Биоэнергия: технология, термодинамика

ГИДРОЛИЗ И ФЕРМЕНТАЦИЯ

Из всех процессов производства биотоплива процесс превращения углеводов растений в моторный спирт, по-видимому, в наибольшей степени завладел общественным мнением и значительно укрепил статус биоэнергии. Благоприятные экономические показатели в Бразилии и США (газохол и проалкоголь) способствовали разработке аналогичных схем в других странах. В Европе, где существует крупная спиртовая промышленность, использующая в основном мелассу, картофель и крах­мал злаков в качестве сырья, спирт как топливо не используется. Причи­на заключается в отсутствии таких же значительных субсидий, как в США и Бразилии. Решающие факторы, определяющие необходимость выдачи субсидий, носят сугубо региональный характер. Использование спирта в качестве топлива дает возможность проверки общих идей ис­пользования биоэнергии, а также утверждений, что технология является хорошо разработанной, издержки могут быть сформулированы с боль­шой долей определенности, а продукт находится в настоящее время на
рынке и производится в больших количествах. Автор выражает уверен­ность в беспрепятственном развитии производства биоэнергии в течение ближайших десятилетий.

Кукурузный спирт. Гидролиз и брожение кукурузного крахмала были выбраны как стандарт для расчетов издержек производства при сравнении различных видов сырья, а также региональных сравнений. Издержки взяты для развитой страны США. В 1983 г. в США из 1 млн. т ферментированного спирта около 2/3 было продано для использования в качестве горючего для автомобилей. Это составляет только 0,07 % ис­пользуемого моторного горючего. В таблице 44 дается упрощенная рас­кладка издержек по производству кукурузного спирта в США [16]. Зерно размалывается и ’’разжижается” под действием высокой темпера­туры и ферментов. Затем пульпа ’’осахаривается” под действием фермен­тов и дрожжей. Для получения окончательного продукта с содержанием этанола 99,5 % используются три дистилляционные колонны.

Из таблицы 44 видно, что основная часть расходов приходится на кукурузное сырье. Однако эта статья в значительной мере компенсирует­ся кредитами на побочные продукты, которые могут включать кукуруз­ное масло, кукурузный жмых и клейковину. Приводимые издержки относятся к крупным заводам с годовой производительностью 80 тыс. т, расположенным в США. Стоимость сырья составляет около половины стоимости зерна в Европе.

Такой путь производства спирта очень выгодный (при рыночной цене 644 долл/т и издержках производства только 367долл/т). Но каким образом может продукт при такой цене быть включенным в моторное

В США существует скидка с налогов на смеси газохола (как на федеральном уровне, так и на уровне штатов). Размер налоговых льгот и субсидий на смесь этанола и бензина варьирует по штатам. Следует отметить, что этанол, импортируемый из Бразилии, может подорвать производство этанола в США, поэтому в целях поддержания развития спиртовой промышленности США бразильский этанол облагается высо­кой пошлиной (в январе 1983 г. — 132 долл/т). До последнего времени налоговые льготы на газохол, предоставляемые федеральным правитель­ством и правительствами штатов, касались в равной мере смесей, вклю­чающих кукурузный спирт как отечественного производства, так и им­портный.

Моторный спирт в развивающихся странах. Мы видели, что исполь­зование газохола в США определяется кредитами на побочные продук­ты и налоговыми льготами в отношении этого продукта. В Бразилии ситуация является иной, так как сырье (излишки сахара, полученного при переработке сахарного тростника, сок сахарного тростника и мелас­са), в противоположность кукурузе, не дает побочных продуктов. Оста­точные количества биомассы после переработки сахарного тростника (багасса) могут быть, однако, использованы в качестве дешевого топ­лива. В Бразилии цены на бензин высокие и контролируются государ­ством. Для того чтобы сделать смесь этанола и бензина, а также спирто­вой дистиллят (смесь этанола с водой) привлекательными для покупа­телей, были установлены соответствующие налоги на топливо, а также выдавались ссуды на льготных условиях на строительство дистиллято­ров. Цена сырья является до некоторой степени произвольной и уста­навливается по усмотрению правительства. Если цены на мелассу в Ев­ропе составляют около 100 долл/т, то на сахарном заводе ее можно купить по цене около 60 долл/т, включая расходы на транспортировку. Четыре-пять тонн мелассы дают одну тонну спирта, таким образом, стои­мость этого сырья ненамного ниже, чем стоимость кукурузы (см.

табл. 44), поэтому для стимулирования использования моторного спир­та владельцами автомобилей необходима ’’субсидия”, аналогичная той, которая выдается в США.

Общим для Бразилии и США является перепроизводство биомассы (зерна и сахара) и отсутствие емкого внешнего рынка сбыта этих про­дуктов. В Европе, по крайнейм мере, до последнего времени не наблю­далось излишков углеводной биомассы, цены на которую высокие. На моторный спирт здесь субсидий нет, и этанол стоит около 750 долл/т, а стоимость бензина до уплаты налога составляет 270 долл/т. Внедрение газохола в Европе пока не предусматривается, однако в некоторых дру­гих частях земного шара условия могут быть более благоприятными, поэтому Всемирным банком были определены страны, характеризую­щиеся сочетанием излишка сельскохозяйственной продукции и дефици­та нефти, что может открыть возможности применения моторного спир­та [17]. Такие страны включают Таиланд, Филиппины, Южную Африку и Турцию. В этих странах, как в Бразилии и США, должна, однако, существовать политическая воля для субсидирования производства этанола и сдерживания производства из нефти бензина, так как в усло­виях свободного рынка ископаемое топливо является значительно бо­лее дешевым, чем предлагаемая альтернатива. Однако сравнительно не­давно опыт с топливным спиртом, найример, в Кении, был менее удач­ным, чем в Бразилии [18], и этанол уже рассматривается в меньшей сте­пени как панацея в решении проблемы, связанной с высокой стоимостью импорта нефти.