Переход с использования традиционных видов топлива на биотопливо
24 Aug 2020
Повышение важнейших экологических показателей и рост спроса на топливо являются ключевыми факторами в секторе биотоплива, который развивается, в частности в регионах, для обеспечения рынков сырья для производителей. Технологии GEA обеспечивают для перерабатывающих предприятий максимальную отдачу от этих драгоценных ресурсов, включая сырье нового поколения для производства современного биотоплива.
Согласно прогнозу Всемирной организации по продовольствию в рамках организации экономического сотрудничества и развития (OECD-FAO) в сфере сельскохозяйственного производства на период с 2019 года будущий спрос на биотопливо будет еще сильнее определяться национальной и региональной политикой по мере того, как страны будут осуществлять свои собственные стратегии отхода от ископаемого топлива, обеспечивая при этом фермерам рынки для их сырьевых товаров. США и ЕС занимают высокие позиции в производстве биотоплива, однако ожидается, что в будущем значительный рост в этом секторе будет обеспечен за счет стран, не входящих в эти регионы.
Мы встретились с Барбарой Хартен (Barbara Harten), менеджером по применению возобновляемых источников энергии, иЭкардом Мэдебахом (Eckard Maedebach), менеджером по продуктам для дистилляции, из компании GEA, чтобы поговорить с ними об этой развивающейся отрасли и о том, какие эффективные решения в области механической и термической обработки компания GEA предоставляет перерабатывающим предприятиям.
Что такое биотопливо и из чего оно производится?
Барбара Хартен:Биотопливо производится частично или полностью из растительного материала или животных жиров. Тот факт, что эти «сырьевые материалы» являются регенеративными, означает, что они, как правило, относятся к категории возобновляемых ресурсов. Большинство видов биотоплива смешивается в процентном отношении с бензином на основе ископаемого топлива или дизельным топливом для существующих двигателей. Обычное биотопливо или биотопливо первого поколения производится из свежего или пищевых сырьевых материалов, включая масла и жиры, и используется уже более 30 лет. Биотопливо второго поколения, или современное биотопливо, производится из непищевых сырьевых материалов, включая животные жиры, использованные масла для приготовления пищи и отходы, содержащие сахар; в данном случае цель состоит в том, чтобы свести к минимуму использование сырья, которое может быть использовано в пище человека.
Обычные виды биотоплива включают в себя:
- биоэтанол
- биодизельное топливо
- биогаз
- биобутанол
Биоэтанол, который зависит от ферментации сахаров и крахмала растительного происхождения, является заменителем бензина. Согласно прогнозу Всемирной организации по продовольствию в рамках организации экономического сотрудничества и развития (OECD-FAO) в сфере сельскохозяйственного производства на период с 2019 года около 60 процентов биоэтанола производится из кукурузы, 25 процентов – из сахарного тростника, 7 процентов – из мелассы, 4 процента – из пшеницы, а остальное – из других зерновых культур, маниоки или сахарной свеклы. В то же время, приблизительно 77 процентов биодизельного топлива, заменителя дизельного топлива, основанного на химической реакции между липидами (растительными или животными) и спиртом, производится на основе растительных масел: 30 процентов соевого масла, 25 процентов пальмового масла, 18 процентов рапсового (канолового) масла и около 22 процента из отработанных масел для приготовления пищи.
Биогаз производится методом ферментации органического вещества в отсутствие кислорода, известного как анаэробное сбраживание. Бумага, древесина, некоторые пластмассы, сухая листва, навоз и муниципальные отходы — все это примеры потенциальных органических веществ, используемых в этом процессе. Биогаз легко сгорает и без значительного загрязнения, поэтому он может использоваться для производства экологически чистой электроэнергии. В сжатом состоянии он может использоваться и в качестве топлива для транспортных средств. Биобутанол может напрямую использоваться в качестве замены бензина без каких-либо изменений. Его получают в результате ферментации бактерий и водорослей, однако, высокая себестоимость продукции остается препятствием для его более широкого применения.
Какими еще преимуществами, помимо возобновляемых ресурсов, обладает биотопливо по сравнению с ископаемым топливом?
Экард Мэдебах:При сгорании биотоплива меньше выбросов CO2, и можно поддерживать низкий уровень выбросов CO2 в рамках полного цикла его производства, при этом его удельная энергоемкость близка к показателям ископаемого топлива. В зависимости от типа биотопливо содержит меньше сернистых соединений или даже вовсе не содержит их. Поскольку биотопливо производится из возобновляемых материалов, оно часто рассматривается с точки зрения сокращения выбросов парниковых газов и, следовательно, легче привлекаются субсидии и дотации, что способствует его интенсивному использованию в транспортной отрасли и все более широкому применению в авиационной и морской промышленности. Биодизельное топливо, считающееся экологически чистой заменой дизельного топлива, может использоваться в качестве смеси в дизельных двигателях без их доработки, а в случае доработки двигателя биодизельное топливо может использоваться на 100 процентов. Биоэтанол в виде обезвоженного этанола (99,8% объемной концентрации) можно смешивать в процентном соотношении без доработки двигателя, обычно до 10% или 15%, в то время как биоэтанол в виде безводного спирта (95-96% объемной концентрации) может заменить 0-85% бензина для двигателей на «гибком» топливе, что является обычным явлением в Бразилии.
Барбара Хартен: Разумеется, по мере созревания сырьевые материалы растительного происхождения поглощает углекислый газ из атмосферы. Другим фактором, который следует учитывать, являются побочные или сопутствующие продукты, которые создаются в результате производства биотоплива. Например, при производстве биодизельного топлива получают глицерол или глицерин, который может использоваться в удобрениях и кормах для животных, а также при дальнейшей очистке в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности. При использовании рапсового масла (канолы) в процесса производства биодизельного топлива получают рапсовую муку, а при использовании соевых бобов — соевую муку; и та, и другая содержат высококачественные минералы и белок и поэтому добавляются в корм для скота, домашней птицы и рыбы.
Экард Мэдебах:Аналогичным образом, при производстве этанола на основе кукурузы и злаков получают тонны отходов, которые могут быть использованы в кормах для животных, предпочтительно в качестве сухих сброженных зерен с растворимыми веществами (DDGS). Как вариант биомассу можно использовать в качестве возобновляемого источника топлива, производя электрическую энергию и тепло для этого процесса, или для преобразования в биометан для использования в качестве топлива.
Как производители, так и потребители находятся в поисках способов отказа от глицерина на основе минерального масла. Производство биодизельного топлива удовлетворяет этот спрос, создавая экологически чистый глицерин в качестве сопутствующего продукта, который затем используется для производства средств для дома и личной гигиены, столь необходимых людям сегодня.» – Барбара Хартен, менеджер по применению возобновляемых источников энергии, GEA
– Барбара Хартен, менеджер по применению возобновляемых источников энергии, GEA
GEA обладает многолетним опытом в области производства и переработки биотоплива. Какие решения GEA предлагает производителям в этой отрасли?
Экард Мэдебах: С точки зрения производства биоэтанола, GEA предлагает ключевые технологии и решения, охватывающие все ключевые аспекты основного производства, включая размол и затирание сырьевого материала, сжижение, осахаривание, ферментацию, дистилляцию и дегидратацию, а также декантеры,, сушилки и испарители для сепарирования и сушки DDGS, плюс концепции рециркуляции / глубокой очистки для минимизации потоков отходов и экономии технической воды. GEA обладает компетентными знаниями в области строительство крупных заводов по производству биоэтанола по всему миру, некоторые из которых достигают показателей производительности до 500 000 литров в сутки на одну технологическую линию. Наши решения позволяют оптимизировать энергопотребление за счет повторного использования тепловой энергии или использования запатентованных принципов работы тепловых насосов с механической рекомпрессией.
Барбара Хартен:Наши возможности в области производствабиодизельного топливавключают в себя переработку масел и жиров в биодизельное топливо, а также предварительную обработку для очистки сырьевых материалов. GEA также предлагает решения для расщепления соапстока путем сепарирования, извлечения метанола и испарения воды для изоляции глицерина для перепродажи или повторного использования на заводах.
Сепараторы GEA RSE и RSI для рафинирования, нейтрализации и депарафинизации растительных и животных масел и жиров для обеспечения производства высококачественного масла для производства биодизельного топлива, включая такие передовые виды биотоплива, как гидрированное растительное масло (HVO).
Наши технологические линии предварительной очистки, включающие наши всемирно известные сепараторы GEA RSE и RSI, поддерживают химические и физические процессы рафинации:
- исключение парафинов, что повышает устойчивость биодизельного топлива к воздействию низких температур
- удаление примесей для повышения качества глицерина
- удаление смол, загрязняющих процесс тепловой обработки глицерина
- удаление свободных жирных кислот, уменьшая содержание неглицериновых органических веществ
- устранение фосфатов в сточных водах, снижая стоимость утилизации
Декантер GEA для декантации барды при производстве биоэтанола обеспечивает высокий процент сухого вещества (до 35 процентов), снижая затраты на сушку и минимизируя образование загрязнений. Барда в сочетании с дрожжами после сушки образует DDGS, побочный продукт, богатый белком, который может использоваться в кормах для животных.
GEA обладает патентом на процесс нейтрализации спирта, используемый во время предварительной очистки до процесса получения биодизельного топлива. И мы также подали заявку еще на один патент на изобретение, которое позволит снизить уровень моноглицеридов и потребление катализаторов (<экономия катализатора 0,30 процентов массовой концентрации) при производстве биодизельного топлива, что в свою очередь позволит снизить затраты на переработку. Ассортимент выпускаемой нами продукции и опыт в производстве как биодизельного топлива, так и биоэтанола, позволяют нам эффективным образом осуществлять установку комплексных технологических линий для клиентов, поддерживая связь с третьими сторонами по мере необходимости для последующегоэффективного и своевременного ввода в эксплуатацию.
В настоящее время ведутся многочисленные дебаты о том, что продовольственное сырье вносит свой вклад в изменение условий землепользования и отвлекает ресурсы от обеспечения продуктами питания увеличивающегося населения земного шара. Насколько далеко продвинулась отрасль в разработке передовых видов биотоплива, и в какой степени GEA поддерживает ее в этом?
Барбара Хартен:Дискуссии не прекращаются, и, конечно, необходимо учитывать всю цепочку создания стоимости, включая вводимые ресурсы, когда речь идет о выращивании сырья для биотоплива, а также транспортировку, переработку и т. д. Что касается разработки передовых видов биотоплива из отходов (бытового или животного происхождения) и сухих веществ растительного происхождения, то они были успешно распространены на нескольких рынках. Например, в Финляндии, которая не имеет газовых или нефтяных ресурсов, древесная продукция и лесная биомасса используются для производства экологически чистого современного биотоплива. Суммарная энергетическая доля современных видов биотоплива в сфере автомобильного транспорта должна достигнуть там 10% к 2030 году. Аналогичным образом, они используют эти передовые виды топлива для производства более экологичных пластмасс и клеевых соединений, что способствует повышению экологического эффекта их упаковки и строительных материалов.
В GEA мы наблюдаем рост числа клиентов, особенно в ЕС и США, производящих «возобновляемое дизельное топливо» или гидрированное растительное масло (HVO), получаемое из животного жира и использованного пищевого растительного масла. Гидрированное растительное масло (HVO) было представлено в 2005 году, когда его получали исключительно из пальмового масла. Сегодня все больше внимания уделяется производству HVO из сырьевых материалов относительно низкого качества, и затем оно квалифицируется как передовое биотопливо. Не содержащее ароматических веществ, кислорода и серы гидрированное растительное масло имеет высокое цетановое число, что приводит к снижению выбросов NOx, повышению неизменности свойств при хранении и низкотемпературных свойств, что делает его пригодным практически для всех дизельных двигателей.
Гидрированное растительное масло может использоваться в качестве чистого топлива при эксплуатации автомобильных парков (например, городских автобусов, автомобилей в карьерах), а также оно одобрено для смешивания с авиационным топливом. Наличие коммерческого рынка для повторного использования этих масел, включая, например,технический жир, отработанное масло, жиры, получаемые на убойных заводах и жиры сельскохозяйственной птицы,также предоставляет свои преимущества, поскольку это означает, что меньшее количество загрязнений попадает в воду и сети, из которых их гораздо труднее и дороже извлекать.Для перерабатывающих предприятий еще одним важным преимуществом гидрированного растительного масла является то, что оно не требует серьезной доработки существующих перерабатывающих мощностей.
Сепараторы GEA очень востребованы для предварительной обработки гидрированного растительного масла, которое часто необходимо для восстановления металла для уменьшения и (или) предотвращения нейтрализации катализаторов. В настоящее время мы испытываем животные жиры в этих областях; возможности этих масел и жиров, а также рассматриваем их эффективность для нескольких клиентов по всему миру.
В качестве возобновляемого топлива биодизельное топливо оказывает значительно меньшее воздействие на окружающую среду по сравнению с обычным дизельным топливом. Низкое содержание серы и тот факт, что оно производит меньше твердых частиц, обладает более высокой смазывающей способностью и поддается биологическому разложению, делает его лучшим вариантом для окружающей среды.» – Барбара Хартен, менеджер по применению возобновляемых источников энергии, GEA
– Барбара Хартен, менеджер по применению возобновляемых источников энергии, GEA
Повлияет ли широкое распространение электромобилей (EV) на производство биотоплива?
Экард Мэдебах:Производство электромобилей резко увеличилось в 2019 году; при этом их доля в мировом транспортном балансе составила всего около 2 процентов. Поскольку размер и емкость батарей для электромобилей остаются своего рода камнем преткновения для производства большегрузных автомобилей и магистральных тягачей, включая рефрижераторы, а также морских судов и самолетов, применение биотоплива в этих секторах увеличивается, и все больше рынков стремятся использовать переработанные материалы, богатые биомассой.Хотя сохранение конкурентоспособной стоимости биотоплива по сравнению с ископаемым топливом остается важным аспектом, по крайней мере в среднесрочной перспективе, рынки с четкими целями по сокращению выбросов либо продолжат, либо начнут стимулировать производителей до тех пор, пока отрасль не достигнет критических переломных моментов с точки зрения спроса и предложения.
