем испарения бензина при низкой температуре и, возможно, в меньшей — при высокой температуре. Для обеспечения хорошего холодного запуска двигателя на нефтеперерабатывающих заводах в зимнее время года в бензин добавляют изобутан и другие сжиженные углеводородные газы, что решает вопросы по эксплуатации автомобилей даже при очень низких температурах. Это может обусловить создание иной характеристики для смеси этанола с бензином, чему всегда противились лица, занимающие ответственные посты. Фактически это может служить примером неэффективного регулирования рынка для создания рыночных барьеров. Развитие промышленности этанола с точки зрения перспективы преобразования рынка Как было сказано выше, трудно сконцентрировать достаточную покупательную способность, чтобы положение топливного этанола стало другим. Покупательная способность, которую необходимо обеспечить для завода производительностью 100 млн л, составляет 1 млрд л бензина. Это огромная задача, которая усложняется торговыми барьерами, с которыми этанол сталкивается в некоторых районах. Пока трудно представить, как принципы концепции инновации бизнеса могут быть применены к топливному этанолу со значительным успехом в России. В некоторых частях мира, где имеются большие объемы отходов, таких как выжимки после производства сахара из свеклы на заводах или шелуха рисовых зерен, которые имеются по нулевой или негативной стоимости, эту концепцию с некоторым успехом можно применить. В России только лесная промышленность дает большие количества отходов такого типа и компании, внедряющие технологии по превращению этого материала в этанол, в настоящее время не готовы для коммерциализации. Другим потенциальным применением концепции инновации бизнеса могут бьггь такие технологии переработки сырья, с помощью которых можно было бы перерабатывать целлюлозные отходы в этанол и высокоценные продукты. Сочетание дешевого сырья и попутных продуктов может привести к получению очень дешевого этанола. В то время как некоторые организации работают над этими подходами, они еще не готовы для коммерциализации. ОБОБЩЕНИЕ ВОПРОСОВ РАЗВИТИЯ РЫНКА Имеется четыре главных и два второстепенных барьера развития рынка этанола. Главные рыночные барьеры следующие. 1.    Высокая цена на этанол. В некоторых районах страны это может бьггь компенсировано сочетанием федеральных и местных налоговых стимулов. Однако некоторые из этих стимулов создают вторичную проблему в отношении торговли этанолом между регионами. 2.    Неэффективная организация рынка. Крупнейшие нефтяные компании не являются конечными потребителями бензина с примесью этанола, но они обеспечивают систему продвижения этанола, с помощью которой этанол достигает конечного потребителя. 3.    Финансовый риск. Собирать долговую часть необходимого капитала проекта может быть трудно. В Росс mi нет кредиторов, которые бы интересовались потребностями больших сельскохозяйственных перерабатывающих предприятий. 4.    Риск бизнеса. Успешные новые виды бизнеса должны наращивать финансирование с помощью акций и кредитов, иметь заводы, спроектированные и построенные, работать на новом оборудовании и адаптироваться к меняющимся рыночным условиям. Это трудно сделать в первый раз, но становится легче с каждой новой успешной операцией, как это видно на примере США. Второстепенные барьеры следующие: 1.    Искажение цены. Место на рынке не определяет в денежном выражении влияние на окружающую среду. Виды топлива, которые уменьшают выбросы вредных по экологическим характеристикам газов и газов, вызывающих парниковый эффект, продаются по такой же цене, как и виды топлива, которые оказывают вредное влияние на экологию. 2.    Чрезмерное / неэффективное регулирование. Смеси этанола с бензином имеют некоторые уникальные физические свойства. Правила компаундирования и распределения смесей этанола и бензина не всегда такие же, как для обычного бензина из углеводородного сырья. Во многих случаях это способствует увеличению стоимости полученных смесей и возникновению трудностей при их транспортировке и применении. Когда рассматривается развитие рынка этанола, возникает несколько вопросов, которые можно выделить особо. 1. За прошедшие 25 лет данный вопрос в значительной степени изучался, что позволило снизить стоимость сооружения завода по производству этанола и издержки производства этанола. 2.    Вероятно, что скоро появятся результаты исследований по выведению таких сортов пшеницы, которые лучше бы подходили для производства этанола: эти сорта имели бы более низкое содержание белка (более высокое содержание крахмала) и обеспечивали бы более высокие урожаи для производителей. Аналогичная работа по выведению новых сортов кукурузы велась в США в последние 10 лет, и заводы по производству этанола сейчас используют эти новые сорта и добиваются высоких выходов этанола. 3.    Россия занимает лидирующие позиции в технологии по превращению целлюлозных материалов в этанол. Подходит время для внедрения новых технологий, но нет государственных программ, предназначенных для того, чтобы помочь их внедрить. Без государственной поддержки внедрения новых технологий программы исследования и развития рискуют сесть на мель. 7. ЭТАНОЛ В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ Что из себя представляет топливный этанол? •    Этанол, иначе известный как этиловый спирт, зерновой спирт или нейтральный спирт, — это прозрачное, бесцветное, воспламеняющееся, обогащенное кислородом топливо, •    Этанол смешивают с бензином в количестве до 10 % (об.). Эта формула топлива одобрена всеми иностранными производителями автомобилей. В России имеются положительные результаты испытаний и допуск на производство и применение бензина с 5 % (об.) содержанием этанола, •    Этанол используется для увеличения октанового числа и улучшения качества выхлопных газов бензина. •    Этанол применяется как альтернативное топливо для замены бензина; спиртобензиновая смесь с содержанием 85 % (об.) этанола и выше используется в автомобилях с универсальным потреблением топлива. •    Этанол используется при производстве этил-т^т-бутилово-го эфира. ЭТБЭ применяют для повышения октанового числа и улучшения характеристики отработанных газов автомобиля. Насколько этанол совместим с компонентами топливных систем в топливных пасосах и карбюраторах? Автомобили сегодня делают совместимыми с топливом, содержащим этанол. Когда этанол был впервые использован в начале 1980-х годов, у некоторых автомобилей было отмечено ухудшение состояния эластомеров (материала прокладок) и металла — компонентов топливной системы. Очень быстро производители усовершенствовали эти компоненты топливной системы, так что сегодня они все совместимы с различными видами топливного этанола. Как работает этанол в машине? Все международные концерны — производители автомобилей одобряют использование смесей этанола и бензина, это отмечается в инструкциях по эксплуатации автомобиля для владельцев, в разделах о дозаправке или о свойствах бензина. Компания 13-aim    185 «General Motors» в инструкции по эксплуатации рекомендует использовать топливные оксигенаты, такие как этанол. Топливный этанол в смеси с бензином составляет почти 100% рынка всего проданного бензина в тех районах США, где в атмосфере отмечается повышенное содержание оксида углерода (обогащенный кислородом бензин) и повышенное содержание озона (реформулиро-ванный бензин). Топливный этанол успешно используется во всех типах автомобилей и двигателей, которые работают на бензине. Засоряет ли смесь бензина с этанолом топливные инжекторы? Нет! Этанол или смеси с этанолом никогда не были причиной обгорания или засорения отверстия топливных инжекторов. Некоторые компоненты бензина, такие, как олефины, могут образовывать отложения, засоряющие инжекторы. Но поскольку этанол сгорает на 100 % и не оставляет остатков, он не вносит свой вклад в образование отложений. На практике смеси с этанолом помогают содержать топливные инжекторы в большей чистоте, помогая улучшить работу двигателя. Этанол не увеличивает коррозию и не повреждает уплотнительные прокладки или клапаны. Не сокращает ли добавка этанола пробег машины с учетом ограниченных размеров топливных баков? На экономию топлива влияет много факторов, среди которых можно отметить сезон, погоду, регулировку автомобиля, качество дорожного покрытия и использование кондиционера воздуха. На практике для некоторых карбюраторных двигателей, работающих на обогащенной смеси, отмечается рост экономии топлива при использовании смеси топлива с небольшим количеством этанола. Предполагается, что экономия топлива может снизиться приблизительно на 2% в автомобилях с топливным инжектором. Топливо Е85 имеет более высокое октановое число (антидетонационный индекс от 100 до 105) по сравнению с бензином. В автомобилях при этом отмечается падение экономии топлива примерно на 5—15 %. Этот показатель колеблется в зависимости от температуры и условий вождения. В то же время использование этанола способствует поддержанию чистоты двигателя и всей топливной системы. Будет ли топливная смесь с этанолом вызывать образование газовых пробок? Нет! Мировые стандарты на давление насыщенных паров бензина продолжают снижаться, практически устраняя проблему газовых пробок, о которых сообщалось в прошлом. Все крупные производители автомобилей сейчас устанавливают топливные насосы в бензобаке, что не приводит к образованию паровых пробок, как это было со старыми бензонасосами в бензопроводе. Если используют этанол, нужно ли применять антифриз в бензопроводе? Нет! Антифриз для бензопровода содержит спирт —метанол, этанол или изопропанол. Все спирты способны поглотать воду, и поэтому конденсат в топливной системе ими абсорбируется и не имеет возможности собираться и замерзать. Будет ли перегреваться двигатель при работе на этаноловых смесях? Нет! Этанол на практике помогает охлаждать двигатель автомобиля, так как этанол в топливе сгорает при более низкой температуре. В действительности многие мощные гоночные двигатели используют чистый спирт как раз по этой причине. Будет ли смесь бензина с этанолом способствовать созданию пробок в топливопроводах? Случаи, когда топливные фильтры оказываются засоренными, в настоящее время практически не отмечаются. «Очищающая» природа топливных смесей с этанолом на практике поможет держать вашу топливную систему в еще большей чистоте и улучшать ее работу. В загрязненной топливной системе загрязнители и остатки, отложившиеся от прежних заправок бензином, могут отстать от поверхностей. Эти остатки будут накапливаться в топливном фильтре, а когда система подачи топлива прочистится, это улучшит работу автомобиля. Не будет ли смесь бензина с этанолом притягивать влагу в топливную систему? Нет! Все современные автомобильные топливные системы являются закрытыми системами и не могут притягивать влагу. Наиболее вероятная причина попадания воды в бензин сегодня — это ее попадание из бензохранилищ АЗС, что бывает достаточно редко. Этанол будет сорбировать влагу из топливной системы, предотвращая замерзание топливопроводов зимой. При использовании этанола нет необходимости добавлять средство от обледенения. Если загрязнение водой становится слишком высоким, может произойти расслоение бензина и водноспиртового раствора, который осядет на дно топливного бака автомобиля. Если это произошло, лучше удалить загрязненное водой топливо и наполнить бак ноной порцией смеси бензина с этанолом, который сорбирует любые остаточные количества воды. Почему некоторые механики говорят, что использовать этанол не следует? Механик, который не советует вам использовать этанол, не располагает правильной информацией. Механикам предоставлено очень мало информации по составу топлива, так что, если возникают проблемы с двигателем, предположительно связанные с топливом, некоторые механики немедленно относят их к этанолу. Можно ли топливо с примесью этанола использовать для маломощных двигателей? Топливо— смесь бензина с этанолом — прекрасно работает в газонокосилках, аэросанях и в других маломощных двигателях. Смеси с этанолом могут быть использованы где угодно, где используется неэтилированный бензин — от вездеходов до цепных бензопил, от газонокосилок до личного катера. В действительности любой производитель маломощных двигателей, включая фирмы «Honda», «Briggs & Stratton», «Toro/Lawnboy», «Kohler» и «Snapper», одобряет использование топлива с этанолом в своем оборудовании. Может ли этанол использоваться в дизельных двигателях? Дизельное топливо с добавлением этанола, называемое Е-ди-зельное топливо, апробируется, оценивается и подает большие надежды. Прежде всего при добавлении этанола к топливу увеличивается содержание в нем кислорода, топливо сгорает чище, при этом снижается количество макрочастиц и выбросов черного дыма из дизельных двигателей. При добавлении этанола в топливе также снижается объемное количество серы и других токсичных веществ, топливо становится более экологически чистым. Дизельное топливо с этанолом имеет также улучшенные характеристики для пуска двигателя в холодную погоду по сравнению с обычным дизельным топливом. Сколько стоит этанол по сравнению с бензином? Смеси бензина с этанолом обычно имеют более низкую рыночную стоимость, чем бензин из нефти с таким же октановым числом. Этанол относительно дорог для тех, кто изготавливает его смеси с бензином, но его введение может значительно повысить октановое число бензина. В течение многих лет качество бензина, а поэтому его цена, были отражены октановым числом: «чем выше октановое число, тем выше цена». На некоторых рынках этанол присутствует только в высокооктановом бензине, что заставляет некоторых думать, что смеси с этанолом должны быть более дорогими. Стандартное октановое число смешения этанола равно ИЗ. Обычно один объем этанола, добавленный к 9 объемам бензина из нефти, позволяет поднять октановое число смеси до уровня следующего сорта. Эти факты могут быть неизвестны потребителям или даже некоторым розничным торговцам. Но вопреки обычным слухам бензин, смешанный с этанолом, почти всегда менее дорог, чем бензин из нефти с таким же октановым числом. Сказывается ли производство этанола на запасах пищевых продуктов страны? Производство этанола не приведет к уменьшению количества зерна, предназначенного для питания, и поможет поддерживать хорошие прибыли в области сельского хозяйства, обеспечивая его постоянным доходом от продаж. В процессах производства этанола, применяемого в качестве топлива и питьевого спирта, используется только крахмал зерна, при этом нетронутыми остаются высокого качества богатые витаминами кормовые продукты — сухая барда или корм из зернового глютена. Производство этанола позволяет получить много ценных попутных продуктов, полезных для человека и животных. Так, по опыту США из 1 бушеля кукурузы, использованного в процессе производства топливного этанола, дополнительно можно получить 1,6 фунта кукурузного масла, 10,9 фунта корма с высоким содержанием белков (сухая барда), 2,6 фунта кукурузной муки и 31,5 фунта крахмала, который может быть превращен в напитки или подсластители или использован для производства 2,5 галлона этанола. Попутные продукты, полученные в результате измельчения зерна при производстве этанола, имеют хорошие питательные свойства, которые позволяют повысить ценность кормов и программ кормления скота. Использование попутных продуктов позволяет производить корма по конкурентоспособной цене. Попутные продукты производства зерна конкурентоспособны с другими ингредиентами кормов и помогают снизить общие издержки производства. Будет ли производство этанола таким же дешевым, как и производство бензина? Да, однако этанол следует сравнивать с другими высокооктановыми компонентами бензина, а не с бензином в целом. В действительности внедрение новых технологий позволяет постоянно снижать природоохранные и монетарные издержки производства этанола. При использовании этанола снижается количество вредных выбросов в выхлопных газах автомобилей, он является возобновляемым видом топлива и поэтому обеспечивает такие преимущества, которые бензин никогда не сможет обеспечить. Нефтяная промышленность во многих странах в течение ряда лет имела налоговые льготы и получала субсидии. Можно предположить, что в недалеком будущем стоимость загрязнения воздуха и воды может быть целиком отнесена на общую стоимость бензина. С другой стороны, производство зерна и этанола с каждым годом становится более эффективным и менее энергоемким. Ожидается, что, когда процесс переработки целлюлозы в этанол будет отлажен, стоимость производства этанола значительно снизится. Вечнозеленые волокнистые культуры и твердые отходы будут также использованы для производства этанола в будущем. Некоторые заправочные станции рекламируют «чистый бензин». Что они имеют в виду? Заявление «чистый бензин» — это рыночный трюк. Бензин — это сложная смесь огромного числа органических углеводородов, произведенных на нефтеперерабатывающем заводе. Компоненты бензина не соединяются по специальному рецепту, но смесь имеет такой состав, что конечный продукт попадает в пределы определенных характеристик с наименее дорогостоящими имеющимися ингредиентами. Существуют ли крупные нефтяные компании, которые выступают против использования этанола как топлива? Нет. Некоторые маленькие нефтеперерабатывающие заводы и производители МТБЭ в своих выступлениях возражают против расширении использования этанола прежде всего потому, что он заменяет их продукцию. Однако крупнейшие нефтяные компании Европы и США активно поддержали введение в действие стандартов возобновляемого топлива и стали более активно использовать этанол. Они рассматривают стандарты возобновляемого топлива в качестве одного из путей уменьшения числа формул топлива и увеличения их эффективности. Будет ли этанол когда-либо смешиваться с бензином в концентрации более 10 %? Бразилия продает 25%-ную смесь этанола с бензином вместо 10%-ной, чтобы снизить объем импорта бензина. Однако такие автомобили имеют модифицированный двигатель, рассчитанный на обедненную смесь топлива. Возможно, что 25%-ные смеси этанола с бензином будут в скором времени производиться и в США, когда будет вырабатываться гораздо больше этанола или следующий кризис не поднимет цены на нефть. Что такое Е85? Е85 — смесь 85 % (об.) этанола и только 15 % (об.) бензина. Эта смесь стала сенсацией в топливной и автомобильной отрасли. Е85 используется для заправки автомобилей с универсальным потреблением топлива, которые стоят столько же, как модели автомобилей для бензина, и могут работать на любой смеси этанола с бензином, Хотя на дорогах США эксплуатируется уже свыше 3 млн АУПТ, многие люди с удивлением узнают, что у них уже есть такой автомобиль. Еще лучшим показателем является то, что Е85 в США часто стоит на 10—20 центов дешевле бензина. В каких машинах используется Е85? Возможно, что у вас есть автомобиль, работающий на Е85. Фактически вы, возможно, уже ездите на машине, которая работает на Е85, изготовленной предприятиями фирм «Ford», «General Motors», «Daimler-Chrysler» или «Mercedes-Benz». Какие новые рынки этанола существуют потенциально? Этанол используется в составах различных бытовых очистительных средств, в напитках и как размораживающее средство на дорогах, им также заменяют метанол в жидкости для обмыва лобового стекла. По мере того как эти продукты становятся все более распространенными, они помогают уменьшить количество токсичных химических веществ в автокосметике. Топливный этанол может стать обычным топливом для маленьких самолетов, так как самолетам низкой высоты полета нужно высокооктановое топливо для замены этилированного авиационного бензина. Как использование этанола позволяет снизить количество вредных выбросов автомобиля? Поскольку молекула этанола содержит кислород, это способствует более чистому, более эффективному сгоранию бензина, что приводит к снижению содержания СО в выхлопных газах. Этанол-простое химическое вещество, при сгорании которого не образуются загрязнители, имеющие сложную формулу, и ароматические соединения. Сами выбросы различаются в зависимости от конструкции двигателя. Ниже приведено сравнение характеристик снижения вредных веществ в выбросах топлива Е85 по сравнению с обычным бензином: —    уменьшение содержания токсичных веществ; —    снижение количеств формирующих озоновый слой летучих органических соединений на 15 %; —    снижение содержания оксида углерода на 40 %; —    снижение выбросов макрочастиц на 20 %; —    снижение выбросов оксида азота на 10%; —    снижение выбросов сернистых соединений на 85 %; —    низкая химическая активность углеводородных выбросов; —    высокие выбросы этанола и уксусного альдегида. Приведенные данные основаны на «индивидуальных» химических свойствах этанола по отношению к двигателю, который использует все преимущества этих свойств. Что такое насыщенное кислородом топливо? Это любое топливо, молекулы которого содержат кислород и поэтому не требуют больших количеств кислорода из воздуха для чистого горения. Добавление дополнительного кислорода в процесс сгорания помогает бензину сгорать более полно, оставляя меньше загрязняющих веществ. Что такое реформулированный бензин? Термин «реформулированный бензин» используется для описания бензина, который позволил снизить количество опасных для здоровья выбросов из выхлопной трубы. Нефтяная отрасль в США ввела сорта бензина с измененной формулой после принятия Положений штатов о чистоте воздуха и федерального Закона о чистом воздухе 1990г. Бензин с измененной формулой в том виде, как он производится сейчас, не содержит некоторые летучие, более легкие компоненты бензина, которые вносят вклад в образование смога, а также некоторые ароматические вещества, о которых известно, что они опасны для здоровья. Агентство по охране окружающей среды США требует, чтобы реформулированный бензин содержал оксигенаты, если он используется в районах с повышенным содержанием озона и оксида углерода. Если компоненты бензина попадают в систему водоснабжения, будет ли этанол опасен для нашей воды? Нет! Этанол — самый безопасный компонент в бензине в настоящее время. Этанол быстро биоразлагается в поверхностных водах, грунтовых водах и почве. Как влияет этанол на глобальное потепление? Диоксид углерода (С02) считается главным виновником глобального потепления. Процесс производства этанола из биомассы культур, выращиваемых ежегодно, не приводит к увеличению концентрации диоксида углерода в атмосфере. Сегодня большую часть этанола производят из зерновых культур и сахарного тростника, которые, как все растения, в процессе роста «вдыхают» СО2 и «выдыхают» кислород. Поэтому рост использования топлива из возобновляемой биомассы частично компенсирует глобальный эффект потепления в результате сжигания бензина. Как влияет этанол на биоразложевие бензола в почве? Этанол — самый безвредный и биологически разлагающийся компонент бензина. Когда бензин заражает почву или воду, этанол—первый из компонентов топлива, который быстро, безопасно и естественно биоразлагается. Исследование, предпринятое отраслью, производящей МТБЭ, позволяет предположить, что в случае разлива топлив, содержащих этанол, он разлагается первым, а бензол сохраняется в окружающей среде дольше. Однако при этом следует учесть, чго топлива с примесью этанола содержат меньшие количества бензола, а реальную угрозу окружающей среде представляет присутствие в бензине бензола, а не этанола. Что горит чище: этанол или бензин марки АИ-95? Многие высокооктановые бензины —это смеси бензина с оксигенатами, в том числе с этанолом. Если бензин содержит кислородсодержащие добавки, он будет гореть чище, чем бензин, не смешанный с оксигенатами. Характеристики выбросов при сгорании высокооктанового бензина из углеводородного нефтяного сырья практически не отличаются от аналогичных показателей при сгорании бензина с более низким октановым числом. Не вызывает ли бензин в смеси с этанолом рост выброса уксусного альдегида? Комитет по политике в области охраны окружающей среды Калифорнии в декабре 1999 г. в обзоре о влиянии этанола по сравнению с МТБЭ на качество воздуха сделал вывод о том, что использование этанола приводит к небольшому росту выбросов уксусного альдегида и пероксиацетилнитрата, и это «более чем компенсировано уменьшением формальдегида», токсичного загрязнителя воздуха, который во много раз более вреден. Более того, комиссия сделала вывод, что другие компоненты бензина также отвечают за эти выбросы: «Другие компоненты бензина, такие как ароматические углеводороды и олефины, прежде всего отвечают за образование формальдегида, уксусного альдегида и пероксиацетилнитрата*. Какова разница между этанолом и метанолом? Этанол — это спирт, получаемый в результате действия ферментов, также используемый как питьевой спирт, его производят прежде всего из зерна, а также из крахмпа, сахара, картофеля, сыворотки сыра, сахарной свеклы, целлюлозы, продуктов лесного хозяйства или бумажных отходов. Для получения метанола обычно используют природный газ или уголь, он также известен как древесный спирт. Метанол очень коррозионно опасен, более летуч, чем этанол, и может повредить пластиковые и резиновые компоненты топливной системы (эластомеры). Благодаря его изобилию метанол, вероятно, будет использоваться как топливо в будущем, но он не такой безопасный для окружающей среды, как этанол, он не возобновляем. Что такое МТБЭ и ЭТБЭ? Этил-отрети-бутиловый эфир (ЭТБЭ) и мстил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) являются высокооктановыми эфирами с низкой летучестью; их получают реакцией соединения спирта с изобутиленом иа нефтеперерабатывающих заводах. МТБЭ был наиболее широко продававшимся оксигенатом в мире до тех пор, пока не приобрел негативную известность из-за проблем с загрязнением воды. Не представляет ли этанол такую же угрозу для здоровья, как и МТБЭ? Нет! Топливный этанол производится из зерна и другой биомассы способом, очень похожим на производство питьевого спирта, который потреблялся людьми с незапамятных времен. МТБЭ, напротив, — токсичная добавка, произведенная из изобутилена и метанола. В соответствии с докладом, сделанным «Cambridge Environmental», маловероятно, что воздействие паров этанола из смеси бензина с этанолом может вызвать вредные последствия для здоровья. Так как этанол от природы присутствует в крови и тело быстро устраняет этанол, маловероятно, чтобы воздействие паров этанола повредило каким-либо образом здоровью. Почему мы не используем чистый этанол вместо его смеси с бензином? Бразилия смогла сделать так, что почти половина парка автомобилей работает на топливном этаноле, но было бы непрактично делать это сразу. Большинство двигателей следует модифицировать, чтобы они могли работать на чистом этаноле, и появится новая проблема — запуск холодного двигателя. К счастью, 10%-ный уровень содержания этанола в топливе не требует переделки двигателя, однако он вносит немедленный вклад в снижение уровня вредных выбросов. Требует ли смесь с этанолом особого обращения? Только при особых обстоятельствах. Торговец бензином должен откачать любую воду, собравшуюся в резервуаре хранилища, и установить дополнительно фильтр в шланг для раздачи. Поскольку используемые сезонно маломощные двигатели, такие, как в бензиновых пилах и навесных лодочных моторах, восприимчивы к попаданию воды, разумно также проверять их на наличие воды и осушить бак, если есть необходимость. Соблюдение этих мер предосторожности обеспечит оптимальную эксплуатацию вашей техники при работе на смеси бензина с этанолом. Что такое автомобили с универсальным потреблением топлива (Flexible-Fuel Vehicle)? К концу модельного 2005 г. на дорогах появилось 5,2 млн автомобилей, работающих на топливе Е85. Фирмы «Daimler-Chrysler», «Ford», «ОМС», «Mazda», «Mercury», «Mercedes-Benz» производят автомобили, которые могут использовать смеси этанола и бензина в любых соотношениях. Какая разница между получением этанола по технологии сырого и сухого помола сырья? В процессе сырого помола зерно вымачивают, чтобы компоненты можно было отделять механически. Крахмал выделяют для промышленного производства этанола. Этанол используют как топливо, или он поступает на нефтехимические предприятия, его применяют при производстве лекарств или косметики или ряда других высокоценных продуктов. Остающуюся белковую глютеновую муку и белковые глютеновые корма продают на рынке белковых продуктов. Во время процесса сухого помола зерна перемалывают в муку, и весь продукт проходит через процедуру ферментации, в ходе которой крахмал превращается в этанол. После перегонки этанола оставшуюся часть сырья высушивают и продают как 30%-ный белковый продукт, называемый сухой бардой. Продукты, получаемые в результате сырого помола, более разнообразны, поэтому имеют большую ценность, чем продукты, полученные в результате сухого помола, однако стоимость строительства и эксплуатации завода, использующего влажный процесс, выше. Если целью строительства завода переработки зерна является производство этанола, то этого можно достичь при меньших затратах на заводе с технологией сухого помола сырья. Правда ли то, что на производство 1 л этанола уходит больше энергии, чем ее можно из него получить? Нет. По данным исследования, проведенного Министерством сельского хозяйства США, при сжигании этанола в ДВС можно получить более чем на 38 % энергии больше, чем было затрачено на ее производство. Другие исследователи пришли к аналогичным выводам. Небольшая группа противников этанола пыталась использовать вводящие в заблуждение и неточные расчеты энергии для того, чтобы дискредитировать энергетическую выгоду производства этанола. Этанол позволяет расширить запасы топлива и получить чистую энергию. Из каких продуктов можно производить этанол? Зерновые, сахарный тростник, сахарная свекла, остатки картофеля и сыворотка от производства сыра в настоящее время используются там, где они имеются в наличии по конкурентоспособным ценам. В этанол можно также превращать целлюлозные материалы. Целлюлозные материалы — это травы, деревья, остатки сельскохозяйственных культур, отходы бумаги и даже муниципальный твердый мусор. Процесс переработки целлюлозы в этанол в настоящее время слитком дорог, чтобы целлюлоза могла конкурировать с кукурузой или сахарным тростником как сырьем, но новые технологии помогут сделать это коммерческой реальностью в течение следующего десятилетия. В настоящее время ведутся исследования с недавно разработанными энзимами, которые позволяют превращать целлюлозу в сахар, который затем может быть ферментирован в этанол. Это бы означало создание не только большого запаса чисто горящего возобновляемого этанола, но также снижение объема отходов, загрязняющих среду нашего обитания. Если производство этанола обходится дороже производства бензина, зачем мы должны поддерживать производство этанола и потреблять его? Для этого имеется много причин. Этанол, произведенный в стране, повышает ценность производства зерновых культур, позволяет создавать новые рабочие места и стимулировать рост экономики. Рыночная цена бензина не отражает внешних издержек, таких, например, как растущая стоимость здравоохранения, вызванная загрязнением воздуха. Если бы эти расходы были добавлены к подлинной стоимости бензина, он стоил бы намного дороже этанола. Технология быстро развивается, стало возможным производить этанол из целлюлозы, превращая в этанол остатки древесины, быстрорастущие культуры и твердый мусор. Важно обеспечить спрос на рынке для этанола сегодня, чтобы иметь стимул вести непрерывные исследования по поиску менее дорогих источников этанола. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ •    ЕЮ — смесь 10 % (об.) этанола и 90 (об.) бензина. •    £85 — смесь 85 % (об.) этанола и 15 % (об.) бензина. •    Е95 — смесь 95 % (об.) этанола и 5 % (об.) бензина. •    М85 — смесь 85 % (об.) метанола и 15 % (об.) бензина. •    М100 — 100%-ный (чистый) метанол. •    Автомобиль на альтернативном топливе. Как определено в Законе об энергетической политике 1992 г.: это «...любой автомобиль с универсальным потреблением топлива или работающий на двух видах топлива, или спроектированный для работы, по крайней мере, на одном альтернативном топливе*. Обычно автомобили, предназначенные для использования одного топлива, имеют лучшие характеристики выхлопа и работы машины, так как их конструкция была оптимизирована для работы только на одном топливе. •    Автомобиль с универсальным потреблением топлива — АУПТ (Flexible-Fuel Vehicle — FFV) — автомобиль с общим топливным баком, сконструированный для работы на разных смесях неэтилированного бензина с этанолом или метанолом. •    Автомобиль с чистым топливом (Clean-Fuel Vehicle) — любой автомобиль, сертифицированный Агентством по охране окружающей среды США как удовлетворяющий федеральным стандартам по выбросам в атмосферу. ■Стандарты на выбросы из выхлопной трубы автомобилей с чистым топливом для легковых машин и легких грузовиков соответствуют Программе низкого содержания загрязнителей в выхлопе автомобилей Совета по ресурсам воздуха штата Калифорния. •    Автомобиль, работающий на двух видах топлива. По определению Закона об энергетической политике 1992 г. это «автомобиль, предназначенный для работы на сочетании альтернативного топлива и обычного топлива*. К ним относятся: —    автомобили, использующие смесь бензина (или дизельного топлива) и альтернативного топлива в одном баке, обычно называемые автомобилями с универсальным потреблением топлива; —    автомобили, способные работать или на альтернативном топливе, или на обычном топливе, или на обоих одновременно, используя две топливные системы. Обычно такие автомобили называют битоплнвными автомобилями. По определению Закона об энергетической политике это «автомобиль с двумя отдельными топливными системами, сконструированными для работы либо на альтернативном топливе, либо на обычном бензине, используя только одно топливо за один раз* (см. битопливный автомобиль). •    Агентство по охране окружающей среды США (U.S. Environmental Protection Agency - ЕРА) — Федеральное агентство США, учрежденное Администрацией Никсона в 1970 г. Отвечает за охрану окружающей среды и здравоохранение населения, его задача — мониторинг и создание стандартов качества воздуха и воды. Действия агентства направлены на уменьшение загрязнения воздуха, воды и почвы твердыми отходами, радиацией, пестицидами и токсичными веществами. Агентство также контролирует выбросы выхлопных газов для различных автомобилей, видов топлива и добавок к топливу, определяет стандарты на содержание загрязнителей в выбросах из выхлопных труб автомобилей и процедуры испытаний. •    Альтернативное топливо. Как определяется в Законе США об энергетической политике 1992г., это «...метанол, денатурированный этанол и другие спирты, отдельно или в концентрации 85 % (об.) или более в смесях с бензином или другими вилами топлива; сжатый природный газ, жидкий природный газ, сжиженный нефтяной газ, водород, «жидкие виды топлива из угля», виды топлива «помимо спиртов», полученные из «биологических материалов», электричество, чистое дизельное топливо, любое другое топливо, не нефтяного происхождения, дающее «значительные преимущества в энергетической безопасности и ...охране окружающей среды». •    Американское общество по тестированию и материалам (ASTM) — некоммерческая организация, обеспечивающая спецификации (технические условия) и процедуры тестирования качества бензина в США. •    Антидетонаторы. Популярный термин, так называют компоненты, добавляемые в бензин для повышения октанового числа и уменьшения детонации двигателя. •    Антилетонационный индекс ГАД И). Принят в США для оценки способности бензина противостоять детонации. АДИ — это есть полусумма октановых чисел по исследовательскому и моторному методам: (ОЧИ+ОЧМ)/2. •    Антиокислительная присадка — соединение, добавляемое в качестве стабилизатора для противостояния образованию смолистого осадка при окислении бензина. •    Ароматические соединения — высокооктановые компоненты бензина, имеющие бензольное кольцо в молекулярной структуре (бензол, толуол, ксилол). •    Бензин, насыщенный кислородом. — бензин, содержащий оксигенат, например этанол или МТБЭ. Оксигенат обеспечивает обеднение топливовоздушной смеси, тем самым уменьшая выбросы из выхлопной трубы оксида углерода (СО) и других вредных веществ. •    Бензол — ароматическое соединение с шестью атомами углерода в кольце; обычный компонент бензина, определенный как токсичный. Бензол известен как канцероген. •    Битопливный автомобиль — автомобиль с двумя отдельными топливными системами, предназначенными для использования любого альтернативного топлива, или бензина или дизельного топлива, но при условии использования только одного топлива за один раз. Битопливные автомобили в Законе о чистом воздухе и Законе об энергетической политике 1992 г, США называются автомобилями двойного топлива «Dual-Fuel». •    Биомасса. Возобновляемое органическое вещество, например сельскохозяйственные культуры, остатки после сбора сельскохозяйственных культур, деревья, отходы животных и муниципальные отходы, водные растения, грибные поросли и другие, используемые для производства энергии. •    Британская тепловая единица (BTU). Британская тепловая единица — количество теплоты, необходимой, чтобы поднягыем-пературу 1 фунта воды на один градус по шкале Фаренгейта. •    БТЭК (ВТЕХ еша?.) — промышленный термин, относящийся к группе ароматических углеводородов: бензол, толуол, этилбен-зол и ксилол (см. Ароматические соединения). •    Бутан. Углеводородный газ, легко переходящий в жидкое состояние, получаемый из природного газа. Используется как компонент бензина для автомобилей. Может перерабатываться далее в высокооктановый компонент бензина, используется как компонент сжиженного газа для бытового и промышленного применения и в качестве сырья для нефтехимического синтеза. •    Бушель (американский) — мера объема: 1 бушель = 35,2393 литров. •    Газоход. В США термин «газохол» означает бензин, который содержит 10 % (об.) этанола. Этот термин употреблялся в конце 1970-х и в начале 1980-х годов, но был заменен такими терминами, как «ЕЮ неэтилированный*, «Супернеэтилированный плюс этанол» или «Неэтилированный плюс». •    Галлон (американский) — мера объема жидкостей: 1 галлон = - 3,78543 литра. •    Гибридный электрический автомобиль (Hybrid-Electric Vehicle — HEV) — автомобиль, приводимый в движение двумя или более источниками энергии, один из которых — электричество. Он может сочетать двигатель и топливную систему обычного автомобиля с аккумуляторами и электродвигателем в едином приводе колес. •    Глобальное потепление — возможность возрастания глобальной температуры. Может быть вызвана увеличением выбросов газов, создающих парниковый эффект, в нижние слои атмосферы. •    Давление насыщенных паров по Рейду — метод определения давления паров бензина, используемый в качестве показателя летучести (характеристики парообразования) бензина. •    Диоксид углерода (СOil — продукт горения, образование которого не наносит вред непосредственно здоровью человека. Но это «парниковый газ», который задерживает теплоту Земли и способствует глобальному потеплению. •    Деактиватор металла — добавка к бензину для нейтрализации воздействия соединений меди. •    Денатурированный спирт — этанол, содержащий небольшое количество токсичного вещества, которое нельзя легко удалить химическими или физическими методами, •    Добавка для снижения количества отложений. Выполняет те же функции, что и моющая присадка, и снижает до минимума нарастание отложений во впускном коллекторе, впускных отверстиях и на обратной стороне впускных клапанов. •    Дорожное октановое число. Термин используется для маркировки октанового числа на щитах розничных бензоколонок в США. Определяется как (ОЧИ+ОЧМ)/2. То же самое, что антиде-тонациошгый индекс. •    Закон о среднем расходе топлива (Государственный закон США №94-163). Закон (принят в 1975 г.), который установил федеральные стандарты экономии топлива, основанные на результатах средней экономии топлива, полученных производителями автомобилей в городе и на шоссе для парка легковых и грузовых машин. •    Закон об альтернативных видах топлива для автомобилей 1998 г. (Государственный закон США №100-494). Поощряет развитие, производство и демонстрацию альтернативных видов топлива для автомобилей и автомобилей, работающих на альтернативном топливе. •    Закон об энергетической политике 1992 г. (ЕРАСТ) (Государственный закон США №102-486). Широкого спектра закон, принятый 24 октября 1992 г. Главы III, IV, V, XV , XIX Закона касаются альтернативных видов транспортного топлива. Закон поощряет приобретение автомобилей на альтернативном топливе для федерального парка автомобилей, предлагает отменить лимит на кредиты по Закону о средней экономии топлива, которые производители автомобилей могут получить путем поставки автомобилей с двойным топливом и универсальным потреблением топлива, и требует, чтобы автомобильные парки в больших городских районах покупали АУПТ. Устанавливает налоговые стимулы на покупку автомобилей с универсальным потреблением топлива, на переделку обычных автомобилей на бензине для работы на альтернативном топливе и на установку заправочного и перезаряжающего оборудования с помощью частного сектора. •    Ингибитор коррозии — добавка, используемая для уменьшения коррозионных свойств топлива. •    Испарения углеводородов — испарения продуктов, полученных из сырой нефти. Обычно это пары, образующиеся в результате неполного сгорания или испарения жидкого бензина. Эти загрязняющие вещества способствуют образованию озона в нижних слоях атмосферы. •    Канцерогены — химические соединения, о которых известно, что они вызывают рак. •    Катализатор — вещество, присутствие которого меняет скорость химической реакции, само при этом не изменяя свой постоянный состав. Катализаторы могут быть или ускорителями, или замедлителями (ингибиторами) реакций. Большинство неорганических катализаторов — это металлы и их оксиды в виде порошка или гранул, главным образом используемые в нефтяной, химической отраслях промышленности, в также в автомобилях. •    Ксилол — ароматический углеводород, получаемый из нефти и используемый для увеличения октанового числа. Высоко ценится как нефтехимическое сырье. Ксилол является фотохимически высокореакгивым веществом и как часть газовых выбросов из выхлопной трубы вносит вклад в образование смога. •    Летучесть — термин, отражающий тенденцию компонентов бензина переходить из жидкости в парообразное состояние. •    Летучие органические вещества — химически акгивные газы, образующиеся во время горения или испарения топлива. Летучие органические компоненты вступают в реакцию с NOx в присутствии солнечного света и образуют озон. •    Лигниноиеллюлоза — структурный компонент растительной биомассы, может быть получен из деревьев, трав, хлебных злаков и отходов бумаги. •    Макрочастицы — термин для характеристики большого числа химически и физически различных субстанций, которые существуют в виде дискретных частиц (жидких или твердых) самых различных размеров. Являются вредными выбросами при сгорании топлива. •    Масла для разжижения — масла, обычно используемые в добавках для снятия отложений, чтобы контролировать образование отложений на впускных клапанах. •    Метанол (метиловый спипт. древесный спирт). Обычно его изготавливают из природного газа. В 1980-х годах метанол использовался в сочетании с более тяжелыми спиртами в качестве анти-детонационной лобавки к бензинам. Рассматривается также возможность его использования в качестве «чистого» (без примесей) топлива в автомобилях специальной конструкции. Иногда его смешивают с бензином. » Министерство энергетики США (U.S. Department of Energy -DOE) — Министерство федерального правительства, учрежденное Администрацией Картера в 1977 г. для консолидации программ развития энергетики и агентств. Задача министерства включает в себя координацию и управление сохранением энергии, снабжение, распространение информации, регулирование, исследование, развитие и показ достижений. В состав министерства входит Офис транспортных технологий, которому подчиняется Отдел альтернативных видов топлива. •    Монооксид (оксид) углерода (СО> — газ без цвета, без запаха, получается в результате неполного сгорания топлива при ограниченном снабжении кислородом, например в двигателях автомобиля. Газ ядовит, при вдыхании он входит в ток крови через легкие и образует карбоксигемоглобин — соединение, которое тормозит способность крови поставлять кислород к органам и тканям. СО может нарушить координацию движений, зрительное восприятие, привести к вялости и заторможенному состоянию, снизить способность к изучению и восприятию информации. •    Моюшая присадка— присадка, используемая для предотвращения образования и/или очистки от отложений на карбюраторе и топливном инжекторе. •    МТБЭ (метил-mpem-бутиловый эфир) — эфир, образуется в результате реакции между метанолом и изобутиленом, высокооктановый и низколетучий. МТБЭ — топливный оксигенат, разрешается его содержание в неэтилированном бензине до 15 %. Однако,было показано, что МТБЭ загрязняет подземные воды, поэтому его постепенно удаляют из топливных запасов во всем мире. •    Озон. Образуется, когда кислород и другие соединения вступают в химические реакции на солнечном свету. В верхних слоях атмосферы озон защищает Землю от ультрафиолетовых солнечных излучений. Полезный в верхних слоях атмосферы, на уровне земли озон раздражает дыхательные пути и считается загрязнителем. •    Озон на уровне земли — продукт взаимодействия углеводородов, оксидов азота и солнечного света с образованием коричневой мглы в нижних слоях атмосферы, также называемой фотохимическим смогом. •    Оксиды азота (N О. ) — прежде всего это N0 и N02, а также другие оксиды в малых концентрациях загрязнители воздуха. При больших давлениях и высоких температурах (1250—1400 “С) в двигателе атомы азота и кислорода, вносимые с воздухом, вступают в реакцию и образуют различные оксиды азота. Оксиды азота вносят свой вклад в содержание озона на уровне земли и образование смога, а также в образование кислотных дождей. •    Оксигенат — термин, используемый для обозначения октановых компонентов, содержащих кислород. Молекулы оксигенатов состоят из углерода, водорода и кислорода. В их число входят эфиры (например, МТБЭ, ЭТБЭ, ТАМЭ) и спирты (этанол, метанол и др.). •    Октановое число по исследовательскому методу ОЧИ (Research Octane) — октановое число, получаемое на одноцилиндровом испытательном двигателе при мягких условиях его работы (частота вращения коленчатого вала 600 мин-1, температура всасываемого воздуха 52 “С, угол опережения зажигания 13 град). Имеет более высокие значения, чем ОЧМ. •    Октановое число по моторному метолу ОЧМ (Motor Octane) — октановое число, получаемое на одноцилиндровом испытательном двигателе при жестких условиях его работы (частота вращения коленчатого вала 900 мин-1, температура всасываемой смеси 149 "С, угол опережения зажигания переменный). Оказывает влияние на высокую скорость и детонацию при частичном дроссельном ускорении и работе двигателя под нагрузкой, движении в гору и т. д. Имеет более низкие значения, чем ОЧИ. •    ОлеФины — компоненты бензина, получаемые в различных процессах нефтепереработки, чаще всего это этилен, пропилен и бутилен. Часто способствуют образованию смолистых отложений в двигателе. •    Парниковый эффект — нагревание внутренних слоев атмосферы Земли в результате поступающей солнечной радиации. В атмосфере Земли излучение поглощается молекулами С02, Н20, 03, метана, оксидов азота, хлоруглеродов и других газов. За счет парникового эффекта повышается средняя температура планеты. В результате антропогенных воздействий содержание С02 и других газов, поглощающих в инфракрасном диапазоне Земли, постепенно возрастает. •    Полный топливный цикл. Включает в себя все выбросы в атмосферу, включая такие аспекты, как производство, продвижение товара к потребителю, выделение паров топлива и так далее, нежели просто выбросы из выхлопной трубы. •    Поправки к Закону о чистом воздухе 1990 г. — серии поправок к первоначальному Закону о чистом воздухе США, которые содержат требования к программам обогащенного кислородом топлива в районах с повышенным содержанием СО (монооксид углерода) и к программам реформулированного бензина в определенных районах с повышенным содержанием озона. •    Природный газ — смесь газообразных углеводородов, прежде всего метана, встречающаяся в земной коре и используемая главным образом как топливо. •    Реформулированный бензин — бензин, у которого изменены состав и/или характеристики для уменьшения выбросов загрязнителей из автомобиля. •    Сжатый природный газ — природный газ, сжатый под большим давлением и хранящийся в контейнере. Газ расширяется, когда его выпускают для использования в качестве топлива. •    Сжиженный нефтяной газ — смесь углеводородов, таких как пропан и бутан, которые имеются в природном газе. Производится из сырой нефти, главным образом используется как сырье для нефтехимической промышленности и автомобильное топливо. •    Сжиженный природный газ — природный газ, сконденсированный в жидкость обычно методом криогенного охлаждения газа. •    Смог — видимая дымка в воздухе, вызванная прежде всего макрочастицами и озоном. •    Спирты — органические соединения, в состав молекулы которых входит гидроксильная группа. Два простейших спирта: метанол и этанол. •    Средство от обледенения — обычно это спирт (этанол, изо-пропанол или метанол), добавляется к бензину в маленьких дозах для удаления воды с целью уменьшить возможность образования льда в бензопроводе. •    Тетраэтилсвинец (ТЭС), или свинец. — металлорганический антидетонатор. Запрещен к применению с 1995 г. в США, а с 2003 г. — в России. •    Токсичные вещества. К этим веществам относят бензол, 1,3-бутадиен, формальдегид, уксусный альдегид и полициклические органические вещества. Бензол является составляющей частью топлива, остальные вещества образуются при сгорании топлива. •    Толуол — ароматическое соединение, бесцветная жидкость, в основном получаемая из угольной смолы или путем каталитического риформинга бензина. •    Топливная батарея — электрохимический двигатель (нет подвижных частей), который превращает химическую энергию топлива, такого как водород, и окислителя, такого как кислород, непосредственно в электричество. Принципиальные компоненты топливной батареи — это каталитически активированные электроды для топлива (анод) и окислитель (катод) и электролит для проведения ионов между двумя электродами. •    Топливный этанол — этанол, смешанный с бензином, используемый как топливо для транспортного сектора. •    Требования к октановому числу — уровень октанового числа, необходимый для обеспечения работы данного двигателя без детонации. •    Уксусный альдегид (СНОСНО) —альдегид, образуется при сгорании этанола. •    Фепментания — химический распад соединения, который происходит в органическом веществе на воздухе под воздействием микроорганизмов. •    Фотохимический смог (озон уровня земли)—дымка коричневого цвета в нижних слоях атмосферы, образующаяся в результате взаимодействия углеводородов, оксидов азота и солнечного излучения. •    Чистое топливо — топливо, свободное от примесей, не смешанное с другими видами топлива. •    Эластомеры — резиноподобные соединения, используемые для изготовления деталей бензопроводов, испарительных фильтрующих трубок и различных частей топливной системы двигателя. •    Этанол (этиловый спирт, зерновой спирт) — спирт, обычно получаемый из зерна методом ферментации. Высокооктановый компонент, добавляемый в бензин. Этанол — это топливный оксигенат, который улучшает сгорание и уменьшает количество вредных выбросов в атмосферу. Может использоваться в чистом виде (без примесей) как топливо в специально сконструированных автомашинах. •    ЭТБЭ (этил-шрет-бутиловый эсЬир) — эфир, по своим свойствам похожий на МТБЭ. Топливный оксигенат производится путем взаимодействия изобутилена и этанола. Высокооктановое соединение низкой летучести, ЭТБЭ может быть добавлен в бензин в количестве до 17 % для улучшения сгорания и уменьшения количества вредных выбросов в атмосферу. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1.    Sedlacek Daniel. Eihanol, a Renewable Fuel. // Renewable Fuels Association, 2002. 2.    Wang М., Saricks C., Santini D. Effects of Fuel Ethanol Use on Fuel-Cycle Energy ami Greenhouse Gas Emissions. // ANL/ESD-38. Center for Transportation Research, Energy Systems Division, Argonne National Laboratory, January 1999, 32 p. 3.    Закон США №95-618. 4.    Закон США №96-223. 5.    Закон США №96-294. 6.    U.S. National Alcohol Fuels Commission Report: A Summary: Alcohol Fuels Provisions of the Crude Oil Windfall Profit Tax Act. 7.    Закон США №97-424. 8.    Закон США №99-198. 9.    Закон США №101-508. 10.    Закон США №100-494. 11.    David Е. Gushee. Alternative Fuels: Are They Reducing Oil Imports? II Congressional Research Service, April 9, 1993. 12.    Капустин В. М., Кукес С. Г.. Бертолусини Р. Г. Нефтеперерабатывающая промышленность США и бывшего СССР. М.: Химия, 1995, 304 с. 13.    F. О. Lichl. World Ethanol & Biofueis Report, V2 N. 19, June 6, 2004. 14.    RFA Industry Outlook 2006, p. 24. 15.    U.S. Ethanol Industry Production Capacity Outlook // California Energy Commission. STAFF REPORT, 2005, 11 p. 16.    John M. Urbanchuk. Consumer Impacts of the Renewable Fuel Standard. // LECG, LLC, May 2003, 16 p. 17.    Ademe. Liquid Biofueis Network, Activity Report. April 2003. 18.    Berg. Fuel Ethanol, 2003. 19.    F.O. Licht. World Ethanol and Biofueis Report. June 26, 2003. 20.    Liquid Fuels from Biomass: North America. Impact of Non-Technical Barriers on Implementation. // (S&T)2 Consultants Inc., 2000. 21.    Experience Curves for Energy Technology Policy. // IEA, 2000. 22.    Creating Markets for Energy Technology. // IEA, 2003. 23.    Brazilian Ethanol. A Review of Production. Subsidies and Intervention. // AFTA. 2003. 24.    J. Goldemberg, S. Coellho. Brazilian Approaches and Experiences. // Global Forum On Sustainable Energy Fourth Meeting. Vienna, Austria. Feb 2004. 25.    E. Carvahlo. Brazilian Sugar and Ethanol Market. 2004. 26.    Datagro. Datagro Newsletter, June 2003.
<<< Предыдущая страница  1     Следующая страница >>>


1 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я