Текст
С. А. Карпов
В. М. Капустин
А. К. Старков
Автомобильные
топлива
с биоэтанолом
МОСКВА «КолосО 2007
УДК 662:663.5:663.1
ББК 31.353:30.16
К26
К26
Рецензент зававтомобильных и авиационных бензинов
или «ВНИИ Нгь д.р. техн. наук В. Е. Емельянов
Авторы. С. А. КцрПОв' $ д/ Капустин, А. К. Старков
Карпов С. А. и др.
п ЛБ1|?М0^ИЛЬН д1е »т°ПЛИва с биоэтанолом/ С. А. Карпов,
В. М. Капустин, А. к. Старков. - М.: КолосС, 2007. - 216 с.:
18ВЫ 978—5—953^ 0585 6
новяения(ош^лиСтоплий^ное ПР°ИЗВ0ДСТВ0 этанола в мире, история ста-
Приведены тралиционн,^юго этанола и основные страны-производители,
сужцены экологический и перспективные технологии производства, об-
ного этанола в двигателя? технологические аспекты применения топлив-
качестве добавки к бе внутреннего сгорания при его использовании в
100%-ной замены тради,^’ компонен™ автомобильного топлив;» или
имущества этанола по Гюнного автомобильного бензина, а также пре-
МТБЭ. Освещены экон^равнению с метанолом и его производным -
топливного этанола по ^ические и социальные вопросы производства
ка строительства и пабо^ ременным биотехнологиям. Показана экономи-
учетом международного о1! по производству топливного этанола с
Для специалистов не»к1ыта' . е .
ре производства спирта Ж?егазового профи™. а также Работающих в сфе-
гов и экономистов. МожЛ^вых 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
15ВЫ 978—5—9532—0585—^
© Карпов С. А., Капустин В. М.,
Старков А. К., 2007
ОБ АВТОРАХ
КАРПОВ Сергей Александрович — доцент кафед¬
ры «Технология переработки нефти» РГУ нефти и
газа им. И. М. Губкина, кандидат технических наук.
Год рождения 1974, окончил ГАНГ им. И. М. Губ¬
кина.
Ранее работал в Департаменте переработки нефти
Тюменской нефтяной компании, начальником уста¬
новки и главным технологом ООО «Химмотолог-Н».
Читает курс лекций по перспективным процессам
производства топлив. Руководит учебно-исследова¬
тельской лабораторией по оценке физико-химичес¬
ких и эксплуатационных свойств автомобильных
бензинов.
Автор более 80 научно-технических публикаций.
КАПУСТИН Владимир Михайлович — профес¬
сор, доктор технических наук, заведующий кафед¬
рой «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 не¬
фтяной компании, швейцарской компании «УИ:о1»,
голландской компании 1СО, консультантом американ¬
ской компании «Амосо», катализаторных компаний
«Сгасе ОаУ150п», «Сгкепоп».
Читает курс лекций по технологии переработки не¬
фти. Под его руководством защищено 10 кандидат¬
ских диссертаций.
Автор 4 монографий, более 70 патентов РФ, более
200 научно-технических статей. Лауреат Премии
Правительства РФ в области науки и техники.
3
СТАРКОВ Андрей Краснославович — 1-й замес¬
титель 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, Феде¬
ральном агентстве по энергетике, Министерстве иму¬
щественных отношений.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 7
1. ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ПРОИЗВОДСТВА ЭТАНОЛА 11
2. ПРОИЗВОДСТВО И ПОТРЕБЛЕНИЕ ТОПЛИВНОГО ЭТАНОЛА
В РАЗНЫХ СТРАНАХ 17
2.1. Америка — главный производитель топливного этанола 18
2.1.1. 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 крахмал содержащих
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. Технология 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
5
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 производ¬
ными 110
5.3. Воздействие этанола, МТБЭ и бензиновых компонентов на окру¬
жающую 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, загрязнен¬
ных 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—производи¬
телях этанола 137
6.2. Производство топливного этанола: перспективы для потребителей,
инвесторов и жителей муниципальных районов 146
6.3. Топливный этанол и перспективы 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
ВВЕДЕНИЕ
XXI век ставит пред человечеством много очень важных про¬
блем, одной из которых является загрязнение окружающей среды.
И связи с увеличением численности населения и улучшением
уровня жизни растущее беспокойство вызывает дефицит энерго¬
ресурсов, требующихся для отопления жилых помещений и слу¬
жащих топливом для транспортных средств, от которых мы ста¬
новимся зависимы. Мы также должны помнить об экологии жиз¬
ни, а именно о нашей потребности в чистом воздухе, воде,
полностью сгораемом топливе и в биоразлагаемых возобновляе¬
мых материалах.
Передовые технологии позволили осуществить разработку аль¬
тернативных источников энергии, которые возобновляемы, под¬
лежат полному сгоранию и более надежны по сравнению с тради¬
ционными 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, сахар¬
ный тростник, топинамбур, а также другие сельскохозяйственные
растения и растительные отходы. Этанол также может изготавли¬
ваться из промышленных отходов, полученных при производстве
пищевых продуктов и напитков. Проведенные исследования выя¬
вили возможность производить этанол из целлюлозы, которая со¬
держится как в древесине, так и в стеблях кукурузы, рисовой ше¬
лухе и просе. Производство этанола способно в значительной сте¬
пени 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 вы¬
работки сельскохозяйственных продуктов, идущих на получение
этанола. На сегодняшний день в мире многие фермеры делают
инвестиции в строительство предприятий по производству этило¬
вого спирта, устанавливают более высокие цены на зерновые
культуры, а также принимают участие в распределении прибыли.
Производство этанола способно поднять уровень развития сель¬
7
ского хозяйства во многих странах различными способами. В дан¬
ной книге этанол рассматривается как возобновляемый экологи¬
чески безопасный источник энергии.
Этанол уменьшает уровень атмосферного загрязнения и выб¬
росы токсичных газов, так как в его состав входит кислород,
оказывающий благоприятное воздействие на окружающую сре¬
ду. Применение этанола совместно с бензином позволяет зна¬
чительно снизить выделение угарного газа, который в 20 % слу¬
чаев является причиной образования смога. Этанол способствует
уменьшению образования оксида углерода, который представля¬
ет угрозу людям с респираторными заболеваниями, например с
астмой. Производство этанола — это весьма энергосберегающий
процесс. В результате проведенного анализа выявлено, что эта¬
нол позволяет получить на 34 % больше электроэнергии по
сравнению с количеством энергии, затраченной на его изготов¬
ление [1].
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 уве¬
ренностью сказать, что производство и применение этанола мо¬
жет 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 исполь¬
зования этанола в качестве компонента автомо¬
бильного топлива.
1. В качестве смеси 10 % (об.) этанола с
90 % (об.) неэтилированного бензина, которая в
США получила название «газохол» или неэтили¬
рованное топливо «ЕЮ».
Производители автомобилей во всем мире
одобряют использование топлива ЕЮ при эксплу¬
атации автомобиля в течение гарантийного срока, а некоторые даже
рекомендуют применение частично или полностью возобновляе¬
мых топлив, таких, как неэтилированное топливо ЕЮ, в целях бла¬
гоприятного воздействия на окружающую среду. Топливо ЕЮ мо¬
жет также использоваться в двигателях малого объема: в газоноко¬
силках, вездеходных машинах, моторных лодках, бензопилах,
машинках для стрижки газонов, а также в других аналогичных уст¬
ройствах. В результате применения ЕЮ отмечается снижение [2]:
• на 6 % — потребления нефтепродуктов;
• на 1 % — выброса газов, вызывающих парниковый эффект;
• на 3 % — использования энергии ископаемого топлива.
8
Однако несмотря на то что топливо ЕЮ позволяет умень¬
шить выброс загрязняющих веществ в окружающую среду, оно
не рассматривается в качестве альтернативного топлива.
2. В качестве основного компонента
топлива, полученного в результате ком-
паундирования 85 % (об.) этанола с
15% (об.) неэтилированного бензина,
которое в США выпускается под мар- ^ %'Н1;1лапо1
Автомобильные компании быстрыми
темпами увеличивают количество транспортных средств, работаю¬
щих на Е85. Они известны под названием /1ех1Ые-/ие1 уеИЫез
(РРУ), т. е. «автомобили с универсальным потреблением топлива»
(АУПТ), и могут работать на смеси этанола с обычным неэтилиро¬
ванным бензином, в которой объем этанола может достигать 85 %.
Автоматизированные системы подачи топлива позволяют автома¬
тически 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, работа¬
ющие на Е85, предлагаются на продажу несколькими автомобиль¬
ными производителями.
В результате использования Е85 уменьшается:
• на 73—75 % — потребление нефтепродуктов;
• на 14-19 % —выброс газов, вызывающих парниковый эф¬
фект;
• на 34—35 % — использование энергии ископаемого топлива.
Использование Е95 позволяет снизить:
• на 85-88 % — потребление нефтепродуктов;
• на 19-25 % — выброс газов, вызывающих парниковый эф¬
фект;
• на 42-44 % — использование энергии ископаемого топлива.
При компаундировании этанола с неэтилированным бензи¬
ном повышается октановое число топлива, снижается количе¬
ство 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 промыш¬
ленности. Каждый переработанный кубический метр зерна позво¬
ляет получить от 270 до 290 л этанола наряду с некоторыми цен¬
ными побочными продуктами. Первый бензин с примесью этано¬
ла ЕЮ был представлен на рынок в 1970-х годах. Смеси,
9
полученные компаундированием бензина с 85 % (об.) этанола
(Е85), были внедрены на рынок в середине 1990-х годов.
Несмотря на относительную дороговизну, топливный этанол
имеет большое будущее, поскольку: во-первых, как экологически
чистое топливо он позволит защитить окружающую среду в усло¬
виях увеличения количества автотранспорта; во-вторых, при госу¬
дарственной поддержке биотопливо станет конкурентоспособным
по отношению к бензину в условиях уменьшения мировых запа¬
сов нефти.
Автомобильное топливо с этанолом все увереннее занимает ли¬
дирующие позиции во всем мире.
Цель настоящего издания — показать роль этанола в топлив¬
ном мировом балансе.
1. ВОЗНИКНОВЕНИЕ
И РАЗВИТИЕ ПРОИЗВОДСТВА ЭТАНОЛА
С древних времен этанол известен в качестве напитка, вызыва¬
ющего опьянение. В России этанол получали в основном сбражи-
нанием ржаных или пшеничных зерен. Он применяется в изготов¬
лении алкогольных напитков, но соответствует также требовани¬
ям, предъявляемым к топливам. Этанол, используемый в качестве
топлива, 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 прода¬
жи превысили 25 ООО ООО галлонов в год. По запросу крупных неф¬
тяных 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 на¬
чала конкуренции между нефтяными компаниями, которая зна¬
чительно сократила его потребление.
Впервые крупномасштабное потребление этанола в качестве
топлива отмечалось в начале 1900-х годов в период дефицита запа¬
сов нефти в Европе. В Америке автомобиль Генри Форда «модель
Т» и другие автомобили выпуска начала 1920-х годов первоначаль¬
но создавались для работы на спиртовом топливе. Несколько де-
11
сятков лет этанол был известен как топливо. Действительно, раз¬
рабатывая «модель Т», Генри Форд надеялся на то, что этанол, из¬
готовленный из возобновляемых биологических материалов, будет
основным автомобильным топливом.
Германия и Соединенные Штаты использовали этанол в каче¬
стве 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 транс¬
портного топлива выступал нефтяной бензин, что было обуслов¬
лено легкостью в управлении работой бензиновых двигателей и
ростом поставок более дешевой нефти из арабских стран. Однако
бензин, используемый в качестве источника топлива для двигате¬
лей внутреннего сгорания, имеет много недостатков, например
более низкую детонационную стойкость по сравнению с этано¬
лом; большую токсичность, особенно при смешивании с тетра¬
этилсвинцом 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 загрязня¬
ющих веществ. Однако, несмотря на эти недостатки, в последние три
четверти XX столетия потребление нефтяного топлива в автотранс¬
портных средствах занимало лидирующую позицию. Для этого име¬
ется 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, че¬
ловеческие ресурсы и технологии, создали барьер на пути проникно¬
вения новой конкурентоспособной промышленности.
В 1973 г. Организация стран—экспортеров нефти (ОПЕК)
спровоцировала дефицит бензина, повышая цены и блокируя по¬
ставки сырой нефти в Соединенные Штаты. Действие ОПЕК
привлекло внимание к тому факту, что Соединенные Штаты на¬
ходились 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 произво¬
дительности, снижения цен на фондовой бирже, экономического
спада и ситуации общего экономического беспокойства.
12
Внимание вновь сконцентрировалось на альтернативном топ¬
ливе, т. е. на этаноле. Впервые конгресс откликнулся на нефтя¬
ной кризис введением Закона о налогообложении энергоресурсов
1978г. [3]. Данный закон гарантировал уменьшение федерально¬
го акцизного налога, который составлял четыре цента за галлон,
на бензин с примесью этанола в минимальном объеме (10 %).
Эта законодательная инициатива была направлена на стимули¬
рование производства исключительно возобновляемого экологи¬
чески 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, на¬
пример «ЕЮ неэтилированный», «неэтилированный марки
Зирег» и др.
В 1980 г. вслед за нефтяным кризисом 1979 г., Иранским кри¬
зисом заложников и эмбарго США на экспорт зерна в Советский
Союз конгресс продолжил осуществлять работу по стимулирова¬
нию внутреннего производства топлива и ослаблению зависимос¬
ти 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 на¬
логе на непредвиденную прибыль с сырой нефти 1980 г. пролонгиро¬
вал срок действия налоговых льгот для этанола с 1984 по 1992 г. [6]
и позволил использовать этанол в качестве альтернативного топ¬
лива или в прописанных смесях с бензином, предоставив его про¬
изводителям широкие возможности применения этой налоговой
льготы.
На протяжении 1980-х годов конгресс поддерживал изготовле¬
ние этанола. В 1982 г. Закон о предоставлении льгот владельцам на¬
земных 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 налоговой 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] предус¬
матривал создание программ проведения исследований, научно-
технических разработок и демонстрационных проектов автотранс¬
портных средств и топлива, а также предоставление автомобиль¬
13
ным компаниям кредитов на развитие программ рационального
потребления топлива. По сообщению научно-исследовательской
службы конгресса, данный закон был разработан в целях содей¬
ствия развитию, внедрению и проникновению в транспортный
сектор альтернативного топлива, получаемого из сырья ненефтя¬
ного происхождения, и тем самым сократить импорт нефти, и в то
же время создать локальные рабочие места, улучшить качество го¬
родского 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 ООО 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. конг¬
ресс впервые открыто признал, что изменения, внесенные в хи¬
мический 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 благопри¬
ятные с точки зрения экологии изменения в химический состав
топлива, закон потребовал включения в формулу бензина полно¬
стью сгораемых кислородсодержащих добавок, которые получи¬
ли 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/;е/л-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 бен¬
зиновых продуктах, которые реализуются в регионах США с вы¬
соким 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 легко¬
вых автомобилей альтернативных видов топлива, в том числе эта¬
нола, и потребовал от федеральных органов власти, поставщиков
альтернативного топлива, правительств отдельных штатов, орга¬
нов власти на местах, а также от частных автомобильных парков
последовательного приобретения автотранспортных средств, ра¬
ботающих на альтернативном топливе.
14
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 еже¬
годно вырабатывать более 3 млрд галлонов высокооктанового эта¬
нола, используемого как топливо;
• инвестиции в производственные фонды топливного этанола
превысили 5 млрд долларов;
• в 20 штатах создано 75 предприятий по производству топ¬
ливного этанола производственной мощностью от 500 тыс. до
310 млн галлонов в год;
• владельцами предприятий по производству топливного эта¬
нола являются крупные компании, занимающиеся переработкой
сельскохозяйственной продукции, и фермерские кооперативы;
• корпорации «Роге!», «Сепега1 МоГоге» и «Оа1ш1ег-СНгуз1ег» со¬
здают сотни тысяч автотранспортных средств, работающих на
обычном бензине или на бензине с примесью до 85 % (об.) этано¬
ла. В настоящее время эти автомобили доступны покупателям без
дополнительных расходов.
Этанол, добавляемый в состав бензина, способствует полному
сгоранию топлива. При потреблении смесей с добавлением этано¬
ла также уменьшается выделение угарного газа. Некоторые иссле-
Рис. 1. Экологический цикл производства и применения биоэлганола
15
дования показали, что этанол может также способствовать умень¬
шению выброса отработанных автомобильных газов, который
приводит к образованию смога.
Несмотря на то что в процессе производства и сгорания эта¬
нола С02 выделяется, он поглощается в процессе роста биомас¬
сы (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 вы¬
рос в последние 20 лет. Причинами роста использования автомо¬
бильного топлива с этанолом послужили высокие эксплуатацион¬
ные характеристики данного вида топлива и его конкурентоспо¬
собная 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
от импортируемой нефти, сокращает дефицит торгового баланса и
гарантирует надежность используемого источника топливных ре¬
сурсов.
2. Агропромышленный комплекс увеличивает производство
зерновых культур, что позволяет стабилизировать цены.
3. Улучшается качество окружающей среды, так как уменьша¬
ется выброс угарного газа и вредных канцерогенных веществ, вы¬
зывающих раковые заболевания.
4. Владельцы автомобилей получают следующие преимущества:
• этанол обладает высоким октановым числом смешения с бен¬
зином, что устраняет проблему применения дорогостоящих высо¬
кооктановых добавок и компонентов;
• этанол, входящий в состав автомобильного топлива, адсорби¬
рует влагу, которая может конденсироваться в топливном баке, что
устраняет проблему применения антифризов в зимний период;
• этанол, обладая небольшим моющим действием, очищает си¬
стему подачи топлива.
Роль этанола, выступающего в качестве альтернативного топ¬
лива, использование мер государственного стимулирования, кото¬
рые помогают этанолу завоевать устойчивое положение на топ¬
ливном рынке, а также эксплуатационные характеристики двига¬
телей будут рассмотрены в следующих разделах книги.
Многие страны либо осуществляют крупномасштабное произ¬
водство и потребление этанола, либо принимают меры по стиму¬
лированию расширения его производства и сфер потребления.
За последние 20 лет расход автотранспортными средствами
бензина и дизельного топлива также вырос. Однако выброс за¬
2 - 8098
17
грязнителей (угарных газов, углеводородов и оксидов азота) со¬
кратился 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 этано¬
ла [13, 14]. Наибольшими объемами производства располагают
США и Бразилия, это составляет почти 75 % общего производства
этанола в мире.
Таблица 1. Годовое производство этанола в мире
Страна
Производство по годам, млн л
2003
2004
2005
2006
1. США
10900
13950
16141
19975
2. Бразилия
14428
15338
16001
17002
3. Китай
3400
3650
3801
3851
4. Индия
190
2000
1700
1900
5. Франция
817
830
909
950
6. Германия
280
270
432
765
7. Россия
745
760
750
650
8. Канада
204
245
231
580
9. Испания
304
420
352
464
10. ЮАР
404
409
390
388
11. Таиланд
250
280
299
353
12. Великобритания
410
400
348
280
13. Украина
284
290
246
270
14. Саудовская Аравия
350
340
121
200
15. Италия
240
210
151
162
2.1. АМЕРИКА - ГЛАВНЫЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬ
ТОПЛИВНОГО ЭТАНОЛА
В списке мировых производителей этанола две страны значи¬
тельно 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 серьез¬
но ужесточены требования к качеству нефтепродуктов. Брази¬
лия — единственная, пожалуй, страна, где давно занимаются про¬
изводством топливного этанола и налажен его квалифицирован¬
ный сбыт. Поэтому наш обзор мирового производства этанола
хотелось бы начать с двух стран — лидеров в этом направлении
промышленности, способном значительно изменить представле¬
ния о топливе.
18
2.1.1. США
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. Доми¬
нирующее положение на рынке топливного этанола занимает топ¬
ливная смесь с низкой концентрацией этанола [менее 10 % (об.)],
тем не менее наблюдается потенциальный рост потребления топ¬
ливной 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 произво¬
дителей в общей производственной мощности.
18000
16000
ъ 14000
%
\ 12000
| 10000
^ 8000
о 6000
$
4000
2000
1
.1
■III
■III
11111
_ ■
11111
——■пиши
11111
пттпмшммшши
11111
11111
чь ^ оа сг! с\1 ^ \
к. *— 1ч. ’— V— «ч К. '— К. >ч >ч >ч К. СЧд С\^ С\| С\|
Годы
Рнс. 2. Производство топливного этанола в США по годам
Таблица 2. Плановый рост производственных мощностей по этанолу
Распределение по годам
Показатели
2001
2002
2003
2004
2005
Существующее производство:
число компаний
44
44
44
44
44
число заводов
57
58
58
58
58
мощность производства,
8400
9392
10179
10501
10796
млн л/год
2*
19
Продолжение
Распределение по годам
Показатели
20()1 2002 2003 2004 2005
Новые производители:
число компаний
число заводов
мощность производства,
млн л/год
4 21 40 40 40
4 21 43 44 46
310 1961 5031 5250 5962
Существующее и новое произ¬
водство:
число компаний
число заводов
мощность производства,
млн л/год
48 65 84 84 84
61 79 101 102 104
8710 11353 15210 15751 16758
Результаты проведенного исследования показывают, что в
США сегодня предпринимаются первые значительные шаги по
расширению производства этанола. Реализация всех плановых
показателей прироста и расширения производственных мощно¬
стей, 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. со¬
ставили 20,8 млрд л в год [14].
Следует выделить различные категории расширения промыш¬
ленности (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 осуществ¬
лено расширение действующих производств общей мощностью
20,.8 млрд л в год.
В апреле 2003 г. комиссия по энергетике и торговле Палаты
представителей США утвердила обширный законопроект, кото¬
рый содержит положение с требованием к 2015 г. использовать
как минимум 5 млрд галлонов возобновляемого топлива, т.е. эта¬
нола, биологического дизельного топлива, иного сжиженного*
топлива, изготовленного из биомассы или биогаза.
Дополнительный законопроект, представленный на рассмот¬
рение в Сенат, сократил период достижения плановых показате¬
лей по использованию возобновляемого топлива до 2012 г. Со¬
20
гласно данному законопроекту был отменен действующий стан¬
дарт на реформулированный бензин с кислородсодержащей до¬
бавкой и устанавливался стандарт на возобновляемое топливо
(СВТ). Введение этого стандарта было обусловлено интересом,
проявляемым к энергетической безопасности, качеству окружаю¬
щей среды, а также к состоянию экономики фермерских и сельс¬
ких хозяйств, и должно способствовать решению каждого из зат¬
рагиваемых вопросов.
Ожидается, что этанол составит самую большую долю возоб¬
новляемого топлива, производимого и потребляемого в соответ¬
ствии с СВТ, тем не менее СВТ также будет стимулировать произ¬
водство биологического дизельного топлива. Известно, что в ос¬
новном этанол вырабатывается путем брожения сахаров,
полученных из зерен кукурузы, пшеницы, ячменя, сорго и другой
биомассы. В производстве этанола в США основным сырьем яв¬
ляется зерно кукурузы. На рис. 3 показан рост производства эта¬
нола с 1980 г. и ожидаемый рост в соответствии с СВТ (16].
Помимо производства собственного этанола для удовлетворе¬
ния потребностей внутреннего рынка Соединенные Штаты еже¬
годно импортируют 600—700 млн л денатурированного этанола.
Данный объем импортных поставок фактически не изменялся на
протяжении последних лет. Крупнейшим импортером США явля¬
ется Саудовская Аравия, однако этот объем поставок используется
в промышленных целях, а не в целях обеспечения топливом авто¬
транспортных средств. Следующие три крупнейших импортера —
Ямайка, Коста-Рика и Бразилия. Импортируемый из Ямайки и
Коста-Рики этанол не подлежит таможенному обложению в соот-
0
1
I
§'
I
<§
«о
!
$
Годы
Рис. 3. Рост производства этанола и кукурузы в США
21
ветствии с законодательной инициативой стран Карибского бас¬
сейна, однако этот этанол далеко не всегда используется в каче¬
стве автомобильного топлива.
Несмотря на относительно устойчивый рост годового произ¬
водства этанола, промышленность претерпела многочисленные
изменения, что особенно явно проявилось в 1980-х годах. К нача¬
лу 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 пред¬
приятие продолжало работу, затем постепенно закрылись остав¬
шиеся предприятия.
Этот первый этап современной промышленности по произ¬
водству топливного этанола — приблизительно с 1980 по
1988 г. — характеризовался тем, что существующие предприятия
требовали больших капитальных затрат и их работа была неэф¬
фективна. Объем капитальных затрат предприятий колебался от
низкого (приблизительно 2,50 долл. США в год на каждый аме¬
риканский галлон) до высокого (4,00 долл. на галлон). Объем вы¬
пуска этанола составлял около 85 % объема выпуска на сегод¬
няшний день, наблюдался высокий уровень энергопотребления,
который часто в два раза превышал энергозатраты самых высоко¬
рентабельных предприятий настоящего периода. Многие пред¬
приятия столкнулись с технологическими проблемами. Даже
крупные предприятия переживали трудное время.
В начале 1980-х годов Министерство энергетики США предста¬
вило предприятиям по производству топливного этанола програм¬
му гарантий по кредитам. По данной программе получили креди¬
ты три предприятия. В первом случае Министерство энергетики
отменило дополнительное финансирование вследствие роста сто¬
имости проекта. Предприятие так и не было запущено в эксплуа¬
тацию, и несколькими годами позже Министерство энергетики
продало сооружение на металлолом. Второе предприятие — завод
«Теннол» (штат Теннесси) производительностью 25 млн галло¬
нов 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 приоб¬
рело производственные объекты и продало их на металлолом. Не¬
которые части данного сооружения были использованы в начале
1990-х годов при строительстве другого предприятия. Третий кре¬
дит Министерство энергетики предоставило компании «Новая
Энергия» (штат Индиана), которая построила завод производи¬
тельностью 50 млн галлонов в год и привлекла капитал в 147 млн
22
долларов США. Данный завод действует по настоящее время, не¬
смотря на то, что предприятие в 1987 г. не выполнило обязательств
по погашению кредита. Министерство энергетики по-прежнему
принимает участие в его работе.
Некоторые нефтяные компании имели право собственности на
заводы. В 1980 г. компании «Техасо», «СЬеугоп» и «АзЫапс!» имели
значительную долю в уставном капитале заводов, однако в даль¬
нейшем они либо были лишены прав собственности, либо пред¬
приятия прекратили существование. Многие заводы, построенные
в 1980 г., были созданы крупными инжиниринговыми компания¬
ми, которые имели небольшой практический опыт в области раз¬
вития предприятий по производству этанола. Возможно, данный
фактор объясняет высокие капитальные расходы, поскольку дан¬
ные заводы были все же довольно небольшими проектами для та¬
ких крупных многонациональных инжиниринговых компаний.
Второй этап развития промышленности по производству эта¬
нола начался в конце 1980-х и продолжался до середины 1990-х го¬
дов. Предприятия этого периода имели улучшенную конструкцию,
которая разрабатывалась инжиниринговыми компаниями, имею¬
щими практический опыт в данной области. Капитальные затраты
были немного ниже, но тем не менее все равно оставались высоки¬
ми по современным стандартам. Производительность по этанолу
повысилась, производственные условия улучшились, и сократился
расход энергии. Данные предприятия были введены в эксплуата¬
цию в запланированные сроки, и, как правило, их производствен¬
ные мощности на 10—20 % превышали проектные показатели.
Третий этап характеризовался созданием конкурентоспособно¬
го рынка подрядчиков по проектированию и строительству заво¬
дов по производству этанола. Впервые разработчики производ¬
ственного процесса оказывали все виды необходимых инжини¬
ринговых услуг и могли как осуществлять строительство объектов,
так и управлять этим процессом. В некоторых случаях компании
также приобретали долю в управлении предприятием после завер¬
шения его строительства. Капитальные затраты еще больше пони¬
зились, производственные условия улучшились, объем производ¬
ства 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. Произ¬
водство 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 производ¬
ству этанола с производственной мощностью 7,1 млрд л в год [24].
23
Восемь из этих предприятий либо закрылись, либо больше не за¬
нимались производством топливного этанола (табл. 3). Большин¬
ство из закрытых предприятий было небольшой мощности, и не¬
которые из них для того, чтобы компенсировать свои небольшие
производственные мощности, использовали в качестве исходного
сырья отработанные материалы. Что касается компаний «Зиппзе
Епещу» и «5и1Ьег1апс1 Аззоаа^ез», то существовали технические
проблемы, связанные с проектированием и строительством заво¬
дов, которые привели к их закрытию.
Таблица 3. Заводы по производству этанола в США,
которые были закрыты
Компания
Местоположение
Сырье
Производст¬
венная МОЩ¬
НОСТЬ,
млн л в год
«Сеог^а-РасШс»
Беллингем
Сульфитный раствор
26
(Вашингтон)
«Л.К. 51гпр1о1*
Берлей
Картофельные
8
(Индиана)
отходы
^опЮп А1соЬо1*
Эдинбург (Техас)
Кукуруза
5
«Маш1с1га ЕШапо!»
Гамбург (Айова)
Кукуруза, сорго,
26
пшеничный крахмал
«Мтпе$о1а С1еап
Дундас
Отходы производства
6
Рие1$*
(Мичиган)
сахарозы
«Рага11е1 Ргойис15*
Бартоу (Флорида)
Отходы производства
15
напитков
«5ипп$е Епег^у*
Блейрстаун
Кукуруза
26
(Айова)
«$Ш.Ьег1апс1
Суверленд
»
57
А$50С1а1е$»
(Небраска)
Итого
169
Большинство заводов, которые продолжали работать, в итоге
увеличило свою производительность. В среднем рост производ¬
ственных 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 со¬
ставил за последние 5 лет около 35 % для действующих произ¬
водств и около 65 % для вновь построенных заводов.
Таблица 4. Новые заводы США по производству этанола [21, 22]*
Компания
Местоположение
Производственная мощ¬
ность, млн л в год
«АСЕ ЕтЬапоЬ
«Ас1кт$ ЕпегёУ. Ы-С»
«Ва^еег $1а1е Е1Ьапо1, ЬЬС*
«В18 Клуег Яезоигсез»
Стенли (Висконсин)
Лиина (Иллинойс)
Монро (Висконсин)
Западный Бирлинттон
(Айова)
57
151
182
151
24
Продолжение
Компания
Местоположение
Производственная мощ¬
ность, млн л в год
«Сеп1га1 Мхсопзш А1соНо1»
Пловер (Висконсин)**
15
«СоттотуеаНН А^п-Епег^у,
Хопкинсвиль (Кентукки)
76
1ХС*
♦ Эакот Е1Ьапо1, 1ХС*
Вентворф (Южная Дакота)
182
«01ас1а1 Ьакеа Епегву, ЬЬС»
Вотерпгаун (Южная Дакота)
182
«ОоМеп Тпап81е Епег^у, 1ХС»
Крэйг (Монтана)
76
«Огеа1 Р1ат$ Е1Капо1, ИХ»
Ченцеллор (Южная
159
Дакота)
«Ни$кег
Плайнвью (Небраска)
87
«1о\уа Е(Напо1»
Хэнлонтаун (Айова)
170
^атез Уа11еу ЕШапоЬ
Гротон (Южная Дакота)
170
.КААРА ЕИтпо!, 1ХС*
Минден (Небраска)
151
«Ьапс1 оГ Ипсо1п А8псиИига1
Палестин (Иллинойс)
151
Соа1Шоп»
«ЫШе 5юих Сот Ргосеззогз,
Маркус (Айова)
174
НС»
«МюШеап Е(Напо1, Ы.С»
Каро (Мичиган)
170
«М1(1\уез1 Огаш Ргосеззогз»
Лакота (Айова)
170
«ГМоггЬет иеЬ15 ЕгЬапо1,
Биг Стоун Сити
170
1ХС»
(Южная Дакота)
«Оиег Сгеек ЕШапо!, ЬЬС*
Аштон (Айова)
170
«Р1а«е УаНеу Рие1 ЕЛапоЬ
Централ Сити (Небраска)
151
«Оиай-Соитгу Сот
Галва (Айова)
87
Ргосе$5оге*
«5ших Шуег Е1Ьапо1, ЫХ*
Хадсон (Южная Дакота)
170
«5юих1ап<1 Епег^у & 1Луе51оск
Сьюкс Центр (Айова)
68
Соор*
«Та11 Сот ЕШапо1, ПХ»
Кун Рэп идс (Айова)
170
«Тгетоп А&п Ргойисй, ЫХ*
Трентон (Небраска)
114
«Тп-51а1е ЕМапо! Со., ИХ*
Рошольт (Южная Дакота)
68
♦11.5. Епег^у РагШегз, ЫХ*
Рассел (Канзас)***
151
«Шса Епег^у, 1ХС»
Ошкош (Висконсин)
91
«УегаЗип Епегбу СогрогаНоп*
Аврора (Южная Дакота)
379
«\\^е51еш Р1ат$ Епег&у, ЫХ*
Кампус (Канзас)
114
Итого
4377
* В качестве сырья используется кукуруза; ** — сырная сыворотка; *** —
сорго.
В табл. 5 приведены данные по 77 заводам, находящимся на эта¬
пе строительства. Обращает на себя внимание тот факт, что мощно¬
сти новых заводов в среднем составляют более 100 млн л/год.
Однако высказываются опасения, что изменение сферы по¬
требления кукурузы и других зерновых культур, которые прежде
использовались для кормления скота в животноводстве, а теперь
применяются для производства этанола, приведет к увеличению
25
Таблица 5. Новые заводы США по производству этанола в стадии
строительства [14]*
1 Проиэводст-
Компания
Месгоположение
| млн л в год
«АЬеп§оа Вюепег§у оГ Кауеппа» Равенна (Небраска) 333
«АЬег(1ееп Епег^у» (01ас1а1 Ьакез) Мина (Южная Дакота) 379
«АЬ8о1и1е Епег^у» Санкт-Ансгар (Индиана) 379
«Ас1уапсе<1 Вюепегду» Фермонт (Небраска) 379
«АЗАШапсез ВюГие1з» Альбион (Небраска) 379
«АЗАШапсез ВюРие1з» Линден (Индиана) 379
«АЗАШапсез ВюГие1з» Блумингбург (Огайо) 379
«В1ие РИп1 ЕгЬапо!» Андервуд (Северная Дакота) 189
«СагсНпа1 Е1Ьапо1* Харрисвиль (Индиана) 379
«Сазсайе Огаш Ргоёис1з» Клэтскэйни (Орегон) 409
«СаззСо Ата!2Ш8 Епег§у, ЫХ> Атлантик (Индиана) 416
«Сазйе Коек К.епе\уаЫе Рие1з, 1ХС» Нисида (Висконсин) 189
«Сетиег ЕгНапо1 Сошрапу, 1ХС» Саугет (Иллинойс) 204
«Сетга! 1Шпо13 Епег§у» Кэнтон (Иллинойс) 140
«СеШга! 1псИапа ЕШапок Мэрион (Индиана) 151
«Со$1юс1ап ЕгЬапо!» (АИга) Кошоктан (Огайо) 227
«Вопапга Епег^у, 1ХС» (Сопезюеа)* Гарден Сити (Канзас) 208
«Агка1оп Епег^у, ЬЬС» (Сопезю^а) Либерал (Канзас) 416
«Оех1ег ЕШапоК ЫХ» Дэкстер 379
«Е Сагизо* (СоосИапй Епегду Сеп1ег) Гудлэнд (Канзас) 76
«Е Епегду Ас1аш8, 1-1Х> Адамс (Небраска) 189
«ЕЗ ВюГие1з» Мид (Небраска) 91
«ЕШюгп Уа11еу Е1Ьапо1, 1ХС» Норфолк (Небраска) 151
«Риз: Ыпкес! ЕШапо!, ЫХ> (Р11ЕЬ) Митчелл (Джорджия) 379
«Сасе\уау ЕиаапоЬ Прэтт (Канзас) 208
♦С1оЬа1 Е1йапо1, 1ХС» Рига (Мичиган) 216
«Сгапс! Щуег 01$1пЪи1юп» (ОкИоп) Кэмбрия (Висконсин) 151
«Сгееп Р1атз Кепе^аЫе Епегву» Шенандоа (Индиана) 189
«Сгееп Р1атз Кепе\уаЫе Епег§у* Супериор (Индиана) 189
«На\укеуе Кепе\уаЫе5» Менло (Индиана) 379
«Негоп Ьаке ВюЕпегеу, ЬЬС* Херон Лэйк (Мичиган) 189
«НоИ СоигПу Е1Ьало1, 1ХС» О’Ншш (Небраска) 379
«1Шпо1$ Юуег Епегву, 1ЛС» Рошель (Иллинойс) 189
«1псПапа Вю-Епегву, ЬЬС» Блюфтон (Индиана) 382
«1пх11Ю15 Вю-Епегёу Сошрапу, ЫХ> Ренселаер (Индиана) 151
«Кап$а$ Е111апо1, ЬЬС* Лайонс (Канзас) 208
«Ьеуе11алс1/Носке1у Соип1у Лэвэлэнд (Техас) 151
Е1Ьапо1, 1ХС*
«Мащшз Епегёу, 1ХС» Хеннепин (Иллинойс) 379
«МагузуШе Е1Ьапо1, 1ХС» Мэрисвиль (Миннессота) 189
«МШ Ашепса А§п Ргоёиссз/ Мадрид (Небраска) 167
^ЬеаиапсЬ
«МШеппшт Е1Ьапо1» Мэрион (Южная Дакота) 379
«М185оип Уа11еу Кепе\уаЫе Епещу, Меклинг (Южная Дакота) 227
ИХ»
«1ЧЕОАК Е1Ьапо1» Аткинсон (Небраска) 167
«МогШеаз* ВюГие1з» Волени (Нью Йорк) 432
«]^011Ь\уе81 Кепе^аЫе, 1ХС» Лонгвью (Вашингтон) 208
«Онег ТаП Аё Етегрпзез» Фергус Фаллс (Мичиган) 218
«РасШс ЕШапоЬ» Бордман (Орегон) 132
«Рапёа ЕгЬапоЬ* # Херефорд (Техас) 379
«РапЬап(11е Епег^ез оГ Оитаз, ЬР»* Дамас (Техас) 114
26
Продолжение
Компания
Местоположение
Производст¬
венная мощ¬
ность,
млн л в год
«Ра1по1 КепешаЫе Рие1$, 1ХС»
Аннаван (Иллинойс)
379
«РепГогс! Ргос1ис15ч>
Сидар-Рапидс
170
«Рта1 Епег§у, 1Л,С»
Мэрикопа (Аризона)
208
«Ртпас1е ЕгЬапо1»
Корнинг (Индиана)
227
«Р1а1гме\у ВюЕпегву, 1X0
Плэйнвью (Техас)
379
«Р1а1тит ЕШапо!, ЬЁС»
Артур (Индиана)
416
«Р1утои(Ь Епег§у Сотрапу, 1X0
Мэррил (Индиана)
189
«Ргегтег ЕШапо!»
Портлэнд (Индиана)
227
«Яепе^ Епег^у»
Джефферсон Джанкшн
(Висконсин)
492
«ЯесШеМ Епег^у*
Рэдфилд (Южная Дакота)
189
«5юих1апс1 Е1Иапо1»
Джексон (Небраска)
189
«5ошН^е51 !ош. Яепе\*гаЫе Епег^у»
Каунсил-Блафс (Индиана)
416
«5иттк ЕШапоЬ
Лейпциг (Огайо)
227
«Тата Е1Ьапо1, 1ХС»
Тэма (Индиана)
379
«Та1е & Ьу1е»
Форт Додж (Индиана)
397
«ТЬе Апскгзопз Оутеге Е1Капо1»
Клаймерс (Индиана)
416
«ТНе Апйегеопз МагаШоп Е1ЬапоЬ
Гринвиль (Огайо)
416
«ит!е(1 Е1Ьапо1, ЫХ»
Милтон (Висконсин)
197
«115 Вю Напктзоп»
Хэнкинсон (Северная Дакота) 946
«135 Вю ОгсЬ
Орд (Небраска)
«115 В1о РуекуШе*
Дайерсвиль (Индиана)
«УегаЗип»
Чарльз Сити (Индиана)
Хартлей (Индиана)
Вэлком (Мичиган)
1249
«Ше$1ет Ие\у Уогк Епег^у, Ь1_С*
Шелби (Нью Йорк)
189
«\УЫ1е Епег^у»**
Херефорд (Техас)
379
«ХеШапои
Блэйрстаун (Индиана)
132
«Уита ЕШапоЬ
Юма (Колорадо)
151
Итого
21 333
’ В качестве сырья используется кукуруза; ” - кукуруза и сорго.
расходов на содержание животноводческих и птицеводческих
ферм, что, в свою очередь, негативно скажется на рентабельности
и приведет либо к сокращению, либо к замедлению роста произ¬
водства мяса. Это, в свою очередь, обусловит более высокие роз¬
ничные цены на продукты питания и ускоренное развитие продо¬
вольственной инфляции. Как показано на рис. 4, в настоящий мо¬
мент в производстве этанола задействовано приблизительно 9 %
общего объема потребления кукурузы в США. СВТ, который со¬
ставит 19 млрд л, увеличит расход кукурузы на производство эта¬
нола до 65,5 млн куб. метров, что составляет примерно 16 % обще¬
го объема потребления кукурузы.
Несмотря на прогнозируемый рост потребления кукурузы для
производства этанола в следующее десятилетие, что обусловлено
27
* 450
%, 400
*
| 350
эг зоо
%
| 250
* 200
а
1150
| 100
О
2002 2013
Годы
ШЛ-корм; ЕЭ —пищевая и непищевая промышленность, зерно;
ЕЭ —этанол; ЕШ —экспорт
Рис. 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 зер¬
новых 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 на¬
стоящее время более половины этанола вырабатывается из куку¬
рузы и других зерновых культур методом сухого помола, и практи¬
чески все новые запускающиеся установки — это мельницы сухого
измельчения. Основной продукт процесса сухого помола —эта¬
нол, побочные — барда и диоксид углерода. При производстве
этанола крахмал, содержащийся в зернах, преобразуется в сахар и
спирт. В процессе технологической обработки питательные веще¬
ства зерна — белки, витамины и волокна — практически не разру¬
шаются. Следовательно, побочные продукты, вырабатываемые
при производстве этанола, могут использоваться в качестве белко¬
вой 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 невы¬
сокие транспортные расходы на перевозку от предприятия до мес¬
415,753
336,535
1и
11111
КВ!
Я III
28
та кормления. Так как большинство кормов для животноводчес¬
ких 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 произ¬
водство белковых кормов, а именно соевой муки и барды, что бу¬
дет стимулировать их более широкое потребление. С того момен¬
та, как барда сможет эффективно использоваться в кормлении
жвачного скота, например крупного рогатого или молочного, а
также одножелудочных — свиней или птиц, животноводы и пти¬
цеводы будут иметь возможность повысить рентабельность за счет
сокращения расходов на кормление. Рост предложения барды сба¬
лансирует 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, при¬
меняемые в производстве биодизельного топлива, окажет незна¬
чительное влияние или совсем не окажет воздействия на животно¬
водов и птицеводов, однако будет благоприятен для фермеров и
налогоплательщиков.
Результаты исследования показывают, что ведущее место в
промышленности США по производству этанола занимает обыч¬
ный производственный процесс с применением кукурузы в каче¬
стве сырья. Кукуруза является сырьевым материалом большинства
существующих предприятий, за исключением двух заводов, кото-
Годы
Рис. 5. Стоимость зерна и сои (в эквиваленте на 48 % протеиновой основы):
1 — производство зерна (правая шкала); 2 — стоимость сои; 3 — стоимость зерна (левая
шкала)
29
рые используют в качестве исходного продукта сорго, и несколь¬
ких заводов, которые применяют в данных целях сырную сыво¬
ротку, картофельные отходы и отбросы промышленности, зани¬
мающейся производством напитков. Все дополнительные соору¬
жения на существующих предприятиях, все предприятия на этапе
строительства и большинство новых предприятий на этапе проек¬
тирования будут использовать в качестве исходного сырья кукуру¬
зу. Исключение составят два спроектированных объекта, которые
используют ячмень и пшеницу, одно предприятие — отходы про¬
мышленности по производству напитков, одно предприятие —
жом сахарного тростника, два предприятия — древесные отходы и
отходы лесной промышленности, одно предприятие— рисовую
шелуху и одно предприятие — муниципальные отходы.
Процесс производства этанола в США соответствует техничес¬
ким требованиям на денатурированный этанол, или денатурат, ко¬
торые были разработаны Калифорнийским советом по воздуш¬
ным ресурсам (КСВР). Большинство производителей используют
в качестве денатурата газовый бензин.
Итак, на территории США в 2005 г. работало 84 завода по про¬
изводству этанола мощностью 16,8 млрд л. К началу 2007 г. их чис¬
ло возросло до 111 предприятий общей мощностью 20,8 млрд л,
при этом идет плановое расширение их производственных мощ¬
ностей до 22,7 млрд л, и 77 предприятий находятся на этапе стро¬
ительства с проектной мощностью 21,3 млрд л [14].
Одним из факторов, который привлек интерес к участию в рас¬
ширении и развитии предприятий за последние несколько лет,
стала программа развития биоэнергетики, принятая Министер¬
ством 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 товар¬
но-кредитной корпорации, чтобы стимулировать рост покупа¬
тельной способности соответствующей группы товаров, т. е.
энергетического сырья, в целях расширения производства био¬
энергии и поддержки новых производственных мощностей.
Выплаты производителям осуществлялись за счет превышения
объема биоэнергии, произведенной в период текущего финансо¬
вого года, над объемом, произведенным в предшествующий фи¬
нансовый 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
30
на участие в программе в течение одного или нескольких финан¬
совых 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 предыду¬
щего финансового года.
• Товарно-кредитная корпорация использует ранее объявлен¬
ные коэффициенты перерасчета с учетом задействованного в про¬
изводство биоэнергии количества продуктов, чтобы пересчитать
объем произведенной биоэнергии на товарные единицы, в соот¬
ветствии с которыми производятся выплаты.
• Годовая финансовая выплата разбивается по кварталам фи¬
нансового года.
• Система осуществления выплат разработана таким образом,
чтобы привлечь участие предприятий с производственной мощно¬
стью менее 65 млн галлонов в год. Производителям с общей годо¬
вым объемом производства:
менее 65 млн галлонов — компенсируется одна единица исход¬
ного сырья на каждые 2,5 единицы, используемые в целях увели¬
чения производительности;
65 млн галлонов и более — компенсируется одна единица сырь¬
евого материала на каждые 3,5 единицы, используемые в целях
увеличения производительности.
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 по¬
требовали от государственных, муниципальных и частных автомо¬
бильных парков соблюдения более жесткой директивы о выбросах
в окружающую среду. Она была выполнена за счет замены суще¬
ствующих автомобилей на автомобили новой технологии, работа¬
ющие на топливе Е85. Закон об энергетической политике потребо¬
вал, чтобы 70 % всех новых автомобилей, приобретенных автопар¬
ками, соответствовали новым стандартам.
Автомобильные компании подчиняются новым техническим
требованиям. С 1996 г. новые модели автомобилей укомплектова¬
ны автоматизированными системами диагностического монито¬
ринга, способными контролировать выделение паров топлива из
выхлопной трубы. Ежегодно выпускаются новые модели автомо¬
билей, работающих на Е85.
31
В настоящий момент проходит тестирование этил-/л/?ет-бути-
ловый эфир (ЭТБЭ), который применяется в качестве добавки в
реформатированном бензине. В рамках программы по использо¬
ванию в зимний период кислородсодержащих видов топлива, ко¬
торая 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 нор¬
мативы о применении возобновляемого топлива, которые позво¬
лят увеличить объем потребления этанола. Стандарт на возобнов¬
ляемое топливо также обусловит рост производства и потребления
этанола во всей стране и будет способствовать освоению новых
возобновляемых источников сырья, участвующих в его произ¬
водстве.
Опираясь на данные Агентства США по возобновляемому топ¬
ливу [14] и результаты аналитических исследований промышлен¬
ности по производству этанола, проведенного Комиссией по
энергетике США [15], можно сделать следующие основные вы¬
воды.
• 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 стро¬
ительства 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 находят¬
ся 77 новых заводов по производству этанола с общей производ¬
ственной мощностью около 21,3 млрд л в год.
• Помимо этих предприятий, расширение действующих произ¬
водств позволит дополнительно получать почти 1,9 млрд л этанола
в год.
• В 2005—2007 гг. центром сосредоточения заводов по произ¬
водству этанола в США стали штаты Среднего Запада, занимаю¬
щиеся выращиванием кукурузы. Штаты Айова, Небраска, Илли¬
нойс 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 чис¬
том этаноле, в целях ослабления зависимости от импортируемой
32
нефти, а также для создания стабильного источника дохода для
производителей сахарного тростника внутри страны. На сегод¬
няшний день более 4,2 млн автотранспортных средств Бразилии
используют в качестве топлива этанол. Около 40 % автомобилей
этой страны потребляют 100%-ный этанол. Остальные автомоби¬
ли работают на смеси 24 % этанола и 76 % бензина. Ежегодно Бра¬
зилия расходует около 4 млрд галлонов этанола [23], а также экс¬
портирует этанол в другие страны. Эта страна представляет собой
яркий пример того, насколько сильно органы власти могут спо¬
собствовать осуществлению целей производства и потребления
этанола. В 1975 г. Бразилия приступила к реализации амбициоз¬
ной трехэтапной федеральной программы по спиртовому топливу,
которая была разработана в целях ослабления зависимости страны
от импортируемой нефти. На сегодняшний день ее успех привлек
всеобщее внимание.
Бразилия является одним из крупнейших мировых производи¬
телей и потребителей топливного этанола. Весь этанол получают
путем первичной переработки сахарного тростника или вторич¬
ной переработки его мелассы. Темпы производства этанола в стра¬
не носят скачкообразный характер, поскольку уровень производ¬
ства этанола напрямую зависит от объема производства экспорти¬
руемого 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 про¬
граммы по производству этанола [24, 25]:
• создание рынка бразильских автомобилей с бензиновыми
двигателями, работающими на смеси бензина с 20—25 % (об.) эта¬
нола;
• создание рынка 4,3 млн автомобилей, работающих на обвод¬
ненном этаноле [95,51 % (об.)], и 17 млн автомобилей, работаю¬
щих 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 Брази¬
лии, 200 из которых прикреплены к сахарным заводам. Это пред¬
полагает, что средний объем производства на одном объекте при¬
близительно составляет 42 млн л в год. Этанол получают из сахар¬
ной мелассы и из сахарного тростника. На рис. 6 и 7 показана
.1 - 8098
33
Рис. 6. Производство этанола в Бразилии
Годы
Рис. 7. Потребление этанола в Бразилии:
I — обезвоженный этанол; 2 — необезвоженный этанол; 3 — общий этанол
общая годовая производительность этанола всех бразильских
предприятий, а также его потребление внутри страны. Пик произ¬
водства приходился на 1997—1998 гг. и составлял 15,4 млрд л,
затем до 2000—2001 гг. наблюдалось снижение производства —
было произведено только 10,6 млрд л. В 2002—2003 гг. произ¬
34
водство выросло до 12,5 млрд л, достигнув 16,5 млрд л в 2005—
2006 гг. [14, 26].
По данным Министерства сельского хозяйства Бразилии, экс¬
порт 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 клима¬
тическими 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
Производствен¬
ная мощность,
млн в год
Примечание
«МоЬа^к Сапайа
1пс>
Миндоза
(Манитоба)
10
Построен в 1981 г.
Сырье — пшеница
«Соттегаа1
А1соЬо15 1пс.*
Тивертон
(Онтарио)
20 (общ.)
Построен в 1988 г.
Сырье — кукуруза.
Производит 7 млн л
топливного этанола
«Роипс! Макег
АёУепшгез Ш.»
Лэниган
(Саскатчеван)
13,5
Построен в 1990 г.
Сырье — пшеница.
Интегрированное хо¬
зяйство по разведе¬
нию домашнего скота
«Соттепла1
А1соЬо1$ 1пс.»
Чефем
(Онтарио)
150 (общ.)
Построен в 1997 г.
Сырье — кукуруза.
Производит 120 млн л
топливного этанола
«Регшо1ех*
Ред Дир
(Альберта)
26
Построен в 1998 г.
Сырье — пшеница.
П г\огл»ип1тортоР11ил
экспорт
}•
35
Программа расширения производства этанола, объявленная
федеральным правительством в 2003 г., была направлена на рас¬
ширение производства и потребления топливного этанола в Кана¬
де, 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 поступи¬
ла 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 вне¬
дрен на рынок провинции Онтарио и в 1995 г. — провинции Кве¬
бек. В настоящее время в шести провинциях функционирует око¬
ло 1400 заправочных станций, которые предлагают 5%-ную или
10%-ную смесь этанола с бензином. Некоторые провинции Кана¬
ды расширяют отрасли применения топливного этанола, предла¬
гая субсидии в размере до 45 центов за 1 галлон этанола.
В Канаде не реализуются коммерческие программы по продви¬
жению примесей с высоким содержанием этанола. Существуют
только демонстрационные программы Е85 для автомобилей с уни¬
версальным потреблением топлива, и некоторые автопарки уста¬
новили частные автозаправочные комплексы, работающие на дан¬
ном виде топлива. В этой стране Е95 как топливо для автомобилей
1990
2000
2002
2004
2006
2010
Годы
Рис. 8. Производство этанола в Канаде [14, 32, 33]
36
Рис. 9. Производство и потребление топливного этанола в Канаде:
1 — производство; 2 — общее потребление
практически не используется.
На рис. 9 представлены данные о производительности предприя¬
тий. Информацию об импорте и экспорте можно просмотреть в ре¬
жиме он-лайн на сайтах, посвященных промышленности Канады.
Однако предоставляемая там информация не является полной, при¬
ведены лишь общие тенденции и указывается, что США является
единственным крупным импортером этанола в Канаду.
2.2. ЕВРОПА
В настоящее время топливный этанол производится и исполь¬
зуется в Швеции, Франции и Испании, кроме этого Европейский
Союз ввел плановые показатели расхода биотоплива, что может
привести к значительному росту потребления этанола в последую¬
щие десять лет. Объявлено также о производстве этанола в Герма¬
нии. К его производству проявляется интерес со стороны Вели¬
кобритании, Нидерландов, Польши и других стран.
7 ноября 2001 г. две комиссии ЕС приняли директивы относи¬
тельно использования биотоплива странами Евросоюза — так на¬
зываемые биодирективы. Они предусматривают обязательное при¬
37
менение биотоплива в качестве добавки к бензинам. В директи¬
вах предусматривается последовательность обязательного приме¬
нения альтернативного топлива в странах ЕС (в процентах к об¬
щему количеству). Некоторые европейские страны собираются
досрочно перейти на использование биотоплива транспортными
средствами.
Франция — первая в списке европейских стран по производ¬
ству этанола. Во Франции этанол применяется в производстве
ЭТБЭ для последующего компаундирования с бензином. Работа¬
ют 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 химичес¬
кой промышленности. В Швеции действует всего лишь одно
предприятие, которое вырабатывает этанол из пшеницы, объем
выпуска этанола на котором, по официальным данным, составля¬
ет 50 млн л в год, что обусловлено получением налоговых льгот,
предоставленных правительством. Проектная мощность предпри¬
ятия 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 соответ¬
ствии с конструктивным решением на предприятии в целях со¬
кращения энергопотребления предполагалось применять низко¬
температурные котлы, таким образом, смесь не подвергалась сте¬
рилизации до начала брожения и, по-видимому, отсутствовала
Годы
Рис. 10. Потребление топливного этанола во Франции
38
возможность использования на предприятии по производству эта¬
нола 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, импор¬
тирующих этанол. Налоговая льгота составила около 85 центов
США за литр этанола.
Этанол также используется приблизительно в 400 междуго¬
родних автобусах, находящихся в муниципальном управлении
Стокгольма, а также в массовых демонстрационных мероприяти¬
ях, связанных с топливом Е85, проходящих по всей стране. Эта¬
нол 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 экспери¬
ментальное предприятие, которое продемонстрировало техноло¬
гию кислотного гидролиза древесных отходов. Предприятием уп¬
равляет компания «ЗекаЬ», которая также производит этанол из
отработанного сульфитного щелока.
В Испании функционируют три завода по производству эта¬
нола мощностью 326 млн л в год. Этанол применяется в произ¬
водстве ЭТБЭ. В Испании также действуют пять нефтеперераба¬
тывающих 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 пшени¬
цы. 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 непосред¬
ственно в бензине в качестве 5 % примеси или будет расширено
производство ЭТБЭ. В 2000 г. налоговая льгота на этанол в Испа¬
нии составила 0,48 евро за литр [35].
В Германии до последнего времени, несмотря на производ¬
ство большого количества этанола, в топливе он практически
не применялся, однако к потреблению топливного этанола про¬
является значительный интерес. Было объявлено о строитель¬
стве 12 объектов по производству топливного этанола [19], три
завода находятся на стадии строительства. Их совокупная про¬
изводственная мощность составит 540 млн л в год. Исходным
сырьем послужат рожь, пшеница, сахарная свекла или сме¬
си зерновых злаков со свеклой. Налоговая льгота составляет
0,65 евро за литр.
39
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 Австра¬
лии приведены в табл. 7.
Таблица 7. Производство этанола в Австралии
Компания
Сырье
Производство,
МЛН Л 8 ГОД
«С5К* Патока 55
«МашШга Сгоир» Крахмал 75
«Коску РоЫ/ВипйаЪегв* Патока 5
Итого 135
Около 50 млн л этанола от общего производства в стране при¬
меняется в качестве примеси для топлива. Главным поставщиком
выступает компания «МашМга Огоир» с ее заводом вблизи г. На-
ура в Новом Южном Уэльсе, на втором месте — компания «С5К»,
поставляющая компании «ВгШзЬ Ре1го1еиш» около 4 млн л в год
для производства топлива ЕЮ, которое в дальнейшем реализуется
на рынках юго-восточного Квинсленда. На сегодняшний день го¬
довой экспорт этанола приблизительно составляет 30—35 млн л,
который преимущественно направлен на обслуживание азиатско¬
го рынка по производству напитков, а именно рынков Японии,
Шри-Ланки, Кореи и т. д. Основным поставщиком этого рынка
является компания «С5К» с заводом в Квинсленде. Внутренний
объем рынка этанола Австралии без учета топливного этанола
приблизительно составляет 42 млн л. В основном этанол применя¬
ется в фармацевтической (лекарственные препараты), в пищевой
(продукты питания и напитки), в химической (химические препа¬
раты, краски и растворители, аэрозоли) и в косметической про¬
мышленности.
В своем заявлении об ответных действиях на климатические
изменения премьер-министр Австралии Джон Хауэрд подтвер¬
дил финансирование строительства экспериментального пред¬
приятия по производству этанола в 2 млн долларов США [38].
Экспериментальное предприятие продемонстрирует возмож¬
ность применения новых австралийских технологий в производ¬
стве этанола из древесного волокна с одновременной переработ¬
кой отходов.
40
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 предос¬
тавляет 8,8 млн долларов компании «ВгШзЬ Ре1го1еиш» на произ¬
водство топливного этанола и бензина с примесью этанола на сво¬
ем нефтеперерабатывающем заводе, который расположен на ост¬
рове Бульвер [39|. Оба объекта находятся в Квинсленде.
Правительство Австралии предложило капитальные субсидии
на расширение производства топливного этанола с целью увели¬
чения к 2010 г. объема производства на 350 млн л. Правительство
предоставляет капитальные субсидии на развитие новой внутрен¬
ней производственной инфраструктуры в размере 0,16 долл. за 1 л
биотоплива. Чтобы получить право на субсидию, новое или до¬
полнительное предприятие должно производить ежегодно как ми¬
нимум 5 млн л биотоплива. Каждое такое предприятие может по¬
дать заявку на получение дотации в максимальном размере 10 млн
долларов [40].
Китай планирует переходить с бензина на этанол в нацио¬
нальных масштабах. Причиной подобного шага являются стреми¬
тельный рост цен на нефть и нехватка электроэнергии в крупных
городах на юге страны. Кроме того, широкое использование эта¬
нола позволит улучшить экологическую ситуацию в преддверии
0лимпиады-2008 в Пекине. Объявлено о начале активного произ¬
водства 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 окси¬
гената, 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 произ¬
водства 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 промышлен¬
ность (более 40 гидролизных и биохимических заводов), где в ка¬
честве сырья использовались отходы деревоперерабатывающей и
целлюлозно-бумажной промышленности, сельскохозяйственные
отходы, а также некоторые виды отходов пищевой продукции.
41
В настоящее время в России имеются свободные мощности по
производству этилового спирта, в том числе половина — из возоб¬
новляемых источников [49]. На сегодняшний день Россия — един¬
ственная страна в мире, которая обладает многолетним промыш¬
ленным опытом, позволяющим получать этанол по гидролизным
технологиям [501. Таким образом, в России имеются необходимые
научно-технологические и промышленные предпосылки для раз¬
вития производства топливного этанола [51 ].
Нормативно-техническая документация на топливную добавку
разработана и зарегистрирована в Минэкономразвития РФ. С I июля
2002 г. введен ГОСТ Р51866—2002 (ЕН-228—99), предусматриваю¬
щий выпуск автомобильных бензинов, содержащих до 5 % спирта.
Разработан и утвержден национальный стандарт ГОСТ Р 52201 —
2004 «Топливо моторное этанольное для автомобильных двигате¬
лей с принудительным зажиганием». Важным моментом для раз¬
вития топливного этанола в России стало утверждение ГОСТа на
бензин с добавкой этанола: ГОСТ Р 52501—2004 «Топливо мотор¬
ное этанольное для автомобильных двигателей с принудительным
зажиганием. Бензанолы». Он позволяет производить и использо¬
вать топливо, содержащее до 10 % (об.) этилового спирта, и уста¬
навливает общие требования к такому топливу.
В настоящее время суммарные производственные мощности
по выпуску топливной добавки на основе этилового спирта со¬
ставляют в России 140 тыс. т в год, что соответствует 2800 тыс. т
экологически «улучшенного» автомобильного бензина. Суще¬
ствующая 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 сни¬
жаются объемы сбыта, что ведет к сворачиванию производства и, в
свою очередь, неизбежно приводит к росту себестоимости. Бук¬
вально единицы предприятий в этих условиях сохраняют рента¬
бельное производство.
В 2006 г. сложилась ситуация, приведшая к появлению невост¬
ребованных (избыточных) мощностей производства технического
этилового спирта (включая гидролизный и синтетический), что
может привести к негативным последствиям социального характе¬
ра. Перевод большей части спиртовых производств на выпуск топ¬
ливного этанола сможет обеспечить полную загрузку производ¬
ственных мощностей, что также решит социальную проблему в
отрасли и на прилегающих территориях.
42
В 2006 г. вступил в силу измененный Федеральный закон
№102-ФЗ «О государственном регулировании производства и обо¬
рота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продук¬
ции». Этот закон существенно ограничивает использование топ¬
ливного этанола.
Одним из факторов, сдерживающих применение этанола в топ¬
ливе, является его стоимость, которая по сравнению со стоимос¬
тью традиционного топлива достаточно высока. Последние дости¬
жения в области биотехнологии позволяют выйти на качественно
новый уровень экономики производства. При этом в качестве оте¬
чественного сырья возможно использование сельскохозяйствен¬
ных отходов или древесины.
Нефтеперерабатывающие заводы — основные потенциальные
производители смесевых бензинов — не заинтересованы в их про¬
изводстве при существующем соотношении цен на спирт и товар¬
ный бензин. Для обеспечения конкурентоспособности этанолсо¬
держащего топлива его себестоимость должна быть не выше себе¬
стоимости 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 эти¬
лового спирта без НДС составляет 17—19 руб. за литр.
Такое положение практически исключает рыночную востребо¬
ванность производимого этанола. Дело в том, что при отказе взима¬
ния акцизов на спирт и спиртосодержащую продукцию, используе¬
мых 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 июля 2006 г. в России запрещается осуществление рознич¬
ной продажи алкогольной продукцией индивидуальными пред¬
принимателями. Впервые законом устанавливается жесткий пе¬
речень денатурирующих веществ (бензин, керосин, кротоновый
альдегид, битрекс), которые позволят не допустить использова¬
ние денатурированной безакцизной спиртосодержащей продук¬
ции в пищевых целях. Вводится лицензирование оптового обо¬
рота спиртосодержащей непищевой продукции. Детализированы
механизм и процедура выдачи лицензий, установлен исчерпыва¬
ющий перечень требований к соискателю лицензии. Запрещает¬
ся сдача в аренду оборудования для производства не только эти¬
лового спирта и алкогольной продукции, но и спиртосодержа¬
щей продукции.
С 1 января 2008 г. вводится требование к производителям о
полной переработке или утилизации барды — основного отхода
43
производства этилового спирта. Вступает в силу прямой запрет на
продажу алкогольной продукции, изготовленной в домашних ус¬
ловиях. Закон также вводит Единую государственную автоматизи¬
рованную 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 использо¬
вания 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 вы¬
сокооктановую кислородсодержащую добавку (ВКД) на базе этанола
[до 6 % (мае.)].
Впервые высокооктановую кислородсодержащую добавку нача¬
ли производить на Барском спиртзаводе на Виннитчине в 1998 г.
Сегодня ее изготавливают восемь предприятий государственного
концерна «Укрспирт». Как утверждают специалисты, перепрофи¬
лирование спиртового производства на выпуск ВКД не требует
значительных финансовых затрат, поскольку переоснащается
фактически лишь последняя производственная стадия. Если по¬
явятся финансовая прибыль и экономические стимулы, то начнет
увеличиваться спрос на ВКД и на ее выпуск могут без особого тру¬
да переключиться другие заводы. Уже сегодня появились объек¬
тивные предпосылки начала стремительного развития этого сег¬
мента производства.
Законом Украины от 24 октября 2002 г. «О внесении изменений
в некоторые законы Украины о налогообложении, производстве и
обороте подакцизных товаров» предусмотрено установление акциз¬
ного сбора с одной тонны смесевого бензина — 30 евро и 60 евро с
одной тонны бензина обычного. С принятием этого закона заинте¬
ресованность украинских НПЗ к закупке ВКД возросла. В 2002 г.
они приобрели 6246 т этой продукции. Тем не менее интерес к за¬
купке ВКД почти пропал после перенесения на 1 января 2004 г. на¬
чала действия ставки в 30 евро на смесевые бензины.
Минагрополитики предложило установить фиксированные ли¬
миты использования ВКД производителями бензинов без приме¬
нения специфической ставки акцизного сбора путем внесения из¬
менений и дополнений к Закону Украины от 9 января 2000 г. «Об
44
альтернативных видах жидкого и газового топлива» и Закона Ук¬
раины от 21 июня 2001 г. «Об охране атмосферного воздуха». Со¬
ответствующий проект документа рассмотрели заинтересованные
центральные органы исполнительной власти. Как считают в ряде
министерств, в частности транспорта, финансов, экологии и при¬
родных ресурсов, нужно разработать проект отдельного закона о
государственном регулировании рынка биотоплива, а также ис¬
пользовании ВКД.
1 апреля 2003 г. Кабинет министров Украины принял Про¬
грамму 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 перепро¬
филировании избыточных мощностей по производству этило¬
вого спирта, увеличении его экспорта и продукции перера¬
ботки.
Предприятия концерна «Укрспирт» работают не на полную
мощность. Характерно, что загружены они очень неравномерно.
Например, в Тернопольском объединении спиртовой и ликерово¬
дочной промышленности использование производственных мощ¬
ностей 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 %. Поэто¬
му в результате перепрофилирования части избыточных мощнос¬
тей автоматически увеличится загруженность остальных пред¬
приятий.
В правительственной программе представлены аргументы в
пользу налаживания производства высокооктановой кислородсо¬
держащей добавки. Эксперты оценивают это как наиболее перс¬
пективное и экономически выгодное решение. В результате уве¬
личения объемов ее выпуска (правительство ставит задачу до
2007 г. вырабатывать примерно 280 тыс. т ВКД) Украина сможет
существенно ослабить зависимость от внешних поставок энерго¬
носителей. Появляются перспективы развития химической про¬
мышленности и других отраслей, где используется этиловый
спирт.
Технологически производство бензина с высокооктановой кис¬
лородсодержащей добавкой несложное. Определенный опыт вы¬
пуска такого топлива имеют несколько НПЗ, среди них Одесский,
«Галичина», Лисичанский. Для повышения качества смесевого
бензина специалисты разработали стабилизирующую антидетона-
ционную добавку.
45
По мнению специалистов, меры, указанные в программе, будут
содействовать развитию спиртовой, ликероводочной и винодель¬
ческой отраслей. По некоторым подсчетам использование ВКД
позволит уменьшить внутренние затраты бензинов приблизитель¬
но на 6 %, что, безусловно, пойдет на пользу формированию внут¬
реннего энергорынка Украины.
В 2000 г. сейм Литвы принял закон о биотопливе, в соответ¬
ствии с которым в республике будет выпускаться бензин, содержа¬
щий 7 % этанола, что позволит экономить около 30 тыс. т нефти
в год и на 25—30 % сократить загрязнение окружающей среды от¬
работанными газами.
Аналогичные программы разрабатываются в Белоруссии, Узбе¬
кистане и Азербайджане.
3. ТЕХНОЛОГИЯ
ПРОИЗВОДСТВА ЭТАНОЛА
Этанол (этиловый спирт) — это бесцветная летучая легковосп¬
ламеняющаяся жидкость, которая является основой для ликеро¬
водочной продукции, а также используется в качестве топлива или
растворителя. Этанол также называют зерновым спиртом.
Этанол является одним из важнейших в большой группе орга¬
нических соединений, которые получили название «спирты».
Спирт — это органическое соединение, в котором одна или боль¬
шее число гидроксильных групп (ОН) присоединены к атому уг¬
лерода.
Формула этанола выглядит следующим образом:
Н Н
I I
Н-С—С-О-Н или СН3СН2ОН
I I
н н
В чистом виде этанол представляет собой бесцветную прозрач¬
ную 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 кис¬
лорода в автомобильном топливе за счет этанола обусловливает
более полное его сгорание, что способствует снижению количе¬
ства вредных угарных газов, выделяемых в атмосферу. Добавки
этанола в автомобильный бензин позволяют в несколько раз сни¬
зить количество выбросов оксидов углерода и азота, а также кан¬
церогенных соединений. Этанол, обладая высоким октановым
числом смешения, заменяет некоторые токсичные вещества, со¬
держащиеся 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
47
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 кислородсодержа¬
щий 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-конструктор¬
ских разработок.
Процесс превращения зерна в этанол путем брожения включа¬
ет несколько этапов. Прежде чем приступить к процессу броже¬
ния, необходимо крахмал, содержащийся в зернах, превратить в
сахар. В прежние времена для этого зерно пережевывали, что да¬
вало возможность слюнным ферментам (энзимам) осуществлять
расщепление крахмала природным способом.
В настоящий момент расщепление крахмала достигается в ре¬
зультате варки зерна и добавления ферментов: а-амилазы и р-ами-
лазы. Они действуют в качестве катализаторов, ускоряющих про¬
цесс химических превращений.
Как только получен моносахарид, добавляют дрожжи — одно¬
клеточные грибы, которые питаются сахаром и вызывают броже¬
ние, вырабатывая этиловый спирт (этанол) и углекислый газ (ди¬
оксид углерода). В результате процесса брожения этанол сохраня¬
ет большое количество энергии, изначально содержащейся в
сахаре, что объясняет превосходство этого вида топлива.
Традиционным сырьем для производства этанола являются са¬
харный тростник, злаки (маис, ячмень, кукуруза, рожь, пшеница,
рис), виноград и некоторые виды корнеплодных культур, напри¬
мер маниока, сахарная свекла и картофель. Потенциально может
быть использован любой продукт, содержащий гексозу. В табл. 8
приведены средние значения урожая различных сырьевых матери¬
алов с 1 га и соответственно средние объемы этанола, который
может быть получен при применении эффективных производ¬
ственных процессов.
Исследование сырьевых материалов велось в двух основных на¬
правлениях. Первое — повышение эффективности выработки гек-
созы сбраживанием из лигниноцеллюлозы, которая является са¬
48
мым широко распространенным и дешевым сырьем. Второе на¬
правление исследований сосредоточилось на выявлении новых са¬
харсодержащих растительных источников, в качестве которых
предложены, например, высокопродуктивные сорта пальмового
дерева (нипа, карита), а также травы и фрукты. Необходимо отме¬
тить, что, если сахарный тростник и сахарное сорго сами могут
служить источником топлива при перегонке (жом сахарного трос¬
тника), при производстве этанола из зерна, сахарной свеклы, ма¬
ниоки и фруктов необходимо применение иного топлива.
Таблица 8. Сырье для производства этанола
Сырье
Урожай, т/га
Этанол, л/т
Этанол, л/га
Сахарный тростник
50-90
70-90
3500-8100
Сладкое сорго
45-80
60-80
2750-6400
Сахарная свекла
15-50
90
1350-4500
Фуражная свекла
50-105
90
4500-9350
Пшеница
1,5-2,!
340
510-710
Ячмень
1,2-2,5
250
300-630
Рис
2,5-5,0
430
1075-2150
Кукуруза
1,7-5,4
360
600-1940
Сорго
1,0-3,7
350
350-1300
Ирландский картофель
10-25
110
1110-2750
Маниока
10-65
170
1700-11050
Сладкий картофель
8-50
167
1336-8350
Виноград
10-25
130
1300-3250
Ниповая пальма
—
—
2300-8000
Саговая пальма
—
—
1350
В надежде на появление в ближайшем будущем рациональных
методов первичного или вторичного преобразования лигниноцел-
люлозы в спирт некоторые развивающиеся страны создали экспе¬
риментальные предприятия по производству топливного спирта и
занялись выращиванием источников биомассы, которые могут
быть использованы в качестве исходного сырья. Это дало возмож¬
ность справиться с неизбежными проблемами, возникающими
при управлении инфраструктурой, использующей технологии по¬
лучения возобновляемых источников энергии, в период развития
данной технологии, не откладывая ее использование до заверше¬
ния последнего этапа развития. В случае, если применение техно¬
логии задержится, деревья могут быть использованы в процессе
газификации, производства древесного угля или в других целях
при выработке топлива.
Для получения топливного этанола некоторые предприятия ис¬
пользуют сахаросодержащие отходы других отраслей промышлен¬
ности, например отходы предприятий по переработке сульфитной
целлюлозы, пивоваренных и сыроваренных заводов, предприятий
4 - 8098
49
по переработке картофеля и других предприятий пищевой про¬
мышленности. Основным сырьем в Северной Америке служит ку¬
курузное зерно. Планируется осуществить внедрение новой техно¬
логии превращения лигниноцеллюлозных веществ в этанол. В бли¬
жайшее время будут построены первые такие предприятия.
В основе современного процесса получения этанола лежат фер¬
ментативный гидролиз крахмала в сахара и их последующее сбра¬
живание с получением этанола. Слабый раствор этанола, который
называют брагой, подвергается перегонке и сушке для производ¬
ства обезвоженного этанола, который предназначен для смешива¬
ния с бензином. Существует несколько вариантов процесса техно¬
логической обработки: способ сухого или сырого помола, перио¬
дический 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). Предприя¬
тия, применяющие технологию сухого помола, несут меньше рас¬
ходов 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 рассматри¬
ваются основные этапы технологического процесса.
1. Измельчение (помол). После очистки зерно или биомасса по¬
ступают в молотковую мельницу, которая дробит их в тонкий по¬
рошок.
2. Разжижение. Тонкоизмельченный материал смешивают с
водой и ферментом а-амилазой и подают в котлы, где крахмал
разжижается. Значение рН 7 поддерживается благодаря добавле¬
нию серной кислоты или гидроксида натрия. Для протекания про¬
цесса разжижения необходима теплота. Используют котлы с высо¬
котемпературным циклом (120— 150 “С), а также котлы, поддер¬
живающие 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 (5-амилаза для превращения молекул крахмала
в ферментные сахариды (декстрозы).
4. Ферментация. Чтобы вызвать брожение и превращение саха¬
ридов в этанол и углекислый газ, добавляют дрожжи. Используя
метод непрерывного брожения, бродильную смесь пропускают че¬
рез несколько бродильных аппаратов до ее полного сбраживания
и затем сливают из бака. При применении метода периодической
ферментации смесь остается в одном бродильном аппарате около
50
Х>
~ат?
)
И
ог О
Измельчение Разжижение и
Емкости для осахаривание ^
хранения Ферментация
Биомасса
шШрътщч--, чл/Л А 1
ллГ7Т
Дистилляция и
дегидратация
Осушители
Барда Выпариватели Центрифугирование
Молекулярные сита
Этанол
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, не¬
обходимой для проведения ферментации.
5. Дистилляция. Ферментированное сырье перекачивают в сис¬
тему дистилляции для удаления твердых частиц и воды. Забродив¬
шая смесь, которая называется брагой, содержит около 10 % спир¬
та, а также не поддающийся брожению остаток зерна и дрожжей.
Брагу подают в колонну ферментированного сырья, которая рабо¬
тает под давлением. Твердые частицы и большая часть воды, со¬
держащаяся в ферментированном сырье, удаляются из нижней ча¬
сти колонны как цельный осадок, а остаток смеси {барда) направ¬
ляют 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
4'
51
продукта этанол с концентрацией до 91—92 % (мае.). Для сниже¬
ния содержания этанола в отработанной воде колонна ректифика¬
ции работает в сочетании с отдельной отпарной колонной. Эта
колонна снабжена отдельным обогревом, и пары, собирающиеся в
верхней части колонны, поступают в основную колонну ректифи¬
кации.
6. Дегидратация. Затем спирт пропускают через систему дегид¬
ратации, чтобы удалить оставшуюся воду. На большинстве пред¬
приятий для поглощения остатков воды в этаноле используют мо¬
лекулярные сита. Система, как правило, состоит из двух сосудов с
молекулярным ситом, выполненным из подобного цеолиту мате¬
риала, который из потоков испарений адсорбирует преимуще¬
ственно воду. Один сосуд получает загрузку и выдает поток про¬
дукта — 96%-ного этанола, абсорбируя при этом водяные пары,
попадающие на молекулярное сито. Поток продукта из сосуда аб¬
сорбции 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 пер¬
вом сосуде осуществляется абсорбция, другой сосуд подвергается
регенерации путем разгерметизации через охладитель. Конденсат
на выходе, содержащий некоторое количество этанола, возвраща¬
ется в ректификатор для его извлечения.
7. Центрифугирование, выпаривание, осушка, получение барды.
После удаления этанола из ферментированного сырья твердые ча¬
стицы рассматриваются как цельный осадок. Весь этот осадок пе¬
рекачивается из колонны в ряд центрифуг для удаления воды.
Осушенный осадок называют бардой, он представляет собой бога¬
тую 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 бен¬
зин, керосин, кротоновый альдегид и битрекс. Денатурант добавля¬
ется 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 не¬
обходимо разделение зерна на несколько компонентов. После из-
52
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 освобо¬
дить зародыш, волокно и шелуху.
Затем зародыш извлекают из ядра и используют при изготовле¬
нии растительного масла. Оставшуюся зародышевую муку добав¬
ляют к шелухе и волокнам для получения кукурузной мезги (куку¬
рузного глютенового корма). Доли зерновых ядер с высоким со¬
держанием белковых веществ — глютенов — отделяют, они
образуют кукурузную глютеновую муку, которая используется при
кормлении домашнего скота. При сыром помоле в процессе бро¬
жения участвует только крахмал в отличие от метода сухого помо¬
ла, когда сбраживается вся смесь.
3.2. ПРОИЗВОДСТВО ЭТАНОЛА ИЗ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
Технология превращения сахаров в этанол хорошо известна и
одобрена для применения в промышленности. Сахара легко из¬
влекаются из сахароносных и зерновых культур, которые являют¬
ся основным исходным материалом в производстве топливного
этанола практически во всем мире. Однако эти важнейшие сельс¬
кохозяйственные продукты имеют высокую стоимость. Стоимость
целлюлозы, полученной из отходов и остатков, гораздо ниже. Из
целлюлозы можно получить этанол путем первичного превраще¬
ния целлюлозы в сахара и последующего обычного брожения
(рис. 13). Рассмотрим два различных способа превращения целлю¬
лозы: кислотный гидролиз и ферментативный гидролиз. Техноло¬
гию кислотного гидролиза сейчас используют в промышленности,
тогда как технология ферментативного гидролиза находится в ста¬
дии разработки.
Рис. 13. Схема производства топливного этанола из целлюлозы
54
Применение технологии производства этанола на практике
продемонстрировало, что на нее в значительной степени влияет
масштаб производства. Можно часто встретить сооружения про¬
изводительностью 50 млн галлонов вырабатываемого из зерна эта¬
нола в год. Однако данный масштаб производства не годится для
сооружений по превращению целлюлозы, которые используют от¬
работанные отходы и остатки биомассы. Производство 50 млн гал¬
лонов 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 су¬
хого сырья в год. Тем не менее крупнейшие мировые электро¬
станции, которые работают на биомассе и которые, несомнен¬
но, также получают значительное преимущество от большей про¬
изводственной мощности, используют менее 400 тыс. т сухого
топлива в год.
Предприятия по производству этанола из целлюлозных отхо¬
дов имеют значительно меньшие мощности, чем предприятия по
производству этанола из зерна. Были разработаны базовые и «оп¬
тимистические» конфигурации обоих процессов (расщепления
ферментами и расщепления разбавленной кислотой) для предпри¬
ятий, способных перерабатывать 550 и 1100 т сухой биомассы в
день. Объем биомассы 550 т сухого топлива в день и 180 000 т сухо¬
го топлива в год, поставляемый предприятию по производству
этанола в качестве сырья, приблизительно равняется объему, не¬
обходимому для обеспечения 25 МВт автономной электростан¬
ции, 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 приме¬
нялась 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 этило¬
вый спирт, которые в настоящее время находятся на этапе проек¬
тирования, предпочитает технологию гидролиза разбавленной
кислотой. Использование серной кислоты остается выбором
многих предприятий, однако большие надежды возлагаются на
технологию с использованием разведенной азотной кислоты. Это
55
технология, которая в настоящий момент находится в процессе
разработки. Данная технология позволит существенно снизить ка¬
питальные и эксплуатационные расходы.
Одной из проблем, связанных с проведением процесса гид¬
ролиза разбавленной кислотой, является то, что данный про¬
цесс не заканчивается образованием сахаридов. Вступая в даль¬
нейшие реакции, сахариды распадаются на соединения мень¬
шего размера, такие как фурфуролы, которые не только не
могут использоваться в качестве исходного материала при про¬
изводстве этанола, но и фактически ингибируют последующий
процесс расщепления. Теоретически по стандартной техноло¬
гии гидролиза разведенной кислотой выход сахаров составляет
около 50 % [52].
Последним достижением технологии гидролиза разбавлен¬
ной 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 фер¬
ментации, так как в процессе ферментации пентозы, которая яв¬
ляется продуктом гидролиза гемицеллюлозы, участвуют различ¬
ные организмы в отличие от гидролиза шестиуглеродных сахаров,
полученных из целлюлозы.
В основе базовой технологии гидролиза разбавленной кисло¬
той, 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 концент¬
рированная серная кислота (например, 70%-ная) при более
низких температуре и давлении по сравнению с процессом пре¬
вращения целлюлозы и гемицеллюлозы в сахара в присутствии
разбавленной кислоты. Процесс имеет двухфазную конфигура¬
цию, выделяются фазы гидролиза целлюлозы и гидролиза геми¬
целлюлозы. При гидролизе концентрированной кислотой обра¬
зуется большее количество сахаров за счет значительного
уменьшения числа последующих разложений сахаридов. Задача
заключается в нахождении экономичных методов вторичного
использования кислоты и нейтрализации субстрата до проведе¬
ния ферментации.
Гидролиз разбавленной кислотой достиг предела своих воз¬
можностей в результате проведенных на протяжении нескольких
десятков лет исследований, что обусловило строительство пред¬
приятий в период Второй мировой войны, в 1950-х годах процесс
был усовершенствован. В то время биологические этапы промыш¬
ленного процесса ограничивались превращением глюкозы в эта¬
нол путем добавления обычных дрожжей.
56
3.2.2. ТЕХНОЛОГИЯ ФЕРМЕНТАТИВНОГО
ГИДРОЛИЗА
В начале 1970-х годов началось исследование нового метода —
использование в процессе гидролиза целлюлозы ферментов (энзи¬
мов), который позволял достичь высоких объемов производства и
устранить нежелательные побочные реакции. Альтернативой гид¬
ролизу кислотой с высоким потенциалом образования сахаридов
при более низких производственных расходах выступил фермента¬
тивный гидролиз. Последние инновации в молекулярной биологии
в области ферментативного гидролиза позволили расширить об¬
ласть действия и увеличить количество вырабатываемых целлюлоз¬
ных ферментов. Образование энзимов является ключевым элемен¬
том данного процесса и определяет его рациональность.
В 1980-х годах стало возможным значительно повысить актив¬
ность 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 техноло¬
гии проводятся с нескольких сторон, в целях повышения актив¬
ности целлюлозных ферментов применяются новые средства био¬
технологии 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 гидроли¬
зом разбавленной кислотой (гораздо менее интенсивным по срав¬
нению с гидролизом разбавленной кислотой неферментирован-
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 ис¬
пользованием меньшего числа «шагов» и аппаратов, в то время
как двухфазный подход позволяет оптимизировать каждый про¬
цесс в различных условиях.
Технология ферментативного гидролиза подает большие надеж¬
ды, однако ее применение в промышленности остается лишь в перс¬
пективе по сравнению с технологией кислотного гидролиза. По
оценкам «№йопа1 Кепеи/аЫе Епегёу ЬаЬогаЮгу» (МЯЕЬ), ведущего
научно-исследовательского центра технологий США, потребуется
как минимум пять лет для того, чтобы технология ферментативного
гидролиза начала применяться в промышленности. Предполагает-
57
Производство
этанола из глюкозы
Производств^
ферментов
Ферментный'
гидролиз 1
Произвол- \
ство этанола
из глюкозы
ферментов
Производств^ Ферментный падроли^
Производство этанола
из глюкозы у
Производство эта
нола из гемицел¬
люлозных сахаро
Производство
ферментов
Ферментный гидролиз'
Производство этанола
из глюкозы и
гемицеллюлозных
сахаров
Производство ферментов'
Ферментный гидролиз
Производство этанола
из глюкозы и
гемицеллюлозных
сахаров
| | Биологический этап
М1 Небиологический этап
Рис. 14. Развитие промышленной технологии производства этанола
ся, что при использовании ферментативного гидролиза возможно по¬
лучать 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 тех¬
нологии производства этанола от кислотного гидролиза до техно¬
логического уровня ферментативного гидролиза, существующего
в настоящее время.
58
3.3. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ
ПРОИЗВОДСТВА ЭТАНОЛА
Производство этанола является примером гармоничных совме¬
стных усилий работников науки, техники, сельского хозяйства и
топливно-энергетического комплекса, направленных на преобра¬
зование сельскохозяйственных продуктов в топливо. Предприятия
по производству этанола транспортируют большой объем зерна,
который им необходим для производства, на грузовиках, по же¬
лезной дороге и на баржах. Зерна очищаются, измельчаются и по¬
даются в цистерны большой емкости, в которых они образуют
жидкую смесь муки и воды. Добавляются ферменты, поддержива¬
ется определенный уровень кислотности и температуры, что при¬
водит к расщеплению крахмала в зерне первоначально в полисаха¬
риды 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 уда¬
лось 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, водв1, дрожжей и осадка. В процессе перегонки он
очищается. Дистилляция протекает при достаточно низкой темпе¬
ратуре кипения — 78 °С. В случае, если температура смеси слегка
превышает точку кипения, этанол испаряется. Затем его пары улав¬
ливаются, и он конденсируется, образуется жидкость. При проведе¬
нии процесса могут быть добавлены различные химические реаген¬
ты, а для очистки этанола использованы молекулярные сита.
Развитие передовых технологий позволило в еще большей степе¬
ни 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, бак¬
териальное брожение и испарение через полунепроницаемую мемб¬
рану. Данные разработки помогут сократить производственные рас¬
ходы и создать экономически эффективное производство этанола.
Итак, какое же значение все эти технологические инновации
имеют для рынка? До внедрения в производственный процесс
59
микроорганизмов, участвующих в образовании сахаридов, плани¬
руемая стоимость этанола, выработанного из биомассы путем сбра¬
живания, 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 яви¬
лась следствием умеренных цен на исходные материалы (приблизи¬
тельно 25 долл. США за 1 сухую тонну), а также результатов иссле¬
дований, проведенных различными научно-исследовательскими
группами в промышленном и частном секторах. В настоящий мо¬
мент рынок этанолового топлива поддерживает цену в диапазоне
1,00—1,40 долл. США за 1 галлон [56].
Существующий высокий уровень капиталовложений сдержива¬
ет широкое проникновение биотехнологии производства этанола
в промышленность. В настоящий момент из-за расходов этот ры¬
нок вынужден сдерживать использование этанола в качестве сме¬
си 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 дальней¬
шем объектом наблюдения станет рынок топлива, конкурирующе¬
го вплотную с рынком бензинового топлива и предлагающего эта¬
нол по цене 0,60 долл. США за 1 галлон.
Одним из самых спорных вопросов, связанных с производ¬
ством 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 уни¬
верситетом в 2002 г., в процессе производства этанола из кукуруз¬
ного 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, зат¬
раченную 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.
60
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 сокра¬
щению объема потребления традиционного бензина, который яв¬
ляется 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 Уп¬
равлением стратегических исследований, 75% проголосовавших
американцев полагают, что в стране необходимо предпринять ка-
кие-либо действия, чтобы ослабить ее зависимость от иностран¬
ной 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, позволяю¬
щего 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 вы¬
пуску полностью сгораемого реформулированного бензина с бо¬
лее низкой летучестью и меньшим содержанием токсичных ком¬
понентов, вызвали больший интерес к эфиру на основе этанола —
ЭТБЭ — химическому соединению, полученному в результате ре¬
акции этанола и изобутилена (продукта, получаемого на нефтепе¬
рерабатывающих 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 отсут¬
ствие проблем с фазовой стабильностью смесевых топлив. Этанол
и ЭТБЭ вошли в список кислородсодержащих веществ для рефор¬
мулированного бензина, который необходимо использовать в оп¬
61
ределенных районах США, где превышены нормативы по содер¬
жанию озона в воздухе.
На сегодняшний день этанол широко используется в большин¬
стве районов США. Он содержится более чем в 15 % всего бензина,
продаваемого в этой стране. Бензин с примесью этанола предлага¬
ют такие компании, как «Еххоп», «Зипосо», «Техасо», «ВР-
Атосо», «МоЪП», «АК.СО», «Зирег-Атепса», «Сеиу», «СЬеугоп»,
«Утоп», «5Ье11», «РЫШрз», 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 путеше¬
ствиям [57].
«Для моей компании переход на этанол не представлял трудно¬
стей. Практически все наши терминалы способны получать бензино¬
вые продукты, включая этанол, по железной дороге или баржами.
Получение продукции таким путем не вызывает проблем... получение
этанола танкерами не отличается от получения бензина. Это дела¬
ется все время и не доставляет дополнительных хлопот торговцам
бензином. Когда он (этанол) уже на терминале, его смешение с бен¬
зином также не сложно. Оборудование для смешения бензина с до¬
бавками имеется на любом топливном терминале в стране. ...Сис¬
темы смешения [бензина] с этанолом не сложные и это не отни¬
мает много времени. Я не вижу причины, почему мой опыт с
этанолом ...уникален и не может быть повторен», — говорит Лео
Либовиц, председатель совета директоров компании «СеНу
Ре1го1ешп».
Можно возразить, что при использовании альтернативных
видов топлива встает задача замены всей топливной инфра¬
структуры. Природный газ, метанол, электричество и другие
виды топлива требуют специального с ними обращения и обо¬
рудования. Более того, их использование возможно лишь в спе¬
циальных автомобилях, которые могут работать только на осо¬
бом 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 си¬
стеме дозаправки или конструкции автомобиля. Он также может
быть использован в концентрации 85 % (об.) с бензином в автомо¬
билях, несколько модифицированных. Эти автомобили, называе¬
мые «автомобили с универсальным потреблением топлива», уже
имеются у населения, и они стоят не дороже автомобилей, работа¬
ющих только на бензине. И наконец, он может быть использован
для получения ЭТБЭ, который обеспечивает значительное умень¬
шение уровня вредных веществ в выхлопных газах. С учетом всех
этих вариантов использования этанол действительно является
62
наиболее «гибким» из всех видов альтернативного топлива, и с
ним легче всего обращаться. С успехом уже продемонстрированы
значительные новые возможности в использовании этанола в ка¬
честве авиационного топлива.
Многие нефтеперерабатывающие заводы стараются создать
впечатление, что этанол является трудным продуктом в обраще¬
нии и может возникнуть много проблем при его использовании.
Однако большинство тех, кто публично возражает против приме¬
нения этанола, используют его на заправочных станциях. Другие
нефтяные компании полностью поддерживают применение эта¬
нола и отвергают заявления о том, что оно связано с большими
проблемами.
Американский нефтяной институт в последние годы является
твердым сторонником этанола как средства расширения топлив¬
ных 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 уни¬
кальной 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 инвестиро¬
вания.
Транспорт завтрашнего дня будет использовать различные ре¬
сурсы, как обычные, так и возобновляемые. Новые автомашины
на эффективном топливе и хорошие скоростные шоссейные до¬
роги повысят эффективность использования обычных видов топ¬
лива. Этанол как важный возобновляемый ресурс мог бы широко
применяться в двигателях внутреннего сгорания, электрических
и гибридных автомобилях и автомобилях на топливных аккумуля¬
торах.
4.2. ПРИМЕНЕНИЕ ЭТАНОЛА В ДВИГАТЕЛЯХ
ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Принцип действия антидетонаторов заключается в предотвра¬
щении взрывного разложения продуктов предпламенного окисле¬
ния топлива, происходящего до начала нормального горения топ¬
ливной смеси. Все внешние признаки детонации хорошо извест¬
ны, однако причины возникновения и механизм этого явления
выяснены не полностью (60].
Существует несколько теорий, объясняющих сущность детона¬
ционного сгорания, но наиболее общепризнанной из них в на¬
стоящее время является так называемая перекисная теория [61).
63
В процессе окисления предельных углеводородов при высокой
температуре в качестве промежуточных продуктов получаются
органические гидроперекиси. Под действием на углеводороды
высокой температуры образуются свободные радикалы, кото¬
рые присоединяют молекулярный кислород; возникший при
этом перекисный радикал отрывает водород от другой молеку¬
лы углеводорода, образуются новый радикал и молекула гидро¬
перекиси:
К-Н<->К-+Н*
К • +0::0->К—О—О •
К-О-О - +К-Н->К-0-0-Н+К •
Гидроперекиси, будучи химически неустойчивыми, со взрывом
разлагаются. Скорость горения зависит от состава горючего, по¬
ступающего во фронт пламени. Температура рабочей смеси от
объема, прилегающего к поршню, до объема, прилегающего к
фронту пламени, изменяется экспоненциально [62). Повыше¬
ние температуры увеличивает скорость реакций окисления, и
во фронт пламени поступают продукты высокотемпературных
реакций.
В механизме реакций окисления углеводородов с реакцией об¬
разования гидроперекисей конкурирует реакция распада перок-
сидных радикалов. Современные кинетические данные показыва¬
ют, что уже при 250 °С и 1 МПа скорость распада более чем в 1000 раз
превышает скорость образования гидроперекисей [62]. При высо¬
кой температуре отношение скоростей образования гидропереки¬
сей и распада пероксидиых радикалов составляет около 10~4, и во
фронт пламени поступают продукты распада пероксидных ра¬
дикалов — высокореакционноспособные альдегиды в случае
вторичных радикалов, образующихся из парафинов нормально¬
го строения. Это объясняет высокую склонность к детонации
парафинов нормального строения и низкую — парафинов изо¬
строения.
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 по¬
нижается максимальная температура горения. Это дает воз¬
можность увеличить степень сжатия топливовоздушной смеси
с этанолом и тем самым повысить КПД автомобильного двига¬
теля.
Сегодня автомобильные компании рекомендуют использо¬
вать бензин с примесью этанола в реализуемых автомобилях.
64
Новейшее исследование показало, что 9 из 10 автодилеров при¬
меняют в собственных автомобилях бензин с примесью этано¬
ла. 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 дви¬
гателя.
Независимые технические специалисты также доверяют
этаноловым смесям при выборе топлива для своих семейных
автомобилей. Исследования, проведенные в штате Айова, по¬
казали, что девять из десяти технических специалистов ис¬
пользуют в своих персональных автомобилях этанол, они от¬
мечают те же преимущества при его эксплуатации [64—66].
Применение бензина ЕЮ [10 % (об.) этанола и 90 % (об.) бен¬
зина] одобрено всеми внутренними и иностранными автомо¬
бильными компаниями, занимающимися реализацией автомо¬
билей в США.
Фактически три ведущие автомобильные компании этой стра¬
ны — «РогсЬ, «Сепега1 МоЮге» и «Оа1гп1ег-С1ггу51ег» — рекоменду¬
ют использовать кислородсодержащее топливо, например этанол,
что обусловлено его высокими экологическими и эксплуатацион¬
ными характеристиками.
Этанол — превосходное очищающее средство: в новых автомо¬
билях он позволяет поддерживать чистоту двигателя. В более ста¬
рых автомобилях под действием этанола отслаиваются загрязняю¬
щие вещества и остатки, осаждаемые в системе подачи топлива
автомобиля. Иногда они могут накапливаться в топливном фильт¬
ре, и их удаляют просто путем замены фильтра.
Все спирты адсорбируют воду, в результате чего водный кон¬
денсат, образовавшийся в системе подачи топлива, поглощается,
не имея возможности скапливаться и замерзать. Благодаря тому
что этаноловые смеси содержат как минимум 5—10 % этанола, ко¬
торый адсорбирует воду, при эксплуатации нет необходимости в
добавке антифриза в бензопровод в зимний период.
Современные автоматизированные автомобили при правиль¬
ной эксплуатации имеют более высокие рабочие характеристики,
чем транспортные средства, не оснащенные компьютеризирован¬
ными системами. Улучшение работы достигается благодаря авто¬
матизированной системе подачи топлива, которая самостоятельно
производит корректировку при изменении режима эксплуатации
или переходе на новое топливо.
Установлено, что некоторые химические соединения, входя¬
щие в состав автомобильных бензинов, например олефины, вы¬
зывают образование нагара на топливном инжекторе [67]. В со¬
временные бензины вводят моющие присадки, которые предот¬
■> - 809Х
65
вращают образование отложений на топливном инжекторе и
клапане [68, 69]. Владельцам автомобилей следует просмотреть
руководство по эксплуатации автомобиля, которое поможет от¬
ветить на многие вопросы. Особое внимание следует обратить
на требования к октановому числу или показателю детонацион¬
ной стойкости бензина, которые обеспечивают надлежащую ра¬
боту двигателя. Использование высокооктанового топлива не
принесет большой экономичности, пока есть детонация двига¬
теля.
Эффективность работы бензина с примесью этанола была
подтверждена многими годами его применения. Государствен¬
ный подвижной пост регулирования движения на автодорогах
штата Небраска использует бензин с примесью этанола более
20 лет. В нескольких штатах общественные транспортные сред¬
ства 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 абсолюти¬
рованный этанол, содержащий не менее 99,5 % основного веще¬
ства [70]. Задача обезвоживания этилового спирта решается ректи¬
фикацией: азеотропной, экстрактивной, солевой и вакуумной, а
также способами разделения, сочетающими ректификацию с рас¬
слаиванием, адсорбцией, мембранным разделением [71, 72]. Абсо¬
лютированный этанол может быть получен методом ректифика¬
ции при пониженном давлении [73]. Все большее значение приоб¬
ретает процесс первапорации (испарения через мембрану),
основанный на различии в скоростях проникновения компонен¬
тов через полимерный материал [73].
Положительные свойства спиртовых топлив полностью прояв¬
ляются 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 пол¬
ного использования высокой детонационной стойкости топлива;
• перерегулировать карбюратор на более высокие расходы топ¬
лива и большую степень обеднения смеси.
С энергетической точки зрения преимущества спиртов заклю¬
чаются главным образом в высоком к.п.д. рабочего процесса и вы¬
66
сокой 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 ис¬
парения спиртов делают практически невозможным запуск кар¬
бюраторных 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 нор¬
мальный пуск двигателя при температурах окружающего воз¬
духа от -20 до -25 °С. [79, 80]. Для этой же цели спиртовые
двигатели оборудуются специальными пусковыми подогревате¬
лями. При неустойчивой работе двигателя на повышенных на¬
грузках из-за плохого испарения спиртов требуется дополни¬
тельный подогрев топливной смеси, например с помощью отра¬
ботанных газов [81].
В связи с рассмотренными выше трудностями некоторые уче¬
ные не рекомендуют применять спирты в чистом виде, указывая,
что их лучше использовать, добавляя в обычные нефтяные топли¬
ва в количестве до 30 % [82].
4.2.2. РОССИЙСКИЙ ОПЫТ
ПРИМЕНЕНИЯ ЭТАНОЛА
В СОСТАВЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ТОПЛИВ
Исследования этанол содержащих топливных композиций в Рос¬
сии ведутся на протяжении уже более 20 лет, но все полученные
результаты до сих пор не нашли широкого промышленного при¬
менения.
Основные сравнительные характеристики спиртовых добавок в
автомобильный бензин представлены в табл. 9.
Таблица 9. Основные характеристики алифатических спиртов — компонентов авто¬
мобильного бензина [831
Показатель
Базовый
бензин
Метанол
Этанол
Изопро¬
панол*
н-Бута-
нол*
втор-Ъу-
танол*
Изобута-
нол*
Плотность
при 20 'С, кг/м3
Октановое число:
710-770
790
794
780
810
806
802
по моторному
методу
72-85
94
93
95
94
98
96
по исследова¬
тельскому ме¬
тоду
75-95
111
108
117
100
110
108
Продолжение
Показатель
Базовый
бензин
Метанол
Этанол
Изопро¬
панол*
я-Бута-
нол*
втор- Бу¬
тана!*
Изобута-
нол*
Температура, еС:
кипения
30-215
64,7
78,4
82,4
117,5
99,5
108
застывания
-60.. -80
-97,8
-114,6
-89,5
-79,9
-115
-108
Теплота испаре¬
180-306
1158
913
666
562
ния, кДж/кг
Объемная теп¬
35300
15720
30030
25974
26730
26437
26306
лота сгорания,
кДж/кг
Массовая тепло¬
42500
19950
27720
33300
33000
32827
32808
та сгорания,
кДж/кг
Содержание кис¬
50
34,7
26,6
21,6
21,6
21,6
лорода, % (мае.)
Предельно допу¬
100
5
1000
980
10
150
стимая концентра¬
ция паров, кг/м3
Давление насы¬
65...92
12,6
17
40,5
63,4
72,9
63,9
щенных паров
при 38 'С, кПа
Максимально до-
100
3
10
7
9
пусти мое содержа¬
ние в бензине,
% (об.)
Используются в качестве фазовых стабилизаторов метанола и этанола в
бензинах.
В отечественной патентной документации уже существует оп¬
ределенное 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-хи¬
мические и эксплуатационные свойства. Эту добавку предлагается
вводить в бензин в количестве 10—14 %.
Патент РФ № 2161639 предлагает использование компози¬
ции на основе бензина, позволяющего расширить ассортимент
высокооктановых неэтилированных бензинов с улучшенными
экологическими свойствами, обеспечивающими снижение со¬
68
держания СО и СН в отработанных газах автотранспорта. Добав¬
ка к бензину на основе этилового спирта включает, % (мае.):
6...20 — ароматического бензина, 0,1...1,5 — кротонового альде¬
гида, 0,2...2,0 — уксусного альдегида, 0,5...1,5 — воды, 0,1...4,0 —
металлоорганической присадки. В качестве ароматического ами¬
на добавка содержит 1Ч-метиланилин или смесь толуидинов.
Вышеуказанную добавку вводят в бензин в количестве 5—
15% (мае.) [84].
Во ВНИИНП были разработаны октаноповышающие добавки
на основе этанола: ВОКЭ (табл. 10) со стабилизатором (сивушные
масла) и многофункциональная добавка ЛАЗУРИ Н. Новизна раз¬
работанных рецептур и их практическая ценность подтверждены
патентом РФ [85].
Таблица 10. Антидетонационная присадка на освове этанол а
(патент РФ № 2068871)
Там же были разработаны: технические условия на выше¬
указанные добавки и на автомобильные бензины, содержащие
этанол («Бензины автомобильные неэтилированные, содержа¬
щие этанол», ТУ 38.401-58-2444—99) [85]; технология получе¬
ния бензино-этанольных топлив; инструкция по применению,
хранению и транспортированию бензинов, содержащих эта¬
нол.
Патент РФ № 2129141 предлагает изобретение, позволяющее
получить стабильные, обладающие высокой антидетонацион-
ной эффективностью добавки, а также уменьшить расход окта¬
ноповышающих соединений при получении товарных бензи¬
нов. Добавка содержит, % (мае.): Ы-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, получен¬
ной 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, вклю¬
чающая ароматический амин и органическое производное мар¬
ганца — высокоэффективные антидетонаторы и смесь оксигена-
Компонент
Содержание, % (мае.)
Этанол, не менее
Сивушные масла, не более
Вода, не более
85
10
5
69
тов: 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 не¬
которых 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 значи¬
тельные 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 сто¬
имость.
• АУПТ имеют возможность гибкого варианта заправки топли¬
вом. АУПТ могут работать на бензине, и в действительности боль¬
шая часть из них так и функционирует сегодня, что является ре¬
альным показателем универсальности АУПТ. Когда какое-либо
АУПТ не имеет возможности заправки Е85, водитель просто мо¬
жет заправить его любым другим топливом, исходя из сложившей¬
ся ситуации.
Национальная коалиция этаноловых транспортных средств
США способствует внедрению в практику Е85 — топлива, со¬
держащего 85 % (об.) этанола и 15 % (об.) бензина. По опреде¬
лению 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 эко¬
номическому 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 адапти¬
рованных к топливу Е85 транспортных средств. Движущей си¬
70
лой этого являются загрязнение воздуха ископаемым топливом,
таким, как бензин, зависимость от иностранных поставщиков и
неясное будущее для бензина как всемирного нефтяного ре¬
сурса.
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 7з меньше.
Однако опыт настоящего времени показывает, что дальность про¬
бега на единицу топлива на этаноловых смесях всего лишь на
5—12 % ниже, чем у бензина [88]. Ожидается, что срок эксплуата¬
ции АУПТ будет значительно большим, чем соответствующих ав¬
томобилей с потреблением бензина.
4.3.1. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Свойства Е85 приведены в табл. П. Этанол — воспламеняюща¬
яся бесцветная жидкость со слабым специальным запахом спирта.
Цвет смесевых этаноловых топлив зависит от цвета бензина в сме¬
си. Смеси также могут иметь запах, похожий на бензин. Удельная
теплота сгорания Е85 на 27—28 % ниже, чем у бензина.
Таблица 11. Эксплуатационные свойства Е85
Показатель
Характеристика
Плотность паров
Растворимость в воде
Удельная теплота сгора¬
ния
Характеристика пламени
Плотность
Проводимость электри¬
ческого тока
Стехиометрический ко¬
эффициент топливо/
воздух
Пары этанола, так же как и пары бензина, тяжелее
воздуха и имеют склонность к скоплению в низи¬
нах и впадинах местности. Тем не менее пары
этанола быстро рассеиваются
Этанол, входяший в состав Е85, растворим в воде
Удельная теплота сгорания этанола ниже, чем у
бензина. Если сравнивать теплоту сгорания этано¬
ла и бензина, то 1 л Е85 эквивалентен 0,72 л бен¬
зина
Пламя Е85 менее яркое, чем пламя бензина, но
оно хорошо видно при дневном свете
Топливо Е85 тяжелее бензина
Этанол и его смеси проводят электричество.
Бензин, напротив, является диэлектриком
При использовании Е85 требуется бульшая кон¬
центрация топлива в смеси с воздухом, чем при
использовании бензина, поэтому Е85 не может
использоваться в обычных карбюраторных двига¬
телях
71
Продолжение
Показатель
Характеристика
Токсичность
Воспламеняемость
Этанол менее токсичен, чем бензин или метанол.
В чистом этаноле нет канцерогенных компонен¬
тов, однако в топливе Е85 канцерогенные компо¬
ненты могут потенциально присутствовать в уг¬
леводородном компоненте
При низких температурах (О °С) пары Е85 более
опасны, чем пары бензина. Однако в обычных
условиях пары Е85 менее опасны, чем пары бен¬
зина, из-за более высокой температуры самовос¬
пламенения
Сравнение свойств Е85, метанола, этанола и бензина дано в
табл. 12.
Таблица 12. Сравнительная характеристика топлив
Свойство
Метанол
Этанол
Бензин
с 04* 87
Е85
Химическая формула
СН3ОН
С2Н5ОН
Углево¬
дороды
С4—С12
—
Элементный состав,
38 С, 12 Н,
52 С, 13 Н,
85...88 С,
57 С, 13 Н,
% (мае.)
50 0
35 О
12...15 Н
30 О
04*
100
98...100
87...89
96
Пробег на единицу объе¬
ма по сравнению с бензи¬
ном, %
55
70
72
Необходимое увеличение
объема топливных баков
по сравнению с бензином
В 1,8 раза
В 1,5 раза
I
В 1,4 раза
Давление насыщенных
паров по Рейду, кПа
32
16
55...104
ОО
Температура самовоспла¬
425
455
260
Зависит от
менения, *С, при концент¬
рации паров топлива, %
7...36
3...19
1...8
углеводо¬
родного
состава
фракций
Плотность при 18 *С, кг/м3
796
794
720-780
780
Мощность двигателя
Возрастает
на 4 %
Возрастает
на 5 %
Стандартная
Возрастает
на 3-5 %
Стехиометрический коэф¬
фициент воздух/топливо
(по массе)
6,45
9
14,7
10
* Рассчитано как полусумма октановых чисел, определенных по моторному и
исследовательскому методу.
72
4.3.2. СПЕЦИФИКАЦИИ И СТАНДАРТЫ
Топливо Е85 применяется так же, как бензин, однако физико¬
химические свойства спирта отличаются от свойств бензина и
должны определяться при установлении стандарта топливной
композиции. Так, в отличие от бензина этанол обладает электро¬
проводимостью, и хотя это свойство рассматривается как положи¬
тельное с точки зрения повышения безопасности, при эксплуата¬
ции необходимо, чтобы все алюминиевые детали были удалены из
топливной системы дозирования.
Американское общество по тестированию материалов
(Ашепсап 8ос1е*у Гог Тез1т§ апс1 Ма1епа1з — А5ТМ) и Американс¬
кая автомобильная ассоциация производителей (Ашепсап
АШотоЪПе МапиГасШгегз Аззоаайоп — ААМА) установили стан¬
дарты для Е85. Несмотря на то что оба стандарта похожи, далее
будут рассмотрены только стандарты А5ТМ как наиболее распро¬
страненные.
Спецификация стандарта топлива по А5ТМ. А5ТМ специфика¬
ция стандартов для топливного этанола, обозначенная как А5ТМ
Ес175Е<385 (с! — для денатурированного спирта), охватывает топ¬
ливные смеси для разных сезонов и географических районов. Эта¬
нол и углеводородная денатурирующая добавка, применяемые
при изготовлении топливного этанола, должны соответствовать
требованиям А8ТМ (Б4806-01а «Спецификация стандарта для де¬
натурированного топливного этанола для смешивания с бензина¬
ми для использования как автомобильное топливо в двигателях
внутреннего сгорания») (табл. 13).
Таблица 13. А5ТМ Р 5798—99 «Спецификация стандартов для топливного этанола
в автомобилях с двигателем внутреннего сгорания»
Свойство
Значение для класса
Метод
тестирования
А5ТМ класс летучести
Этанол плюс высшие спир¬
ты [минимальная концент¬
рация, % (об.)1
Содержание углеводоро¬
дов, % (об.)
Давление насыщенных па¬
ров при 38 °С:
кПа
фунт/кв. дюйм
Максимальное содержание
фосфора, мг/л
1
79
17.„21
38...59
5.5...8.5
0,3
2
74
17...26
48...65
7.0...9.5
0,3
3
70
17...30
66...83
9,5...12,0
0,4
А5ТМ О 5501
А5ТМ О 4815
А5ТМ О 4953
Б 5190
О 5191
А5ТМ Р 3231
73
Продолжение
Свойство
Значение для класса
Метод
тестирования
Максимальное содержание
серы, мг/л
Максимальное содержание
метанола, % (об.)
Максимальное содержание
высших спиртов, С3—С8,
% (об.)
Максимальное содержание
воды, % (мае.)
Максимальная кислотность
по уксусной кислоте, мг/кг
Максимальное содержание
неорганических хлоридов,
мг/кг
Обшее максимальное содер¬
жание хлоридов по хлору,
мг/кг
Максимальное содержание
смол, невымываемых раст¬
ворителем, мг/100 мл
Максимальное содержание
смол, вымываемых раство¬
рителем, мг/100 мл
Максимальное содержание
меди, мг/100 мл
Внешний вид
210
260
0,5
2
1,0
50
1
300
20
5,0
- 0,07
Продукт должен быть светлым
и прозрачным, без видимых
включений
АЗТМ Б 3120
О 1266
О 2622
А5ТМ Е 203
АЗТМ Э 1613
АЗТМ О 512
О 7988
АЗТМ О 4929
АЗТМ Э 381
АЗТМ О 381
АЗТМ Э 1688
Определяется
при темпера¬
туре окружа¬
ющей 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 со¬
держание спирта — 70 % (об.) — в соответствии с топливным стан¬
дартом АЗТМ допускается в зимней смеси. Такое сезонное изме¬
нение состава смеси —от 15 до 30% бензина — позволяет избе¬
жать трудностей, связанных с холодным запуском двигателя в
зимний период.
Углеводороды. При получении Е85 используют неэтилиро¬
ванный бензин. Углеводородный компонент, смешиваемый с
74
этанолом для получения Е85, должен соответствовать тем же стан¬
дартам, 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 (Епуцоптета1 Рго1еспоп
А^епсу — ЕРА) все автомобильные бензины должны содержать
определенные присадки, моющие компоненты и ингибиторы кор¬
розии. После перемешивания бензина с денатурированным спир¬
том 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 компо¬
нент Е85 является обязательным, на спиртовые доли топливной
композиции моющие присадки, как правило, не добавляются. Пе¬
регрузка моющими присадками топлива Е85 может стать причи¬
ной неудовлетворительной эксплуатации автомобиля.
4.3.3. РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ПРИМЕНЯЕМЫМ МАТЕРИАЛАМ
Важно, чтобы при заправке топливом не происходило его заг¬
рязнения. Определенные материалы, применяемые при работе с
бензином, абсолютно несовместимы со спиртом. Когда эти мате¬
риалы (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, управле¬
ние транспортным средством на этанолсодержащем топливе, со¬
держащем загрязнения, может стать причиной отложений, кото¬
рые со временем могут привести к выходу двигателя из строя.
Ниже будут рассмотрены материалы и оборудование, которые хо¬
рошо совместимы с топливом Е85.
Институтом нефтяного оборудования США были собраны наи¬
более 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 резервуа¬
ров для бензина, и соединения со свинцом несовместимы с топли¬
вом 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-
75
зионно-стойкая сталь, темно-серый чугун и бронза показали удов¬
летворительную стойкость к воздействию этанола.
Некоторые неметаллические материалы, например натураль¬
ный каучук, полиуретан, пробковые материалы для прокладок,
кожа, поливинилхлорид (ПВХ), полиамиды, пластмассы на осно¬
ве метилметакрилата и некоторые термопластмассы и термоактив¬
ные пластмассы, при контакте с топливным этанолом разрушают¬
ся. Согласно данным «ШёепугИегз ЬаЬога1опез, 1пс. Випа-ТЧ» [88],
к числу неметаллических материалов, успешно используемых для
транспортирования и хранения топливного этанола, могут быть
отнесены изделия из термореактивных смол, армированных стек¬
ловолокном (термопластиковые трубопроводы и цистерны из тер¬
мореактивных смол, армированных стекловолокном). В контакте
с Е85 также можно использовать неопреновые каучуки, полипро¬
пилен, нитрил, витон и тефлон.
4.3.4. ХРАНЕНИЕ И ДОЗИРОВАНИЕ ТОПЛИВА
Технологии хранения и дозирования, применяемые для бензи¬
на, могут быть также применены и в отношении спиртового топ¬
лива, например Е85. Однако в системах хранения и распределения
топлива должны использоваться только совместимые с Е85 мате¬
риалы. Правильный выбор материалов, используемых для систем
хранения и распределения, а также последующей надлежащей об¬
работки топлива, является решающим фактором для успешного
функционирования транспортных средств, работающих на топ¬
ливном 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 этано¬
ла. Большинство металлических подземных хранилищ, которые
отвечают стандартам ЕРА от декабря 1998 г., можно использо¬
вать для хранения Е85. Во многих подземных цистернах, сде¬
ланных 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 существу¬
ющие подземные хранилища или цистерны из металла или стек¬
ловолокна, которые имеют сертификацию для Е85, следует пред¬
принять действия, описанные ниже.
Резервуары.
Очистка резервуаров. В том случае, если в цистерне, которая
предназначена для Е85, хранилось топливо иного вида, она долж¬
76
на быть очищена, так как при хранении бензина под землей неко¬
торые микрочастицы могут оседать и образовывать отложения.
При попадании спирта в такие емкости этот шлам превращается в
суспензию, что может привести к серьезным проблемам при эксп¬
луатации транспортных средств.
Существует несколько методов удаления отстоев со дна ем¬
кости. 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 на¬
сос». Данный способ аналогичен очистке плавательного бассейна:
фильтрующий насос опускают в цистерну и перекачивают про¬
дукт, 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 примене¬
нии 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 емко¬
сти насосом и выбросить их.
Применение каждого из методов очистки будет зависеть от
конкретной ситуации, типа топлива, находящегося в цистерне, го¬
сударственных и местных правил и положений по защите окружа¬
ющей среды.
Подземные резервуары. Можно использовать емкости с двой¬
ными стенками из стали холодной обработки с низким содер¬
жанием углерода, но использование сварных цистерн более
предпочтительно; согласно требованиям ЕРА резервуары долж¬
ны быть защищены от коррозии. Нельзя использовать цистер¬
ны с металлическим покрытием. Цистерны из стеклопластика с
одинарной стенкой или двойными стенками устойчивы к кор¬
розии, и их можно использовать для хранения топливного эта¬
нола.
Наземные резервуары. Некоторые компании производят такие
наземные резервуары, которые можно использовать для Е85. На¬
земные резервуары меньше по размеру, чем подземные. Резервуа¬
ры могут быть сконструированы из нержавеющей стали, стали хо¬
лодного проката или из пластика, армированного стекловолок¬
ном. Применение резервуаров с металлическим покрытием, как
правило, не рекомендуется.
77
Система перекачки.
Топливная система подачи Е85 может быть изготовлена из же¬
леза, 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 сис¬
тем приведены в данном разделе, а отличия компонентов и частей
для наземных и подземных систем будут рассмотрены в следую¬
щих 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 топлив¬
ного этанола рекомендован одномикронный встроенный фильтр.
Такой фильтр позволяет улавливать большинство частиц и приме¬
сей, которые могут присутствовать в цистерне, и не допустить их
проникновения в транспортное средство во время заправки топ¬
лива. Одномикронные топливные фильтры, совместимые с Е85,
производят многие компании.
Шланги для перекачки. Тип шланга, который используют для
перекачки Е85, зависит от системы улавливания паров, применяе¬
мой в данной географической зоне. Фирма «Соойуеаг Т1ге апё
КиЪЬег Сотрапу» — 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 ме¬
танолом. Поскольку топливный метанол является более коррози¬
онно-активным, чем топливный этанол, компоненты и материа¬
лы, 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
78
разрушения должны быть изготовлены из таких материалов, как
нержавеющая сталь (наилучший вариант), чугун или бронза. В слу¬
чае 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 трубопрово¬
да — это неметаллическая труба, которая не подвергается действию
коррозии. Допускаются к использованию чугунные и гальванизи¬
рованные трубы, но для них потребуется антикоррозийная защита.
Для работы с топливным этанолом нельзя использовать обычные
трубопроводы, сделанные из стали с цинковым покрытием. Герме¬
тизировать трубные резьбовые соединения при необходимости
можно с помощью ленты из тефлона или трубно-резьбового соеди¬
нения на тефлоновой основе. Для вторичных трубопроводов следу¬
ет 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 темпера¬
туры окружающего воздуха или если топливо быстро испаряется,
ухудшается управляемость автомобилем. Бензин является сложным
соединением, в состав которого входит около 300 различных компо¬
нентов, в основном углеводороды, полученные путем переработки
сырой нефти. Так, в США нефтеперерабатывающие компании долж¬
ны соблюдать стандарты на бензин, установленные Американским
обществом по испытанию материалов (А5ТМ), Управлением по ох¬
ране окружающей среды, государственными регулирующими орга¬
нами, а также различные внутренние стандарты.
Опыт применения этанольных топлив позволил выявить неко¬
торые недостатки композиций на основе этанола, связанные с
различием физико-химических свойств бензина и спирта, к кото¬
рым 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 (прони¬
кает в материал шлангов и герметических уплотнений, что увели¬
чивает потери топлива при испарении);
79
— расслаивание спиртобензиновых смесей в присутствии воды;
— повышение давления насыщенных паров топлива, а следова¬
тельно, увеличение вероятности образования паровых пробок в
топливной системе.
Большинство из этих недостатков легко устранимы [89]. Ско¬
рость коррозии растет с увеличением содержания воды, но до оп¬
ределенного предела. Максимальная скорость коррозии в этаноле
составляет 0,6 г/(м2-ч) при содержании 60 % воды, скорость кор¬
розии 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 агрес¬
сивность, в топливо рекомендуется вводить пакет модификаторов:
смазывающую присадку, ингибиторы коррозии [90] (оксиэтили-
рованные алкилфенолы; алкилимидазолины; масло ПОД — про¬
дукт 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 уста¬
новлено, что бензин с содержанием этанола 5 % не оказывает от¬
рицательного влияния на резинотехнические изделия и поэтому в
соответствии ГОСТ Р 51176 допускается к производству и приме¬
нению.
Пределы воспламенения бензиноэтанольной смеси шире, не¬
жели у чистого бензина, поэтому применение спиртовых компо¬
зиций позволяет работать на обедненных смесях. Вследствие это¬
го, несмотря на меньшую теплоту сгорания, увеличение расхода
топлива незначительно. Что касается агрессивного действия на
резинотехнические изделия, то подбором полимерных материа¬
лов, 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 неболь¬
ших количеств воды и, как следствие, ограниченной взаимной
растворимостью компонентов [85]. Введением в спиртовые топлива
соответствующих модификаторов и стабилизаторов удается преодо¬
леть возникающие трудности [92]. Наибольшее влияние на рассла-
иваемость спиртовых бензинов оказывает содержание воды. Для
обеспечения стабильности бензинов со спиртами при производ¬
стве, хранении и применении необходимо: предотвращать попада¬
ние в них воды; использовать стабилизирующие добавки (сораство-
рители), гомогенизирующие систему бензин — вода — спирт [93].
80
Также рекомендуется вводить спирт в бензин непосредственно
перед заправкой автомобиля.
В качестве стабилизаторов бензиноспиртовых смесей предлагает¬
ся использовать: алифатические спирты С3—С12 нормального и раз¬
ветвленного строения, фенолы, алкилацетаты, простые и сложные
эфиры и их металлоорганические производные, кетоны, амины,
ПАВ, а также гликоли и их эфиры, альдегиды, кетали, ацетали, ал¬
кил карбонаты, карбоновые кислоты и смеси указанных соединений.
Добавка стабилизаторов препятствует расслоению спиртсодержаще¬
го бензина до температуры —40...—23 °С [94]. Хорошими и при этом
дешевыми стабилизаторами являются сивушные масла, обеспечива¬
ющие гомогенность топлива при температуре выше -25 °С.
Способность бензиноэтанольных смесей к расслаиванию зави¬
сит от состава бензина, содержания спирта и содержания воды в
композиции. С увеличением концентрации ароматических соеди¬
нений в бензине и увеличением содержания в топливе спирта тем¬
пература помутнения понижается. Однако количество воды в сис¬
теме 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 отсутству¬
ет, все 10 мл воды осядут на дне цилиндра. В случае присутствия
спирта он опустится на дно вместе с водой, выходя за 10-миллилит-
ровьгй предел по нижнему уровню. Если вычесть число 10 из зна¬
чения нижнего уровня, разность будет соответствовать процент¬
ному 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 бен¬
зин и этанол тщательно изучаются на трубопроводном терминале
для обеспечения надлежащего смешивания.
Технологии обезвоживания этанола. Основным источником по¬
явления воды в спиртовом топливе является сам этанол, изначаль¬
но содержащий в себе некоторое ее количество. Поэтому наиболее
эффективным методом снижения количества воды в топливе бу¬
дет 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 водосвязывающи¬
ми материалами на холоде;
б - 8098
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 пе¬
регородки;
6) абсолютирование под вакуумом.
Обезвоживание спирта при помощи твердых водоотнимающих
веществ использовалось в промышленных масштабах. Среди твер¬
дых 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 использо¬
вался в основном глицерин. Применяя чистый глицерин [95], по¬
лучают спирт крепостью 99,2 % (об.). Применяя глицериновые
растворы обезвоживающих солей (СаС12, К2С03), 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 оптималь¬
ного метода — эффективного, дешевого, нетоксичного, примени¬
мого в большом диапазоне содержания влаги и приспособленного
к требованиям промышленности. Поэтому интересным и важным
было выбрать и усовершенствовать или предложить другой опти¬
мальный метод.
Обезвоживание этанола цеолитами в стационарном режиме. Сущ¬
ность ометода заключается в адсорбции воды цеолитами типа
ЫаХ 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.). Требова¬
лось 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 ме¬
тодом было определено то количество цеолита, которое необходи¬
мо для получения спирта с заданным содержанием воды. Приго¬
товление образцов проводилось следующим образом: к 50 мл эти¬
82
лового 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 представ¬
лены в табл. 14.
Таблица 14. Остаточное содержание воды в этаноле, обезвоженном
различным количеством цеолита в стационарном режиме
Количество цеолита, пошедшее
на обезвоживание этанола, г
Остаточное содержание воды,
% (мае.)
11,68 2,00
10,29 2,34
8,90 2,74
7,51 3,22
6,12 3,25
Из таблицы видно, что обезвоживание спирта цеолитами в ста¬
ционарном режиме для получения спирта заданной «чистоты» яв¬
ляется 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 про¬
цесса: адсорбцию молекул воды на активных центрах цеолитов и
физическую фильтрацию через микропоры размером ЗА (размер
молекулы воды ЗА, а этанола 4А). Однако применение этого мето¬
да в промышленности нецелесообразно, так как процесс перио¬
дический и очень длительный (цикл составляет порядка одних
суток). Это обусловлено малыми скоростями диффузии воды к
поверхности цеолитов (внешней). В стационарных условиях дви¬
жущей силой внешней диффузии является лишь тепловое движе¬
ние 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 скорос¬
тями. При этом лимитирующей стадией в кинетике процесса бу¬
дет скорость внутренней диффузии, небольшая из-за малых раз¬
меров пор, сравнимых с размерами молекул веществ. Поэтому та¬
кой метод малоэффективен при небольших размерах аппаратов.
Кроме того, ресурс цеолитов в непрерывном жидкофазном про¬
цессе будет использоваться не полностью, так как «проскок» на¬
ступит раньше, чем молекулы воды достигнут глубоких активных
центров цеолита.
Обезвоживание этанола в паровой фазе цеолитами. Метод заклю¬
чается в перегонке спирта через колонку, заполненную цеолитами
ЫаХ 4А. В отличие от обезвоживания в стационарном режиме в
6*
83
данном случае механизм метода основан только на адсорбции.
Выбор типа цеолитов базируется на соотношении их адсорбцион¬
ной активности и селективности. Известно, что цеолиты типа
№У более активны в процессе адсорбции воды, но они при этом
достаточно активно адсорбируют и этиловый спирт, молекулы ко¬
торого полярны, что увеличивает потери целевого компонента.
Цеолиты №Х, обладая меньшим сродством к полярным соедине¬
ниям, позволяют снизить конкурентную адсорбцию и повысить
селективность обезвоживания.
Процесс обезвоживания эффективнее вести в паровой фазе.
Поскольку для гидрофильного цеолита, такого, как ИаХ, 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 спир¬
ту. Это могло бы способствовать конкурентной адсорбции, что
обусловило бы снижение ресурса цеолита в процессе обезвожива¬
ния и увеличение потерь целевого спирта. Однако при температу¬
ре кипения тепловое движение молекул значительно усиливается,
а поскольку цеолиты типа ЫаХ имеют большее сродство к поляр¬
ной воде, нежели к менее полярному спирту, то для этанола в дан¬
ных условиях преобладает десорбция, а адсорбироваться будет
только вода.
В рамках исследования [99] было проведено несколько экспе¬
риментов, различающихся лишь скоростью прохождения паров
этанола через колонку, заполненную цеолитами, при этом каж¬
дый раз колонку заполняли новым (регенерированным) цеолитом.
Эксперимент проводился по следующей методике: в колбу поме¬
щали 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 практи¬
чески прямолинейный характер. На практике необходимо учиты¬
вать еще один фактор — емкость цеолитов, который определяет
размеры аппаратов-адсорберов и время межрегенерационного пе¬
риода.
Таким образом, подбором таких параметров, как скорость пе¬
регонки и объем цеолитов (размеры адсорбера), используя метод
обезвоживания этанола в паровой фазе цеолитами, можно полу¬
чить эффективный гибкий процесс, легко реализуемый в про¬
мышленности.
84
Рис. 15. Зависимость остаточного содержания воды от скорости перегон¬
ки этанола через цеолиты типа №Х 4 А
Зависимость фазовой стабильности от концентрации этанола в
бензине. Несмотря на предложенный выше эффективный, эколо¬
гически чистый и сравнительно недорогой процесс абсолютирова-
ния этанола, его применение все же усложняет производство эта¬
нолсодержащих топлив. В мировой практике в качестве октанопо¬
вышающей 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 коли¬
чественных соотношений спирта и бензина оптимальное влагосо-
держание спирта будет различным.
Для оценки взаимной растворимости компонентов спиртобен¬
зиновой 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 30°С.
Полученные результаты представлены на рис. 16, который де¬
монстрирует, что стабильность композиций растет при увеличе¬
нии содержания в них спирта. Из рисунка видно также, что, дей¬
ствительно, применение этанола даже при невысоких концентра¬
циях не требует такой глубокой степени обезвоживания, какая
85
0,0|-
5 % спирта
-5,0 -
^ -10.0 -
!
5 -15,0 -
|
§ -20,0 -
0
§!
1 -25,0 -
6
^ -30,0 -
V
-35,0 -
-40,0 -
Содержание воды в этаноле, % (об.)
Рис. 16. Зависимость температуры помутнения спиртобензиновой смеси от содержа¬
ния воды 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 компо¬
зиции, содержащей 50 % (об.) и чуть больше 40 % (об.) спирта, во¬
обще 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 вода:спирт:углеводороды в топливных компози¬
циях различного количественного состава
Содержание
воды в
этаноле,
% (мае.)
Содержание этанола (с водой) и топливе, % (мае.)
5
10
20
30
40
50
1,38
1:71:1377
1
71:652
1
71:290
1:71:169
1:71:109
1:71:72
1,89
1:52:996
1
52:476
1
52:212
1:52:123
1:52:79
1:52:53
2,10
1:47:905
1
47:429
1
47:190
1:47:111
1:47:50
1:47:48
2,37
1:41:802
1
41:380
1
41:169
1:41:98
1:41:63
1:41:42
2,81
1:35:676
1
35:320
1
35:142
1:35:83
1:35:53
1:35:36
3,22
1:30:590
1
30:280
1
30:124
1:30:72
1:30:47
1:30:31
3,53
1:27:538
1
27:255
1
27:113
1:27:66
1:27:42
1:27:28
10 % спирта
20 % спирта
30 % спирта
40 % спирта
^ I
4 4,5 5
50 % спирта
86
Из таблицы видно, что приходящееся на 1 г воды соотношение
этанол:углеводороды минимально для 5 % (мае.) этанола, содер¬
жащего 3,53 % (мае.) воды, и максимально для 50 % (мае.) этано¬
ла, содержащего 1,38 % (мае.) воды. Это соотношение увеличива¬
ется с повышением концентрации спирта в композиции и пони¬
жением содержания в нем воды.
Система бензин-спирт-вода представляет собой эмульсию, в
которой бензин является дисперсионной средой, вода — дисперс¬
ной фазой, а спирт — эмульгатором. Молекула этанола состоит из
полярной гидроксильной группы и практически неполярного уг¬
леводородного радикала, т. е. представляет собой поверхностно¬
активное вещество (ПАВ). Однако эффективность его как ПАВ
невелика, так как углеводородный радикал слишком короток. По¬
этому для стабилизации эмульсии воды в бензине требуются боль¬
шие количества этанола. На рис. 17 показан механизм стабилиза¬
ции эмульсии вода-бензин этанолом.
Поскольку этанол в чистом виде сравнительно неплохо раство¬
ряется в бензине, он будет равномерно распределен по всему
объему спиртобензиновой смеси. При наличии в системе мелко
диспергированных капель воды вероятность нахождения доста¬
точного 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 оста¬
точное содержание воды в этаноле может быть большим. Топлива,
включающие более 40 % (об.) этанола, обладают требуемой фазо¬
вой стабильностью без предварительного обезвоживания товарно¬
го спирта и введения стабилизаторов.
Рис. 17. Механизм стабилизации эмульсии вода—бензин этанолом
87
4.4.2. ЛЕТУЧЕСТЬ И ДАВЛЕНИЕ НАСЫЩЕННЫХ
ПАРОВ
Прежде чем попасть в цилиндр двигателя, жидкий бензин про¬
ходит 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 хо¬
лодного двигателя, слабый прогрев, плохая управляемость в про¬
хладную погоду и неравномерная подача топлива. В случае высо¬
кой испаряемости наиболее легкая часть топлива переходит в га¬
зообразное состояние, что может привести к уменьшению подачи
топлива и вызвать образование паровых пробок, потерю мощнос¬
ти, жесткую работу или «опрокидывание» двигателя, уменьшение
пробега и увеличение летучих выбросов углеводородов, обуслов¬
ливающих перегрузку бачка для испарений.
Перед нефтеперерабатывающими заводами стоит сезонная за¬
дача выпускать топлива с соответствующим давлением насыщен¬
ных паров для летнего и зимнего периодов. Количественной ха¬
рактеристикой 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 изме¬
няет давление насыщенных паров смесевого 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 на¬
сыщенных паров композиции резко возрастает, и с дальнейшим
увеличением концентрации спирта в бензине этот показатель по¬
степенно 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 концент¬
рации этилового спирта в смеси давление насыщенных паров по-
88
166
64 1 1 1 1 1 *-
^ 0 10 20 30 40 50 60
Содержание этанола, % (об.)
Рис. 18. Зависимость давления насыщенных паров спнрто-
бензиновой композиции от содержания 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 око¬
ло 78,5 кПа, укладывается в границы (45—100 кПа), установлен¬
ные ГОСТ Р 52501—2004 для бензанолов.
Таким образом, из полученных результатов можно сделать вы¬
вод, что целесообразнее использовать высокие концентрации эти¬
лового спирта, чтобы снизить его влияние на этот показатель, что
к тому же позволит улучшить экологические характеристики топ¬
лива.
4.5. НОВЫЕ АВТОМОБИЛИ И ЭТАНОЛ
В 1990 г. были внедрены и начали эксплуатироваться авто¬
мобили 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 ста¬
ли широко использоваться в транспортных парках федерально¬
го правительства США, правительств штатов, а также некото¬
рых 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, кото¬
рый измеряет процентное содержание этанола в топливе. С по-
89
мощью автоматизированной системы автотранспортное средство
автоматически настраивается на оптимальный режим эксплуата¬
ции и минимальный выброс отработанных газов. В 1998 г. ком¬
пания «СИгу81ег» выпустила минивэн, работающий на Е85, а ком¬
пания «Роге!» продолжала выставлять на продажу модель «Таиги$»
и в 1999 г. расширила свой модельный ряд автомобилей, потреб¬
ляющих Е85, новыми моделями «МпсМаг» и «Нап^ег». В настоя¬
щий момент автомобили с переменным топливом Е85 предлага¬
ют компании «Рогд», «Сепега1 МоЮге», «СЬеУго1е1» и «Оапп1ег-
СНгу$1ег».
4.5.1. АВТОМОБИЛИ, РАБОТАЮЩИЕ
НА АЛЬТЕРНАТИВНОМ ТОПЛИВЕ
Автомобили с альтернативным топливом (рис. 19) разработаны
для потребления также и другого вида топлива, отличного от бен¬
зина или дизельного топлива. По существу, альтернативное топ¬
ливо не является нефтяным, оно обеспечивает сохранность энер¬
горесурсов и оказывает благоприятное воздействие на окружаю¬
щую среду. В настоящее время правительство Соединенных
Штатов утвердило в качестве альтернативных видов топлива мета¬
нол и денатурированный этанол, используемые как спиртовые
виды топлива [топливо должно содержать не менее 85 % (об.)
спирта], сжатый или сжиженный природный газ, сжиженный не¬
фтяной газ, водородное топливо, жидкое топливо из угля, а также
топливо, полученное из биологических материалов, и электриче¬
ство, включая энергию солнечного света. Министерство энергети¬
ки Соединенных Штатов вправе расширить данный список в слу¬
чае разработки новых видов топлива и их одобрения на собрании.
Автомобили, работающие на двух видах топлива, которые так¬
же называются автомобилями с универсальным потреблением
топлива, используют более одного вида топлива, например этанол
и обычный бензин. Идея, лежащая в основе создания данных ав¬
тотранспортных средств, — обеспечить покупателя автомобилем с
максимальным уровнем универсальности. В отсутствие автозапра¬
вочных станций с альтернативным топливом покупатели скепти¬
чески относятся к приобретению автомобилей, в которых может
быть использовано только альтернативное топливо. Выпуск авто¬
мобилей, работающих на двух видах топлива: альтернативном или
обычном, позволил устранить эту проблему. Например, при нали¬
чии на автозаправочных станциях топлива Е85 клиент может зап¬
равиться им, в случае отсутствия Е85 клиент без проблем может
использовать обычный бензин и продолжать эксплуатацию авто¬
мобиля.
90
Антисифонное
датчик топлива объема (68л) для бензина
Компьютер диагностики
двигателя
Топливный бак Диэлектрическим
датчик I
Датчик
Резервуар
Топливная линия
Двигатель
6
Рис. 19. Устройство транспортного средства, работающего на альтернативном топли¬
ве (а), и принцип его работы (б)
ПРИНЦИП РАБОТЫ
• Топливные датчики контролируют состав топливной смеси, а бортовой компьютер регу¬
лирует угол опережения зажигания и расход топлива для оптимизации работы двигателя.
• Процедура замены 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 грузо¬
вики модельного ряда 2005 г. Автомобили с универсальным по¬
треблением 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 ме¬
няться в диапазоне этих значений в зависимости от процентного
содержания бензина и этанола в топливном баке.
91
Таблица 16. Автомобили с универсальным потреблением топлива модельного ряда
2005-2006 гг.
Марка
автомобиля
Тип авто¬
мобиля,
число
Объем
двигате¬
Число
цилинд¬
Топливо
Дальность
пробега на
1 галлоне
горючего
Дальность
пробега
при пол¬
ном баке
скоростей
ля, л
ров
в режимах
город/шоссе,
миль/галлон
горючего,
миль
АВТОМОБИЛИ КЛАССА КОМПАКТ
СНКУБЬЕК
ЗсЬппе Сопу
А-4
2,7
6
Е85
Бензин,
ОЧИ>91
15/20
21/28
270
390
ЗеЬппз Сопу
(2-Мойе)
МЕИСЕОЕ8-ВЕМ2
А-4
2,7
6
Е85
Бензин,
ОЧИ>91
15/20
21/28
270
390
С240 РРУ
А-5
2,6
6
Е85
Бензин,
ОЧИ^95
14/19
20/25
310
420
С320 РРУ
А-5
3,2
6
Е85
Бензин,
ОЧИ>95
14/19
20/26
310
430
С320 Зрой$
Сои ре РРУ
А-5
3,2
6
Е85
Бензин,
ОЧИ>95
14/18
19/24
300
400
ЛЕГКОВЫЕ СРЕДНЕРАЗМЕРНЫЕ АВТОМОБИЛИ
СНКУХЬЕЯ
ЗеЬппв 4-(1г
А-4
2,7
6
Е85
Бензин,
ОЧИ>91 •
15/20
21/28
270
390
ЗеЬппв 4-<1г
А-4
2,7
6
Е85
15/20
270
(2-Мойе)
Бензин,
ОЧИ^91
21/28
390
йСЮСЕ
51гаШ5 4-<Зг
А-4
2,7
6
Е85
Бензин,
ОЧИ>91
15/20
21/28
270
390
31гаШ5 4-йг
А-4
2,7
6
Е85
15/20
270
(2-Мойе)
Бензин,
ОЧИ>91
21/28
390
мЕкстг
ЗаЫе
А-4
3,0
6
Е85
Бензин,
ОЧИ^91
15/20
19/27
310
390
ЛЕГКОВЫЕ БОЛЬШИЕ АВТОМОБИЛИ
ЮКй
Таипк
А-4
3,0
6
Е85
Бензин,
ОЧИ^91
15/20
19/27
310
390
92
Продолжение
Марка
автомобиля
Тип авто¬
мобиля,
число
скоростей
Объем
двигате¬
ля, л
Число
цилинд¬
ров
Топливо
Дальность
пробега на
1 галлоне
горючего
в режимах
город/шоссе,
миль/галлон
Дальность
пробега
при пол¬
ном баке
горючего,
миль
ЕОЯй
СРЕДНЕРАЗМЕРНЫЕ ФУРГОНЫ
Таишз У/а^оп
мексуку
А-4
3,0
6
Е85
Бензин,
ОЧИ>91
14/19
19/26
290
380
ЗаЫе \Уа80п
А-4
3,0
6
Е85
Бензин,
14/19
19/26
290
380
0ЧИ>91
МАЛОРАЗМЕРНЫЕ ФУРГОНЫ
МЕКСЕйЕЗ-ВЕШ
С240 \Уаеоп РРУ А-5 2,6
Е85
Бензин,
ОЧИ>95
14/19
20/25
СНЕУКОЬЕТ
С1500
Ауа1апсЬе 2\УЭ
С1500
ЗиЬигЬап 2\Уй
СПОРТИВНЫЕ АВТОМОБИЛИ 2Ш>
А-4
С1500 ТаНое 2\\Т> А-4 5,3
РОКй
Ехр1огег то РРУ А-5
СМС
С1500 Уикоп ХЬ 2\УЭА-4 5,3
Мексику
МоипЫпеег 2^0 А-4
310
420
5,3
8
Е85
Бензин,
ОЧ И>91
11/14
14/19
310/540'
410/690'
5,3
8
Е85
Бензин,
ОЧИ>91
14/19
19/26
310/540'
410/690'
5,3
8
Е85
Бензин,
ОЧИ>91
11/14
14/19
310/540=
410/690’
4,0
6
Е85
Бензин,
ОЧИ>91
11/15
15/20
290
380
5,3
8
Е85
Бензин,
ОЧИ^91
11/15
15/19
310/540’
410/690'
5,3
8
Е85
Бензин,
ОЧИ>91
11/14
14/19
310/540'
410/690'
4,0
6
Е85
Бензин,
ОЧ№:91
11/15
15/20
290
380
93
Продолжение
Марка
автомобиля
Тип аето-
мобиля,
число
скоростей
Объем
двигате¬
ля, л
Число
цилинд¬
ров
Топливо
Дальность
пробега на
1 галлоне
горючего
в режимах
город/шоссе,
миль/галлон
Дальность
пробега
при пол¬
ном баке
горючего,
миль
МИНИ-ВЭНЫ 2Ж>
СНКУЗЬЕК
ТОШ1 &
Соитгу 2\УЭ
ООИСЕ
А-4
3,3
6
Е85
Бензин,
ОЧИ>91
13/17
18/25
300
420
Сагауап
А-4 3,3 6 Е85 13/17
Бензин, 18/25
ОЧИ>91
СПОРТИВНЫЕ АВТОМОБИЛИ 4Ш)
300
420
СНЕУЯОЬЕТ
К1500
Ауа1апсНе 4\УО
А-4
5,3
8
Е85
Бензин,
ОЧИ>91
11/14
14/18
310/460*
410/620*
К1500
ЗиЪигЬап 4\\Т)
А-4
5,3
8
Е85
Бензин,
ОЧИ>91
11/14
14/18
310/460*
410/620*
К1500
ЗиЬигЬап А\УО
А-4
5,3
8
Е85
Бензин,
ОЧИ>91
11/14
14/18
310/460*
410/620*
К1500 ТаКое 4\УЭ А-4
5,3
8
Е85
Бензин,
ОЧИ>91
11/14
14/18
310/460*
410/620*
К1500 ТаЬое АТО А-4
гонй
5,3
8
Е85
Бензин,
ОЧИ>91
11/14
14/18
310/460*
410/620*
Ехр1огег 4ТО РРУ А-5
СМС
4,0
6
Е85
Бензин,
ОЧИ>91
11/15
14/20
290
380
К1500 Уикоп
4\Уй
А-4
5,3
8
Е85
Бензин,
ОЧИ>91
11/14
14/18
310/460*
410/620*
К1500 Уикоп
А\УЕ>
А-4
5,3
8
Е85
Бензин,
ОЧИ>91
11/14
14/18
310/460*
410/620*
К1500 Уикоп
ХЬ 4ТО
А-4
5,3
8
Е85
Бензин,
ОЧИ>91
11/14
14/18
310/460*
410/620*
К1500 Уикоп
ХЬА\УО
А-4
5,3
8
Е85
Бензин,
ОЧИ>91
11/14
14/18
310/460*
410/620*
94
Продолжение
Марка
автомобиля
Тип авто¬
мобиля,
число
скоростей
Объем
двигате¬
ля, л
Число
цилинд¬
ров
Топливо
Дальность
пробега на
1 галлоне
горючего
в режимах
город/шоссе,
миль/галлон
Дальность
пробега
при пол¬
ном баке
горючего,
миль
МЕКСIIК У
МоиШашеег
А-5
4,0
6
Е85
10/14
270
4У/0 РРУ
Бензин,
14/19
360
ОЧИ>91
СТАНДАРТНЫЕ ГРУЗОВИКИ ТИПА ПИКАП 2\*Т>
СНЕУЯОЬЕТ
С1500
А-4
5,3
8
Е85
12/16
310/540*
$Цуегас1о ТШ)
Бензин,
16/20
410/690*
ОЧИ>91
ООИСЕ
Каш 1500 2Ш)
А-5
4,7
8
Е85
9/11
260
Бензин,
12/16
340
ОЧИ>91
еояо
Ехр1огег 5роП Тгас А-5
4,0
6
Е85
11/15
290
2\УЭРРУ
Бензин,
15/20
380
ОЧИ>91
СМС
С1500 йегта 2\УР А-4
5,3
8
Е85
12/16
310/540*
Бензин,
16/20
410/690*
ОЧИ>91
СТАНДАРТНЫЕ ГРУЗОВИКИ ТИПА ПИКАП 4Ж>
СНЕУКОЬЕТ
К1500
А-4
5,3
8
Е85
11/14
310/460*
5Пуега<1о 4\УО
Бензин,
15/18
410/620*
ОЧ №>91
ОООСЕ
Каш 1500 4^0
А-5
4,7
8
Е85
9/11
260
Бензин,
12/16
340
ОЧИ>91
ЕОКИ
Ехр1огег 5рог!
А-5
4,0
6
Е85
11/15
290
Тгас 4\УЭ РРУ
Бензин,
14/20
380
ОЧИ>91
СМС
К1500 51егга 4\УО
А-4
5,3
8
Е85
11/14
310/480*
Бензин, 15/18 410/620*
ОЧИ^91
* Автомобили могут комплектоваться топливным баком разного объема. Зна¬
чения приведены для минимального и максимального размеров топливного бака.
95
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 авто¬
мобилей, работающих на двух видах топлива. В соответствии с по¬
ложениями Закона об альтернативном моторном топливе 1988 г.
дальность пробега автомобилей, работающих на альтернативном
или двух видах топлива, рассчитывается с учетом вероятного заме¬
щения нефтяного топлива в приобретаемых автомобилях. Данное
ограничение 1,2 мили на 1 галлон, накладываемое Законом о сред¬
нем расходе топлива, может быть установлено 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 инициа¬
тивы по автомобилям с двумя видами топлива выполняются по
модельному ряду автомобилей 2005—2006 гг. выпуска, и их дей¬
ствие может пролонгироваться до 2008 модельного года. Мини¬
стерство транспорта вправе либо продлить срок действия законо¬
дательной инициативы по автомобилям с двумя видами топлива
до четырех лет, предоставив надлежащие обоснования пролонга¬
ции, 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 энерге¬
тической политике 1992 г. Он предоставил право на получение на¬
логовых льгот и кредитов, покрывая возросшие расходы на при¬
обретение. Закон о чистом воздухе обозначил для автопарков
районы, которые нуждаются в проведении программы по эколо¬
гически чистому топливу, таким образом, владельцы автомобиль¬
ных парков могли получать отсрочку платежа или кредиты на по¬
купку этих автомобилей.
4.6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОПЛИВА
В ДРУГИХ УСТРОЙСТВАХ
На начальном этапе потребители были озадачены применени¬
ем 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 при¬
96
месью этанола. Широкое потребление в последние годы кисло¬
родсодержащего топлива вызвало и интерес к топливу, содержа¬
щему МТБЭ.
Производители оборудования выделили 5 причин возникшей в
прошлом обеспокоенности, в число которых вошли: совмести¬
мость материалов (металла, пластмассы, эластомеров); смазочная
способность; способность насыщения топлива кислородом; хра¬
нение; а также использование бензинов, содержащих большие
объемы кислородсодержащих добавок. Некоторые производители
посчитали необходимым улучшить качество материалов, исполь¬
зуемых в системах подачи топлива, поскольку, как ранее отмеча¬
лось, был изменен химический состав базового бензина, что выз¬
вало 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 автомоби¬
лях, так и в газонокосилке. Согласно некоторым малочисленным
данным применение этаноловых смесей может даже немного
улучшить смазочные свойства. Возможно, появится необходи¬
мость в повторном включении карбюраторных двигателей, чтобы
дать возможность прогреться обогащенным топливным смесям,
что обусловлено высоким содержанием кислорода в этаноле. Ав¬
томатизированные системы позволяют регулирувать расход кис¬
лорода. 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 воп¬
росах, связанных с техническими характеристиками производи¬
мых продуктов и с возможностями обеспечения удовлетворитель¬
ной работы двигателя на определенном виде топлива. В 1994 г.
компания «Оо^тйгеат АкетаПУез, 1пс.» провела анализ руко¬
водств по эксплуатации ряда компаний и пришла к заключению,
что производители оборудования с двигателями невнутреннего
сгорания либо одобряют, либо вообще не упоминают использова¬
ние 10%-ных смесей с этанолом (топливо ЕЮ).
7 - 8048
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 напит¬
ков. Низкие содержания этанола обнаружены даже в крови и в
дыхании непьющего человека. Биологическое воздействие этило¬
вого спирта и изменение состояния человека под его воздействием
обычно определяют, исходя из содержания этанола в крови чело¬
века. Концентрация этанола измеряется в миллиграммах на деци¬
литр крови (мг/дл), при этом эндогенный уровень содержания
этилового спирта в крови составляет 0,02—0,15 мг/дл [100], макси¬
мальный — 25 мг/дл.
Достаточно большие количества этанола потребляются при
приеме слабоалкогольных спиртных напитков. Однако употребле¬
ние этилового спирта в очень высоких дозах может оказывать ток¬
сическое воздействие на человека, которое может быть как крат¬
ковременным — 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 здо¬
ровье человека представляет большой интерес.
В научной литературе фактически не описаны случаи ущерба,
наносимого человеческому организму вследствие попадания эта¬
нола в дыхательные пути, Непричинение вреда может быть обус¬
ловлено быстрым протеканием процессов метаболизма и невоз¬
можностью значительного увеличения уровня этанола в крови че¬
ловека при вдыхании и соответственно очень малыми его
внутренними дозами, за исключением экстремальных ситуаций,
например изнурительных физических тренировок в местах с кон¬
центрированными парами этанола. На основании результатов 8-
часового исследования при содержании паров этанола в воздухе
1000 ррт (частей на миллион) или 1900 мг/м3 не было зафиксиро¬
вано ни одного отрицательного симптома. Более высокая концен¬
трация паров этанола вызывает раздражение слизистой оболочки
глаз и верхних дыхательных путей, усталость, головную боль и
98
сонливость [102, 103], однако при этом не было отмечено воз¬
никновения у людей хронических заболеваний.
Во многих экспериментах, которые проводились на лабора¬
торных животных, в основном крысах, подверженных воздей¬
ствию этанола путем вдыхания, исследовалось воздействие эта¬
нола 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 кон¬
центрации этанола 86 мг/м3 (45 ррт). В остальных случаях в ходе
эксперимента воспроизводились типичные атмосферные усло¬
вия (тысячи мг/м3 или ррт) 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 этано¬
ла при вдыхании означает, что возможные последствия этого не
могут быть спрогнозированы. Согласно известным данным мож¬
но предположить, что воздействие на людей паров этанола, выде¬
ляемых из бензиноспиртовых топлив, с малой степенью вероятно¬
сти повлечет за собой отрицательные последствия. Поскольку ко¬
личество информации о токсическом воздействии топливного
этанола невелико, будем опираться на данные литературных ис¬
точников о воздействии алкогольных напитков. Алкоголизм — это
важнейшая медицинская и социальная проблема, которая обус¬
ловливает необходимость проведения большого числа научных
исследований токсичного воздействия этанола (как на людях, так
и на животных). Только небольшое количество эксперименталь¬
ных 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 кратковре¬
менным действием этанола на организм матери в период беремен¬
ности.
Так как весьма сильное токсическое воздействие этанола
связано прежде всего с его попаданием в систему кровообраще¬
ния, можно определить концентрацию этанола в крови, исходя
из уровня вдыхаемого этанола. При этом следует учитывать сле¬
дующие факторы: концентрацию этанола в воздухе, продолжи¬
тельность воздействия, частоту дыхания, поглощение этанола
легкими, скорость выведения этанола из организма. Экспери¬
7*
99
ментальные исследования, проведенные на людях, показали,
что 55—60 % вдыхаемых паров попадают в систему кровообраще¬
ния [105, 106]. 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 от¬
метить, что один легкий алкогольный напиток содержит около
12 г этанола [109].
Пока уровень поглощаемого этанола не превысит максималь¬
ного значения, содержание спирта в крови человека останется
низким. В табл. 17 приведена скорость всасывания этанола, вды¬
хаемого в разных условиях, если допустить, что всасывание легки¬
ми составляет 55 % при стандартной массе тела 70 кг.
Таблица 17. Уровень всасывания этанола организмом при разных
внешних условиях
Уровень вентиляции, л/мин
Уровень всасывания этанола (мг/(кг •
при концентрации в воздухе, мг/л
•0]
1,9 (професси¬
ональный
стандарт)
5
10 (вызывает
кашель и
раздражение
глаз; при
возможной
адаптации)
20
30 (вызывает
продолжите¬
льное
слезотече¬
ние)
6 (отдых)
5
14
28
57
85
25 (умеренная активность)
22
59
118
236
354
40 (высокая активность)
36
94
189
377
566
50 (очень высокая актив-
45
118
236
471
707
ность)
Результаты проведенных экспериментов позволили предпо¬
ложить, что воздействие паров этанола, вызывающих диском¬
фортное раздражение слизистой оболочки глаза, не вызовет
значительного увеличения концентрации этанола в крови лю¬
дей, которые находятся в состоянии покоя. С повышением ак¬
тивности увеличивается уровень поглощаемого этанола, тем не
менее для того чтобы вызвать увеличение концентрации этано¬
ла в крови человека, норма концентрации этанола в воздухе
должна быть значительно превышена. Результаты некоторых
экспериментов позволяют сделать вывод о том, что значитель¬
ное поглощение этанола из атмосферы — довольно редкое и
практически невозможное явление (табл. 18). Однако двига¬
тельная активность в местах с вызывающими воспаление пара¬
ми должна быть умеренной.
100
Таблица 18. Экспериментальные исследования уровня всасывания паров этанола
организмом при вдыхании
Уровень
вентиляции,
л/мин
Концентрация
этанола в
воздухе, мг/л
Время воз¬
действия, ч
Концентра¬
ция этанола в
крови, мг/дл
Симптомы
Исследования
Отдых
1,9
3
Менее 0,2
Не описаны
Кэмпбелл и
(около 6)
Вильсон (1986)
15
15
Нет
Устойчиво Раздражение
Лестер и
данных
7-8
парами, но с
Гринберг
адаптацией;
(1951)
22
16
6
47
интоксика¬
Лестер и
и выше
ция отсутствует Гринберг
(1951)
Отдых
Максимум —
2,5
Менее 5
Мэсон и
17, среднее
Блэкмор
значение — 9
1
(1972)
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 ре¬
зультате 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. Бо¬
лее подробно эти воздействия будут рассмотрены ниже.
Во время заправки автомобиля при концентрации этанола в ат¬
мосфере до 50 ррт или при меньшем значении его воздействие на
человека не выявлено [110]. В случае, если время воздействия па¬
ров этанола при заправке топливом составляет 5 мин при уровне
содержания этанола в атмосфере 1000 ррт, взрослый, возможно,
получит 0,13 г этанола, что приблизительно равняется 2 мг/кг мас¬
сы человека. Данное количество вдыхаемого этанола может повы¬
сить 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 эта¬
нола при концентрации в воздухе 1 ррт за три минуты и при кон¬
центрации 10 ррт 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
101
(0,023 мг/м3) [111]. Испытания, проведенные на животных, пока¬
зали, что самый низкий уровень концентрации этанола, способ¬
ный оказать токсичное воздействие, почти в 4000 раз превышает
концентрацию 86 мг/м3 (45 ррт). При уровне концентрации эта¬
нола 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 алко¬
гольный синдром — это физическая и умственная неполноцен¬
ность 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 роди¬
телей [112]. 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 алкого¬
ля развитие раковых поражений ротовой полости, глотки, пище¬
вода, гортани и печени [109]. По данным всех исследований, рис¬
ку в большей степени подвергались алкоголики или этот риск по¬
вышался с увеличением количества принятого алкоголя.
Следует отметить, что помимо информации о токсическом воз¬
действии этанола имеются данные, подтверждающие его возмож¬
ное благоприятное воздействие на здоровье человека. В ходе мно¬
гих эпидемиологических исследований было замечено, что мало и
умеренно пьющие люди имеют более низкий коэффициент смерт¬
ности, чем трезвенники или алкоголики. Снижение уровня смерт¬
ности обусловлено уменьшением количества случаев ишемичес¬
кой болезни сердца и сердечно-сосудистых заболеваний. Безус¬
ловно, картина изменяется в зависимости от пола, возраста,
факторов риска заболевания и множественных причин заболева¬
ний. Мы не допускаем, что воздействие низкоконцентрированно¬
го этанола вследствие его использования в качестве кислородсо¬
держащей добавки желательно. Однако следует признать очевид¬
ное благоприятное воздействие малых доз спирта (или этанола) на
некоторые группы людей.
Существует довольно малая вероятность, что этанол, попадаю¬
щий в организм воздушно-капельным путем при применении бен¬
зина, может оказать токсическое воздействие. Это обусловлено:
— получением ничтожно малой дозы, которую вряд ли можно
обнаружить на эндогенном уровне в крови;
— быстрым выведением этанола из организма;
102
— 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 обус¬
ловить развитие раковых заболеваний или врожденных пороков.
В результате последнего исследования Шведского института ги¬
гиены окружающей среды, которое было направлено на изучение
токсического воздействия этанола при вдыхании, были высказа¬
ны аналогичные выводы: негативное воздействие этанола связа¬
но с его высоким уровнем концентрации в крови человека; низ¬
кие 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 кис¬
лородом топливо почти во всех районах, где наблюдалось повы¬
шенное 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 ре¬
зультаты. Бензин с примесью этанола — одно из предлагаемых ре¬
шений по промышленному производству топлива, обогащенного
кислородом.
Углеводороды (СН). Нефть и бензин — это смесь более 250 раз¬
личных углеводородов [114]. Многие из них токсичны, некоторые
являются канцерогенами (веществами, вызывающими раковые за¬
болевания). Углеводороды выделяются в атмосферу при сливона¬
ливных операциях с цистернами и емкостями, заправке топлив¬
ных баков, а также при неполном сгорании топлива с отработан¬
ными газами. Углеводороды, которые испаряются из бензина,
иногда называют летучими органическими соединениями. Транспор¬
тные средства могут выделять до 30—50 % общих выбросов углево¬
дородов в атмосферу. Автомобильная промышленность, однако, в
настоящее время использует различные системы контроля за выб¬
103
росами углеводородов в атмосферу. Углеводороды также способ¬
ствуют 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 взаимо¬
действии 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 стратос¬
фере и не препятствует проникновению вредных ультрафиолето¬
вых солнечных лучей. Последние исследования отмечают связь
появления околоземного озонового загрязнения с увеличением
количества госпитализаций в связи с респираторными заболева¬
ниями [115]. На основании некоторых исследований, проведен¬
ных в США, был сделан вывод о том, что в общем случае вероят¬
ность образования озона при применении топливных смесей бен¬
зина с этанолом, испаряющихся при более низких температурах
из-за высокой летучести, не снижается по сравнению с примене¬
нием бензина.
Альдегидные выбросы, образующиеся при сгорании этаноловых
смесей, несколько выше, чем при сгорании только бензина. Одна¬
ко концентрации альдегидов чрезвычайно низки и, кроме того,
дополнительно снижаются благодаря трехканальным каталитичес¬
ким конвертерам, установленным на всех современных автомоби¬
лях. Королевское общество Канады назвало вероятность негатив¬
ного воздействия на здоровье человека, вызванного выбросами
альдегидов в результате использования этаноловых смесей, «отда¬
ленной».
Монооксид углерода (СО) —это ядовитый газ. Он образуется
при неполном сгорании нефтяных топлив, не содержащих кисло¬
род в их молекулярной структуре. Возможность этого особенно
велика в тех случаях, когда в двигатель поступают излишние коли¬
чества топливно-воздушной смеси. Так, чтобы завести холодный
двигатель до получения нормальной рабочей температуры, требу¬
ется 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 коли¬
чества монооксида углерода. По оценке Министерства энергетики
США, 82 % монооксида углерода, 43 % химически активных орга¬
нических газов (предвестники образования озона) и 57 % оксидов
азота в городах выделяются из транспортного топлива на нефтя¬
104
ной основе. Конгресс США прореагировал на угрозу негативного
воздействия бензина на человека и окружающую среду, издав По¬
правки 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 различ¬
ных моделей и годов выпуска.
Диоксид углерода (С02) — это обычный нетоксичный продукт
горения топлива, но он способствует возникновению парникового
эффекта и угрозе глобального потепления. При сжигании всех ви¬
дов топлива на нефтяной основе повышается содержание диокси¬
да углерода в атмосфере. Применение возобновляемых видов топ¬
лива, 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» кис¬
лород. Следовательно, применение возобновляемого топлива, по¬
лученного из растений, частично компенсирует угрозу глобально¬
го потепления, обусловленную сгоранием бензина, и может при¬
вести к существенному сокращению в атмосфере содержания
У/////////?/77Л////////////////////ШЪ
'щ/ШШ/ШШ/ШУ/ШШ
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Снижение вредного воздействия, %
Рис. 20. Снижение парникового эффекта при применении этанола в топливах по
сравнению с бензином:
/ — ЕШ (этанол из кукурузы); 2— Е85 (этанол из отходов деревообрабатывающей про¬
мышленности); 3— Е85 (этанол из растительной биомассы); 4— Е100 (этанол из растительной
биомассы); 5— Е100 (этанол из отходов деревообрабатывающей промышленности)
105
диоксида углерода в результате превращения диоксида углерода в
органическое вещество, которое возвращается в почву, способ¬
ствуя при этом снижению ее эрозии. Использование этанола в
бензине влечет за собой положительные последствия, сокращая в
атмосфере содержание диоксида углерода. На рис. 20 представле¬
ны данные по снижению парникового эффекта при применении
этанола из различных сырьевых ресурсов в топливах по сравне¬
нию с бензином.
Оксиды азота (N0*) образуются при высоких температурах го¬
рения. Они оказывают влияние на образование околоземного озо¬
на (фотохимический смог). Благодаря добавке этанола в бензин
понижается температура сгорания топливовоздушной смеси в ци¬
линдрах двигателя, в результате чего сокращаются выбросы окси¬
дов азота, а также некоторых нежелательных компонентов бензи¬
на, включая олефины и ароматические вещества. Некоторые ис¬
следования [116—118] показывают, что при применении
топливных смесей с этанолом могут несколько увеличиться выб¬
росы оксидов азота при эксплуатации автомобилей в определен¬
ных (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. воз¬
никла необходимость производства и распространения полнос¬
тью 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 %, выб¬
росов летучих веществ на 17 % и выбросов, содержащих азот,
примерно на 2—3 %. В результате теперь во многих странах выс¬
тупают за использование полностью сгораемого бензина повсе¬
местно.
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 во¬
зобновляемых топлив (США), этанол будет играть жизненно важ¬
ную роль в обновленной формуле бензина. Программы, проведен¬
ные в США по обогащению кислородом топлива, показали превос¬
ходные результаты уже в течение первого года. Зимой 1992/93 года
после введения первых нескольких программ в западных штатах
106
США было отмечено 50%-ное сокращение выбросов СО по срав¬
нению 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 обслужива¬
нию транспортных средств, которые потребуют проведения тести¬
рования 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 равно¬
мерному 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 азо¬
та. Новые марки машин (начиная с 1990-х годов) оснащены бор¬
товыми диагностическими системами мониторинга, позволяющи¬
ми проводить анализ газов из выхлопной трубы и испаряющихся
выбросов.
Достижения в области вычислительной техники не только по¬
зволили повысить качество мониторинга за выбросами, но также
сделали возможным использование топливных смесей, содержа¬
щих до 100 % этанола. Такие транспортные средства при работе на
определенных видах топлива в состоянии автоматически опреде¬
лить концентрацию этанола в бензине и произвести необходи¬
мую регулировку двигателя для повышения эффективности его
работы и достижения необходимого качества выбросов отрабо¬
танных газов.
Согласно оценке ЕРА (Агентства по охране окружающей среды
США) ежегодно выявляется от 250 до 600 случаев заболевания ра¬
ком, вызванных бензином и продуктами его сгорания, что позво¬
лило ЕРА идентифицировать бензин как источник токсичных
выбросов номер один [119, 120]. На основании исследований ис¬
точников загрязнения воздуха за 1996 г. ЕРА в 2002 г. подтверди¬
ло, что транспортные средства, использующие бензин и бензино¬
вое внедорожное оборудование, являются самыми крупными мо¬
бильными источниками вредных выбросов в атмосферу.
Поскольку этанол выделяет меньшее количество углеводоро¬
дов, оксидов азота, монооксида углерода, он отвечает требовани¬
ям к окружающей среде и альтернативному топливу, как это изло¬
жено в следующих законодательных актах США: Законе об альтер¬
нативном моторном топливе 1988 г. [10], Поправках к Закону о
чистом воздухе от 1990 г., Законе о развитии и направлении энерге¬
107
тики от 1992 г. и Законе о налоге на энергетику. Эти государствен¬
ные законы представляют собой результат работы людей, борю¬
щихся за снижение вредных воздействий автомобильных топлив
на окружающую среду и экономику.
Этанол обладает значительными преимуществами по сравне¬
нию с бензином в отношении окружающей среды:
— автомобили, предназначенные для работы на топливах с вы¬
соким 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 обогаще¬
нию топлива кислородом (т. е. по введению в топливо кислородсо¬
держащих добавок) выбросы монооксида углерода сократились на
90 % уже в течение первого года (1992 г.);
— уже в первый (1995 г.) год применения федерального Стан¬
дарта США по использованию реформулированного бензина с приме¬
нением обогащенных кислородом добавок в топливо отмечено сниже¬
ние количества вредных токсичных загрязнителей на 25 % и дру¬
гих соединений, образующих озоновое загрязнение или смог,
примерно на 17 % [121].
Снижение вредных выбросов и риска раковых заболеваний при
применении реформулированных бензинов с добавками оксиге¬
натов показано в табл. 19.
Таблица 19. Снижение вредных выбросов и риска возникновения раковых заболева¬
ний при применении реформулированных бензинов с добавками оксигенатов
Вредные выбросы
Снижение вредных
выбросов/вредного воздействия, %
Токсичные выбросы -28
Летучие углеводороды -17
Оксиды азота -3
Монооксид углерода -13
Диоксид углерода -4
Оксиды серы -11
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 улучши¬
лось, 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 невозоб¬
новляемых источников энергии в результате применения этанола
в качестве моторного топлива.
108
600 Г
Рис. 21. Вредные выбросы из разных источников в атмосферу в США
За последние 200 лет активные воздействия человека на приро¬
ду, в частности использование ископаемого топлива, в результате
привели к существенным антропогенным выбросам газов с парни¬
ковым эффектом (рис. 21), в первую очередь диоксида углерода.
Выбросы таких антропогенных газов, вызывающих парниковый
эффект, уже обусловили изменения в химическом составе атмос¬
феры, что способствует созданию «ускоренного парникового эф¬
фекта», схожего с атмосферным одеялом, укрывающим газы под
ним [122].
«Если мировое потребление энергии достигнет запланирован¬
ных уровней, выбросы углерода превысят уровни 1990 г. на 44 % в
2010 г. и на 81 % в 2020 г.; к 2010 г. выбросы углерода в развиваю¬
щемся мире будут почти приближены к выбросам индустриализо¬
ванного мира; а к 2020 г. выбросы в развивающемся мире превы¬
сят выбросы индустриализованного мира на 27 %» [122].
Таким образом, очевидно, что использование ископаемого топ¬
лива в энергетике должно быть сокращено для снижения выбро¬
сов в атмосферу газов, вызывающих парниковый эффект.
Компания «Сепега1 МоЮгз СогрогаНоп» провела анализ биоло¬
гического цикла использования энергии и выбросов парниковых
газов. Было сделано заключение, что «этанол в виде Е85 сокраща¬
ет выбросы газов, вызывающих парниковый эффект, в несколько
раз по сравнению с любым иным видом топлива».
109
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 высо¬
кокоррозийное вещество, испаряемость которого выше, чем у эта¬
нола, он оказывает более разрушающее воздействие на пластмас¬
совые и резиновые детали системы подачи топлива.
Этил-/и/?еАл-бутиловый и метил-/л/?е/я-бутиловый эфиры явля¬
ются высокооктановыми низколетучими компонентами кисло¬
родсодержащего топлива, они могут быть получены взаимодей¬
ствием этанола или метанола с изобутиленом. Разрешено добав¬
лять МТБЭ в неэтилированный бензин в количестве, не
превышающем 15% (об.), ЭТБЭ—до 17% (об.). Гарантийные
обязательства многих автомобильных компаний не распространя¬
ются на автомобили при применении топлив на основе метанола,
тем не менее все они одобряют использование бензина, содержа¬
щего этанол. В настоящее время во всем мире вводятся ограниче¬
ния на потребление МТБЭ, что вызвано возросшей обеспокоен¬
ностью 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 кис¬
лородсодержащего бензина может входить этанол в высоких кон¬
центрациях, который полностью растворяется в воде, этанол в
больших количествах может быть обнаружен в грунтовых водах, в
которые попал бензин. Этанол быстро распространяется в грунто¬
вых водах и становится основным растворимым загрязнителем,
лежащим в нижних слоях слива. Абиотические процессы подавле¬
ния активности подземных загрязнителей, включая сорбцию, ис¬
парение 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 разложения
уменьшается с увеличением разветвления углеводородной цепи,
кислородсодержащие органические соединения с большим раз¬
ветвлением углеводородной цепи, включая МТБЭ, имеют боль¬
шое время пребывания во внешней среде. Структурные характе¬
ристики этанола, наоборот, благоприятствуют быстрому прохож¬
110
дению процесса биологического разложения. Этанол — естествен¬
ный промежуточный продукт, который вырабатывается в процес¬
се брожения органических веществ в бескислородной среде и под¬
дается быстрому разложению под воздействием любых факторов
окружающей среды (температура, кислотность и давление), кото¬
рые поддерживают активность микроорганизмов. Микроорганиз¬
мы, участвующие в метаболизме этанола, повсюду распростране¬
ны во внешней среде, и сравнительно высокая скорость прохож¬
дения процессов разложения этанола была отмечена как в
аэробных, так и в анаэробных условиях. Таким образом, этанол
является соединением, подверженным быстрому распаду в назем¬
ных и подземных водах.
Из-за недостаточного количества лабораторных испытаний и
отсутствия полевых данных до настоящего момента еще не сдела¬
ны обобщающие выводы о воздействии этанола на процесс разло¬
жения бензола, толуола, этилбензола и ксилола (БТЭК), а также
на их перемещение в подземной среде, в которую попало топливо
с примесью этанола. Ограниченные лабораторные данные позво¬
ляют предположить, что в нескольких случаях процесс распада
БТЭК ингибируется в присутствии этанола, который может слу¬
жить в качестве предпочтительного субстрата. Однако анализ мо¬
дели перемещения при воздействии как биологических, так и аби¬
отических 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, содер¬
жащийся в бензиновых разливах, вероятно, будет способство¬
вать увеличению скорости движения бензола максимум на 25 %.
При определении данного значения, однако, не учитывался тот
факт, что топливо с примесью этанола содержит меньшее коли¬
чество БТЭК в соотношении с объемной долей бензина. Напри¬
мер, бензин, разбавленный 10 % этанола, содержит на 10 %
меньше загрязняющего БТЭК по сравнению с базовым топли¬
вом. Более того, благодаря быстрому протеканию процесса пол¬
ного извлечения этанола из безводного бензина по сравнению с
углеводородом и высокой скорости протекания процесса его
разложения существует малая вероятность длительного удержа¬
ния этанола в грунтовых зараженных бензином водах по срав¬
нению с БТЭК.
Хотя этанол не может оказать существенного прямого воздей¬
ствия на перемещение углеводородов, в водных слоях, загрязнен¬
ных топливом с примесью этанола, могут образовываться скопле¬
ния промежуточного продукта метаболизма — уксусной кислоты,
что обусловлено низкой скоростью ее биораспада по сравнению с
этанолом.
111
О способности ацетата оказывать влияние на распространение
загрязнения БТЭК данных не имеется, поэтому требуется прове¬
дение 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. Промежуточ¬
ные вещества и продукты разложения этанола несут либо мень¬
шую угрозу, либо вообще неопасны для здоровья человека. Уксус¬
ная кислота является промежуточным продуктом, который в боль¬
шинстве случаев подвержен накоплению, но обычно используется
в качестве пищевой добавки. Вдыхание этанола при заправке бен¬
зином 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 пе¬
ремещении бензина с добавками этанола в зараженных грунтовых
водах. Полевые исследования помогли бы более убедительно опи¬
сать поведение бензина с примесью этанола в наземных и подзем¬
ных водах.
Возросшее негативное отношение к МТБЭ [124] спровоциро¬
вало законодательные власти некоторых стран ограничить его ис¬
пользование в качестве бензинового оксигената [125] и начать по¬
иск новых кислородсодержащих добавок, при применении кото¬
рых 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 оце¬
нивать последствия наличия этанола в бензиновых разливах и его
проникновения в подземные слои. И хотя имеющиеся литератур¬
ные данные и результаты экспериментального моделирования по¬
зволяют предположить, что выделенный этанол не способен удер¬
112
живаться или перемещаться во внешней среде, он может оказы¬
вать опосредованное воздействие, увеличивая расстояния, на ко¬
торые распространяются углеводородные загрязнители в подзем¬
ных пластах. В целом можно заключить, что этанол является эко¬
логически 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 отработан¬
ных автомобильных газов обусловили изменение состава бензина.
Использование автомобилей приводит к загрязнению атмосферы
за счет испарения бензиновых компонентов и выбросов отрабо¬
танных газов [126]. Выделение углеводородов, потенциальных
продуктов их окисления и оксидов азота способствует образова¬
нию озона в результате прохождения реакций фотоокисления.
Высокая концентрация озона может вызвать проблемы со здоро¬
вьем и привести к гибели урожая. Кроме того, неполное сгорание
углеводородов в автомобильных двигателях приводит к образова¬
нию угарного газа, который также может оказать отрицательное
влияние на здоровье человека. Намереваясь снизить уровень заг¬
рязнения, правительство США с 1968 г. ввело стандарты по выб¬
росам загрязняющих веществ. В последующем применение ката¬
литических нейтрализаторов позволило значительно сократить
выбросы углеводородов, оксидов азота и углерода, тем не менее
из-за быстрого роста автомобильных парков потребовалась реали¬
зация дополнительных стратегий.
Новые законодательные меры, касающиеся воздействия сжига¬
емого бензинового топлива на качество воздуха, были предприня¬
ты 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 несколь¬
ких видов. Тем не менее требование к минимальному содержанию
кислорода могло быть выполнено посредством добавления раз¬
личных бензиновых оксигенатов, включая 15 % (об.) МТБЭ, 5,4 %
(об.) метанола, 7,8 % (об.) этанола, 17,3 % (об.) ЭТБЭ или 17,3 %
(об.) метил-трет-амилового эфира (МТАЭ). Программа по вне¬
дрению реформулированного бензина потребовала от большин¬
ства муниципальных городов, в которых имеются серьезные про¬
блемы с загрязнением атмосферы, применения бензина, содержа¬
щего 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¬
8 - 809Х
113
ствие реформатированного бензина или кислородсодержащих
бензиновых добавок на качество воздуха было изучено совсем не¬
давно [126].
Поправки в Закон о чистом воздухе предусматривали использова¬
ние реформулированного бензина в девяти районах с повышенным
содержанием озона. Помимо содержания в реформулированном
бензине кислорода в целях минимизации выделений токсичных со¬
единений были установлены ограничения на введение в его состав
бензола — менее 1 % (об.) и ароматических соединений — менее
25 % (об.). Реформулированный бензин имеет более низкое давле¬
ние насыщенных паров, что снижает выбросы углеводородов при ис¬
парении, а также более низкое содержание серы, что позволяет пре¬
дотвратить 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 ши¬
роко распространенными кислородсодержащими бензиновыми до¬
бавками [12]. Первоначально МТБЭ использовался в качестве вы¬
сокооктановой 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 стра¬
не, как Бразилия, МТБЭ не употребляется вообще. 85 % автомоби¬
лей 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 хими¬
ческого синтеза. МТБЭ получают из метанола и изобутилена на
нефтеперерабатывающих и химических заводах, используя в каче¬
стве сырья бутан или изобутан [127].
Так как этанолу свойственно адсорбировать воду и расслаивать¬
ся 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 нефтеперерабаты¬
вающем 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 углеводоро¬
дов места добычи нефти, а также площадки подземных хранилищ
и нефтеперерабатывающие предприятия являются источниками
114
важнейших экологических проблем. Химические вещества, ко¬
торые выделяются на данных производственных объектах и вы¬
зывают беспокойство, — это бензол, толуол, этилбензол, кси¬
лол, все нефтяные углеводороды и МТБЭ. Бензол оказывает
канцерогенное воздействие на организм человека, а все осталь¬
ные несут угрозу его здоровью. Учитывая токсичность выделяе¬
мых химических компонентов и близость расположения данных
мест к жилому сектору или к источникам питьевой воды, их по¬
тенциальное влияние на здоровье человека может быть очень
высоко.
Воздействие этанола, используемого в качестве кислородсо¬
держащей добавки, на человека возможно при вдыхании и по¬
треблении зараженной грунтовой воды. Источниками попада¬
ния этанола в воздух являются заправка топливом, выбросы от¬
работанных газов в атмосферу и паровые выбросы (испарения).
Учитывая воздействие проникающего в дыхательные пути эта¬
нола на здоровье человека, а также оценивая всю опасность от¬
равления при выделении паров топлива с примесью этанола,
рассмотрим воздействие этанола при испарении углеводородов
бензина. Увеличение давления паров бензина с примесью эта¬
нола по Рейду (которое является единицей измерения летучести
топлива), возможно, приведет к увеличению объемов углеводо¬
родных выбросов, представляя таким образом большую опас¬
ность при вдыхании. Тем не менее оценка испаряемости бен¬
зина с примесью этанола и без примеси показала, что с увели¬
чением испаряемости смесей бензина улетучивалось меньшее
количество углеводородов относительно базового топлива. Рост
испаряемости топлива с примесью этанола был вызван повыше¬
нием 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, являю¬
щееся 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].
8*
115
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 спо¬
собны перемещаться на значительные расстояния от мест разлива
топлива, содержащего бензол, толуол, этилбензол и ксилол, воз¬
можно, не попадут в зону наблюдения, так как наблюдение за бен¬
зиновыми кислородсодержащими добавками является менее стан¬
дартным процессом по сравнению с наблюдением за БТЭК. Сле¬
довательно, риск воздействия МТБЭ выше по сравнению с
бензиновыми кислородсодержащими добавками, которые не пе¬
ремещаются на такое расстояние. Бензиновые кислородсодержа¬
щие 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 про¬
должает расти [128—130]. Токсичность МТБЭ стала предметом се¬
рьезной полемики и совсем недавно была изучена [126]. Исследо¬
вания на лабораторных грызунах показали канцерогенное и ней-
ротоксическое воздействие МТБЭ.
Бензиновые кислородсодержащие добавки, включая этанол
и метанол, которые быстрее растворяются в подземных и на¬
земных водах, очевидно, с большей вероятностью удерживают¬
ся 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 бен¬
зол, которые представляют собой очень высокую опасность для
здоровья человека [131]. Хроническое употребление этилового
спирта в виде алкогольных напитков может поразить печень и
многие другие органы, включая сердце, оказать канцерогенное
воздействие и сопровождается развитием фатального алкоголь¬
ного синдрома.
Промежуточные продукты и продукты ферментации этанола
несут- малую угрозу для здоровья человека или вообще не пред¬
ставляют опасности. Токсичное воздействие этанола на водный
мир не обсуждается в данной работе, так как этанол быстро разла¬
гается в наземных водах, при этом риск воздействия на водные
макроорганизмы существенно снижается.
В процессе производства, распределения, хранения и потреб¬
ления кислородсодержащих добавок происходит их выделение в
атмосферу, поверхностные и грунтовые воды. И хотя большую
долю всех атмосферных выбросов составляют оксигенаты, загряз¬
нение грунтовых вод МТБЭ в настоящий момент является главной
116
экологической проблемой.ЛИсточниками загрязнения грунтовых
вод выступают трубопроводы, автозаправочные станции, разливы
на поверхности земли и особенно подземные резервуары-хранили¬
ща. В результате сокращения числа подземных резервуаров-храни¬
лищ, а также их модернизации уменьшается количество подземных
резервуаров, дающих утечку [1321. МТБЭ был обнаружен приблизи¬
тельно в половине грунтовых вод, куда он попал вследствие утечки
подземных хранилищ Калифорнии, США [126). Возросшее по¬
требление этанола в Бразилии вызвало беспокойство и положило
начало проведению научных исследований воздействия этанола
на поведение и перемещение углеводородов при подземном бен¬
зиновом разливе [133—135].
Многократное обнаружение МТБЭ в грунтовых водах спрово¬
цировало проведение научного исследования, направленного на
определение потенциального влияния кислородсодержащей бен¬
зиновой добавки МТБЭ на окружающую среду и на здоровье че¬
ловека. Более полное понимание причин возникновения и сохра¬
нения активности МТБЭ во внешних условиях (особенно в под¬
земных водных слоях) явится важной предпосылкой для
прогнозирования поведения остальных бензиновых кислородсо¬
держащих добавок. Поведение этих добавок во внешней среде не
описывается в научной литературе в достаточной степени. Поэто¬
му в этой книге мы рассмотрим поведение и перемещение МТБЭ
во внешних условиях.
Проблема загрязнения грунтовых вод МТБЭ рассматривалась в
качестве основной при проведении исследования, которое было
направлено на изучение поведения 60 летучих органических реа¬
гентов в мелко залегающих грунтовых 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 загрязнена. МТБЭ был обнаружен так¬
же в скважинах питьевой воды: 0,3—1,2 % общественных колодцев
питьевой воды, которые были протестированы в Калифорнии, со¬
держали МТБЭ [126]. Нахождение МТБЭ в питьевой воде вызвало
интенсивную полемику по вопросу воздействия МТБЭ и осталь¬
ных оксигенатов на организм человека.
Поверхностные воды — водохранилища и озера, в основном
используемые в рекреационных целях, также легко подвержены
загрязнению МТБЭ. Мониторинг поверхностных вод Калифор¬
нии (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 прибли¬
зительно в течение года [126]. Источники заражения МТБЭ
117
озер не были определены. Тем не менее в результате проведения
отдельного исследования было обнаружено, что возможным ис¬
точником заражения МТБЭ озер общественного пользования вы¬
ступали моторные лодки и личные судна.
Потенциальное воздействие МТБЭ на здоровье человека, его
слабо выраженный характерный вкус и запах, а также подвиж¬
ность и сохранение активности позволяют отнести данное хими¬
ческое соединение к числу загрязнителей, вызывающих беспокой¬
ство. Подвижность МТБЭ в подземных горизонтах обусловлена
его высокой растворимостью в воде, низкой сорбцией соедине¬
ний, а также его слабым биологическим разложением. МТБЭ яв¬
ляется более легкоподвижным соединением по сравнению с
БТЭК, и в ходе полевого исследования была отмечена его способ¬
ность перемещаться со скоростью потока подземных вод [136].
Более обширный анализ загрязненных водоносных слоев во Фло¬
риде 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 скорос¬
тью. 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, устой¬
чив к анаэробному разложению и к воздействию микроорганиз¬
мов [138]. В ходе полевых и лабораторных испытаний была ус¬
тановлена способность МТБЭ к очень медленному разложению
[139—140], однако в настоящий момент нет статистики показа¬
телей такого биораспада.
Устойчивость МТБЭ к полной минерализации (окислению до
образования диоксида углерода и воды) микроорганизмами отме¬
чалась как в аэробной [141], так и в анаэробной среде [142—144].
Результаты исследования [142], представленные в табл. 20, пока¬
зывают, что большинство эфирных оксигенатов, содержащих раз¬
ветвления третьего или четвертого порядка, включая МТБЭ, не
распадаются в анаэробной осадочной массе. Аналогичным обра¬
зом /л/>етл-бутиловый спирт, который является промежуточным
продуктом процесса разложения МТБЭ, также устойчив к воздей¬
ствию микроорганизмов [142, 143, 145], он был обнаружен в грун¬
товых водах, зараженных МТБЭ [139]. Напротив, этанол имеет
неразветвленную цепь и быстро разлагается в анаэробных осадоч¬
ных массах. Установлено, что спирты с неразветвленной цепью,
кетоны, сложные эфиры и аналоги МТБЭ с неразветвленной
118
цепью, например метилбутиловый 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 чис¬
лом разветвлений, включая МТБЭ, имеют больший период удер¬
жания во внешней среде.
Таблица 20. Степень анаэробного биораспада некоторых бензиновых оксигенатов
в объеме водоносного пласта
Оксигенаты
Степень биораспада,
(ррпг - 'С • день)-1
Метанол
Спирты
7,4
Этанол
17,9
2-Пропанол
7,6
т/?ет-Бутанол
0
Бутиловый эфир
Эфиры
0
Диэтиловый эфир
0
Изопропиловый эфир
0
Метил-трет-амиловый эфир
0
Метил-трет-бутиловый эфир
0
Метилбутиловый эфир
0,5
Метилизобурат
4,1
Метилпропионат
7,3
Пропиловый эфир
0
Этил-тре/и-бутиловый эфир
0
Этил ацетат
13,7
Этил бутиловый эфир
0
Ацетон
Кетоны
7,3
Метилизобутилкетон
21-28
Метилэтилкетон
9,4
5.4. МИГРАЦИЯ ЭТАНОЛА И ЕГО
ПРЕВРАЩЕНИЯ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
Обнаружение МТБЭ в подземных и поверхностных водах озна¬
чает, что следует ожидать неблагоприятных последствий в резуль¬
тате добавления в бензин химикатов, препятствующих биораспа¬
ду. Очевидно, что склонность добавок бензина, в том числе и эта¬
нола, к биораспаду является важной характеристикой для оценки
перспективы применения бензина с кислородсодержащими до¬
бавками. Кроме того, для оценки перспективы применения топ¬
лив, обогащенных кислородом, требуется информация о поведе¬
нии примесей оксигенатов [146]. Это означает, что должно быть
119
изучено воздействие этанола на биологическое разложение угле¬
водородов бензина. В свою очередь, на биоразложение этанола
могут воздействовать углеводороды бензина, находящиеся под по¬
верхностью земли. Полевые исследования этанола в водоносных
пластах в присутствии бензина практически не проводились, рав¬
но как и наблюдения за перемещением углеводородов на местнос¬
ти, загрязненной этанолом. Таким образом, принимая во внима¬
ние имеющуюся информацию, оценка будущего топлив с этано-
ловыми примесями, находящихся под поверхностью земли,
ограничивается прогнозами, основанными на лабораторном ис¬
следовании и примерах, связанных с загрязнением транспортом.
Распад этанола в среде подземных вод и бензина. Поскольку обо¬
гащенный кислородом бензин может содержать высокие концент¬
рации 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 раствори¬
мым компонентом вблизи источника.
Таблица 21. Физико-химические свойства бензина, МТБЭ, этанола, бензола и толу¬
ола
Свойства
Бензин
МТБЭ
Этанол
Бензол
Толуол
Молекулярная
Около 100
88,15
46
78,11
92,13
масса
Относительная
0,72-0,74
0,74
0,79*
0,88
0,87
плотность
Температура
22,5-27
53,6-55,2
78,5*
80,1
110,6
кипения, *С
Растворимость
100-200
43000-
Неогран.*
1,78
534,8
в воде, мг/л
54300
Давление паров
245-251
49-56,5**
95,19
28,4
при 25 ’С, мм рт. ст.
* Мегск 1пс!ех, 1989 [148].
** 2овогзк1 е1 а!.. 1996 [149].
Если концентрация соединения, высвобождающегося из бен¬
зина, 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
120
объемного соотношения вода: топливо. Например, Баркер и др.
(1991 г.) [151] отметили, что при объемном соотношении вода:
топливо, равном 10: 1, равновесная концентрация в воде метано¬
ла, извлеченного из бензина, содержащего 85 % метанола, соста¬
вила 8 % (80 ООО мг/л). Однако теоретический предел растворимо¬
сти (бесконечный для этанола) не достигается в водоносных плас¬
тах, 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 ог¬
раничивать 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 концент¬
рация этанола вблизи бензиновых проливов составит 4 %. При¬
мерно такие же высокие концентрации этанола могут быть, веро¬
ятно, в нижних водопроницаемых водоносных пластах, где ра¬
створимость, 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 метано¬
ла, 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 [150, 153]. Со-сольватация повышается с понижением поляр¬
ности сорастворителя и с повышением его концентрации [153].
Поскольку высокие концентрации 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 соот¬
ношении вода : бензин концентрация этанола предположительно
121
составит 1 %. Аналогично 15 % МТБЭ не растворяют БТЭК 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 повы¬
силась по отношению к концентрациям БТЭК, отмеченным в
бензине при таком же разбавлении [151]. Таким образом, на осно¬
ве этих результатов можно предположить, что со-сольватация уг¬
леводородов БТЭК зависит от концентрации оксигенатов в топли¬
ве в верхнем процентном диапазоне. Нет предпосылок для повы¬
шения 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 концен¬
трации будут ниже тех концентраций, которые требуются для про¬
явления со-сольватации. При высоких концентрациях этанола
может произойти значительная со-сольватация БТЭК. Замечен¬
ный 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 значитель¬
ные повышения растворимости БТЭК были отмечены при кон¬
центрации метанола свыше 25 %, при этом БТЭК может полнос¬
тью перейти в водную фазу [151].
В связи с тем что степень проявления со-сольватации зависит
от концентрации, для получения конкретного вывода о возмож¬
ном воздействии со-сольватации необходимо проводить факти¬
ческие полевые измерения этанола и БТЭК в разливах бензина,
содержащих этанол. Однако достижение концентраций этанола,
необходимых для повышения растворимости углеводородов, воз¬
можно только при взаимодействии углеводородной фазы с под¬
земными водами, где может наступить равновесие между водной
фазой и бензином.
Процесс распределения этанола между подземными водами и оса¬
дочными породами. Из-за высокой растворимости воды и низкой
сорбции полярных соединений возможна незначительная сорбция
этанола осадочными породами. Поэтому этанол будет переме¬
щаться, вероятно, со скоростью течения подземных вод, как и в
случае с метанолом [141], соединением, которое также является
полярным и полностью смешивается с водой. Повышение содер¬
жания органического сорастворителя, такого, как метанол, в ре¬
зультате приводит к экспоненциальному снижению сорбции уг¬
леводородов осадочными породами [146, 153], в результате под¬
вижность углеводородов повышается [154,155]. Таким образом,
высокие (>50 %) концентрации этанола могут существенно уве¬
личить подвижность углеводородов. Соответственно смывающи¬
еся при проникновении через породы сорастворители, в том чис¬
ле и этанол, обусловливают восстановление углеводородной
122
фазы в подземном слое (156]. Однако, как было отмечено выше,
учитывая, что концентрация этанола, используемого в бензине,
быстро разбавляется подземными водами, значительное воздей¬
ствие этанола на сорбцию и со-сольватацию углеводородов невоз¬
можно.
Летучесть и абиотический распад этанола. Абиотическое окисле¬
ние органических загрязнителей в подземном слое обычно не про¬
исходит в достаточной степени, и оно не может повлиять на сни¬
жение концентрации этанола в подземных водах. Аналогично ле¬
тучесть этанола из подземных проливов будет ограничена, так как
предполагается, что этанол начнет высвобождаться довольно быс¬
тро из бензинов в подземные воды. После растворения в подзем¬
ных водах существенная потеря этанола за счет его летучести не¬
возможна из-за его высокой растворимости и низкого перераспре¬
деления из жидкой фазы в газообразную. В отличие от случаев
подземных проливов возможно, что этанол будет переходить в га¬
зообразную фазу из бензина при непосредственном взаимодей¬
ствии с воздухом, поскольку установлено, что этанол является од¬
ним из основных компонентов испаряющихся выбросов, выделяе¬
мых 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 загрязните¬
лей, включая поглощение, летучесть и абиотический распад, не
повлияют существенно на снижение подвижности или потерю
этанола в подземных водоносных пластах. Следовательно, присут¬
ствие 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 рас¬
сматривают промежуточные продукты, скорости биораспада эта¬
нола при различных условиях окружающей среды и факторы, ко¬
торые могут влиять на биологический распад этанола и
промежуточных продуктов. Важным фактором, который влияет на
биораспад органических загрязнителей, является состояние окру¬
жающей среды. В то время как этанол довольно быстро распадает¬
ся как в аэробных, так и в анаэробных условиях, скорости распада
123
промежуточных метаболических соединений окисления этанола и
их строение очень зависят от воздействия внешних факторов.
Микробный метаболизм этанола в аэробных условиях. Органи¬
ческие вещества, которые могут легко превращаться в соедине¬
ния, вступающие в основные метаболические преобразования под
воздействием бактерий, обычно быстро распадаются. Так, после
ограниченного числа метаболических преобразований этанол пре¬
вращается в ацетил-коэнзим А, который вступает в цикл превра¬
щений трикарбоновой кислоты — основной энергогенерирующий
путь в аэробном метаболизме (рис. 22). Первоначальное окисле¬
ние этанола и других разнообразных спиртов под действием ката¬
лизатора — 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 промежу¬
точного продукта, который вступает в цикл превращений трикар¬
боновой кислоты, где он полностью окисляется (до С02), генери¬
руя энергию и являясь предшественником метаболитов, необхо¬
димых для клеточного биосинтеза и роста. Итак, благодаря
Этанол
I
Ацетальдегид
I
Ацетат
Ацетил-СоА (2С)
Щавелево-янтарная кислота (4С)
Оксиянтарная кислота
Лимонная кислота (6С)
Фумаровг
Альфа-к
Янтарн
Щавелево-янтарная кислота
Рис. 22. Основные стадии метаболизма этанола под действием
аэробных микроорганизмов
124
относительной легкости, с которой этанол вступает в цикл пре¬
вращений трикарбоновой кислоты, этанол быстро метаболирует с
помощью аэробных микроорганизмов [157].
Превалирование аэробных микроорганизмов, способствующих
разрушению этанола, было выявлено в лабораторных исследова¬
ниях продуктов фильтрации сточных вод, в которых идентифици¬
ровали 363 разновидности бактерий, способных к росту в водной
среде, содержащей 1,5 % этанола. Некоторые из них являются из¬
вестными 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 подда¬
ются биораспаду, а в некоторых случаях полностью устойчивы к
нему в отличие от естественно возникающих материалов и про¬
дуктов их распада, которые микроорганизмы легко трансформи¬
руют. Этанол представляет собой естественно появившийся
промежуточный продукт, полученный во время ферментации
органического вещества в бескислородной среде, и, следова¬
тельно, предполагается, что он быстро распадается полностью
во всех средах при определенных условиях (т. е. при определен¬
ных температуре, рН и давлении), которые способствуют мик¬
робной активности. Исключением являются анаэробные среды,
которые перегружены этанолом, и поэтому в них производятся
большие количества уксусной кислоты и водорода, которые мо¬
гут замедлять биораспад эталона. Этот эффект, вероятнее всего,
возникает в метаногенных условиях и будет рассмотрен ниже.
Распад органического вещества в анаэробных средах проис¬
ходит с помощью микробного консорциума — нескольких фи¬
зиологических групп микроорганизмов, действующих в разных
точках в анаэробной цепи питания (рис. 23). Такая группа со¬
стоит из ферментирующих бактерий, которые разрушают поли¬
сахариды, 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 от¬
сутствие акцепторов электронов биораспад этанола и многих
органических кислот катализируется с помощью синтрофичес-
ких бактерий до уксусной кислоты и Н2 [158, 159]. Метаноген¬
ные бактерии катализируют трансформацию Н2 и уксусной
кислоты в метан и диоксид углерода. Метаногенные бактерии и
микроорганизмы, утилизирующие акцепторы электронов, рас¬
сматриваются как конечные участники анаэробной цепи пита-
125
Органическая масса
(углеводы,
протеины,
липиды)
Ферментация
Органические кислоты, этанол
Ацетат, Н2
Анаэробное дыхание Меганогенезис
I I
С02иН20 С02иСН4
Рис. 23. Химические превращения этанола в процессе био¬
распада органической массы в анаэробной цепи питания
ния, так как они обычно полностью окисляют субстраты до газо¬
образных конечных продуктов.
Появление этанола в бескислородной среде объясняется тем,
что этанол выделяется во время ферментации различных соедине¬
ний, 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, канализа¬
ционных стоков, устьевых отложений, разлагающихся травы и
деревьев.
Этанол может бьггь обнаружен в озерных отложениях [166], в мас¬
се живых или разлагающихся растений [167, 168], в канализацион¬
ных отстоях [166] и, как правило, присутствует в небольших концен¬
трациях в окружающей среде в присутствии кислорода. Интересно,
что растения также участвуют в метаболизме этанола, выделяя угле¬
род из этанола для создания растительной биомассы [167].
Несмотря на важное значение этанола как промежуточного
продукта ферментации, он также встречается в очень низких кон¬
центрациях в окружающей среде, подтверждая тот факт, что иног¬
да наблюдается быстрый анаэробный метаболизм этанола, в ре¬
зультате которого предотвращается его аккумулирование внутри
пластов. Действительно относительно быстрое (от 5,5 до 85 ч) раз¬
ложение этанола было отмечено в озерных отложениях и канали¬
зационном иле [166].
126
Биораспад этанола в присутствии железоредуцирующих и денит¬
рифицирующих бактерий. Железоредуцирующие бактерии утили¬
зируют этанол в качестве донора электронов [134] (табл. 22). Био¬
распад этанола под действием нитратов в качестве акцептора
электронов очень часто встречается в озерных отложениях и от¬
стое сточных вод [169].
Таблица 22. Показатели анаэробного биологического распада этанола на различных
стадиях электронного поглощения
Биораспад этанола в условиях сульфат-редукции. Этанол ис¬
пользуется в качестве источника энергии и роста субстрата не¬
сколькими видами сульфатредуцирующих бактерий (СРБ) [170].
Конечным метаболическим продуктом при метаболизме этанола
под действием СРБ является ацетат, если СРБ не обладают спо¬
собностью окислять ацетат. Другие виды СРБ обладают возмож¬
ностью 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» [171] и, следовательно, не будет неопределенное время при¬
сутствовать в анаэробных условиях окружающей среды, в которых
сульфат-редукция — это первичный микробиологический про¬
цесс. Окисление ацетата под действием СРБ происходит в цикле
превращений трикарбоновой кислоты или под действием специ¬
фических СРБ [171].
Биораспад этанола в метаногенных условиях. Наличие акцепто¬
ров электронов обычно уменьшается вблизи источников углеводо¬
родного загрязнения в подземных слоях, в результате чего часто
создаются метаногенные условия. Этанол, всего вероятнее, под¬
вергнется быстрому биологическому распаду и будет потреблять
большие количества акцепторов электронов, т. е. имеется вероят¬
ность того, что этанол будет частично присутствовать в метаноген¬
ных зонах загрязненных водоносных слоев. Поэтому необходимо
понимать, как происходит биораспад этанола в метаногенных ус¬
ловиях, для того чтобы предсказать цикл метаболических превра¬
щений этанола в загрязненных водоносных пластах.
В метаногенных условиях разложение этанола и различных
жирных кислот зависит от кооперативной активности многочис¬
Электронное поглощение
Уровень биологического распада этанола,
мг/л в день
Д е н итрифи пи рующее
Железоредуцирующее
Сульфатредуцирующее
Метано генное
> 100
11
8
10
127
ленных групп бактерий [172]. Начальным этапом разложения эта¬
нола в метаногенных условиях является превращение этанола в
уксусную кислоту и водород:
СН3СН2ОН + Н20 => СН3СОО- + Н+ + 2Н2.
Эта реакция проходит термодинамически неблагоприятно при
высокой концентрации Н2; в результате она зависит от потребле¬
ния водорода второй группой анаэробных микроорганизмов [173],
включая метаногенные бактерии в средах, обедненных акцептора¬
ми электронов. Зависимость повышения скорости метаболизма
этанола с помощью метаногенных бактерий от быстроты удаления
водорода была продемонстрирована в ходе изучения чистой культу¬
ры [174, 175]. Аналогичным образом аккумулирование водорода
может предотвратить метаболизм уксусной кислоты [158]. Окисле¬
ние этанола энергетически более предпочтительно, чем окисление
ацетата, поэтому он скорее разложится при более высоких концен¬
трациях водорода, чем ацетат, и в результате биораспад этанола мо¬
жет привести к аккумулированию уксусной кислоты [176].
Потенциальная возможность образования уксусной кислоты
возрастает при увеличении содержания способных ферментиро¬
ваться доноров электронов, включая этанол. Так, например, ук¬
сусная кислота способна накапливаться в отходах на муниципаль¬
ных свалках [177]. Падение уровня рН 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 про¬
цесса биораспада этанола [179].
Поскольку большие количества этанола могут накапливаться у
поверхности водоносных пластов, загрязненных топливами, со¬
держащими этанол, аккумулирование уксусной кислоты вызывает
беспокойство. Уксусная кислота при относительно высокой кон¬
центрации (-2000 мг/л) может затормозить биораспад соедине¬
ний, важных для окружающей среды, включая л-толуиловую [180]
и бензойную кислоты [181, 182] — обычные промежуточные хи¬
мические продукты процесса анаэробного метаболизма аромати¬
ческих углеводородов. Не ясно, может ли уксусная кислота слу¬
жить как предпочтительная основа и предотвратить биораспад уг¬
леводородов БТЭК. Было показано, что в присутствии 64 мг/л
уксусной кислоты степень аэробного биораспада толуола слегка
увеличилась. Возможность аккумулирования уксусной кислоты и
опасность того, что уксусная кислота может повлиять на биорас¬
128
пад этанола и/или углеводородов в водоносных пластах, загряз¬
ненных топливами, содержащими этанол, вызывает беспокойство,
заслуживающее дополнительной научной оценки.
Итак, можно заключить, что в силу повсеместной распростра¬
ненности микроорганизмов, способных метаболизировать этанол,
и относительно высокой скорости его биораспада, измеренной
при всех основных условиях акцептирования электронов, этанол
как естественное промежуточное химическое соединение, полу¬
ченное как в результате анаэробной ферментации, так и в качестве
потенциального загрязнителя, не способен к долговременному ак¬
кумулированию в окружающей среде.
Промежуточные химические соединения — продукты биораспада
этанола. Поскольку существует несколько путей, по которым эта¬
нол может быть подвергнут метаболизму, включая различные
типы ферментации [183, 184], возможно образование нескольких
промежуточных химических соединений и продуктов метабо¬
лизма этанола (табл. 23). Большинство из этих химических со¬
единений сами быстро биоразлагаются и не накапливаются в
значительных количествах, поэтому совсем не представляют или
представляют небольшую токсикологическую угрозу. Из этих про¬
межуточных соединений наиболее вероятно образование и накоп¬
ление ацетата. Однако уксусная кислота обычно используется как
добавка к пище и вряд ли представляет реальную угрозу для здоро¬
вья человека.
Таблица 23. Метаболические промежуточные соединения, образующиеся в процессе
биологического распада этанола
Метаболическое промежуточное
соединение или продукт
Механизм образования
Условия образования
Уксусная кислота
Н2
СН4
Прогшоновый альдегид
Пропионовая 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 микроорганиз¬
мы, способствующие разложению этанола, повсеместно распрост¬
ранены в окружающей среде, разложение этанола не будет огра-
9 - 8098
129
ничено наличием необходимых микроорганизмов. Однако, как
было отмечено, метаболизм этанола ограничивает наличие опре¬
деленных неорганических веществ. Имеется большое количество
информации о токсичности спиртов для микроорганизмов, полу¬
ченной в результате исследований механизма действия спиртов,
используемых для дезинфекции, и рассматривающей пути увели¬
чения производства этанола в спиртовой промышленности, ис¬
пользующей технологию брожения. Подробная информация о ме¬
ханизме 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. Од¬
нако этанол свободно проникает через клеточную мембрану и пе¬
регородки внутри цитоплазмы и внутренней гидрофобной сердце¬
вины мембраны. Это распределение этанола увеличивает способ¬
ность 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 микроорга¬
низмов [185].
В целом только высокие концентрации этанола токсичны для
прокариотных микроорганизмов, но бактерии значительно разли¬
чаются по своей сопротивляемости. Энтеральные бактерии чув¬
ствительны к концентрациям этанола свыше 6 %, но другие бакте¬
рии имеют намного большую сопротивляемость. Например, раз¬
личные виды молочнокислых бактерий очень выносливы и
способны расти в присутствии 18 % спирта. Эта степень переноси¬
мости необычна, так как рост большинства бактерий тормозится в
присутствии этанола при концентрации от 1 до 10 %. Концентра¬
ции этанола до 1 % не сдерживали аэробное разложение этанола в
отстое канализационного стока [185]. Аэробное биоразложение
этанола при концентрации от 1 до 10 % зарегистрировано в песча¬
ном слое водоносных пластов, но биоразложение этанола в этих
образцах было полностью заторможено в присутствии 40 % этано¬
ла [135]. Отмечено также анаэробное биоразложение 0,5 % этано¬
ла [134]. Таким образом, поскольку как аэробные, так и анаэроб¬
ные микроорганизмы способны метаболизировать этанол при вы¬
соких концентрациях и учитывая то, что этанол будет
распространяться лишь на небольшие расстояния от места проли¬
ва топлива, маловероятно, что токсичность этанола по отноше¬
нию к микроорганизмам ограничит его биоразложение в водных
пластах, загрязненных бензином с примесью этанола. Однако
имеется вероятность того, что влияние этанол-углеводородных
130
смесей на токсичность микроорганизмов может быть связана с
воздействием только этанола или только углеводорода. Эта воз¬
можность правдоподобна, так как этанол известен своей способ¬
ностью влиять на пропускание соединений через мембрану клетки
и поэтому мог бы повлиять на попадание других загрязняющих
молекул внутрь клеток бактерий.
Во время исследований бактерий Асте1оЬас1ег сакоасеИсиз, рас¬
тущих на этаноле, было отмечено, что снижение концентрации
ионов магния и сульфата в среде вызвано аккумулированием ук¬
сусного альдегида и ацетата [125]. Уксусный альдегид в концент¬
рациях, больших чем 0,001 %, тормозил метаболизм этанола. Маг¬
ний и сульфат-ион входят в состав ацетил-коэнзима А, энзима,
необходимого для того, чтобы внедрить ацетат в биосинтетичес¬
кие превращения. В результате обеднение этими ионами может
предотвратить метаболизм ацетата и уксусного альдегида. Показа¬
но, что увеличение концентрации ионов магния и сульфата в сре¬
де культуры вызывает микробный рост на этаноле [186]. Эти ре¬
зультаты позволяют заключить, что ограничение количества неко¬
торых 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 коли¬
чества этих растворенных веществ.
5.6. ВЛИЯНИЕ ЭТАНОЛА НА РАЗЛОЖЕНИЕ БТЭК
Поскольку этанол не влияет на абиотические факторы, управ¬
ляющие превращениями моноароматических углеводородов, ме¬
ханизм, по которому этанол всего вероятнее будет воздействовать
на протяженность и устойчивость разливов БТЭК, — это его по¬
тенциальное воздействие на биоразложение. Имеется ограничен¬
ная информация относительно влияния этанола на биоразложе¬
ние. Большинство таких исследований было проведено в Брази¬
лии, где автомобили преимущественно работают на бензине,
содержащем этанол. Эксперименты, проведенные с использова¬
нием суспензий осадочных пород без их предварительного кон¬
такта 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 предпочти¬
тельного биораспада этанола [134, 135]. Однако дополнительные
исследования показали, что Рзеис1отопаз риШа, хорошо известный
у*
131
разлагающий углеводороды микроорганизм, разложил бензол, то¬
луол и этанол одновременно при аэробных условиях [135]. Полу¬
ченные результаты показывают, что необходимо провести допол¬
нительные 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 запа¬
сы имеющегося кислорода, тем самым ограничивая возможность
аэробного разложения БТЭК. Поскольку такие условия окружаю¬
щей среды, когда отсутствует кислород, очевидно, будут превали¬
ровать в водоносных пластах, загрязненных этанолом, влияние
этанола на анаэробное разложение БТЭК заслуживает рассмот¬
рения.
Влияние этанола на биоразложение толуола, который является
единственным среди БТЭК углеводородом, способным разлагать¬
ся анаэробно [134], зависит от условий акцептирования электро¬
нов. Этанол не оказывает влияния на скорость или степень разло¬
жения толуола, если только при биоразложении этанола не умень¬
шается количество имеющихся нитрат-ионов. Присутствие
этанола уменьшает биоразложение толуола при снижении содер¬
жания железа и в метаногенный инкубационный период, но сти¬
мулирует разложение толуола при снижении содержания сульфат-
иона. Тормозящий эффект опять объяснялся предпочтительным
биораспадом этанола.
Из-за отсутствия полевых испытаний нельзя сделать общие вы¬
воды о влиянии этанола на разложение БТЭК в грунтовых водах,
загрязненных топливом с примесью этанола. Данные лаборатор¬
ных 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 ра¬
створа, 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 воз¬
можность мигрировать с естественным потоком грунтовых вод.
Как МТБЭ, так и метанол мигрировали на одной скорости с пото¬
ком грунтовых вод. Ни один состав не оказывал заметного влия¬
ния на скорость миграции БТЭК, но в присутствии метанола
уменьшилась примерно на 30 % скорость разложения бензола и
132
.м-ксилола по сравнению со скоростью их разложения для бензи¬
нов, не содержащих оксигенаты или содержащих МТБЭ. Этот эф¬
фект не наблюдался для МТБЭ, что неоднократно обнаружива¬
лось во время полевых испытаний. Увеличение присутствия БТЭК
в разливе бензина с метанолом не оценивалось отдельно, но счи¬
талось, что оно объясняется снижением концентрации кислорода
во время биодеградации метанола. Учитывая низкую раствори¬
мость 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 аналогич¬
ные химические структуры, растворимость в воде и склонность к
биоразложению, то влияние этанола на миграцию и биоразложе¬
ние БТЭК в водоносных пластах, вероятно, будет аналогично вли¬
янию 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 бу¬
дут находиться в контакте.
С учетом относительно короткого времени, которое требуется
этанолу, чтобы полностью выйти из состава загрязняющих разли¬
вов бензина, и высоких скоростей разложения этанола маловеро¬
ятно, что этанол удержится в грунтовых водах, загрязненных бен¬
зином, на более значительное время, чем БТЭК, который биораз-
лагается с гораздо более низкой скоростью. Во время полевых
исследований с загрязнением водных пластов, которые были рас¬
смотрены выше, метанол был полностью удален из грунтовых вод
в течение 470 дней. Аналогичные скорости биоразложения мета¬
нола наблюдались в подземных осадочных породах при концент¬
рациях до 1000 мг/л при скоростях, достаточных для удаления
этих количеств за период менее одного года [ 145]. Поскольку био¬
распад и распространение в окружающей среде этанола и метано¬
ла аналогичны (предполагается, что время нахождения их в грун¬
товых 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 ве¬
роятно, что он переместится на значительное расстояние после
того, как попадет в поверхностные или грунтовые воды. Поэтому
способность этанола снижать биоразложение БТЭК за счет умень¬
шения количества имеющихся акцепторов электронов или обра¬
зования уксусной кислоты в процессе метаболизма этанола заслу¬
живает дополнительного рассмотрения. Имеются результаты се¬
рии опытов по моделированию перемещения для предсказания
последствий влияния этанола на биоразложение и перемещение
бензола в водоносных пластах, загрязненных бензином с приме¬
сью этанола. Бензол был избран как модельное соединение из-за
его высокой токсичности (131], сопротивляемости биоразложе¬
нию и относительно хорошей растворимости в воде.
Предварительное моделирование. Предварительное моделирова¬
ние было проведено для определения тенденций и разницы в по¬
ведении при перемещениях бензола и этанола через водоносные
пласты, каждый из которых имел ясно различимые характеристи¬
ки отстоя и гидрологию. Был выбран высокопроницаемый песча¬
ный 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 веще¬
ства, что снижало скорость перемещения загрязнителя.
Введение загрязнения моделировалось как беспрерывное снаб¬
жение этими соединениями, что характерно для протечки в под¬
земном резервуаре для хранения нефтепродуктов, и мгновенный
(разовый) их выпуск в грунтовые воды. Количество бензола и эта¬
нола 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 % соот¬
ветственно. Использованные постоянные скорости биоразложе¬
ния составили 0,003 л/день для бензола и 0,3 л/день для этанола.
Эти величины находятся в пределах значений скоростей, о кото¬
рых сообщается в литературе.
Моделирование пласта № 2 показало, что область загрязнения
этанолом перемещалась на 20 м, а область загрязнения бензо¬
лом — на 79 м. Постоянное значение скорости биоразложения
было включено в параметры модели. Когда биоразложение не
включалось в модель, хроматографическое отделение края облас¬
134
тей загрязнения бензолом и этанолом наблюдалось при 35 м, в
этом месте область загрязнения этанолом продолжала продвигать¬
ся вперед по сравнению с областью загрязнения бензолом. Это от¬
деление произошло благодаря сорбции бензола породами, тем са¬
мым уменьшив область миграции бензола относительно этанола.
Это позволяет полагать, что области загрязнения бензолом и эта¬
нолом, появившиеся после мгновенного выброса, будут мигриро¬
вать по отдельности, если в водоносном пласте имеется значи¬
тельное 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 биоразло¬
жения 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 про¬
шел в водоносном пласте № 2. Скорость передвижения этанола в
модели, когда в нее было включено биоразложение, можно срав¬
нить с результатами Баркера и др. (1990) [141], показывающими
подлинную скорость движения спирта через водоносный пласт
№ 1. Область загрязнения продвинулась намного дальше по срав¬
нению 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 сохра¬
няться в водоносных пластах, загрязненных бензином с БТЭК,
тем не менее может появиться необходимость обработки районов
источника загрязнения, где этанол наиболее вероятно будет при¬
сутствовать, особенно в том случае, если выброс угрожает питье¬
вым колодцам (подземным водам) или водохранилищам. В таких
случаях для удаления углеводородов бензина используют обычные
технологии обработки подземных вод, включая продувку воздухом
135
и активированный уголь. В то время как продувка воздухом — от¬
носительно эффективный способ удаления летучих углеводоро¬
дов, этот процесс неэффективен при удалении этанола из воды
вследствие низкой способности его перехода из воды в газообраз¬
ную фазу. Обработка активированным углем будет также неэф¬
фективна из-за большой растворимости этанола в воде и низкого
коэффициента его сорбции. Таким образом, традиционные техно¬
логии обработки вод, загрязненных бензином, не будут эффектив¬
ными в случае этанола.
Системы биологической обработки, включая биореакторы и био¬
логически активированные фильтры, вероятно, будут эффективны
для обработки подземных вод, загрязненных этанолом. Показано,
что этанол эффективно удаляется из сточной воды пивоваренного
завода [ 183] и из других вод [197] при использовании реакторов мета¬
ногенного восходящего потока анаэробного слоя. Применение де-
нитрификации и аэробной микробной обработки также, вероятно,
будет эффективно для обработки вод, загрязненных этанолом, благо¬
даря высоким скоростям биологического разложения этанола при
таких условиях акцептирования электронов [157, 169].
Таким образом, можно заключить, что, поскольку этанол быст¬
ро биологически разлагается в системах грунтовых и поверхност¬
ных вод, он не должен представлять большей опасности для здо¬
ровья, чем углеводороды, которые сопровождают области загряз¬
нения 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 ре¬
зультатами испытаний на реальных объектах. По мнению Сурбека
[196], результаты полевых испытаний помогли бы более прочно
аргументировать метаболизм бензина, смешанного с этанолом в
грунтовых водах.
Опыты по моделированию показали, что большие области заг¬
рязнения уксусной кислотой могут образоваться в водоносных
пластах, загрязненных этанолом, из-за ее низкой скорости био¬
разложения по сравнению со скоростью биоразложения этанола.
Потенциальные последствия этого включают в себя: снижение по¬
казателя рН в результате накопления уксусной кислоты, что при¬
водит к снижению микробной активности, включая биоразложе¬
ние БТЭК; предпочтительную утилизацию микробами уксусной
кислоты по сравнению с БТЭК; уменьшение количества акцепто¬
ров электронов, имеющихся для биоразложения БТЭК. Вероят¬
ность потенциального влияния уксусной кислоты на миграцию
областей загрязнения бензином дает основание для проведения
дополнительных научных исследований.
6. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
ПРИМЕНЕНИЯ ТОПЛИВНОГО ЭТАНОЛА
Производство и использование этанола, полученного из про¬
дуктов сельскохозяйственной биомассы, обусловливают рост эко¬
номического развития, позволяют создать рабочие места, что ста¬
билизирует цены на сельскохозяйственную продукцию и увеличи¬
вает 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 производ¬
стве 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 следую¬
щем десятилетии будет вовлекаться больше энергетически эффек¬
тивных 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 полу¬
чения постоянных доходов, что улучшит экономическое благосос¬
тояние сельских и других зависимых от сельского хозяйства отрас¬
лей 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. Полу¬
чение прибыли от заводов по производству этанола и стоимость
основных видов сырья обусловлены производством потребительс¬
ких товаров, что делает доходы очень неустойчивыми.
137
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 произво¬
дительность машин на 20 % выше их характеристик;
— использование профессионального управляющего аппарата
в дополнение к квалифицированным работникам на местах;
— маркетинг этанола и сухой барды при хорошем взаимодей¬
ствии с участниками рынка;
— имелись программы постоянного улучшения работы пред¬
приятий, движимые программами исследования и развития, раз¬
рабатываемые в сотрудничестве с научными организациями.
Преобладающий сырьевой продукт для производства топлив¬
ного этанола в Северной Америке — это кукуруза, но почти любой
материал, содержащий целлюлозу, крахмал или сахар, при суще¬
ствующих технологиях может быть использован для производства
этанола.
В России, например, производится четыре вида сырья в доста¬
точно больших количествах, которые могут применяться при ком¬
мерческом производстве этанола с использованием промышлен¬
ной 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 теоре¬
тически можно превратить в этанол, но объемы производства этих
культур обычно низки и недостаточны для использования в каче¬
стве базы, на которой можно строить промышленное производ¬
ство этанола.
Разрабатывается технология производства этанола из целлю¬
лозных материалов. Потенциальными продуктами для производ¬
ства 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
увеличит разнообразие продукции сельского хозяйства.
Отрасль промышленности по производству этанола была про¬
анализирована по всем трем направлениям. При анализе рыноч¬
ных барьеров было выделено четыре главных барьера для развития
рынка этанола. Отметим главные из них.
1. Высокая цена на этанол. В рамках отдельной страны это мо¬
жет быть компенсировано сочетанием федеральных и местных на-
138
лотовых стимулов. Одиако 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 при¬
месью этанола, но они обеспечивают необходимую систему про¬
движения товара, с помощью которой этанол достигает конечного
потребителя. Некоторые из нефтяных компаний взяли обязатель¬
ства на использование этанола, но другие стараются заблокиро¬
вать этот новый вид топлива.
3. Финансовый риск. Собирать заемную часть необходимого
капитала для осуществления проекта может оказаться трудной за¬
дачей. За последнее десятилетие во многих странах происходят
значительные слияния в финансовом секторе, и сейчас меньшее
число участников рынка желает сделать инвестиции в новые сельс¬
кохозяйственные предприятия. В отличие от США во многих стра¬
нах нет кредиторов, которые бы интересовались потребностями
больших сельскохозяйственных перерабатывающих предприятий.
4. Риск бизнеса. Успешные новые виды бизнеса должны нара¬
щивать финансирование с помощью акций и займов, иметь спе¬
циально 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 значитель¬
ные маркетинговые исследования, которые позволили снизить
стоимость сооружения заводов по производству этанола и сто¬
имость этанола. Однако многие заводы по производству этанола,
построенные или предлагаемые для строительства, все еще требу¬
ют высоких капитальных затрат.
2. Необходимы исследования в области выведения сортов
пшеницы, которые лучше подходили бы для производства этано¬
ла. Эти сорта должны иметь более низкое содержание белка (более
высокое содержание крахмала) и обеспечивать более высокие уро¬
жаи. Аналогичная работа по выведению необходимых сортов ку¬
курузы велась в последние 5 лет в США, и заводы по производству
этанола там в настоящее время используют в качестве сырья но¬
вые 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 барье¬
ров ограничены. Некоторые формы интервенции на рынок ис¬
139
пользовались в США и Бразилии, в результате чего их рынки дос¬
тигли нынешних размеров. Для рынка этанола были успешно ис¬
пользованы рыночные мандаты и финансовое стимулирование.
Возможно, что сложным в большой мере окажется решение воп¬
роса о ценах и рыночных барьерах при отсутствии национального
подхода к развитию рынка этанола. Например, может потребо¬
ваться 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 эф¬
фективности 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 добро¬
вольные 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 мини¬
мизированы по мере того, как отрасль сможет развиваться без
больших затрат. Это более предпочтительно, чем решения, приня¬
тые при преодолении торговых барьеров, воздвигнутых прави¬
тельственными законами.
Наибольший интерес к производству этанола проявляется со
стороны маленьких организаций или тех, которые хотят финанси¬
ровать предприятия как инвесторы проекта. Такого типа органи¬
зации являются движущей силой отрасли производства этанола в
США.
Меньшие организации сталкиваются со значительными барье¬
рами в собирании долговой части капитала проекта. Финансовые
барьеры главным образом связаны с неопределенностью. Финан¬
совая сфера имеет мало опыта с проектами такого типа, характер
бизнеса, ориентированный на потребительские товары, и недо¬
статок опыта у сторонников, управляющих проектами производ¬
ства этанола, — все это обусловливает возникновение финансо¬
вого барьера.
В дополнение к программам создания капитала, таким как
программа расширения производства этанола, возможен ряд дей¬
ствий, которые правительство может предпринять для снижения
или устранения финансовых барьеров:
— предоставлять гарантии займов проектов, касающихся боль¬
шого количества технических рисков;
— принимать программы поддержки цен на товары, которые
позволят снизить неустойчивость цен и обусловят более стабиль¬
ную разницу между ценами. Эти меры могли бы быть проведены
140
совместно с программой выплат производителю, направленной на
преодоление барьера цен и на долгосрочную перспективу;
— устанавливать контрактные обязательства, которые обеспе¬
чат коммерческую направленность законотворческим линиям
правительства;
— освещать программы информирования об отрасли с целью
поднять уровень осведомленности инвесторов.
Эти программы могут и должны быть финансированы потреби¬
телями программ. Они разрабатываются для преодоления барьера
финансирования, а не барьера цен. Барьер финансирования —
нормальный рыночный барьер, и он должен исчезнуть со време¬
нем, 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 созда¬
нию успешных предприятий. Заводы должны быть конкуренто¬
способными, но в то же время готовыми к сотрудничеству, так
чтобы успехи в обрабатывающей технологии могли бы быть быст¬
ро использованы остальной частью отрасли. Если эти условия бу¬
дут достигнуты, то найти инвесторов для дополнительных заводов
станет намного легче.
Большая часть деловых рисков, связанных с производством
этанола, находится среди решений существующего частного сек¬
тора. Правительство может сыграть свою роль для обеспечения
положения, при котором налоговая система не будет отдавать
предпочтения ископаемым видам топлива перед возобновляемы¬
ми видами топлива, как это она делает сейчас, используя свою
возможность регулировать денежные потоки. Перераспределение
имеющегося потока средств через акции на производителей раз¬
личных сортов биотоплива выровняло бы игровое поле и позволи¬
ло бы производителям биотоплива конкурировать с производите¬
лями ископаемого топлива за акции на равной основе. Преимуще¬
ство финансирования через акции довольно невелико, но это
маленькое преимущество помогло собрать в США несколько со¬
тен миллионов долларов в год в течение прошедших нескольких
лет. Финансирование энергетики на основе их источников энер¬
гии, возобновляемых через фонд акций, может оказаться не таким
привлекательным, как финансирование энергетики на основе ис¬
копаемых, так как это, вероятно, потребует более длительного
срока возврата инвестиций. Однако эта возможность не может
быть окончательно определена, пока не будут изменены налого¬
вые правила.
Вторичные барьеры — искажение цен и неэффективное управ¬
ление—не являются барьерами, на которые следует обращать
внимание в первую очередь. Барьер в виде искажения цен будет
141
предметом дальнейшего анализа, а вопрос недостаточного управ¬
ления следует решать на местах, но это не тормозит развитие от¬
расли в целом.
Объем международной торговли этанолом значителен. Истори¬
чески большая часть этой торговли приходится на промышленные
сорта этанола, а в последние годы наблюдается рост торговли топ¬
ливным этанолом. Бразилия — главная страна на этом междуна¬
родном рынке. В Бразилии производится больше этанола, чем по¬
требляется на внутреннем рынке в течение последних нескольких
лет, и она ищет дополнительные рынки сбыта. До 2004 г. экспорт
Бразилии никогда не превышал 1 млрд л в год, и в ней была сла¬
бо развита инфраструктура для обеспечения крупного экспорта.
В 2004 г. бразильский экспорт достиг 2 млрд л и были осуществле¬
ны капиталовложения для обеспечения экспорта в больших объе¬
мах. Однако в конце 2004 г. цена на сахар на мировом рынке вы¬
росла, 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 трост¬
ника в Бразилии продолжают расти, но перераспределение это¬
го сахара с мировых рынков в производство этанола будет зави¬
сеть 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 эта¬
нола, 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 ана¬
литики полагают, что спрос на внутреннем рынке может вырас¬
ти на 50 % к концу нынешнего десятилетия. Однако рост внут¬
реннего спроса в Бразилии может быть уменьшен, если прави¬
тельство предпримет шаги по снижению содержания этанола в
бензине или если оно решит увеличить цену на этанол на внут¬
реннем рынке.
Отрасль производства этанола вносит положительный вклад в
экономику США, особенно в тех сельских районах, где базирует¬
ся производство этанола. Создаются прямые и косвенные рабо¬
чие места, растут цены на кукурузу и доходы в сельской местнос¬
ти. 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¬
142
нола будет расти ее влияние на экономику страны. В соответ¬
ствии 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 вы¬
воды:
• товары и услуги, купленные производителями этанола, спо¬
собствуют росту спроса на продукцию других отраслей промыш¬
ленности. Сюда входят закупка зерна, природного газа, электри¬
чества, воды, средства связи, финансовый учет и юридические ус¬
луги;
• ежегодный доход производителей культур от производства
этанола растет на 4,5 млрд долларов США. Возросший спрос на
зерно, выращенное американскими фермерами, обеспечивает ста¬
бильность рынка и доходов;
• отрасль производства этанола позволяет создать рабочие мес¬
та. Увеличение производства этанола обеспечивает дополнитель¬
ную занятость населения в сельских муниципальных районах, где
оно базируется;
• во время строительства завода по производству этанола созда¬
ются 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 выпла¬
чивает 277 млн долларов в год в виде заработной платы работни¬
кам. 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 хо¬
зяйств, который создается и поддерживается отраслью произ¬
водства этанола, компенсирует стоимость частичной налоговой
льготы на акциз на этанол, содержащийся в бензине с приме¬
сью этанола;
• за счет производства этанола в торговый баланс США ежегод¬
но поступает до 2 млрд долларов. США в настоящее время импор¬
143
тирует бензин в количестве 54 % своей потребности. Использо¬
вание этанола снижает дефицит торгового баланса приблизи¬
тельно на 1,3 млрд долларов в год за счет замены им импор¬
тируемого МТБЭ или компонентов для его производства. Еще
800 млн долларов поступает ежегодно благодаря экспорту по¬
бочных продуктов этанола, таких, как корм из клейковины ку¬
курузы 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 со¬
здать дополнительно 108 ООО рабочих мест по всей стране толь¬
ко в отрасли по производству этанола. Это оказало бы значи¬
тельное влияние на аграрную Америку, где падение занятости
уже легло растущим бременем на города, инфраструктуру и на¬
логовую базу.
В соответствии с исследованием «Этанол и население мест¬
ного муниципального района», проведенным Джоном Урбан-
чуком (фирма «А1ЛЗ Соп§и11ап1$») и Джеффом Капеллом (фир¬
ма «31Н & Со») [199], строительство новых заводов этанола
оказывает положительное влияние на местную экономику. Ис¬
следование, проведенное на базе нового предприятия по про¬
изводству этанола с сухим помолом сырья производительнос¬
тью 40 млн галлонов в год, показало, что:
• при приблизительной стоимости 60 млн долларов и строи¬
тельстве в течение 1 года, предприятие расширяет местную эконо¬
мическую 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 пра¬
вительств увеличивается как минимум на 1,2 млн долларов;
• создается приблизительно 694 постоянных новых рабочих ме¬
ста. В соответствии с данными Американской коалиции за этанол
(Атепсап СоаИИоп/ог Е1Напо1) 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 до¬
полнительные инвестиции на строительство заводов, и число за¬
водов увеличилось.
Политика правительства США, направленная на развитие рын¬
ка биоэтанола, уже сегодня приносит свои результаты:
• с 2005 г. США стали лидером по объемам производства и по¬
требления биоэтанола (см. табл. 1);
• за счет планового расширения существующих заводов по про¬
изводству биоэтанола в США объем выпуска этанола к 2007 г. уве¬
личился до 20,8 млрд. л [14];
144
• 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 довес¬
ти объемы производства этанола до 44 млрд л в год [14].
Этанол вырабатывается из тех сельскохозяйственных сырье¬
вых 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 до¬
бавить от 4 до 6 центов на 1 бушель зерна на каждые 100 млн
дополнительно используемых бушелей. Оптимизация цен озна¬
чает, что можно в меньшей степени полагаться на программу
субсидирования со стороны государства и это обеспечит боль¬
шие доходы и независимость для фермеров. Если в производ¬
стве этанола в 1994 г. было использовано 535 млн бушелей куку¬
рузы (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 экс¬
порта. 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, стиму¬
лирует экономическую деятельность и позволяет уменьшить де¬
фицит 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, по¬
скольку:
• этанол позволяет создать рынок с добавленной стоимостью
для американских фермеров, стимулируя сельскую экономику
путем увеличения цен на кукурузу и доходов в сельской мест¬
ности;
• рост потребления кукурузы на каждые 100 млн бушелей обус¬
ловливает рост цены на кукурузу от 4 до 6 центов за бушель;
10-8098
145
• на долю этанола приходится 14 центов стоимости каждого
бушеля кукурузы, произведенного американскими фермерами.
Этот показатель может меняться в зависимости от видов на уро¬
жай 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 производ¬
ство этанола, сказываются на цене других товаров, добавляя 2 % за
бушель на цену пшеницы и 10—13 центов к цене сои в зависимос¬
ти от условий рынка.
В правительстве США работает группа по разработке экономи¬
чески 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 использо¬
вать сахар при переработке целлюлозы и гемицеллюлозы — боль¬
шей части растительного материала. Развитие таких технологий
является главнейшей целью правительственной программы по со¬
зданию новых видов биотоплива.
Производство топливного этанола позволяет создать новые ра¬
бочие 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 (ис¬
пользуемая как добавка к кормам домашних животных), кукуруз¬
ное масло и диоксид углерода (углекислота). По данным Ассоциа¬
ции предприятий по переработке кукурузы (Сот Ке/тегз
АззоааИоп), 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 долла¬
ров. В дополнение к этим побочным продуктам около 125 млн
галлонов топливного этанола было экспортировано и 10 млн гал¬
лонов 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 встречаю¬
щиеся в литературе, приводятся ниже. Интересно, что в зависимо¬
146
сти от направления работы авторов обзоров решающие вопросы
значительно различаются. Обзоры, написанные с точки зрения
правительства, одинаковы по характеру, а обзоры, составлен¬
ные сотрудниками университетов, работающих в области эко¬
номики сельского хозяйства, в очень большой степени отличают¬
ся 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
[200]:
• цена на сельскохозяйственную непищевую продукцию и со¬
здание 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], требующи¬
еся 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 доста¬
точно приближены друг к другу для обеспечения низких произ¬
водственных издержек;
• развитие рынков побочных продуктов;
• производители должны иметь достаточный акционерный ка¬
питал компании в собственности акционеров (т. е. низкий уро¬
вень долга в соотношении собственных и заемных средств);
• должен быть стабильный кредитор для кредитования капита¬
ла и работы предприятия;
• владельцы очистных заводов, торговцы топливом и произво¬
дители автомобилей должны иметь свою долю в прибыли;
• торговые барьеры (местный налоговый режим) должны быть
снижены;
• информирование общественности;
• успешное развитие технологии производства этанола из цел¬
люлозы.
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 харак¬
теру посвящен больше работе предприятия, чем стратегии, и от¬
сюда их факторы успеха относятся больше к управлению бизне¬
сом, чем к его созданию. В качестве главных факторов были выде¬
лены:
• цена на биомассу;
10*
147
• цена этанола;
• цена на газ;
• технология превращения крахмала в этанол;
• производительность завода (способность работать выше про¬
ектной 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 вни¬
мание на своих клиентах и их потребностях; иметь ресурсы (чело¬
веческие и финансовые), достаточные для конкурирования; у них
должны быть разработаны план и механизм осуществления стра¬
тегии. При разработке бизнес-плана важно суметь удовлетворить
всех держателей акций, которые могут быть работниками компа¬
нии, соседями, правительствами и т. д. Определение успеха может
быть различным для каждого из этих акционеров, что будет рас¬
смотрено ниже.
ПЕРСПЕКТИВЫ ДЛЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
Потребители являются важнейшей составной частью всех ус¬
пешных видов бизнеса. Удовлетворение запросов потребителей
является важнейшей частью всех стратегий бизнеса. Успешные
компании хотят иметь растущие рынки для своих видов продук¬
ции, 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 бензи¬
не способствовали развитию рынка этанола. Почти все компа¬
нии имеют доступ к этому растущему рынку и получают выгоду
от увеличения спроса. Можно полагать, что компании по про¬
изводству этанола, успешно удовлетворяющие запросы своих
потребителей, работают при относительно высокой рентабель¬
ности заводов. Этот критерий может быть использован как ин¬
струмент для определения успешных компаний по производ¬
ству этанола.
К числу потребителей можно отнести либо конечных потреби¬
телей топлива, либо его покупателей. В случае с биотопливом оба
«потребителя» не всегда одни и те же лица. Применение этанола
148
было лучше воспринято конечными потребителями топлива (во¬
дителями транспортных средств), чем покупателями топлива
(нефтяными компаниями).
ПЕРСПЕКТИВЫ ДЛЯ ИНВЕСТОРОВ
Инвесторы при оценке возможности инвестирования прежде
всего обращают внимание на скорость возврата прибыли на капи¬
таловложение. 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 обла¬
сти. Инвесторы в сельское хозяйство могут быть согласны с бо¬
лее низкими прибылями на вложенный капитал, чем коммерчес¬
кие инвесторы. В США бизнес-планы с прибылью на вложенный
капитал по акциям в 15 % считаются приемлемыми для инвесто¬
ров, которые нацелены на сельскохозяйственный сектор, в то
время как другие инвесторы ищут прибыли 20...25 %, что типич¬
но для несельскохозяйственной деятельности. Компании, кото¬
рые могут обеспечить приемлемые прибыли на вложения для ин¬
весторов, особенно в тех случаях, когда они сталкиваются с не¬
благоприятными 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 держа¬
телей акций, которых интересует развитие отрасли по производ¬
ству 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 ох¬
ране окружающей среды, чтобы жителям местного муниципаль¬
ного района поступали дополнительные средства от налогов в
виде услуг, которыми они пользуются.
149
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 зави¬
сеть от ископаемых энергоресурсов, а поставлять источник чистой
и имеющейся в большом количестве энергии как в виде транспор¬
тного 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 сельс¬
кого хозяйства и разнообразие запасов чистого транспортного
топлива и топлива для бытовых нужд. Производство топливного
этанола дает следующие преимущества.
Лигниноцеллюлозная биомасса
Литниковые
Электричество}
сопродукгы
Рис. 24. Блок-схема целлюлозного биозавода по выпуску этанола и сопутствующих
продуктов
150
• Фермеры выигрывают, поскольку они смогут получить раз¬
нообразные доходы по мере того, как осваиваются новые сельско¬
хозяйственные и быстро растущие лесные культуры.
• Перерабатывающие сельхозпродукцию предприятия получа¬
ют выгоду от возросшего количества кормов, что помогает сни¬
зить их себестоимость.
• Окружающая среда выигрывает вследствие того, что новые
быстро растущие сельскохозяйственные и лесные культуры улуч¬
шают среду обитания животного мира. Общее уменьшение ставки
на ископаемые виды топлива и переход на более экологически чи¬
стые источники энергии позволяют улучшить экологию среды
обитания.
• ЭТАНОЛ - ПЕРСПЕКТИВНОЕ ТОПЛИВО XXI ВЕКА. Об¬
щество выигрывает, делая основную ставку в стратегии экономи¬
ки на возобновляемые источники энергии, не опираясь на повы¬
шающуюся в цене нефть.
Будущий успех биотоплива и всех видов продукции, основан¬
ных 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 нефтеперерабаты¬
вающих 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 экономи¬
ку 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 использова¬
нием. 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 явля¬
ются нефтяные компании, которые смешивают его со своим бен¬
зином, конечная цена топлива для потребителей получается раз¬
личной. Полученная в результате смесь бензина и этанола являет¬
ся более качественным продуктом, и торговцы требуют часто
более высокую цену за это высокооктановое топливо. В то же вре¬
мя смеси бензина с этанолом часто можно найти в розничной
151
продаже по цене более низкой, чем обычный бензин. На рынке
топлива слишком много составляющих, чтобы можно было с уве¬
ренностью утверждать, что смеси с этанолом более или менее до¬
рогие, чем традиционный бензин, однако бензин остается конку¬
рентоспособным. Постоянное повышение эффективности работы
предприятий по производству этанола обусловило снижение сто¬
имости его производства. Научные исследования, проводимые
Министерством энергетики США и рядом частных европейских
компаний, могли бы в значительной степени сказаться на стоимо¬
сти производства этанола и открыть совершенно новое поколение
сырья.
В соответствии с действующими в ряде стран налоговыми льго¬
тами этанол является экономичным топливом. С развитием тех¬
нологий сельского хозяйства и производства из биомассы это ста¬
нет еще более очевидно. Достижения в технологии производства
этанола позволили значительно снизить издержки. Переход к экс¬
плуатации заводов большой производственной мощности, приме¬
нение разновидностей дрожжей и энзимов с улучшенными харак¬
теристиками позволили значительно уменьшить расходы по про¬
изводству 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 позволи¬
ли затем уменьшить издержки до текущей средней величины при¬
близительно 1,10 доллара за производство 1 галлона этанола.
Ожидается, что эта тенденция продолжится. Стоимость производ¬
ства этанола будет также зависеть от урожаев сельскохозяйствен¬
ных культур, стоимости биомассы сырья и от цен на рынках по¬
бочных продуктов.
Потребительские цены бензина ЕЮ на АЗС обычно близки це¬
нам на углеводородное топливо. То же можно сказать и о смесях
Е85. Эти цены в целом зависят от применения налоговых стиму¬
лов на топливо, цель которых сделать смеси с этанолом конкурен¬
тоспособными по сравнению с нефтепродуктами. В качестве ком¬
пенсации стоимости налоговых стимулов за топливо применяется
снижение субсидий фермам. Экономическая деятельность от от¬
расли 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 на¬
логоплательщиков в размере до 4 млрд долларов в течение следую¬
щих пяти лет.
Нефтяная промышленность начала получать федеральные субси¬
дии для поддержки развития энергетической отрасли еще в 1916 г.
По мере того как нефтяная промышленность становилась более
152
прибыльной, выплата субсидий продолжалась. Недавнее исследо¬
вание Статистического управления США обнаружило, что с 1968 г.
нефтяная промышленность получила около 150 млрд долларов в
качестве налогового стимула. С другой стороны, отрасль по про¬
изводству этанола получила 11,2 млрд долларов через частичное
освобождение от федерального акцизного налога и 200 млн долла¬
ров — по кредитам подоходного налога.
Несмотря на многие положительные характеристики этанола,
конкуренция с установившейся и хорошо субсидированной не¬
фтяной промышленностью представляет собой большой вызов.
По этой причине Конгресс США признал необходимым обеспе¬
чить 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 безо¬
пасной энергетики призывают к новому расширенному подходу,
чтобы помочь решить эти вопросы общественной политики. Та¬
кой подход должен быть основан на гибком требовании, касаю¬
щемся всей цепочки производства и распределения топлива, что¬
бы некоторый процент от всех видов топлива получали из возоб¬
новляемых источников. Стимулирующее требование в поддержку
топливного этанола должно быть аналогично тому, которое рас¬
сматривалось бы, как для государственной отрасли по производ¬
ству электроэнергии, в соответствии с которой определенный
процент электроэнергии должен быть получен из возобновляемых
источников. Сторонники такого подхода полагают, что установле¬
ние подобного базового требования укрепит программы альтерна¬
тивной 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 «проталкива¬
ет» их использование в тех местах, где такое выполнение было бы
трудно осуществить. В частности, анализ этого законодательства,
проведенный Министерством сельского хозяйства США, подтвер¬
ждает эффективность подхода «требование-спрос». Исследования
Министерства сельского хозяйства США показывают, что такая
программа обусловила бы дополнительный спрос на 2 млрд буше¬
лей биомассы, что привело бы к выработке 4,6 млрд галлонов эта¬
нола. Такое расширение отрасли по производству этанола позво¬
лило бы получить миллионы долларов дополнительных доходов
и способствовало бы созданию тысяч рабочих мест по всей стра¬
не. Сторонники возобновляемого топлива также отмечают про¬
должающееся улучшение характеристик обычных видов топлива
для автомобилей, что, в свою очередь, может ослабить необходи-
153
Рис. 25. Планируемый спрос на этанол в США с учетом введения
обновленных топливных стандартов
мость в компонентах из возобновляемых источников, улучшаю¬
щих 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, имею¬
щимся у перерабатывающих предприятий, спрос на этанол был бы
все же значительно меньшим, чем в случае предложенного Стандар¬
та возобновляемого топлива, за который борются многие как в отрас¬
ли 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 значи¬
тельную энергетическую безопасность и выгоды для рынка нефте¬
продуктов. Некоторые из этих выгод будут иметь место, даже если
использование топлива вызвано правилами, субсидиями или де¬
монстрационными программами. Дополнительные выгоды энер¬
гетической 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. Мо¬
дель основана на данных о предприятии, а также о компании. Рас¬
ходы по производству этанола включают в себя расходы, связан¬
154
ные с капиталом, другие расходы по обеспечению работы завода и
стоимость сырья. Заводы по производству этанола позволяют по¬
лучить 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 дан¬
ным будут рассмотрены ниже отдельно для заводов, работающих
на крахмале и на целлюлозе.
При рассмотрении факторов успеха производства этанола Тиф¬
фани 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 вы¬
сокие 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 Соеди¬
ненных Штатах, например, завод этанола производительностью
190 млн л в год в начале 1980-х годов стоил около 150 млн дол¬
ларов (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-
Совокупное производство электричество х 10 , Вт/ч
1995 \
/ из би
'Природный газ
Электричество
/ из биомассы
100
1000
Рис. 26. Стоимость производства электричества из различных источников
155
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 от¬
ражены на рис. 26 (1ЕА 2000 [204]). Форма кривых, приведенных
на рис. 26 показывает, что улучшения следуют простому закону
способности. Это означает, что относительные улучшения в цене
и технической работе остаются такими же через каждое удвоение
накопившихся продаж.
Более 80 заводов по производству этанола, которые перераба¬
тывают зерно, были построены в США за последние двадцать лет.
Опыт строительства и эксплуатации этих заводов обусловил зна¬
чительный прогресс в уменьшении капитальных затрат для таких
предприятий.
В докладе, опубликованном Национальной лабораторией по
возобновляемой энергии (№1юпа1 Кепе\уаЫе Епег§у ЬаЬогаЮгу —
1ЧКЕ1. [205]), сравнивались издержки производства этанола из
различного сырья. Доклад был подготовлен совместно с Мини¬
стерством сельского хозяйства США и был посвящен изучению
капитальных затрат и издержек производства заводов, получаю¬
щих этанол из крахмала и лигниноцеллюлозы. В докладе был рас¬
смотрен 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 расхо¬
ды были подсчитаны отдельно.
Таблица 24. Капитальные затраты на строительство завода по производству этанола
мощностью 95 млн л в год
ПОЛУЧЕНИЕ ЭТАНОЛА ИЗ КРАХМАЛА
Перечень затрат
Затраты, долл. США
Сбор сырья
Осахаривание
Ферментация
Дистилляция
Разделение твердых и жидких продуктов,
высушивание
Хранение, погрузка
Переработка сточных вод
Производство пара
Утилизация воды и газов
Итого
1728269
1152179
2304358
1152179
35487113
2995665
2650012
5300023
6106549
12097880
156
Национальная лаборатория по возобновляемой энергии доло¬
жила, что у заводов, которые были построены недавно, себестои¬
мость составляет от 1,25 до 1,50 доллара США за 1 галлон ежегод¬
но. Сюда не входят оборотный капитал, выплата процентов во
время строительства или стоимость финансирования. Эти издерж¬
ки могут добавить 15—20 % к полной стоимости проекта.
В табл. 25 просуммированы капитальные затраты ряда недавно
построенных заводов. Все эти заводы работают по технологии су¬
хого помола сырья. Большинство этих заводов смогло увеличить
свою производительность по сравнению с проектной, но в табли¬
цу включены только проектные данные по оборудованию. В неко¬
торых случаях заводы не были построены из-за проблем с финан¬
сированием, но соглашения с твердыми договорами по ценам для
строительства завода внесены в модель, так что эти данные были
использованы. Стоимость проекта включает весь оборотный ка¬
питал, часть которого профинансирована из краткосрочной за¬
долженности поставщикам.
>1КЕЬ приводит показательный равномерно меняющийся ко¬
эффициент, который они, принимая равным 0,60, использовали
для регулирования стоимости оборудования между заводами раз¬
личной 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 показа¬
тельный 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 капи¬
тальным затратам заводов соответствуют заводам по производству
этанола из кукурузы, построенным в США. Они могут быть отре¬
гулированы для других конструкций и для другого сырья, нежели
кукуруза. На своем сайте в Интернете КМРС «Конкурирующие
инициативы» приводит издержки строительства и производства
для 11 стран и для ряда отраслей промышленности [203].
Предполагается, что стоимость заводов, работающих на пше¬
нице и ячмене, выше, чем заводов по производству этанола, ис¬
пользующих 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 гото¬
вой продукции, поскольку часть технологического оборудования
завода, где получают спирт, будет такой же мощности, включая
некоторые подсобные обслуживающие процесс здания. По пред¬
варительным прогнозам стоимость завода по выпуску этанола,
работающего на пшенице, перерабатывающего на 8 % больше
157
о
15
ю о.
с2 3
Н и
158
I
I I
- I I II
О, Ч 'Я О О оо /1 - о
0\ ГО СТ\ оС оо" Г'-~ тг” г~~~ о" мэ"
тг1л1л1лтп1лч)\01л
ТГ_ « о О <Л 1Л ^ \о Ь -*Г 40 -ч- т*
■'*' о’ о оС - О Ю ^ О О О Ю «" № о
МММ-'МЧ-^^1ПМПтГ1Л^1Л
ЧОООО\Г"~ — —
0ч0\ст\0-*©0©0000©000
сл0\0(^00000000000
_ —|-.-Г-|МПП01Г)ППГ)Г)М
N 1Л
Г»-*' о\ —Г
гг Т1- 1Г>
гм го ГГ
N м м
м. ._ -г; го « о
2 5, 8 5 О «
О < ш Ш о о
******
§ 1 1 1 1 1 1-
^ 0 10 20 30 40 50 60
Мощность по производству этанола, млн галлонов
Рис. 27. Влияние мощности заводов по производству этанола на капиталь¬
ные затраты (у = 2,7152х°>7734; Яг = 0,9608)
сырья и производящего на 15% больше сухой барды, будет на
10 % выше, чем завода по переработке кукурузы такой же произ¬
водительности по этанолу. Завод, перерабатывающий ячмень,
которому приходится перерабатывать на 23 % больше зерна и ко¬
торый производит на 50 % больше сухой барды, может предполо¬
жительно стоить на 30 % дороже завода, перерабатывающего ку¬
курузу.
Всем заводам потребуются дополнительные капитальные вло¬
жения для финансирования расходов, в том числе предоплачен¬
ных расходов, таких, как страховка, лицензии и оборотный капи¬
тал, для обеспечения товарно-материальных запасов и дебиторс¬
кой 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 строитель¬
ства считают на основе калькуляции, основанной на процент¬
ной ставке за кредит под строительство, субдолге и предполага¬
емом потоке наличных денег в период строительства. В боль¬
шинстве случаев сумма этих факторов на опыте США близка к
20 % капитальных затрат. Ожидаемые расходы на строительство
заводов этанола на кукурузном сырье различных размеров пока¬
заны 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.
159
Ожидаемые расходы на строительство заводов этанола на пше¬
ничном 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. США
65
37,2
44,6
125
61,6
73,9
210
92,0
110,3
Таблица 27. Ожидаемые расходы по строительству завода эпганола
на пшеничном сырье
Мощность завода,
млн л
Капитальные затраты, 1
млн долл. США |
Общая стоимость проекта,
млн долл. США
80 47,9 57,5
115 63,4 76,1
130 70 84,0
ПОЛУЧЕНИЕ ЭТАНОЛА ИЗ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
МКЕЬ было опубликовано несколько исследований по капи¬
тальным затратам строительства крупнотоннажных заводов по
производству этанола на целлюлозном сырье [205—215]. Капи¬
тальные затраты для завода производительностью 260 млн л в год
при строительстве в Канаде составили 250 млн канадских долла¬
ров [203]. Оборотный капитал, расходы начального периода, раз¬
решения 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 финансировани¬
ем 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 сто¬
имость всего проекта, так что капитальные затраты могут соста¬
вить 265 млн долл.
Размещение предприятия по производству этанола рядом с су¬
ществующей теплоэлектростанцией (ТЭС), работающей на био¬
массе или угле, позволяет в процессе производства этанола ис¬
пользовать часть главных капитальных обслуживающих агрегатов
производственного процесса принимающего предприятия (рис. 28).
160
Сбор сырья
Биомасса
Предварительная обработка
Сепаратор
Обработка
сточных вод
Лигниновый
остаток на
угольную
теплоэлектро¬
станцию
Твердая
масса
Электричество для завода
по производству этанола
Рис. 28. Схема завода по производству этанола, совмещенного с угольной тепло¬
электростанцией
Важнейшие из этих агрегатов — котел и электрогенерирующее
оборудование. Расположение рядом с ТЭС, работающей на био¬
массе, 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 турбин¬
ные генераторы не включены в проект. Совместное материальное
обеспечение и использование материалов также включены в рас¬
четы по эксплуатации обслуживающих установок, расположенных
рядом с работающими на биомассе ТЭС. Возможны также другие
совместные обслуживающие установки, такие, как установки во¬
доснабжения и водоочистки.
Главным попутным продуктом производства этанола из целлю¬
лозы является лигнин, который производится в больших количе¬
ствах. 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 произ¬
водства до 18 МВт электричества на эффективной отдельно сто¬
ящей ТЭС или более чем достаточно для удовлетворения всех по¬
I 1 - 8098
161
требностей в паре и электричестве для процесса производства эта¬
нола и, кроме того, для производства дополнительно до 10 МВт
электроэнергии. Для реализации этого, однако, требуются уста¬
новка и эксплуатация очень дорогого оборудования: котла для
твердого топлива и паротурбинного генератора. Строительство по
соседству расположенной установки на 30 % дешевле, чем отдель¬
но стоящего завода по производству этанола. Отсутствие потреб¬
ности в дорогом оборудовании является главным движущим фак¬
тором 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 проекти¬
рование производств довольно дорогого этанола. Для аналитичес¬
ких 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 пи¬
ковое время спроса. Требуемая продажная цена этанола является
главным образом функцией двух факторов: выбора технологии про¬
изводства этанола и типа (стоимости) используемого сырья. В слу¬
чае использования рисовой соломы для производства этанола ус¬
тановки 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 био¬
массы) 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 энерге¬
тики продаются ими друг другу таким образом, чтобы полностью
избежать издержки от существующих коммерческих тарифов. Это
означает, что пар и электричество продаются теплоэлектростан¬
цией производителю этанола по ценам, не ориентируясь на сто¬
имость природного газа и розничные цены за электричество для
крупных потребителей промышленной энергии, а лигнин и биогаз
продаются предприятием по производству этанола теплоэлектро¬
станции на взаимовыгодной основе, с тем чтобы ТЭС сократила
затраты по приобретению топливной биомассы.
Можно принять, что стоимость производства этанола из цел¬
люлозного сырья включает три главные составляющие: сто¬
162
имость приобретаемого сырья, стоимость обеспечения работы
установки и техобслуживания (без учета стоимости сырья) и ка¬
питальные затраты. На рис. 29 приведены относительные вкла¬
ды отдельных составляющих издержек производства для уста¬
новок по производству этанола производительностью 550 и
1100 т сухой биомассы в день. При изменении соотношения
затрат на закупку сырья, капитальных затрат и издержек произ¬
водства относительный удельный вес стоимости сырья по срав¬
нению с двумя другими компонентами стоимости возрастает по
мере того, как увеличивается мощность предприятия по произ¬
водству этанола.
На стоимость сырья, используемого для процесса превращения
в этанол, приходится от одной четверти до одной трети всех из¬
держек производства. На рис. 30 приведена зависимость продаж¬
ной цены этанола от стоимости сырья для двух различных техно¬
логий производства этанола — кислотным или ферментативным
Производственная мощность по сырью
1100т сухой биомассы в день
48%
(45-50)
20%
(17-23)
32%
(27-37)
Производственная мощность по сырью
550 т сухой биомассы в день
23%
(20-26)
25%
■ Сырье (биомасса)
ЕЗ Эксплуатационные
(20-30)
расходы
□ Капитальные
затраты
52%
(48-55)
Рис. 29. Структура себестоимости производства этанола
и*
163
1 ЬЗО
^г
1,20
15
20
25
30
35
Цена сырья, долл. США за бушель
Рис. 30. Зависимость стоимости этанола от цены биосырья:
1 — кислотный гидролиз; 2 — ферментативный гидролиз
гидролизом. Диапазон цены этанола по каждой технологии огра¬
ничен базовым (верхний предел) и оптимистическим (нижний
предел) прогнозом.
Требуемые продажные цены этанола, обсужденные ранее,
были основаны на необходимости удовлетворять финансово-про¬
ектным требованиям, которые были определены с учетом значи¬
тельных преимуществ для общества производства энергии из оста¬
точных форм биомассы [54]. Можно получить финансирование
низких расходов для размещенных рядом проектов по производ¬
ству этанола. Например, если будут приняты высокие льготные
ставки: 5 и 12 % для ставок возврата долга и по акциям (по сравне¬
нию 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 совмест¬
ного 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 электрогене¬
рирующем 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;
164
• общий основной технический обслуживающий персонал;
• совместные административные и управленческие службы.
Одним из важнейших факторов, влекущих за собой рост издер¬
жек производства при получении топливного этанола из целлюло¬
зы, являются относительно небольшие мощности предполагаемых
производственных единиц. Фактором, ограничивающим мощ¬
ность производственной единицы, является характер ресурсов,
используемых как сырье. Предприятие по производству этанола
производительностью 550 т сухой биомассы в день использует та¬
кое же количество биомассы, как и отдельно стоящая ТЭС, рабо¬
тающая на биомассе, мощностью 25 МВт.
Для совместной работы рядом стоящих предприятий (550 т су¬
хой биомассы в день / 25 МВт) необходимо столько же биомассы,
как и для отдельно стоящей работающей на биомассе ТЭС мощ¬
ностью 35 МВт, которая считается большой по стандартам этой
отрасли. Однако эти установки производят только 10—12 млн гал¬
лонов этанола в год, в то время как современные предприятия по
производству этанола из зерна производят 40 и более млн галло¬
нов этанола в год. Установки по производству этанола из целлю¬
лозы будут не в состоянии достигнуть тех экономических показа¬
телей, которые могут дать заводы этанола, работающие на зерне в
качестве сырья.
Экономия затрат, достигаемая на больших предприятиях, впе¬
чатляет. Удвоение мощности предприятия по производству эта¬
нола с 550 до 1100 т сухой биомассы в день позволяет снизить
требуемую продажную цену этанола на 25 центов за галлон, если
принять, что дополнительное сырье, требуемое для таких пред¬
приятий, может быть получено при таких же предельных издерж¬
ках, какие были приняты для предприятий мощностью 550 т сухой
биомассы в день / 25 МВт. Преимуществом удвоения объема про¬
изводства 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 раз¬
мешены рядом с ТЭС, работающими на угле, для получения мно¬
гих аналогичных синергетических эффектов, как и в случае близ¬
кого расположения установок получения этанола с ТЭС, работаю¬
щими на биомассе. Заметным отличием будет необходимость
иметь полностью отдельное помещение для хранения материалов
и работы с ними. В действительности близкое расположение уста¬
новок с ТЭС, работающими на угле, обусловливает несколько зна¬
чительных преимуществ для операций по производству этанола по
сравнению с тем случаем, когда установка для получения этанола
расположена рядом с ТЭС, работающей на биомассе. Ниже приве¬
дены некоторые из этих преимуществ:
165
• ТЭС, работающие на угле, обычно намного больше по мощ¬
ности, чем ТЭС, работающие на биомассе. В результате установ¬
ки, 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 прини¬
мающим предприятием. Более того, многие районы, где имеет¬
ся 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 значи¬
тельное улучшение состояния окружающей среды. Последствия
эксплуатации многих старых угольных ТЭС представляют собой
очень важную проблему с точки зрения охраны окружающей сре¬
ды. Производство этанола не делает более экологически чистым
производство ТЭС на биомассе, которая уже, как правило, на
100 % работает на возобновляемом сырье по технологии, имею¬
щей 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 низ¬
кой цене, чем ТЭС, работающие на биомассе, которые должны
продавать электроэнергию по ценам выше рыночных, чтобы вы¬
жить. 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 вы¬
годы 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 про¬
изводиться меньше зерна для питания человека. Наоборот, произ¬
водство этанола позволяет получить большое количество ценных
продуктов питания с высоким содержанием белка и попутных
166
продуктов для кормов. Например, с 1 акра кукурузы (при среднем
урожае 125 бушелей) получается 313 галлонов этанола, 1,362 фунта
сухой барды, 325 фунтов 60%-ной клейковины и 189 фунтов куку¬
рузного масла. Барда может быть использована как добавка к по¬
чти всем типам кормов для животных и используется как недоро¬
гой, питательный, легкоперевариваемый и богатый белком корм
для домашнего скота, свиней и овец. Ежегодно производится при¬
близительно 1,4 млрд т барды. Часто сопутствующие продукты не
учитываются при составлении энергетического баланса производ¬
ства этанола. Получение таких сопутствующих продукгов, как, на¬
пример, 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 произво¬
дят диоксид углерода (углекислый газ), который используется для
получения газированных прохладительных напитков, и кукуруз¬
ную клейковину, которая идет на корм скоту. Таким образом,
предприятия выпускают продукты, пользующиеся спросом во
всем мире. Это означает, что энергия, израсходованная на произ¬
водство данных продуктов, должна учитываться при расчете энер¬
гетического баланса технологии получения этанола.
На практике около двух третей от каждой тонны зерна (напри¬
мер, 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 со¬
держанием белка, например соевая мука. Этот попутный продукт
получения этанола особенно хорош для производства молочных
продуктов, говядины и баранины. Он позволяет глобально повы¬
сить конкурентоспособность производителей этих фермерских то¬
варов.
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 ми¬
ровой белковый рынок является довольно большим и постоянно
растет. Белковый рынок развивается довольно разнообразно, при
этом он дифференцируется между сухой бардой, произведенной
167
с использованием различных сырьевых ресурсов, и бардой, произ¬
веденной на заводах по производству этанола.
Выпуск попутных продуктов низкой ценности, таких как ук¬
сусная кислота и электричество, зависит от потребностей местных
рынков и от месторасположения предприятия.
Заводы по производству этанола, работающие на зерне по тех¬
нологии сухого помола, выпускают сухую барду, которая содержит
неферментируемую долю сырья, а также истощенные дрожжи из
производственного процесса. Сухая барда используется как источ¬
ник 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 сы¬
рого помола помимо этанола можно производить такие продукты,
как кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы или ку¬
курузный 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 этано¬
ла. В последние годы большинство новых построенных заводов
этанола используют технологию сухого помола, поэтому произ¬
водство барды возрастает. На рис. 31 показаны годовые объемы
производства барды и кукурузной клейковины. Важно отметить,
что, хотя производство барды возрастает, оно все еще много мень¬
ше, 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 источни¬
ками белковой муки. Во всем мире запас белковой муки из всех
источников составляет 210 млн т [217], из этого количества на со¬
евую 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 живот¬
ных. Рынок кормов США поглотил дополнительно 10 млн т со¬
евой муки в последние 10 лет, а также возросшее количество куку¬
рузной глютеновой муки и глютенового корма.
Барда может также продаваться влажной. Влажная барда обыч¬
но содержит около 35 % сухого вещества и производится путем
вращения в центрифуге и обработки через испарительную систе¬
му (см. рис. 11). Обычно производство влажной барды происхо¬
дит в два потока. Влажная барда не хранится долго (от 3 до 10 дней
в зависимости от температуры) и не может быть рентабельно
168
12000 I-
Годы
Рис. 31. Получение дополнительных продуктов при производстве биоэтанола:
I — кукурузный глютен: корм и крупа; 2 — барда
транспортирована на дальние расстояния из-за высокого содержа¬
ния влаги. Питательная ценность влажной и сухой барды пример¬
но одинакова, поэтому завод по производству влажной барды мо¬
жет сберечь до половины своих энергетических потребностей по
сравнению с заводом, производящим сухую барду. Продажная
цена влажной барды очень разнится и зависит от местных запа¬
сов 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 си¬
туацию благодаря низким расходам на энергию (и более низким
выбросам газов, создающих парниковый эффект). В других слу¬
чаях 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 прода¬
ют как сухую, так и влажную барду, и гибкость возможности де¬
лать и то и другое позволяет им оптимизировать издержки про¬
изводства.
При ферментации сахара в этанол также получают почти такое
же количество углекислоты. На некоторых рынках можно прода¬
вать этот продукт компаниям, производящим промышленные
газы, или прямо конечным потребителям. Существуют определен¬
ные капитальные и эксплуатационные требования к улавливанию
и сжатию углекислого газа. При этом принимается, что дополни¬
тельные капитальные затраты и издержки производства несет за¬
казчик, а заводу по производству этанола платят за сырой газ.
169
Так поступают на большинстве заводов по получению этанола в
Северной Америке.
Количество углекислого газа подсчитывают, исходя из предпо¬
ложения, что 90% произведенного газа уловлено. Пользователь
должен зачислять прибыль за газ. Цены на углекислый газ могут
варьироваться в зависимости от условий местного рынка и чисто¬
ты произведенного газа. Углекислый газ получают при производ¬
стве этанола как из зерна, так и из лигниноцеллюлозы.
Заводы по производству этанола, использующие лигниноцел-
люлозу, обычно производят свою электроэнергию за счет сжига¬
ния 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 выгод¬
ности таких заводов, рассмотрим вопросы развития рынка этано¬
ла. Термин «рынок» применяется в самом широком смысле, вклю¬
чая в себя не только потребление продукта, но и его производство.
Вопрос создания рынка для энергетических технологий в пос¬
ледние пять лет был предметом пристального внимания Междуна¬
родного агентства по энергетике (МАЭ). Международное агент¬
ство по энергетике рассмотрело 22 исследования в области ус¬
пешного развития энергетического рынка в странах, входящих в
МАЭ, за последние двадцать лет [22]. Было рассмотрено три на¬
правления развития политики, которые успешно развиваются в
течение последней четверти века:
• исследование, развитие и развертывание, которые концент¬
рируют внимание на процессах инновации, стратегии отраслей
промышленности и знаниях, связанных с новыми технологиями;
• изучение рыночных барьеров, которые характеризуют приня¬
тие новой технологии как рыночного процесса, при этом внима¬
ние фокусируется на решениях, принятых инвесторами и потре¬
бителями, с применением аналитических экономических методов;
• изучение преобразований рынка, т. е. путей продвижения то¬
вара от производителя до потребителя, а также роли участников
этой цепи в развитии рынков новых технологий, применение ме¬
тодов науки управления.
Отчасти три этих направления являются тремя вариантами рас¬
смотрения одного вопроса, но каждый добавляет что-то, чего нет
в других. Сила программы исследования и развития плюс концеп¬
ция развертывания заключается в ее видении будущего и во вни¬
170
мании к самой технологии, ее издержкам, работе и процессу вы¬
хода на рынок через сегменты рынка. Изучение рыночных барье¬
ров включает экономический анализ для лучшего понимания ба¬
рьеров вхождения на рынок и обеспечивает некоторую дисципли¬
ну в анализе мер по интервенции на рынок, которые можно было
бы использовать как политический инструмент. Развитие преоб¬
разований рынка направлено на практические аспекты составле¬
ния политических линий, дающие требуемый результат.
МАЭ сделало вывод, что принятие технологий чистой энерге¬
тики не будет успешным, если только не будут рассмотрены все
три направления, и при этом необходимо:
• произвести капиталовложения в сегменты рынков и наукоем¬
кие технологии для снижения технологических издержек и улуч¬
шения работы оборудования;
• удалить или снизить те барьеры развития рынка, которые
обусловливают его несостоятельность;
• использовать методы преобразования рынка, которые каса¬
ются беспокойства держателей акций при принятии новых техно¬
логий и помогают преодолеть рыночную инерцию, способствую¬
щую продолжительному использованию менее эффективных тех¬
нологий.
В материалах МАЭ при тщательном их изучении помимо воп¬
росов центральной тематики можно обнаружить также четкие
принципы успешного проведения политики. Среди ключевых мо¬
ментов 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 рын¬
ков проводится частным сектором, правительства должны играть
главную роль, информируя общественность о положительных ре¬
зультатах, на которые следует опираться.
• Программы оказания помощи в создании новых и преобразо¬
вании существующих рынков должны охватывать держателей ак¬
ций. 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 соответ¬
ствующих приоритетов со стороны правительства, желающего
развертывания программ. В программах следует ставить цели, ко¬
торые принимают во внимание имеющийся опыт, т. е. идти даль¬
ше 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 разви¬
171
тия, контроля охраны окружающей среды, налогообложения и
других областей деятельности.
• Программы должны стимулировать изучение вопроса инвес¬
тиций 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 сбереже¬
ния энергии, вырабатываемой в небольших объемах, и поэтому
сбор таких объемов очень важен и заслуживает особого внимания.
• Большинство потребителей мало интересуют вопросы энер¬
гетики как таковые, но они с радостью откликнутся на меры по
повышению эффективности энергозатрат или использованию во¬
зобновляемых 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 рын¬
ка, приведенные в каждом направлении, были применены непос¬
редственно 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 цик¬
личный характер, нежели линейный. Решения, имеющие влияние
на конечный рыночный успех, принимаются на каждой стадии, и
обратная связь последующих стадий с опытом рынка и дальней¬
шим 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 ис¬
пользования возобновляемой энергии и снижения уровня выбро¬
сов газов, вызывающих парниковый эффект, который будет его
сопровождать, и второе — накопление знаний о производстве но¬
вых источников энергии более дешевым и эффективным спосо¬
бом. Совместное их действие оказывает значительное влияние на
новые технологии.
Техническая
демонстрация
безопасности и
чества выбросов.
Рис. 32. Стадии развития рынка
172
В исследованиях, проведенных МАЭ, было установлено, что
многие имевшие правительственную поддержку программы раз¬
вертывания имели успех в виде роста продаж и проникновения
на рынок. Однако при этом не принималась во внимание связь
между программами и решениями, принятыми инвесторами час¬
тного сектора. Люди, принимающие решения в промышленнос¬
ти, 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 правитель¬
ства в процессы развертывания на ранней стадии играло решаю¬
щую роль в поощрении вовлечения частного сектора и в активи¬
зации процесса изучения данного вопроса среди участников
рынка.
Существует эмпирическое свидетельство того, что развертыва¬
ние новых технологий на рынках со здоровой конкуренцией обус¬
ловливает изучение технологии, при этом стоимость использова¬
ния 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 пока¬
зателей, позволяют получить надежный и простой инструмент для
анализа технологии.
Разумеется, частный сектор инвестирует некоторые техноло¬
гии, которые еще не достигли точки безубыточности. При этом
ожидается, что стоимость использования новой технологии упадет
ниже текущей рыночной цены. Поскольку действующие техноло¬
гии могут все еще занимать большую часть рынка, они определят
рыночную цену на производимый энергетический продукт, а но¬
вая технология позволит получать чистую прибыль, которая воз¬
местит капиталовложения, затраченные на изучение оборудова¬
ния. Однако существующие фирмы имеют тенденцию отдавать
предпочтение уже существующим технологиям. Даже зная о воз¬
можностях 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 продолжи¬
тельность изучения выгод новых технологий как слишком неопре¬
деленные, и любая компания может столкнуться с риском того,
что некоторые или все выгоды от инвестирования на ознакомле¬
ние могут закончиться тем, что технологии будут перехвачены
конкурентами. Таким образом, если они вложат инвестиции в не¬
зависимое изучение, то, вероятно, выберут те технологии, кото¬
рые уже значительно продвинулись по кривой ознакомления
(хотя исключения из этого возможны, например, в тех случаях,
173
когда новые технологии были внедрены в соответствии с внутрен¬
ней 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, тен¬
денция к инерции со стороны участников рынка создает класси¬
ческий случай для действий со стороны правительства, который
экономисты характеризуют как положительное внешнее влияние.
В том случае, если частные инвесторы не будут инвестировать изу¬
чение технологии, которая может считаться готовой к выходу на
рынок, необходимо, чтобы правительство, которое может иметь
другое представление о риске и более низкие капитальные издер¬
жки, 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 зада¬
чу этой книги. Однако стоит отметить, что эмпирически наблюда¬
емые эффекты ознакомления помогают в тех случаях, когда ана¬
лиз затрат и прибылей используют для установления того, начи¬
нать ту или иную программу развертывания. В некоторых
анализах затрат и прибылей не принимаются во внимание дина¬
мические последствия программ, в этом случае такие анализы бу¬
дут замыкаться в существующих технологиях и их вариантах. Так¬
же организационные изменения могут вызвать изменения в харак¬
тере 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 отно¬
сительной эффективности старой и новой технологии, что ска¬
жется на расчетах затрат и прибылей. Качественные изменения
такого рода также вызывают интерес, так как они могут обеспе¬
чить 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 буду¬
щих издержек. Принимая во внимание, что имеющиеся техноло¬
гии имеют гораздо больший базис (т. е. производственные фонды,
опыт производства и управления, сеть распространения основной
и побочных видов продукции), скорость улучшения в этих техно¬
174
логиях медленнее, чем для новых технологий, а разница в цене
основной продукции по старой и новым технологиям будет сни¬
жаться со временем.
С изучением кривых опыта тесно связана тема распростране¬
ния технологии, а именно: как новые продукты и услуги продви¬
гаются на рынке. Идея, что принятие успешных новых продуктов
покупателями внутри отрасли растет по 5-образной кривой, давно
используется при изучении новых начинаний. Такая 5-образная
кривая показана на рис. 33.
Определение истинной формы 3-образной кривой довольно
сложно. Она включает четыре основных элемента процесса рас¬
пространения: собственно начинание, сообщение о инновации,
время и социальную систему, которая пытается принять новую тех¬
нологию. Каждый элемент является решающим для успешного рас¬
пространения 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 существу¬
ющими социальными ценностями;
• сложность инновации;
• возможность ознакомления с новым продуктом или техноло¬
гией;
Время после введения
Поздние
участники (16 %)
Рис. 33. Кривая распространения инноваций
175
• легкость, с которой новая технология может быть испытана
потенциальными пользователями.
Преимущество этанола состоит в том, что этанол должен вос¬
приниматься 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 фак¬
торы, такие, как социальный престиж, удобство, улучшение эко¬
логической обстановки, также играют роль в определении отно¬
сительного преимущества. Это признано, и важно подчеркнуть,
что продолжающееся улучшение имеющейся технологии пред¬
ставляет собой подвижную мишень для новых технологий энер¬
гетики, т. е. относительное преимущество меняется и будет ме¬
няться со временем.
Успешные инновации должны соответствовать существующим
ценностям, прошлому опыту и потребностям потенциальных кли¬
ентов для их принятия. Больше времени требуется на принятие
тех технологий, которые потребуют внесения изменений в соот¬
ветствии с ценностями и нормами общества. Принятие таких ин¬
новаций, которые несовместимы с ценностями общества, потре¬
бует предварительного принятия новой системы ценностей. На¬
пример, забота об охране окружающей среды является подлинной
ценностью, которая становится частью системы ценностей обще¬
ства, но она все же в незначительной степени определяет относи¬
тельное преимущество новой технологии.
Быстрее будут приняты инновации, которые легко понятны
для большинства членов общества. Например, жидкие виды био¬
топлива, с которыми можно обращаться, как с бензином и дизель¬
ным топливом, будут более понятны потребителям, чем газообраз¬
ное биотопливо.
Наглядность — это еще один показатель, который влияет на
скорость принятия новых технологий. Чем легче можно будет уви¬
деть 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 непроверен¬
ные, 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: отно¬
сительное преимущество (реальное или воспринятое), совмести¬
мость, сложность, наглядность и возможность апробации.
176
6.8. ХАРАКТЕРИСТИКА РЫНОЧНЫХ БАРЬЕРОВ
Совокупность рыночных барьеров позволяет рассматривать при¬
нятие новых технологий как рыночный процесс, концентрируя
внимание на ограничениях, в рамках которых инвесторами и по¬
требителями 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 техно¬
логии.
Таблица 28. Виды рыночных барьеров
Барьер
Главная характеристика
Типичные меры
Неконкурентная
рыночная цена
Искажение цены
Информация
Издержки исполнения
Риск покупателя
Финансы
Крупные масштабы эконо¬
мики и выгоды от изуче¬
ния еще не поняты
Издержки, связанные с су¬
ществующими технология¬
ми, иногда не включены в
цену, поскольку обычные
технологии могут быть суб¬
сидированы
Необходимо знать о нали¬
чии и характере продукта
уже в период инвестирова¬
ния
Издержки исполнения ре¬
шения по закупке и исполь¬
зованию оборудования
Восприятие риска может
отличаться от истинного
риска. Трудности прогнози¬
рования на соответствующий
период времени
Первоначальные издержки
могут быть высоким порогом.
Несовершенство рынка для
получения фондов
• Капиталовложения в
изучение вопроса
• Дополнительное тех¬
ническое развитие
• Регулирование между¬
народных инвестиций
или возврата субсидий
• Специальные компен¬
сирующие налоги или
сборы
• Исключение рыночного
субсидирования
• Стандартизация
• Маркировка
• Надежные независимые
источники информации
• Удобные и прозрачные
методы расчетов для при¬
нятия решений
• Демонстрация
• Рутинные меры для
облегчения расчета
• Условия для финанси¬
рования третьей сторо¬
ной
• Особое финансирова¬
ние
• Регулировка финансо¬
вой структуры
12- 8098
177
Продолжение
Барьер
Главная характеристика
Типичные меры
Неэффективная ор¬
ганизация рынка по
отношепию к новым
технологиям
Чрезмерное/неэффек¬
тивное регулирование
Ставки оборота акци¬
онерного капитала
Специфические тех¬
нологические барьеры
Стимулы разделены не кор¬
ректно: владелец/ разработ¬
чик/ потребитель не одина¬
ково заинтересованы в новых
технологиях. При этом круп¬
ные компании могут сдержи¬
вать развитие рынка для со¬
хранения своих позиций
Регулирование на основе
традиций отрасли, заложен¬
ных в стандартах, не успева¬
ет за развитием
Невозвратные издержки,
налоговые правила, требую¬
щие долгой амортизации
и инерции
Часто относятся к сущест¬
вующим инфраструктурам,
обслуживающим производ¬
ственное оборудование и
обладающим опытом ра¬
боты с ним
• Реструктуризация рын¬
ков
• Либерализация рынка
может заставить участ¬
ников рынка искать но¬
вые решения
• Регулирующая реформа
• Регулирование на ос¬
нове результатов работы
• Регулировка налоговых
правил
• Капитальные субсидии
• Внимание к аспектам
системы по использова¬
нию технологии
• Связать меры с другими
важными вопросами биз¬
неса (производитель¬
ность, охрана окружаю¬
щей среды)
В соответствии с законами рыночной экономики правитель¬
ства имеют право вмешиваться в экономику только в ситуации, в
которой рынок не способен сам эффективно накапливать ресурсы
и когда вмешательство позволит улучшить социальное благососто¬
яние. В «сильной» форме —это форма правительственного вме¬
шательства, если рыночные барьеры включают в себя несостоя¬
тельность рынка. В этом случае правительство должно вмешивать¬
ся в рыночные отношения для исправления несостоятельности
рынка. Как только это сделано, правительство должно предоста¬
вить возможность решения о покупке новых технологий частному
сектору. Поэтому нужно учитывать, до какой степени определив¬
шиеся 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 мес¬
178
то 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 катего¬
рий барьеров несостоятельности и их отношения к развитию рын¬
ка 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 развития это¬
го направления в России.
Искажение цены. Искажение цены возникает, когда некоторые
издержки и прибыли, которые возникают от использования про¬
дукции, не отражены в продажной цене. Наиболее обычным при¬
мером 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 из¬
держек на техобслуживание и на обществе как более высокие рас¬
ходы на здравоохранение. Эти издержки обычно не включаются в
стоимость продукции.
Правительства могут предпринимать и предпринимают дей¬
ствия для устранения этих искажений цены. Так, налог на транс¬
портные виды топлива относится к дифференцированному налогу,
который применяли в некоторых странах к бензину с большим со¬
держанием тетраэтилсвинца до запрета на использование бензина с
этой присадкой. Этот дополнительный налог, который снимал фи¬
нансовый стимул использовать бензин, содержащий недорогой тет¬
раэтилсвинец, очень эффективно повлиял на ускорение перехода
от этилированного бензина к неэтилированному. В случае приме¬
нения бензина с примесью этанола анализ воздействия на окружа¬
ющую среду показывает, что при использовании этого топлива на¬
блюдается снижение выбросов газов, вызывающих парниковый эф¬
фект, 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 име¬
ют необходимую информацию, чтобы принимать информированные
решения. Время и усилия, требуемые, чтобы собрать и проанализи¬
ровать информацию о новых продуктах, могут серьезно замедлить их
принятие обществом. Выше уже говорилось, что передача информа¬
ции 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.
12*
179
В Канаде в 2004 г. было проведено исследование общественного
мнения об информированности по поводу применения смеси бен¬
зина и этанола [220]. Целью этого исследования было определить:
• уровень осведомленности населения страны в целом;
• поведение покупателей при альтернативном выборе: исполь¬
зовать смеси бензина и этанола или только бензина;
• отношение населения к использованию смеси бензина и эта¬
нола.
В результате информационного исследования были сделаны
следующие главные выводы:
• осведомленность и знание о смеси бензина в смеси с этано¬
лом среди владельцев личных автомобилей в Канаде очень низ¬
кие;
• информационные барьеры существуют, но могут быть пре¬
одолены при использовании средств массовой информации путем
выражения озабоченности по поводу совместимости смесей бен¬
зина и этанола с типом автомобиля, его безопасностью и работой;
• канадцы продемонстрировали почти единодушную поддерж¬
ку увеличению использования смесей бензина с этанолом. Они
полагают, что правительство Канады должно делать больше в этом
направлении. Они также активно поддержали почти все меры, на¬
правленные на увеличение использования смесей бензина с эта¬
нолом, которые были испытаны.
Издержки выполнения сделок. Близко к вопросу информирова¬
ния лежит вопрос стоимости принятия решений. Большое ко¬
личество маленьких закупок стоит дорого и может поглотить
прибыль от выбора технологий производства экологически бе¬
зопасного топлива. Если потребители должны дополнительно пе¬
реплачивать за этаноловую составляющую бензина, стоимость
сделки заставит многих покупателей и продавцов хорошо поду¬
мать, прежде чем сделать такую покупку.
Вряд ли это можно отнести к случаю с этанолом, так как сделка
будет, вероятно, происходить между заводом по производству эта¬
нола и торговцем бензином. Что касается нисходящих денежных
потоков (транспорт и реализация) от этой сделки, то все последу¬
ющие сделки должны быть прозрачными. Стоимость сделки вряд
ли станет значительным барьером для развития рынка этанола.
Неэффективная организация рынка. Неэффективная организа¬
ция рынка наблюдается, когда одна фирма или небольшая группа
фирм действуют одинаковым образом и используют преимуще¬
ства того, что они являются поставщиками обычной продукции,
для того чтобы противиться усилиям проникновения на рынок
новой технологии. Так, например, существует много потребите¬
лей транспортного топлива, но все они покупают продукцию у ог¬
раниченного количества компаний. В большинстве стран крупные
180
компании контролируют значительную часть розничных запра¬
вочных станций в одном районе. Есть также компании, произво¬
дящие конкурентоспособный бензин. Для того чтобы этанол про¬
ник на рынок и был доступен конечному потребителю на дальнем
конце цепочки, этанол должен быть интегрирован в существую¬
щую распределительную сеть.
За небольшим исключением этот выход на рынок был значи¬
тельным барьером на пути развития отрасли по производству эта¬
нола в Канаде. Заметным исключением можно назвать успех, ко¬
торый имела фирма «Соштегс1а1 А1соЬоЬ>, организовав долговре¬
менные контракты с компанией «Випсог апс! Ре1го Сапаёа». В этом
конкретном случае интерес нефтеперерабатывающего предприя¬
тия возрос благодаря возможности использовать этанол для повы¬
шения октанового числа автомобильного топлива. Нефтеперера¬
батывающие заводы смогли в результате увеличить производство
ароматических веществ для рынка химических продуктов, воспол¬
нив снижение октанового числа автомобильного топлива за счет
этанола.
Чрезмерное / неэффективное регулирование. Правила и стандар¬
ты часто имеют предписывающий характер и не всегда непосред¬
ственно определяют эффективность работы. Применение правил
и стандартов может быть эффективно в тех случаях, когда есть
значительный опыт работы с продуктом и работа может соответ¬
ствующим образом контролироваться. Система работает не осо¬
бенно хорошо, когда вводятся новые виды продукции и нет доста¬
точного опыта по использованию этой продукции, которая может
иметь совершенно другие характеристики, чем продукция, полу¬
чаемая с использованием обычной технологии.
Во многих странах правила разрабатываются путем совмест¬
ных усилий производителей, потребителей и регулирующих ор¬
ганов. В большинстве случаев производители — наиболее знаю¬
щие участники дискуссии, и они оказывают более сильное влия¬
ние 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 ви¬
дам еще не освоенной в больших промышленных масштабах про¬
дукции.
Наилучший пример того, как неэффективное регулирование
сказывается на производстве этанола, — это, вероятно, измерение
пределов давления паров топлива. Для контроля летучести бензи¬
на во всем мире используют измерение давления насыщенных па¬
ров (ДНП) по Рейду. Эта характеристика измеряется при темпера¬
туре 38 °С и является «моментальным» снимком показателей дав¬
ления паров топлива при одном определенном состоянии работы.
181
В любом конкретном сезоне топливо подвергается воздействию
температур, которые могут быть как ниже, так и выше этой темпе¬
ратуры. Для бензинов, состоящих только из углеводородных ком¬
понентов и удовлетворяющих другим характеристикам, только
одно измерение ДНП при 38 °С обеспечивает обоснованное пред¬
сказание, как давление паров топлива может повести себя в широ¬
ком интервале температур.
Зависимость кривой ДНП бензина, содержащего этанол, от
температуры значительно отличается от кривой такой же зависи¬
мости для бензина, содержащего только углеводороды. Использо¬
вание измерения пределов давления паров по Рейду в качестве
контрольной характеристики для смеси бензина с этанолом по¬
зволяет в большой степени защититься от проблем испарения
бензина при низкой температуре и, возможно, в меньшей — при
высокой температуре. Для обеспечения хорошего холодного за¬
пуска двигателя на нефтеперерабатывающих заводах в зимнее вре¬
мя года в бензин добавляют изобутан и другие сжиженные углево¬
дородные газы, что решает вопросы по эксплуатации автомобилей
даже при очень низких температурах. Это может обусловить со¬
здание иной характеристики для смеси этанола с бензином, чему
всегда противились лица, занимающие ответственные посты.
Фактически это может служить примером неэффективного регу¬
лирования рынка для создания рыночных барьеров.
Развитие промышленности этанола с точки зрения перспективы
преобразования рынка
Как было сказано выше, трудно сконцентрировать достаточ¬
ную покупательную способность, чтобы положение топливного
этанола стало другим. Покупательная способность, которую необ¬
ходимо обеспечить для завода производительностью 100 млн л,
составляет 1 млрд л бензина. Это огромная задача, которая услож¬
няется торговыми барьерами, с которыми этанол сталкивается в
некоторых районах.
Пока трудно представить, как принципы концепции инновации
бизнеса могут быть применены к топливному этанолу со значитель¬
ным успехом в России. В некоторых частях мира, где имеются боль¬
шие объемы отходов, таких как выжимки после производства саха-
•ра из свеклы на заводах или шелуха рисовых зерен, которые имеют¬
ся 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 матери¬
ала в этанол, в настоящее время не готовы для коммерциализации.
Другим потенциальным применением концепции инновации биз¬
неса могут быть такие технологии переработки сырья, с помощью
которых можно было бы перерабатывать целлюлозные отходы в
182
этанол и высокоценные продукты. Сочетание дешевого сырья и по¬
путных продуктов может привести к получению очень дешевого
этанола. В то время как некоторые организации работают над эти¬
ми подходами, они еще не готовы для коммерциализации.
ОБОБЩЕНИЕ ВОПРОСОВ РАЗВИТИЯ РЫНКА
Имеется четыре главных и два второстепенных барьера разви¬
тия 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 при¬
месью этанола, но они обеспечивают систему продвижения этано¬
ла, с помощью которой этанол достигает конечного потребителя.
3. Финансовый риск. Собирать долговую часть необходимого
капитала проекта может быть трудно. В России нет кредиторов,
которые бы интересовались потребностями больших сельскохо¬
зяйственных перерабатывающих предприятий.
4. Риск бизнеса. Успешные новые виды бизнеса должны нара¬
щивать финансирование с помощью акций и кредитов, иметь за¬
воды, спроектированные и построенные, работать на новом обо¬
рудовании 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, кото¬
рые уменьшают выбросы вредных по экологическим характерис¬
тикам газов и газов, вызывающих парниковый эффект, продаются
по такой же цене, как и виды топлива, которые оказывают вред¬
ное 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 углево¬
дородного сырья. Во многих случаях это способствует увеличению
стоимости полученных смесей и возникновению трудностей при
их транспортировке и применении.
Когда рассматривается развитие рынка этанола, возникает не¬
сколько вопросов, которые можно выделить особо.
1. За прошедшие 25 лет данный вопрос в значительной степе¬
ни изучался, что позволило снизить стоимость сооружения завода
по производству этанола и издержки производства этанола.
183
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 содер¬
жание белка (более высокое содержание крахмала) и обеспечива¬
ли бы более высокие урожаи для производителей. Аналогичная
работа по выведению новых сортов кукурузы велась в США в пос¬
ледние 10 лет, и заводы по производству этанола сейчас использу¬
ют эти новые сорта и добиваются высоких выходов этанола.
3. Россия занимает лидирующие позиции в технологии по пре¬
вращению целлюлозных материалов в этанол. Подходит время для
внедрения новых технологий, но нет государственных программ,
предназначенных для того, чтобы помочь их внедрить. Без госу¬
дарственной 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, вос¬
пламеняющееся, обогащенное кислородом топливо.
• Этанол смешивают с бензином в количестве до 10 % (об.). Эта
формула топлива одобрена всеми иностранными производителя¬
ми 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.) этано¬
ла и выше используется в автомобилях с универсальным потребле¬
нием топлива.
• Этанол используется при производстве этил-трет-бутилово¬
го эфира. ЭТБЭ применяют для повышения октанового числа и
улучшения характеристики отработанных газов автомобиля.
Насколько этанол совместим с компонентами топливных систем в
топливных насосах и карбюраторах?
Автомобили сегодня делают совместимыми с топливом, содер¬
жащим этанол. Когда этанол был впервые использован в начале
1980-х годов, у некоторых автомобилей было отмечено ухудшение
состояния эластомеров (материала прокладок) и металла — ком¬
понентов топливной системы. Очень быстро производители усо¬
вершенствовали эти компоненты топливной системы, так что се¬
годня они все совместимы с различными видами топливного эта¬
нола.
Как работает этанол в машине?
Все международные концерны — производители автомоби¬
лей одобряют использование смесей этанола и бензина, это отме¬
чается в инструкциях по эксплуатации автомобиля для владель¬
цев, в разделах о дозаправке или о свойствах бензина. Компания
13-8008 185
«Оепега1 МоЮге» в инструкции по эксплуатации рекомендует ис¬
пользовать 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 отмеча¬
ется повышенное содержание оксида углерода (обогащенный кис¬
лородом 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. Не¬
которые компоненты бензина, такие, как олефины, могут образо¬
вывать 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 помога¬
ют 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 огра¬
ниченных 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 ис¬
пользовании смеси топлива с небольшим количеством этанола.
Предполагается, что экономия топлива может снизиться приблизи¬
тельно на 2 % в автомобилях с топливным инжектором. Топливо
Е85 имеет более высокое октановое число (антидетонационный ин¬
декс 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 усло¬
вий вождения. В то же время использование этанола способствует
поддержанию чистоты двигателя и всей топливной системы.
Будет ли топливная смесь с этанолом вызывать образование газо¬
вых пробок?
Нет! Мировые стандарты на давление насыщенных паров бен¬
зина продолжают снижаться, практически устраняя проблему га¬
зовых пробок, о которых сообщалось в прошлом. Все крупные
производители автомобилей сейчас устанавливают топливные на¬
сосы в бензобаке, что не приводит к образованию паровых про¬
бок, как это было со старыми бензонасосами в бензопроводе.
186
Если используют этанол, нужно ли применять антифриз в бензо¬
проводе?
Нет! Антифриз для бензопровода содержит спирт — метанол,
этанол или изопропанол. Все спирты способны поглощать 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 автомо¬
биля, так как этанол в топливе сгорает при более низкой темпера¬
туре. В действительности многие мощные гоночные двигатели ис¬
пользуют чистый спирт как раз по этой причине.
Будет ли смесь бензина с этанолом способствовать созданию про¬
бок в топливопроводах?
Случаи, когда топливные фильтры оказываются засоренными,
в настоящее время практически не отмечаются. «Очищающая»
природа топливных смесей с этанолом на практике поможет дер¬
жать вашу топливную систему в еще большей чистоте и улучшать
ее работу. В загрязненной топливной системе загрязнители и ос¬
татки, отложившиеся от прежних заправок бензином, могут от¬
стать от поверхностей. Эти остатки будут накапливаться в топлив¬
ном фильтре, а когда система подачи топлива прочистится, это
улучшит работу автомобиля.
Не будет ли смесь бензина с этанолом притягивать влагу в топлив¬
ную систему?
Нет! Все современные автомобильные топливные системы яв¬
ляются закрытыми системами и не могут притягивать влагу. Наи¬
более вероятная причина попадания воды в бензин сегодня — это
ее попадание из бензохранилищ АЗС, что бывает достаточно ред¬
ко. Этанол будет сорбировать влагу из топливной системы, пре¬
дотвращая замерзание топливопроводов зимой. При использова¬
нии этанола нет необходимости добавлять средство от обледене¬
ния. Если загрязнение водой становится слишком высоким,
может произойти расслоение бензина и водноспиртового раство¬
ра, который осядет на дно топливного бака автомобиля. Если это
произошло, лучше удалить загрязненное водой топливо и напол¬
нить бак новой порцией смеси бензина с этанолом, который сор¬
бирует 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
ч- 187
очень мало информации по составу топлива, так что, если возни¬
кают проблемы с двигателем, предположительно связанные с топ¬
ливом, некоторые механики немедленно относят их к этанолу.
Можно ли топливо с примесью этанола использовать для мало¬
мощных 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 ис¬
пользуется неэтилированный бензин — от вездеходов до цепных
бензопил, от газонокосилок до личного катера. В действительнос¬
ти любой производитель маломощных двигателей, включая фир¬
мы «Нопда», «В裏з & 81гаиоп», «Того/Ьам/пЬоу», «КоЫег» и
«Зпаррег», 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 на¬
дежды. Прежде всего при добавлении этанола к топливу увеличи¬
вается 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. Дизель¬
ное 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 рыноч¬
ную стоимость, чем бензин из нефти с таким же октановым чис¬
лом. 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 доро¬
гими.
Стандартное октановое число смешения этанола равно 113.
Обычно один объем этанола, добавленный к 9 объемам бензина из
нефти, позволяет поднять октановое число смеси до уровня следу¬
ющего сорта. Эти факты могут быть неизвестны потребителям или
даже некоторым розничным торговцам. Но вопреки обычным
188
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 про¬
дуктов 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 этано¬
ла, применяемого в качестве топлива и питьевого спирта, исполь¬
зуется только крахмал зерна, при этом нетронутыми остаются вы¬
сокого качества богатые витаминами кормовые продукты — сухая
барда или корм из зернового глютена. Производство этанола по¬
зволяет получить много ценных попутных продуктов, полезных
для человека и животных. Так, по опыту США из 1 бушеля куку¬
рузы, использованного в процессе производства топливного эта¬
нола, 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, кото¬
рый 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 произ¬
водство бензина?
Да, однако этанол следует сравнивать с другими высокооктано¬
выми компонентами бензина, а не с бензином в целом. В действи¬
тельности внедрение новых технологий позволяет постоянно сни¬
жать природоохранные и монетарные издержки производства эта¬
нола. При использовании этанола снижается количество вредных
выбросов в выхлопных газах автомобилей, он является возобнов¬
ляемым видом топлива и поэтому обеспечивает такие преимуще¬
ства, которые бензин никогда не сможет обеспечить. Нефтяная
промышленность во многих странах в течение ряда лет имела на¬
логовые 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 становит¬
189
ся более эффективным и менее энергоемким. Ожидается, что,
когда процесс переработки целлюлозы в этанол будет отлажен,
стоимость производства этанола значительно снизится. Вечнозе¬
леные волокнистые культуры и твердые отходы будут также ис¬
пользованы 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 име¬
ет такой состав, что конечный продукт попадает в пределы опре¬
деленных характеристик с наименее дорогостоящими имеющими¬
ся 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
расширения использования этанола прежде всего потому, что он
заменяет их продукцию. Однако крупнейшие нефтяные компании
Европы и США активно поддержали введение в действие стандар¬
тов 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 концентра¬
ции 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 эта¬
нола с бензином будут в скором времени производиться и в США,
когда будет вырабатываться гораздо больше этанола или следую¬
щий 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 потреб¬
лением топлива, которые стоят столько же, как модели автомоби¬
лей для бензина, и могут работать на любой смеси этанола с бен¬
зином. Хотя на дорогах США эксплуатируется уже свыше 3 млн
190
АУПТ, многие люди с удивлением узнают, что у них уже есть та¬
кой 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 работа¬
ет на Е85, изготовленной предприятиями фирм «Роге!», «Сепега1
Мо1ог8», «Ва1т1ег-С11гу81ег» или «Мегседез-Веш».
Какие новые рынки этанола существуют потенциально?
Этанол используется в составах различных бытовых очисти¬
тельных 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 количе¬
ство токсичных химических веществ в автокосметике. Топлив¬
ный этанол может стать обычным топливом для маленьких са¬
молетов, так как самолетам низкой высоты полета нужно высо¬
кооктановое топливо для замены этилированного авиационного
бензина.
Как использование этанола позволяет снизить количество вред¬
ных выбросов автомобиля?
Поскольку молекула этанола содержит кислород, это способ¬
ствует более чистому, более эффективному сгоранию бензина, что
приводит к снижению содержания СО в выхлопных газах. Эта¬
нол-простое химическое вещество, при сгорании которого не
образуются загрязнители, имеющие сложную формулу, и арома¬
тические соединения. Сами выбросы различаются в зависимости
от конструкции двигателя. Ниже приведено сравнение характери¬
стик снижения вредных веществ в выбросах топлива Е85 по срав¬
нению 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» хими¬
ческих свойствах этанола по отношению к двигателю, который
использует все преимущества этих свойств.
191
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 про¬
цесс сгорания помогает бензину сгорать более полно, оставляя
меньше загрязняющих веществ.
Что такое реформулированный бензин?
Термин «реформулированный бензин» используется для опи¬
сания бензина, который позволил снизить количество опасных
для здоровья выбросов из выхлопной трубы. Нефтяная отрасль в
США ввела сорта бензина с измененной формулой после приня¬
тия Положений штатов о чистоте воздуха и федерального Закона о
чистом воздухе 1990 г. Бензин с измененной формулой в том виде,
как он производится сейчас, не содержит некоторые летучие, бо¬
лее легкие компоненты бензина, которые вносят вклад в образова¬
ние смога, а также некоторые ароматические вещества, о которых
известно, что они опасны для здоровья. Агентство по охране окру¬
жающей среды США требует, чтобы реформулированный бензин
содержал оксигенаты, если он используется в районах с повышен¬
ным содержанием озона и оксида углерода.
Если компоненты бензина попадают в систему водоснабжения, бу¬
дет ли этанол опасен для нашей воды?
Нет! Этанол — самый безопасный компонент в бензине в на¬
стоящее время. Этанол быстро биоразлагается в поверхностных
водах, грунтовых водах и почве.
Как влияет этанол на глобальное потепление?
Диоксид углерода (С02) считается главным виновником гло¬
бального потепления. Процесс производства этанола из био¬
массы культур, выращиваемых ежегодно, не приводит к увели¬
чению концентрации диоксида углерода в атмосфере. Сегодня
большую часть этанола производят из зерновых культур и са¬
харного тростника, которые, как все растения, в процессе роста
«вдыхают» С02 и «выдыхают» кислород. Поэтому рост исполь¬
зования топлива из возобновляемой биомассы частично ком¬
пенсирует глобальный эффект потепления в результате сжига¬
ния бензина.
Как влияет этанол на биоразложение бензола в почве?
Этанол — самый безвредный и биологически разлагающийся
компонент бензина. Когда бензин заражает почву или воду, эта¬
нол — первый из компонентов топлива, который быстро, безо¬
пасно и естественно биоразлагается. Исследование, предприня¬
192
тое отраслью, производящей МТБЭ, позволяет предположить,
что в случае разлива топлив, содержащих этанол, он разлагается
первым, а бензол сохраняется в окружающей среде дольше. Одна¬
ко при этом следует учесть, что топлива с примесью этанола со¬
держат меньшие количества бензола, а реальную угрозу окружаю¬
щей среде представляет присутствие в бензине бензола, а не эта¬
нола.
Что горит чище: этанол или бензин марки АИ-95?
Многие высокооктановые бензины — это смеси бензина с ок¬
сигенатами, в том числе с этанолом. Если бензин содержит кисло¬
родсодержащие добавки, он будет гореть чище, чем бензин, не
смешанный с оксигенатами. Характеристики выбросов при сгора¬
нии высокооктанового бензина из углеводородного нефтяного сы¬
рья практически не отличаются от аналогичных показателей при
сгорании бензина с более низким октановым числом.
Не вызывает ли бензин в смеси с этанолом рост выброса уксусно¬
го альдегида?
Комитет по политике в области охраны окружающей среды Ка¬
лифорнии в декабре 1999 г. в обзоре о влиянии этанола по сравне¬
нию с МТБЭ на качество воздуха сделал вывод о том, что исполь¬
зование этанола приводит к небольшому росту выбросов уксусно¬
го альдегида и пероксиацетилнитрата, и это «более чем
компенсировано уменьшением формальдегида», токсичного заг¬
рязнителя 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 перокси¬
ацетилнитрата».
Какова разница между этанолом и метанолом?
Этанол —это спирт, получаемый в результате действия фер¬
ментов, также используемый как питьевой спирт, его производят
прежде всего из зерна, а также из крахмала, сахара, картофеля,
сыворотки сыра, сахарной свеклы, целлюлозы, продуктов лесного
хозяйства или бумажных отходов. Для получения метанола обыч¬
но используют природный газ или уголь, он также известен как
древесный спирт. Метанол очень коррозионно опасен, более ле¬
туч, чем этанол, и может повредить пластиковые и резиновые
компоненты топливной системы (эластомеры). Благодаря его изо¬
билию метанол, вероятно, будет использоваться как топливо в бу¬
дущем, но он не такой безопасный для окружающей среды, как
этанол, он не возобновляем.
193
Что такое МТБЭ и ЭТБЭ?
Этил-тре/л-бутиловый эфир (ЭТБЭ) и метил-трет-бутиловый
эфир (МТБЭ) являются высокооктановыми эфирами с низкой ле¬
тучестью; их получают реакцией соединения спирта с изобутиле¬
ном на 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 био¬
массы способом, очень похожим на производство питьевого
спирта, который потреблялся людьми с незапамятных времен.
МТБЭ, напротив, — токсичная добавка, произведенная из изобу¬
тилена и метанола. В соответствии с докладом, сделанным
«СатЬпдёе ЕпУ1ГОптеп1а1», маловероятно, что воздействие паров
этанола из смеси бензина с этанолом может вызвать вредные по¬
следствия для здоровья. Так как этанол от природы присутствует
в крови и тело быстро устраняет этанол, маловероятно, чтобы
воздействие паров этанола повредило каким-либо образом здо¬
ровью.
Почему мы не используем чистый этанол вместо его смеси с бен¬
зином?
Бразилия смогла сделать так, что почти половина парка авто¬
мобилей работает на топливном этаноле, но было бы непрактично
делать это сразу. Большинство двигателей следует модифициро¬
вать, чтобы они могли работать на чистом этаноле, и появится но¬
вая проблема — запуск холодного двигателя. К счастью, 10%-ный
уровень содержания этанола в топливе не требует переделки дви¬
гателя, однако он вносит немедленный вклад в снижение уровня
вредных выбросов.
Требует ли смесь с этанолом особого обращения?
Только при особых обстоятельствах. Торговец бензином дол¬
жен откачать любую воду, собравшуюся в резервуаре хранили¬
ща, и установить дополнительно фильтр в шланг для раздачи.
Поскольку используемые сезонно маломощные двигатели, та¬
кие, 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. Со¬
блюдение этих мер предосторожности обеспечит оптимальную
эксплуатацию вашей техники при работе на смеси бензина с
этанолом.
194
Что такое автомобили с универсальным потреблением топлива
(ПехН)1е-Гие1 УеЫс1е)?
К концу модельного 2005 г. на дорогах появилось 5,2 млн авто¬
мобилей, работающих на топливе Е85. Фирмы «Оагткг-СНгузкг»,
«Рогё», «ОМС», «Магёа», «Мегсигу», «Мегсейез-Вепг» 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 промыш¬
ленного производства этанола. Этанол используют как топливо, или
он поступает на нефтехимические предприятия, его применяют при
производстве лекарств или косметики или ряда других высокоцен¬
ных 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 ко¬
торой 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 раз¬
нообразны, поэтому имеют большую ценность, чем продукты, по¬
лученные в результате сухого помола, однако стоимость строи¬
тельства и эксплуатации завода, использующего влажный про¬
цесс, выше. Если целью строительства завода переработки зерна
является производство этанола, то этого можно достичь при мень¬
ших 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 ис¬
пользовать вводящие в заблуждение и неточные расчеты энергии
для того, чтобы дискредитировать энергетическую выгоду произ¬
водства этанола. Этанол позволяет расширить запасы топлива и
получить чистую энергию.
Из каких продуктов можно производить этанол?
Зерновые, сахарный тростник, сахарная свекла, остатки карто¬
феля и сыворотка от производства сыра в настоящее время ис¬
195
пользуются там, где они имеются в наличии по конкурентоспо¬
собным ценам. В этанол можно также превращать целлюлозные
материалы. Целлюлозные материалы — это травы, деревья, остат¬
ки сельскохозяйственных культур, отходы бумаги и даже муници¬
пальный твердый мусор. Процесс переработки целлюлозы в эта¬
нол в настоящее время слишком дорог, чтобы целлюлоза могла
конкурировать с кукурузой или сахарным тростником как сырьем,
но новые технологии помогут сделать это коммерческой реально¬
стью в течение следующего десятилетия. В настоящее время ведут¬
ся исследования с недавно разработанными энзимами, которые
позволяют превращать целлюлозу в сахар, который затем может
быть ферментирован в этанол. Это бы означало создание не толь¬
ко большого запаса чисто горящего возобновляемого этанола, но
также снижение объема отходов, загрязняющих среду нашего оби¬
тания.
Если производство этанола обходится дороже производства бен¬
зина, зачем мы должны поддерживать производство этанола и по¬
треблять его?
Для этого имеется много причин. Этанол, произведенный в
стране, повышает ценность производства зерновых культур, по¬
зволяет создавать новые рабочие места и стимулировать рост эко¬
номики. Рыночная цена бензина не отражает внешних издержек,
таких, например, как растущая стоимость здравоохранения, выз¬
ванная загрязнением воздуха. Если бы эти расходы были добавле¬
ны к подлинной стоимости бензина, он стоил бы намного дороже
этанола. Технология быстро развивается, стало возможным про¬
изводить этанол из целлюлозы, превращая в этанол остатки дре¬
весины, быстрорастущие культуры и твердый мусор. Важно обес¬
печить спрос на рынке для этанола сегодня, чтобы иметь стимул
вести непрерывные исследования по поиску менее дорогих источ¬
ников этанола.
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
• ЕЮ — смесь 10 % (об.) этанола и 90 (об.) бензина.
• Е85 — 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 автомо¬
биль с универсальным потреблением топлива или работающий на
двух видах топлива, или спроектированный для работы, по край¬
ней мере, на одном альтернативном топливе». Обычно автомоби¬
ли, 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 (ИехгЫе-Гие! УеШс1е — ГРУ) — автомобиль с общим топлив¬
ным баком, сконструированный для работы на разных смесях не¬
этилированного бензина с этанолом или метанолом.
• Автомобиль с чистым топливом (Оеап-РиеI УеШс1е) — любой
автомобиль, сертифицированный Агентством по охране окружаю¬
щей среды США как удовлетворяющий федеральным стандартам
по выбросам в атмосферу. -Стандарты на выбросы из выхлопной
трубы автомобилей с чистым топливом для легковых машин и лег¬
ких грузовиков соответствуют Программе низкого содержания
загрязнителей в выхлопе автомобилей Совета по ресурсам воздуха
штата Калифорния.
• Автомобиль, работающий на двух видах топлива. По опреде¬
лению Закона об энергетической политике 1992 г. это «автомобиль,
предназначенный для работы на сочетании альтернативного топ¬
лива и обычного топлива». К ним относятся:
— автомобили, использующие смесь бензина (или дизельного
топлива) и альтернативного топлива в одном баке, обычно назы¬
ваемые автомобилями с универсальным потреблением топлива;
— автомобили, способные работать или на альтернативном
топливе, или на обычном топливе, или на обоих одновременно,
197
используя две топливные системы. Обычно такие автомобили
называют битопливными 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, исполь¬
зуя только одно топливо за один раз» (см. битопливный автомо¬
биль).
• Агентство по охране окружающей среды США (Ц.8.
ЕпуггоптепШ РгЫесйоп Арепсу — 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, пестицида¬
ми и токсичными веществами. Агентство также контролирует
выбросы выхлопных газов для различных автомобилей, видов топ¬
лива и добавок к топливу, определяет стандарты на содержание
загрязнителей в выбросах из выхлопных труб автомобилей и про¬
цедуры испытаний.
• Альтернативное топливо. Как определяется в Законе США об
энергетической политике 1992 г., это «...метанол, денатурированный
этанол и другие спирты, отдельно или в концентрации 85 % (об.)
или более в смесях с бензином или другими видами топлива; сжа¬
тый природный газ, жидкий природный газ, сжиженный нефтя¬
ной 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 преиму¬
щества в энергетической безопасности и ...охране окружающей
среды».
• Американское общество по тестированию и материалам
(А8ТМ) — некоммерческая организация, обеспечивающая специ¬
фикации (технические условия) и процедуры тестирования каче¬
ства бензина в США.
• Антидетонаторы. Популярный термин, так называют компо¬
ненты, добавляемые в бензин для повышения октанового числа и
уменьшения детонации двигателя.
• Антидетонационный индекс (АДИ). Принят в США для
оценки способности бензина противостоять детонации. АДИ —
это есть полусумма октановых чисел по исследовательскому и мо¬
торному методам: (ОЧИ+ОЧМ)/2.
• Антиокислительная присадка — соединение, добавляемое в
качестве стабилизатора для противостояния образованию смолис¬
того осадка при окислении бензина.
• Ароматические соединения — высокооктановые компоненты
198
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 выбро¬
сы из выхлопной трубы оксида углерода (СО) и других вредных
веществ.
• Бензол — ароматическое соединение с шестью атомами угле¬
рода 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 авто¬
мобилями двойного топлива «Оиа1-Рие1».
• Биомасса. Возобновляемое органическое вещество, например
сельскохозяйственные культуры, остатки после сбора сельскохо¬
зяйственных культур, деревья, отходы животных и муниципаль¬
ные отходы, водные растения, грибные поросли и другие, исполь¬
зуемые для производства энергии.
• Британская тепловая единица (ВТ1Л. Британская тепловая
единица — количество теплоты, необходимой, чтобы поднять тем¬
пературу 1 фунта воды на один градус по шкале Фаренгейта.
• БТЭК (ВТЕХ англ.) — промышленный термин, относящийся
к группе ароматических углеводородов: бензол, толуол, этилбен-
зол и ксилол (см. Ароматические соединения).
• Бутан. Углеводородный газ, легко переходящий в жидкое со¬
стояние, получаемый из природного газа. Используется как ком¬
понент бензина для автомобилей. Может перерабатываться далее
в высокооктановый компонент бензина, используется как компо¬
нент сжиженного газа для бытового и промышленного примене¬
ния и в качестве сырья для нефтехимического синтеза.
• Бушель (американский) — мера объема: 1 бушель = 35,2393 лит¬
ров.
• Газохол. 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 термина¬
ми, как «ЕЮ неэтилированный», «Супернеэтилированный плюс
этанол» или «Неэтилированный плюс».
• Галлон (американский) — мера объема жидкосгей: 1 галлон =
= 3,78543 литра.
• Гибридный электрический автомобиль (НуЬпс1-Е1ес(пс
УеИЫе — НЕУ) — автомобиль, приводимый в движение двумя или
199
более источниками энергии, один из которых — электричество.
Он может сочетать двигатель и топливную систему обычного авто¬
мобиля с аккумуляторами и электродвигателем в едином приводе
колес.
• Глобальное потепление — возможность возрастания гло¬
бальной температуры. Может быть вызвана увеличением выб¬
росов газов, создающих парниковый эффект, в нижние слои ат¬
мосферы.
• Давление насыщенных паров по Рейду — метод определения
давления паров бензина, используемый в качестве показателя ле¬
тучести (характеристики парообразования) бензина.
• Диоксид углерода (С02) — продукт горения, образование ко¬
торого не наносит вред непосредственно здоровью человека. Но
это «парниковый газ», который задерживает теплоту Земли и спо¬
собствует 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 на¬
растание отложений во впускном коллекторе, впускных отверсти¬
ях и на обратной стороне впускных клапанов.
• Дорожное октановое число. Термин используется для марки¬
ровки октанового числа на щитах розничных бензоколонок в
США. Определяется как (ОЧИ+ОЧМ)/2. То же самое, что антиде-
тонационный индекс.
• Закон о среднем расходе топлива (Государственный закон
США №94-163). Закон (принят в 1975 г.), который установил фе¬
деральные стандарты экономии топлива, основанные на результа¬
тах средней экономии топлива, полученных производителями ав¬
томобилей в городе и на шоссе для парка легковых и грузовых ма¬
шин.
• Закон об альтернативных видах топлива для автомобилей
1998 г. (Государственный закон США №100-494). Поощряет раз¬
витие, производство и демонстрацию альтернативных видов топ¬
лива для автомобилей и автомобилей, работающих на альтерна¬
тивном топливе.
• Закон об энергетической политике 1992 г. (ЕРАСТ)
(Государственный закон США №102-486). Широкого спектра за¬
кон, принятый 24 октября 1992 г. Главы III, IV, V, ХУ, XIX Закона
касаются альтернативных видов транспортного топлива. Закон по¬
ощряет приобретение автомобилей на альтернативном топливе
для федерального парка автомобилей, предлагает отменить лимит
200
на кредиты по Закону о средней экономии топлива, которые произ¬
водители автомобилей могут получить путем поставки автомоби¬
лей с двойным топливом и универсальным потреблением топлива,
и требует, чтобы автомобильные парки в больших городских райо¬
нах покупали АУПТ. Устанавливает налоговые стимулы на покуп¬
ку автомобилей с универсальным потреблением топлива, на пере¬
делку обычных автомобилей на бензине для работы на альтерна¬
тивном топливе и на установку заправочного и перезаряжающего
оборудования с помощью частного сектора.
• Ингибитор коррозии — добавка, используемая для уменьше¬
ния коррозионных свойств топлива.
• Испарения углеводородов — испарения продуктов, получен¬
ных из сырой нефти. Обычно это пары, образующиеся в результа¬
те неполного сгорания или испарения жидкого бензина. Эти заг¬
рязняющие вещества способствуют образованию озона в нижних
слоях атмосферы.
• Канцерогены — химические соединения, о которых известно,
что они вызывают рак.
• Катализатор — вещество, присутствие которого меняет ско¬
рость химической реакции, само при этом не изменяя свой по¬
стоянный состав. Катализаторы могут быть или ускорителями,
или замедлителями (ингибиторами) реакций. Большинство не¬
органических катализаторов — это металлы и их оксиды в виде
порошка или гранул, главным образом используемые в нефтя¬
ной, химической отраслях промышленности, в также в автомо¬
билях.
• Ксилол — ароматический углеводород, получаемый из нефти
и используемый для увеличения октанового числа. Высоко ценит¬
ся как нефтехимическое сырье. Ксилол является фотохимически
высокореактивым 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 ЫОх в присут¬
ствии солнечного света и образуют озон.
• Лигниноцеллюлоза — 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 суще¬
ствуют в виде дискретных частиц (жидких или твердых) самых
различных размеров. Являются вредными выбросами при сгора¬
нии топлива.
14 - 8098
201
• Масла для разжижения — масла, обычно используемые в до¬
бавках для снятия отложений, чтобы контролировать образование
отложений на впускных клапанах.
• Метанол (метиловый спирт, древесный спирт). Обычно его
изготавливают из природного газа. В 1980-х годах метанол исполь¬
зовался в сочетании с более тяжелыми спиртами в качестве анти-
детонационной добавки к бензинам. Рассматривается также воз¬
можность его использования в качестве «чистого» (без примесей)
топлива в автомобилях специальной конструкции. Иногда его
смешивают с бензином.
• Министерство энергетики США (Ц.Я. Рерайтеп! оГ Епегеу —
РОЕ) — 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, снабже¬
ние, распространение информации, регулирование, исследова¬
ние, 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 ограни¬
ченном снабжении кислородом, например в двигателях автомоби¬
ля. 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 спо¬
собность к изучению и восприятию информации.
• Моюшая присадка — присадка, используемая для предотвра¬
щения образования и/или очистки от отложений на карбюраторе
и топливном инжекторе.
• МТБЭ (метил-/ярет-бутиловый эфир) — эфир, образуется в
результате реакции между метанолом и изобутиленом, высокоок¬
тановый и низколетучий. МТБЭ — топливный оксигенат, разре¬
шается его содержание в неэтилированном бензине до 15 %. Од¬
нако.было показано, что МТБЭ загрязняет подземные воды, по¬
этому его постепенно удаляют из топливных запасов во всем мире.
• Озон. Образуется, когда кислород и другие соединения всту¬
пают в химические реакции на солнечном свету. В верхних слоях
атмосферы озон защищает Землю от ультрафиолетовых солнеч¬
ных излучений. Полезный в верхних слоях атмосферы, на уровне
земли озон раздражает дыхательные пути и считается загрязните¬
лем.
• Озон на уровне земли — продукт взаимодействия углеводоро¬
дов, оксидов азота и солнечного света с образованием коричневой
202
мглы в нижних слоях атмосферы, также называемой фотохими¬
ческим смогом.
• Оксиды азота (N0^ — прежде всего это N0 и Ы02, а также
другие оксиды в малых концентрациях загрязнители воздуха. При
больших давлениях и высоких температурах (1250—1400 °С) в дви¬
гателе атомы азота и кислорода, вносимые с воздухом, вступают в
реакцию и образуют различные оксиды азота. Оксиды азота вно¬
сят свой вклад в содержание озона на уровне земли и образование
смога, а также в образование кислотных дождей.
• Оксигенат — термин, используемый для обозначения октано¬
вых компонентов, содержащих кислород. Молекулы оксигенатов
состоят из углерода, водорода и кислорода. В их число входят
эфиры (например, МТБЭ, ЭТБЭ, ТАМЭ) и спирты (этанол, мета¬
нол и др.).
• Октановое число по исследовательскому методу ОЧИ
(ЯезеагсН Остапе) — октановое число, получаемое на одноцилинд¬
ровом испытательном двигателе при мягких условиях его работы
(частота вращения коленчатого вала 600 мин-1, температура вса¬
сываемого воздуха 52 °С, угол опережения зажигания 13 град).
Имеет более высокие значения, чем ОЧМ.
• Октановое число по моторному методу ОЧМ (МоЮг
Ос1апе) — октановое число, получаемое на одноцилиндровом ис¬
пытательном двигателе при жестких условиях его работы (частота
вращения коленчатого вала 900 мин-1, температура всасываемой
смеси 149 °С, угол опережения зажигания переменный). Оказыва¬
ет влияние на высокую скорость и детонацию при частичном
дроссельном ускорении и работе двигателя под нагрузкой, движе¬
нии 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 атмосфе¬
ры Земли в результате поступающей солнечной радиации. В атмос¬
фере Земли излучение поглощается молекулами С02, Н20, 03, мета¬
на, оксидов азота, хлоруглеродов и других газов. За счет парникового
эффекта повышается средняя температура планеты. В результате ан¬
тропогенных воздействий содержание С02 и других газов, поглоща¬
ющих в инфракрасном диапазоне Земли, постепенно возрастает.
• Полный топливный цикл. Включает в себя все выбросы в ат¬
мосферу, включая такие аспекты, как производство, продвижение
товара к потребителю, выделение паров топлива и так далее, не¬
жели просто выбросы из выхлопной трубы.
• Поправки к Закону о чистом воздухе 1990 г. — серии поправок
к первоначальному Закону о чистом воздухе США, которые содер¬
14*
203
жат 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 глав¬
ным образом как топливо.
• РеФормулированный бензин — бензин, у которого изменены
состав и/или характеристики для уменьшения выбросов загрязни¬
телей из автомобиля.
• Сжатый природный газ — природный газ, сжатый под боль¬
шим 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. Произво¬
дится из сырой нефти, главным образом используется как сырье
для нефтехимической промышленности и автомобильное топ¬
ливо.
• Сжиженный природный газ — природный газ, сконденсиро¬
ванный в жидкость обычно методом криогенного охлаждения
газа.
• Смог — видимая дымка в воздухе, вызванная прежде всего
макрочастицами и озоном.
• Спирты — органические соединения, в состав молекулы ко¬
торых входит гидроксильная группа. Два простейших спирта: ме¬
танол 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 каталитичес¬
кого риформинга бензина.
• Топливная батарея — электрохимический двигатель (нет под¬
вижных частей), который превращает химическую энергию топ¬
лива, такого как водород, и окислителя, такого как кислород, не¬
посредственно в электричество. Принципиальные компоненты
топливной батареи — это каталитически активированные электро¬
204
ды для топлива (анод) и окислитель (катод) и электролит для про¬
ведения ионов между двумя электродами.
• Топливный этанол — этанол, смешанный с бензином, ис¬
пользуемый как топливо для транспортного сектора.
• Требования к октановому числу — уровень октанового числа,
необходимый для обеспечения работы данного двигателя без дето¬
нации.
• Уксусный альдегид (СНОСНО) — альдегид, образуется при
сгорании этанола.
• Ферментация — химический распад соединения, который
происходит в органическом веществе на воздухе под воздействием
микрооргани змо в.
• Фотохимический смог (озон уровня земли) — дымка корич¬
невого цвета в нижних слоях атмосферы, образующаяся в резуль¬
тате взаимодействия углеводородов, оксидов азота и солнечного
излучения.
• Чистое топливо — топливо, свободное от примесей, не сме¬
шанное с другими видами топлива.
• Эластомеры — резиноподобные соединения, используемые
для изготовления деталей бензопроводов, испарительных фильт¬
рующих 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 ок¬
сигенат, который улучшает сгорание и уменьшает количество
вредных выбросов в атмосферу. Может использоваться в чистом
виде (без примесей) как топливо в специально сконструирован¬
ных автомашинах.
• ЭТБЭ (этил - трет - бутиловый эфир) — эфир, по своим свой¬
ствам похожий на МТБЭ. Топливный оксигенат производится пу¬
тем взаимодействия изобутилена и этанола. Высокооктановое со¬
единение низкой летучести. ЭТБЭ может быть добавлен в бензин
в количестве до 17 % для улучшения сгорания и уменьшения ко¬
личества вредных выбросов в атмосферу.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ЗеЛасек Оате1. ЕШапо1, а КепешаЫе Рие1. // Кепе^аЫе Рие!з А$$оаапоп, 2002.
2. \Уап% М., Запскз С., Запит О. ЕПес1$ оГ Рие! Е1Ьапо113хе оп Рие1-Сус1е Епегду
апс! ОгееЫюизе Оаз Еттйззюпз. // АЫЬ/Е50-38. Сетег Гог ТгапзроПаиоп КезеагсЬ,
Епещу 8у$1ет$ Омзюп, Аг^оппе Ыа1юпа1 ЬаЬогаЮгу, Лапиагу 1999, 32 р.
3. Закон США №95-618.
4. Закон США №96-223.
5. Закон США №96-294.
6. 115. Ыа(юпа1 А1соЬо1 Рие1з Сотгтззюп КероП: А Зиттагу: А1соЬо1 Рие1з
Ргоу15юп5 оГ 1Ье Сгис1е Ои \*/тсЗГа11 РгоГи Тах Асг.
7. Закон США №97-424.
8. Закон США №99-198.
9. Закон США №101-508.
10. Закон США №100-494.
11. .Оауй/ Е. ОизНее. АкетаНуе Рие1$: Аге ТЬеу Кес1ист§ ОИ ГтроПз? //
Сопвге$510па1 КезеагсЬ 5етсе, Арп1 9, 1993.
12. Капустин В. М., Кукес С. Г., Берталусини Р. Г. Нефтеперерабатывающая
промышленность США и бывшего СССР. М.: Химия, 1995. 304 с.
13. Г. О. ЫсЫ. \УогЫ ЕШапо1 & ВюГие1з Керой, У2 N. 19, Липе 6, 2004.
14. Р.РА 1пёи$1гу ОиИоок 2006, р. 24.
15. Ы.5. ЕШапо1 1пс1из1гу РгойисИоп Сарасйу ОиИоок // СаНГош1а Епег^у
Сотгшззюп. 5ТАРР К.ЕРОКТ, 2005, 11 р.
16. /ойл М. V,гЬапсНик. Сопзитег 1трас1з оГ 1Не Кепе^аЫе Рие1 31апс1агс1. //
ЬЕСО, ЬЬС, Мау 2003, 16 р.
17. Ас1ете. Ыяшй ВюШек Ые^огк, АсЙуЦу Кероп. Арп1 2003.
18. Вег§. Рие1 ЕШапо1, 2003.
19. Р.О. ЫсЫ. \Уог1с1 Е1Напо1 апс! ВюГиек КероП. Липе 26, 2003.
20. Щик! Рие1з Ггош Бютаэз: N01111 Атепса. 1трас1 оГ ТЧоп-ТесЬтса! Вагпегз
оп 1шр1ешеп1аиоп. // (5&Т)2 Сопзикамз 1пс., 2000.
21. Ехрепепсе Сип/ез Гог Епег^у ТесКпо1огу РоИсу. // 1ЕА, 2000.
22. Сгеайпё Магке(5 Гог Епегву Тес1гпо1о§у. // 1ЕА, 2003.
23. ВгагШап ЕШапо1. А Кеу1е\у оГ Ргос1испоп. 5иЪ$кИез апс1 1мегуеп1юп. //
АРТА. 2003.
24. I. СоМетЬег%, 5. СоеИИо. ВгагШап АрргоасЬез апс! Ехрепепсез. // С1оЬа1
Рогиш Оп 5из1ашаЫе Епегву РоиПЬ МееНпв. ЧЧеппа, Аиз1па. РеЬ 2004.
25. Е. Сап>аИ1о. ВгагШал 5и§аг апс! Е1Ьапо1 Магке1. 2004.
26. Оа1аего. Оа1а&го Ые\У51еиег, Липе 2003.
27. \Уог1с1 апй СапасНап ОиИоок Гог Огатз апс1 ОПзеедз т 2004—2005. //
Аёпсикиге апс1 А^п-Роос! Сапас1а. Лапиагу 20, 2004. Уо1. 17. 1ЧитЬег 2.
206
28. М. ВаПеу. ЕШапо! ш 5азка(сЬешап. // Рге5еп1а1.юп ас 5аь'ка(сЬе\уап А^гшзюп
СопГегепсе. ,1апиагу 30, 2002.
29. Вюсар. А СапаФап Вютазз 1пуепюгу: РеейзЮскз Гог ВюЬазеё Епег§у.
Ргерагед Гог 1пёиз1гу Сапайа. .1ипе 27, 2003.
30. РгезеШаиоп ю Епегву апс! Мшез М1шз1еге СопГегепсе. // СРР1. \Ушшре§,
МапИоЬа. 5ер1етЬег 16 , 2002.
31. ЕШапо! т Отапо. А 1ош1 Визтезз Ргороза1 (о тее* 1Не Е1Напо1 Р1ап оГ гИе
Ооуеттеп! оГ Оп^апо. // СРР1. 2004.
32. С)еуе1орте МапНоЬа’з Е1Напо1 1пби51гу. // Ноте^гом! Епег^у: МапкоЬа
Епег^у Оеуе1ортеп1 1пШа!1Уе. 2004, 16 р.
33. Рогещп АепсиИига! Тгайе оГ гЬе ШЛей 51а*ез. РАТЫЗ. // ШОА. 2005.
34. Е1Ьапо1 апсЗ (Не Ьоса1 Соттиш1у. // А1Л5 СопзиИатз ап<1 5ЛЧ & Сошрапу,
2002.
35. Тау1ог Ые1зоп ЗоГгез. ВюГие1з ш Ргапсе апб Зрат. // А Керол Гог Тазк 27 1ЕА
ВюГие1з.
36. Мй1-Уеаг Есопогшс апй р!зса1 Ои11оок. 2002—2003, р. 46.
37. В. Маи^Игеп. У1аЬШ1у оГ $и§аг Сапе Вазей Рие1 ЕШапо!. // АизсгаНап Вигеаи оГ
А^псиИиге апс! Кезоигсе Есопогтсз КероП ю гЬе Оералтет оГ АепсиНиге, Роге51гу
ап(1 Р^Непез, СапЬегга, ОсюЬег 2001, р. 34
38. Ноп У. Ноу/агй. 8аГе§иагс1тё 1Ье РиШге: Аи51гаНа’$ Кезропзе 1о С1гта1е
СНапее. // МесИа Яе1еазе, ЫоуешЬег 20, 1997, р. 10.
39. Ре(ег МасСиврге. Е1Ьапо1-ТЪе ВР ехрепепсе ш Аи$1гаИа. // Вю/иек 2002, 31
ОсшЬег - 1 ИоуетЬег 2002, ВпзЬапе.
40. ВюГие1з Гог С1еапег Тгапзроп. // №1юпа1 Рапу оГ Аиз1гаМа, Соа1Шоп РоПсу
5га1ешет, 2001.
41. Вигеаи оГТгапвроп апс1 СопипишсаНопз Есопотюз. // Акетайуе Рие1з т
Аи$1гаМап Тгапзроп, 1пГогта1юп Рарег 39, АСРЗ, СапЬегга, р. 51
42. В. А УасоЬиса, \УотасИ. Рие! Е1Ьапо1: Васк^гоипс! апй РоНсу 1$зиез. //
Сопёгезйопа! КезеагсЬ Зетсе, ТЬе УЬгагу оГ Соп^гсзз, .1и1у 2, 2002.
43. А ЬИегаШге Кеу1е\у Вазей Азхеззтет оп ьЬе 1траа$ оГ а 20 % ЕШапо1 Рие1
В1епс1 оп 1Ье АизггаИап УеЫс1е Р1ее*. // ОгЪИа! Еп^пе Сошрапу, КероП Ю
ЕпУ1ГОптеп1 Аиз1гаПа, СапЬегга, NоVетЬег 2002.
44. Ргей ВгепсМеу. ЕгНапо1 ПазНротг. // ТЬе Ви11еип, ,1апиагу 28, 2003, р. 28-29.
45. МНсе ЗессотЪе. Зесгесу оуег саг-гоитз аскПпуе. // Зуёпеу Могшп§ Нега1с1,
ОесетЬег 10, 2002, р.1.
46. Кепе\уаЫе Риек Аиз^гаИа // \у\уц'.гепе\уаЫеШе1з.сот.аи
47. Си1 егНапоИз зиЬз^бу, зе1 а Итк, 1Ьеп Ьапйз оЯ-. // СапЬегга Т1тез,
РеЬгиагу 6, 2003.
48. Рассказчикова Т. В., Капустин В. М., Карпов С. А. Этанол как высокоокта¬
новая добавка к бензинам. Производство и применение в России и за рубежом //
ХТТМ. 2004. № 4. С. 3-7.
49. Карпов С. А. Актуальные аспекты производства топливного этанола в Рос¬
сии и США // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2006. ЬПр://
50. Дорфман Е. А. Топливный этанол и гидролизные технологии. — СПб.: ОАО
«ВНИИгидролиз», 2002. С. 52
51. Онойченко С. Н. Применение оксигенатов при производстве перспектив¬
ных автомобильных бензинов. — М.: Издательство «Техника*: ООО «ТУМА
ГРУПП», 2003. 64 с.
207
52. А. Сга/ ап4 Т. КоеМег. Оге§оп Се11и1о$е-Е1Ьапо1 Зшёу. // КероП ю (Ье
Оге^оп ОШсе оГ Епег^у, .1ипе 2000.
53. Мегпск & Со. 5оЛм/оос1 Вюта$& и> ЕНгапо! Реаз&Шгу 5(и<1у. // Мегпск
Ргоуес! N0. 19013104. КероЛ ю МЯЕЬ, ^пе 14, 1999.
54. С. Могт. ТЬе Уа1ие оГ 1Ье ВепеП1$ о Г 11.5. Вюшазз Ро\уег. // МК.Е1- Кероп
N0. МКЕЬ/5К-570-27541, ЫоуетЬег 1999.
55. ШпазсН, N. КааНаата, Е. К<шоу, 5. УеНШезН, Р. Яигу, Я. СоипК. Со$*5
апс! ВепеП*5 оГ а Вюта$$-1о-Е1Ьапо1 РгойисИоп 1пс1и51гу т СаИГогша. // СаКГогша
Епегву Сотгтваоп Кероп N0. Р500-01-002, 2001.
56. Вюе1Ьапо1—МОУ1П8 1пЮ гЪе Магке1р1асе. Ргобисес! Гог 1Не 13.5. Оерагипет
оГ Епегву (ООЕ) Ьу Ше КаИопа1 Кепе\уаЫе Епегву ЬаЬогаЮгу, а ООЕ пагюпа!
1аЬогаЮгу. // БОЕ/ОО-102001-1436. Кеуйес! Аиёи$1 2001, 4 р.
57. ЕШапо1-В1епс!ес1 Риек. // ЫеЬгазка ЕШапо! Воагс1, 2002, 61 р.
58. М. Еуапз. Есопотк 1трас1 оГ 1Ье Е)етапс1 Гог Е(Ьапо1. // Ргерагес! Гог Ше
М1сЬуе$1ет Соуетог’з СопГегепсе, РеЬ. 1997.
59. Е1Ьапо1 ап<11Ье Ьоса1 Соттипку. // А115 СопзиНаШз апс! 5Ш & Сошрапу,
.1ипе 2002.
60. Карпов С. А., Коханов С. И., Царев А. В., Капустин В. М. Октан-корректоры
автомобильных бензинов // Технологии нефти и газа. 2006. № 3. С. 17—21.
61. Данилов А. М. Применение присадок в топливах. М.: Мир, 2005. — 288 с.
62. Магарил Е. Р. Научные основы повышения эффективности и экологичес¬
кой безопасности эксплуатации автомобилей улучшением качества топлив. Авто¬
реферат дисс. д.т.н. Тюмень: Тюменский ГНУ, 2005, 41 с.
63. ВесЫоШ, ЮсЬагё Ь. АНетаПУе Рие1$ Ошс1еЪоок: Ргорел:1е$, ЗЮга^е,
015реп51Пё, апс! УеЫс1е РасЦйу МосШсапопз, 1997.
64. 1о\уа АиЮ Е)еа1ег5 Е1Ьапо1 Зигуеу. // 1о\уа Сот РгогпоИоп Воагс1, 5ер1. 1996.
65. 1о\уа 1пс1ерепс1еп1 АиЮтойуе ТесЬтаап Е1Ьапо1 Зигуеу. // 1о\уа Сот
Ргошоиоп Воагс1, 5ер1. 1997.
66. 1о\уа 5та11 Саз Епвте апс! Кесгеа1юпа1 Зетсе СеШеге ЕШапо1 Зигуеу. //
1о\уа Сот Ргошоиоп Воаг<1, 5ер1. 1997.
67. Капустин В. М., ГуреевА.А. Технология переработки нефти и газа. Часть II.
Физико-химическая технология переработки углеводородного сырья. М.: КолосС,
2006. 480 с.
68. Карпов С. А. Автомобильные бензины с улучшенными экологическими
свойствами // Экология и промышленность России, январь 2006 г. С. 30—32.
69. Капустин В. М., Карпов С. А., Коханов С. И. Многофункциональная присад¬
ка к автомобильным бензинам // Программа и тезисы докладов 2-й Российской
конференции «Актуальные проблемы нефтехимии». Уфа, октябрь 2005. С. 183.
70. Расасазчикова Т. В., Карпов С. А. Проблемы и перспективы использования
этанола в качестве октаноповышающей добавки // Сб. тезисов докладов научной
конференции «Молодежная наука — нефтегазовому комплексу*. Москва, март
2004. С. 25.
71. Рассказчикова Т. В., Капустин В. М., Карпов С. А. Алифатические спирты
как октаноповышающие добавки // 4-й международный форум «Нефтеперера¬
ботка и нефтехимия», СПб., 6—9 апреля 2004 г. Сборник трудов форума,
с. 253-254.
72. Борзаев Б. X., Даниленко Т. В., Капустин В. М. Применение этанола в каче¬
стве октаноповышающей добавки: преимущества и недостатки // 3-й Междуна¬
208
родный симпозиум «Нефтяные дисперсные системы». Москва, 10 декабря 2004.
Сборник трудов симпозиума. М.: Техника ТУМА ГРУПП, 2004. С. 72—73.
73. Шпак В. С., Шаповалов О. И., Исаков В. Б. Перспективы применения оксиге-
натных биотоплив из возобновляемых источников сырья. М.: Химия, 1988. 356 с.
74. Карпов С. А. Экологически чистая присадка к автомобильным бензинам.
// Тезисы докладов III Всероссийской научно-практической конференции
«Нефтегазовые и химические технологии». Самара, октябрь 2005. С. 135.
75. Рассказчикова Т. В., Давидович В. А., Капустин В. М. Использование сме¬
сей алифатических спиртов в качестве антидетонационной добавки к бензину //
3-й Международный симпозиум «Нефтяные дисперсные системы». Москва, 10 де¬
кабря 2004 г. Сборник трудов симпозиума. М.: Техника ТУМА ГРУПП, 2004. С. 104
76. Опоё/пеА Н., Вапс1е1 //ТЧеш Епег^у Сопзег/аНуе Тескпо1о8у Ргосез$. Вег1ш.
1981, р. 134
77. Капустин В. М., Рассказчикова Т. В., Карпов С. А. Рациональное использо¬
вание октаноповышающих добавок и присадок и их влияние на эксплуатацион¬
ные свойства бензинов // Научно-практическая конференция «Современное со¬
стояние процессов переработки нефти». Уфа, 19 мая 2004 г. Материалы конфе¬
ренции. Уфа: ИНХП, 2004. С. 161-162.
78. Карпов С. А. Современные аспекты производства автомобильных бензи¬
нов в России // Технологии нефти и газа. 2006. № 4. С. 3—8.
79. Капустин В. М. Проблемы повышения качества российских бензинов //
ХТТМ. 2005. № 2. С. 13-15.
80. Андрианов О. В., Рассказчикова Т. В., Капустин В. М., Царев А. В., Карпов С. А.
Присадка к автомобильному бензину. Патент РФ №2260033. 2005.
81. Терентьев Г. А., Тюков В. М., Смаль Ф. В. Моторные топлива из альтерна¬
тивных сырьевых ресурсов. М.: Химия, 1989. С. 270.
82. Гуреев А. А., Азев В. С. Автомобильные бензины. Свойства и применение.
М.: Нефть и газ, 1996. С. 444.
83. Карпов С. А. Повышение экологических и антидетонационных характерис¬
тик автомобильных бензинов введением многофункциональных присадок //
Нефтепереработка и нефтехимия. 2006. № 1.
84. Патент РФ № 2161639. 2001.
85. Онойченко С. Н. Разработка и исследование композиций неэтилированных
бензинов, содержащих этанол. Автореф. дисс. на соискание уч. степени к.т.н. //
М.: ВНИИНП, 2000.
86. Патент РФ № 2129141. 1999.
87. Емельянов В. Е., Капустин В. М., Карпов С. А., Рассказчикова Т. В., Утро-
бин А. Н., Подобрянский О. С., Утробин Н. П., Митин Н. А. Добавка к автомобиль¬
ному бензину. Патент РФ №2260034. 2005.
88. НапсПхюк Гог НапсШпе, Зюппй, апй 015реп$т8 Е85. // 11.5. ОераптеМ оГ
Епегву’з (ВОЕ), ОШсе оГ Тгап$рогШюп ТесНпок^ез. ООЕ/СО-1002001-956.
Ке\а$ес1 ОсюЬег 2002, 34 р.
89. Рассказчикова Т. В., Карпов С. А., Давидович В. А. Разработка октаноповы-
шающей добавки на основе алифатических спиртов // Научная конференция
«Молодежная наука — нефтегазовому комплексу*. Москва, 30 марта 2004 г. Сбор¬
ник тезисов конференции. М.: РГУНГ, 2004. С. 26.
90. Энглин Б. А., Коротков И. В., Веселянская В. М. и др. //Химия и технология
топлив и масел. 1990. С. 110.
209
91. Шевченко Е. Б. Исследование коррозионной агрессивности и ингибирование
спиртов и топлив на их основе. Автореф. дисс. на соискание уч. степени к.т.н. М.:
ВНИИНП, 1997.
92. Карпов С. А., Кунашев Л. X., Царев А. В., Капустин В. М. Применение али¬
фатических спиртов в качестве экологически чистых добавок в автомобильные
бензины // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2006. Ь»р://
ул»лу.одЬи$.ги-
93. Дубовкин Н. Ф., Брещенко Е. М. Легкие моторные топлива и их компонен¬
ты. Справочник. М.: Химия, 1999. 479 с.
94. Онойченко С. //., Емельянов В. Е., Богомолова Н. В., Александрова Е. В. Окта¬
ноповышающие добавки к бензинам, позволяющие улучшать экологические и
эксплуатационные характеристики топлива.
95. Марийе. Перегонка и ректификация в спиртовой промышленности //
Снабтехиздат, 1934. 487 с.
96. Фремель В. Б. Спиртовая промышленность. № 7. 1936.
97. Стабников В. Н. Перегонка и ректификация спирта. М.: Пишепромиздат,
1962. 503 с.
98. Добросердов Л. Л. Труды Ленинградского технологического института пи¬
щевой промышленности. Т. XV. 1958.
99. Даниленко Т. В. Разработка топливных композиций бензинов с добавлени¬
ем алифатических спиртов. Дисс. на соискание уч. степени к.т.н. М.: РГУ нефти и
газа им. И.М. Губкина, 2005. 155 с.
100. А. И''. Лпез. У. Апа1. Тох1со1. 9, 1985, 246 р.
101. О. Ее$1ег. ()иаП. .1. 51ис1. А1соНо1 23, 1962, 17 р.
102. Ашепсап СоипсИ оГ СоуетшеШа! 1п<1и$1па1 Ну&1ет$15 (АСС1Н). //
Ооситетапоп оГ 1Не ТЬгезЬоЮ Ытк Уа1ие$ апс! Вю1о&1са1 Ехрозиге 1шНсев, з!хгЬ
ейШоп. Сшсшпа11, ОН, 1991.
103. С. С1ауюп ат1 Р. С1ау1оп. РаПу’з 1пс1и5(па1 Ну^епе апс! Тох1со1ояу, ГоигШ
ейШоп. Уогк: .1о1ш \УПеу & 5оп$, 1994.
104. ЗагаН К. Агт5(гоп%, М.З., М.5. ЕТНАЬЮЬ. ВпеГ ЯероП оп Из 11$е т
ОазоНпе. // СагпЬпйее ЕпУ1гоптеп1а11пс. СатЬпс^е, МА 02141, МагсЬ 2, 1999, 6 р.
105. Р. Кгико#ег. Рогеп$1С 5ск 1п1. 21:1, 1983.
106. /). Ье$(егаги1 СгеепЬещ. (}. 51ис1. А1со1ю1 12:167, 1951.
107. Е РоНогеску апё У. Впек. РЬагшас. ТЬег. 36, 1988, 335 р.
108. N. Но1/ога. СИп. РЬагшасокш. 13, 1987, 273 р.
109.1АКС. 1АЯС Мопо^гарНв оп 1Не Еуа1иа1юп оГ Сагсшоёешс Шзкз ю Нишапз
уо1. 44. \Уог1(1 НеаНК ОгвашгаИоп: Ьуоп, Ргапсе, 1988.
110. Неа11Ь ЕЯесгз 1шШше (НЕ1). ГЬе Ро1ет1а1 Неа1сЬ ЕЯеск оГ Оху{»епа1е5
АсМей и> СазоНпе: А Кеу1е\у оГ Иге Сиггем Ькегашге. // НЕ1: СатЬпдее, МА, 1996.
111. Е. Сгоуеап, О. Сгоуеап, Я. СипашгЛепа апй Я.А. Яаатиззеп. // Епу1гоп. 5с1.
ТесЬпо1. 32, 1998, 736 р.
112. I. 5сЬаг(1ет. СНеписаНу 1пс1исес1 ВпсН ОеГес15, $есопс1 ес1. Магсе1 Оеккег:
Уогк, Ые^ Уогк, 1993.
ИЗ. Р. Аы1егноп апс! К. У1с(огт. 1пЬа1аиоп оГЕШапо1: ЬкегаШге Зигуеу апс! К1зк
А$$е$$теп1. // ШМ-гаррой 3/96. 1п$иш1е1 Гог МЦртесИст (1п$иш(е оГ
ЕпуцоптеШа! Мейкйпе), КагоЦпзка 1п$1]1и1е: 5Юск1ю1ш, 5\уе<1еп, 1996.
114. Капустин В. М., Глаголева О.Ф. и др. Технология переработки нефти.
Часть I. М.: Химия, КолосС, 2005. — 630 с.
210
115. АшЫеп1 Огопе Ехрозиге апй Етегвепсу Нозрка1 Айпйззюпз Гог Кезр1гаюгу
РгоЫетз т 13 11.5. СШез. // Нагуагё 11шуегейу, 5сЬоо1 оГ РиЬНс НеаМ, Гог 1Не
Атепсап Ьип§ АззоааИоп, 1ипе 1996.
116. Ьо*-Ьеуе1 ЕЛапЫ Рие1 В1епс15. // ООЕ/ОО-102005-2028, Арп1 2005, 2 р.
117. ]оНп М. игЬапсЬик. КеИеГ: 1трас1 оГ ап ЕШапо1 Мапс1а1е оп КеСаП Ьеуе1
ОазоИпе Рпсез т Оп1апо, .1и1у 12, 2004, 6 р.
118. А Сотрапзоп оГ СаШогша КеГогти1а1ес1 ОазоНпе Ю Рес1ега1 КеГоптш1а1ес1 СазоИпе.
// П)о\УП51пеат Аиетаиуез 1пс., 1пГогтаиопа1 ЕЧэситет # 970401, Арп1 1997,4 р.
119. У. А(11ег, Р. Сагеу. Ап- Тох1с5 Епйззюпз апс1 Неа1& Шзкз Ггот МоЬПе 5оигсез. //
ЕРА Рарег 89-34А.6 ргезеШеё а1 1Ье 82пс1 Аппиа1 МееНпё оГ сЬе А1г апс! \Уаз1е
Мапаеешет Аззоиаиоп, АпаЬе1т, СА, .1ипе 25, 1989.
120. 11.5. Е.РА. N31101131 А1г РоПтаМ Епйззюп Тгепск, 1990-1995, Ос1оЬег 1996.
121. 41.5. Е.Р.А. ЫопаИатгпет Агеа СазоНпе Бигуеу, МагсЬ 1997.
122. 11.5. Е.РА. ШеЪзИе, Мау 1997, Нио://\уулу.ера.еоу/е1оЬа1\уагшше/11оте.Ьт.
123. 1п(ета1юпа1 Епег^у От1оок 1998, АргИ 1998.
124. О. Рагктзоп. СаЦГогша геГтегз Ьа«1е оуег МТВЕ апс! геГогти1а1ес1 вазоНпе. //
СНегшса! & ЕпЕтееппв №\уз. ЫоуешЬег, 1998, Уо1. 105, р. 56.
125. Я. ЯНобез. СаШогша р1ап$ го Ьап МТВЕ Ггот §а5о1те. Арп1 5, 1999. // ОН &
Оаз 1оиша1, Уо1. 97, р. 39.
126. Ке11ег, А. К., Рготез, С. Ко$И1апс1, У.Яешег, /. 5иДе1, апй ]. Ьаз1. НеакЬ &
епу]гопшеп1а1 аззеззтеМ оГ МТВЕ. // Керой № *Ье воуетогз апс! 1е81$1аШге оГ 1Ье
5Ш1е оГ СаЦГогша аз зропзогес! Ьу 5В 521, ИоуешЬег, 1998.
127. Могзе, Р. М. Ргодисегз Ьгасе Гог МТВЕ рНазеош. // СЬетюа1 & Еп^пеепп?
Ке\УЗ. Арп1, 12, 1999 уо1. 77, р. 1-80.
128. С. Рагктвоп. Сгоште йЫаш Гог МТВЕ охуеепа1ез. // СЬегтса! Епвтеепп^.
1апиагу, 1998, Уо1. 105, р. 48.
129. й.А. ЗсНжгЪ, МТВЕ ЦеаМ аззезяпет тау 1оозеп СаШогта’з с1гшкш§ \уасег йап<1ап1.
// Епущ>птеп1а1 апс1 Заепсе ТесЬпок^У / N1?*’$, РеЬгиагу 1, 1998, Уо1. 33, р. 60—61.
130. Я. ЯкоАез. СаЦГогша р1апз ю Ьап МТВЕ Ггот §а$о1те. // ОН & Саз 1оита1,
Арп1 5, 1999, Уо1. 97, р. 39.
131. Ж Я. Нап1еу апс! А. ЕпЦапйе, Л г. НеаИЬ п$к аззеззтеШ оГ Ше гшегаИоп оГ
ип1еа<1ес1 еазоЦпе — а тоёе! Гог ре1го1еит ргойисГз. // \Уа1. 5а. Теск. 25, 1992, р. 65—72.
132. Т. М. Сигг апсI Я. I. Нотапп. Мапа^те УтЗег^гоипс! 51ога§е Тапк 5Ие$. //
Ро11ииоп Еп81пеегшё, Мау 1996, р. 40—44.
133. Н.Х. СопеиП. Со-5о1уепсу еГГес! 1П аяшГегв соп1ат1па1ес1 е1Ьапо1-
атепс1ес1 ^азоИпе. №тга1 а«епиас1оп оГ сЫоппа1ес1 ре1го1еит ЬуйгосагЬопз, апй о1Ьег
ог&ап1С сошроипйз. // СопГегепсе ргосеесИпез Ггот Ше Р1Ш1 1п1ета11опа1 1п 51Ш ап(1
Оп-$ке ВюгетесИа1юп 5утро51ит. А11етап, В.С. апс! А. Ьеезоп (ейз.), ВаиеПе Ргезх,
1999, р. 135-140.
134. Н. X. СопеиИ, С. 5. Ниш, Я.С.Р.О. 5атоз, апё Р.^.^. АН’агет.. ТНе тПиепсе оГ
1Ье еазоИпе оху§епа1е егНапо! оп аегоЫс апс! апаегоЫс ВТЕХ Вю(1е§гаёа11оп. // \Уа*.
Кез. 32, 1998, р. 2065-2072.
135. С. 5. Ниш, й. 5. Регге1га, Н. X. СогвеиИ, апй Р.У.У. АЫагеъ ЕГГес! оГеШапо! оп
аегоЫс ВТЕХ с1е§гас!агюп. // 1п зНи апб Оп-зИе ВшгетесИа^оп, (ейз) АНетап В.С.
апс! АХ. Ьеезоп, ВаСеИе Ргезз. Уо1., 4(1), 1997, р.49-54.
136. С. Е. НиЬЬагй, У. Р. Вагкег, 8. Р. О ’Наппезт, М. Уат1е%пепсН, Я. IV. СеНИат.
Тгапзроп апс1 Га1е оГ сНззоКес! тегЬапо!, теШуЬ^еШагу Ьи1у1 еШег, апй топоаготаИс
кускосагЬопз ш а 5Ьа11ош запс! аяшГег. Атепсап Ре(го1еит 1п5Иги1е, \Уаз1ипе1оп, Э.С. 1994.
211
137. Д. У. ЯеШ, Я. У. Яекщег, Р. С. ВапШотае, У. С. Сгау апс! А. 8. НиИтап. А
сошрага^уе аззеззтеМ оГ 1Ье 1оп§-1егт ЪеНаУюг оГ МТВЕ апс1 Ьепгепе т Р1опс1а,
II5А. // РгосеесИпвз оГ Ше Р1Ш1 1п1егпаиопа1 1п 5Ни апс1 Оп-зке ВюгетесИа1юп
5утрозшт., 5ап О1е§о, СаИГогта, 1999.
138. Ь.Я. КгитНо1г, М.Е. СаШтИ, У. М.Зи/1Иа. Вюс1е&гаёа1юп оГ ВТЕХ
ЬубгосагЪопз ипйег апаегоЫс сопдШопз. // СатЪп<1§е 1_1туег5ку Ргезз, СатЬпс^е,
1996, рр 61-99.
139. У. Е. Ьапйтеуег, Р. Н. СНареИе, Р. М. ВгасНеу, У. Р. Рапком>, С. Б. СИигск апс!
Р. О. ТгаШуек. Ра1е оГ МТВЕ ге1аИуе ю Ьепгепе т а вашИпе-сотаттагей аяшГег
(1993-98). // Огоипс1 \Уагег Мопког. Кетей. Ра11. 1998, р. 93-102.
140. Я. С. Вогйеп, Я. А. Ваше!, Ь. Е. ЬеВгип IV, апс! С. IV. Оауй. 1п1ппзгс
Ьюс1е8гас1аиоп оГ МТВЕ апс! ВТЕХ т а 2азо1те-сотатта1ес1 аяигГег. // \Уа1. Кезоиг.
Кез.ЗЗ, 1997, р. 1105-1115.
141. У. Р. Вагкег, С. Е. НиЬЬагй, Ь. А. Ьетоп. ТНе тЯиепсе оГ теШапо1 апс! МТВЕ
оп 1Не Га1е апс! регазгепсе оГ топоаготаИс ЬуйгосагЪопз т 8г<>ипс1\уа*ег. //
Ргосеедтвз оГ 1Не ре1го1еит ЬуёгосагЬош ап<1 ог^атс сНеписа1 т 8гоипс1\уа1ег.
ргеуемюп, йе1есйоп, апс! гезЮгаЧоп. №иопа1 \Уа*ег \Уе11 АззоааНоп, ОиЫт, ОЫо,
1990, р. 113-127.
142. У. М. Зи/1На апс! М. Я. МогтШе. АпаегоЫс ЫоёеёгадаНоп оГ кпо\Уп апс!
ро1епИа1 еазоИпе оху§епа!ез т 1Ье 1еггез1па1 зиЬзигГасс. // Епукоп. 5сь ТесЬпо!. 27,
1993, р. 976-978.
143. М. Я. МогтИе, 3. Ыи, апй У. М. Зи/Ша. АпаегоЫс ЫойевгасЫюп оГ зазоИпе
оху^епагез: ех1гаро1а1юп оГ тГогшапоп го шиШр1е зкез ап<1 гес1ох сопсШюпз. //
Епу1гоп. БЫ. ТесЬпо!. 28, 1994, р. 1727-1732.
144. С. К. УеН апс! У. Т. NоVак. АпаегоЫс ЫосЗеёгайаиоп оГ $азоПпе оху^епагез т
50115. // \Уа1ег Епукоп. КезеагсИ 66, 1994, р. 744—752.
145. У. Т. Л/омоА, С. В. Со!с!тИИ, Я Е. Вепо'ЧапёУ. Н. О’Впеп. ВЫеегасМоп оГтеШапо1
апс! 1егйагу Ьи1у1 акоЬо1 т зиЬбиг&се зуЯетз. // Ша1. $а. ТесЬпо1. 17, 1985, р. 71—85.
146. М. Ь. Вгиввеаи, А. Н'оос/ ат1 Р.8.С. Као. 1пПиепсе оГ ог^ашс со$о1уеп1з оп
1Ье зофйоп к!пеис5 оГ ЬуйгорЬоЫс ог8ап1с сЬеш1са1$. // Епу1гоп. 5с1. ТесЬпо!. 25,
1991, р. 903-910.
147. Р. У. ЗциШасе, У. Р. Рапкоы, N. Е. Когез апё У. 51. 2о%огзк1. Яеу1е\у оГ гЬе
епУ1гопшепш1 ЬеЬа\аог апс! Га1е оГ шеШу1 1еп-Ьи1у1 е1Нег. // Епу1гоп. Тох1со1. СЬет.
16:1836-1844.
148. Мегк 1пс1ех, Теп(Ь ЕйШоп. Мегск апс! Со., 1пс., КаЬшуЬ, N.^. 1989.
149. У. 5. 2о^опк1, А. Ь. ВаеНг, В. У. Ваитап, Л Ь. Сопгаб, Я. Т. йгем, N. Е. Копе,
IV. IV. 1арИат, А. МогАисНотк, У. Р. Рапкоы, апс/ Е. Я. Ц'аьНт&оп. Б^пШсаШ
Пп(Ипв$ апй \уа1ег-яиаШу гесотшепс1апоп5 оГ 1Ье т1ега8епсу оху^епагес! Гие1
аззеззшет. // Соп1аш. ЗоИз. 2, р. 661—679.
150. Р. V. СНпе, У. У. Оефпо апс! Р.8.С. Яао. РаЛШопюпв оГ аготайс сопзИШеШз
тЮ \уа!ег Ггош Ле вазоНпе апс1 оИгег сотр1ех гшхШгез. // Епу1гоп. 5с1. ТесЬпо1, 1991,
р. 914-920.
151. У.Р. Вагкег, Я. ИК СШНат, Ьетоп, С.1. МауДеШ, М. Рои!зоп апс! Е.А.
ЗисИску. СЬепгйса! Гаге аш1 1шрас1 оГ оху8епа!е$ 1п вгоипб^агег: $о1иЬШ1у оГ ВТЕХ
Ггогп ^азоИпе-охуёепаге сотроипс1$. // АР1 риЬПсаНоп пишЬег 4531, 1991.
152. Р. У. ЗдиШасе, У. 5". 2о^опк1, ИЛ С. МУйЪег ап<1 С. V. Рпсе. РгеИттагу
аззеззшет оГ (Ье оссиггепсе ап<1 ро55$]Ые зоигсез оГ МТВЕ т ггоипс1\уа!ег 1П 1Ье
ЫпЛес! Зииез 1993-1994. // Епу1ГОП. 5с1. Тес1то1. 30, 1996, р. 1721-1730.
153. Р.З.С. Яао, Е 5. Ьее апс! Я Рта1. Созовет апс! зофИоп оГ ЬуйгорЬоЫс
ог^апю сЬетюак. // Епу1гоп. 5с1. Тес1гпо1. 24, 1990, р. 647—654.
154. I. А. У/оой, В. С. ВоисНаЫ, М. Е Вгиззеаи апс! Р. ЗигехН С. Яао. Созовем
212
еПесй оп зогриоп апс! шоЬШ1у оГ ог^ашс сотагтпатз т $0115. // Скетозркеге 21,
1990, р. 575-587.
155. Р. ИкесИ-Юка, Р. 5.С. Као апй А.О. НотзЬу. 1п11иепсе оГ ог§атс созокетз
оп 1еаскт§ оГ ЬусЗгорЬоЫс ог§ашс скеписа1з 1Ьгои§Ь зоП5. // Епу1гоп. 5с1. ТесНпо!.
21, 1987, р. 1107-1111.
156. К. К. 5Шап, У. IV. ЗатЦ, М. О. АппаЫе апй Р.5.С. Као. 1пПиепсе оГ
кускоёупагшс апс! сотатшап! $ра!ла1 уапаЬНку оп т зки ПизЫпз е{ТесПУепе&5 апс!
еШаепсу. 6гоипс№а1ег 0иаШу: ДетесНаиоп апсЗ Рго1еспоп. // Ргосеесйпвз оГ Ше
Сгоип<3\уа1ег С?иа1ку СопГегепсе. 1АН5 РиЫ. по. 250, 1998.
157. В. К. МсКтпеу апс! У. В. ^ет. Ме&Ьокзт оГ 1оу/ шо1еси1аг и/е1&1и а1соко1з Ьу
ас11уа1ес1 51ис1§е. // 261Ь Аппиа1 Мее(ш§, Еп&1апс1 Зехуа^е апс! 1пс1из1па1 У/аз1ез
Аззп., Ра1гПе1с1, Сопп, 1954.
158. МУ. Мс1петеу апй М. Р. Вгуат. КеУ1е™ оГ теШапе ГеппепСаиоп
Гипс1атеп1а15. // Рие1 Оаз Ргос1ис1юп Ггот Ъютазз. \Мзе, ЭХ. (ес!.). СКС Ргезз, 1пс.,
1981, р. 19-46.
159. М. У. Мс1петеу апй М. Р. Вгуат. АпаегоЫс Йе^габаиоп оГ 1ас1а1е Ьу
зутгорЫс аззоаайопз оГ МеМапозагста Ьагкеп апс! йези1/оЫЬпо зреЫез апс! еЯес1 оГ
Н2 оп асеШе с1е§га(1а1юп. // Арр1. ЕпУ1Гоп. М1сгоЬю1. 41, 1981, р. 346—354.
160. Р. У. Метег. ТЬегторШс апаегоЫс ГегтепШюпх оГ Ьегшсе11и1озе апс!
Ьет1се11и1о5е-с1епуес1 а1с1озе зи^агз Ьу ТкегтоапаегоЬас1ег 51гаш В64. // АгсЬ.
МюгоЫо!. 143, 1985, р. 130-136.
161. В. Р. Ра1е1, С. К. Маскепуе апй В. У. А%пеы. РегтепШюп оГ ху!о$е апс!
Ьепп1се11и1о5е Ьус1го1у5а1ез Ьу ап е1кало1-ас1ар1ес1 сикиге оГ ВасгегоШез ро!урга^та(из. //
АгсЬ. М1сгоЫо1. 146, 1986, р. 68-73.
162. А. IV. КНап апй №. /). Миггау. 1зо1а1юп оГ а зутЫоИс сикиге оГ Куо зреаез оГ
Ьасгепа сараЫе оГ сопуегИпё се11и!о$е ю е1капо1 апс1 асейс аасЗ. // РЕМ5 МюгоЫоЬ
Ьеп. 13, 1982, р. 377-381.
163. В. 5сЫпк апй З.О. Хегкиз. М|СгоЫа1 есо)о§у оГ рес1т десотрозШоп т ашшс
1аке зесЯтетз. // Д. Сеп. М1сгоЫо1. 128, 1982, р. 393—404.
164. У. У/мег, Е. Вгаип апй Н. Р. 2аЬе1. АсеЮткгоЫит/аесаНз фес. поу., а 51пс11у
апаегоЫс Ьас1епит Ггот зе\уа§е $1ис1&е, ргос1ист{» е1капо1 Ггот ретозез. // 8уз1ет.
Арр1. МюгоЫоК 9, 1987, р. 71-76.
165. В. 8сЫпк, Т. Е. ТНотрвоп апй У. С. 2е1киз. Скагааептапоп оГ Ргорютзр/га
агЬопз §еп. Ыоу., а пйгоёеп-Пхтз апаегоЫс соштоп (о \уес\уоос!5 оГ Пуше 1геез. //
Сеп. МюгоЫо1.128, 1982, р. 2771-2779.
166. В. Е1сИ1ег апй В. ЗсНтк. Регтепа1юп оГ рптагу а1соко15 апс! с!ю1з апс!
риге сикиге оГ 5уп1горЫса11у а1соко1-ох1<И2'т§ апаегоЬе5. // АгсЬ. МюгоЫо!. 143,
1985, р. 60-66.
167. С. А. V. Зауазекега, й. М. Кегй апй Е. С. Уеип§. Рагез оГ е1капо1 ргос1исес1
с1ипп§ ПооШп§ оГ зипПо\уег гоо1$. // Сап. I. Во1. 68, 1989, р. 2408—2414.
168. В. ЗсИтк, У. С. \Уагй апй У. О. 2е1киз. МюгоЬюЬёУ оГ «епуоос!: го1е оГ апаегоЫс
Ьас1епа1 рори1аиопз ш Иу1п2 1геез. //1. Сеп. МюгоЫо1. 123, 1981, р. 313—322.
169. 5. НаШп апй М.РеН. МешЬоИс ргореп1ез оГ йепкШутв Ьас1епа ас1арипё со
теШапо1 ап<! е1капо1 т ас11Уа1ес1 з1ис1ве. Рег^атоп, 1997, р. 13—18.
170. К. ВгузсН, С. БсНпеИег, С. ЕисИз апй Р. №ййе1. УИюаШотэрЫс ёгомяк оГ
зи1Га1е-геёис1П§ Ьас1епа апс1 йезспрНоп оГ оГ ОезиЦЪЬааепит аиШгорИкит {>еп. //
NоV., зр. поу. АгсЫуез оГ М1сгоЬю1о8У 148, 1987, р. 264—274.
171. У. Л. Роз(%а1е. ТЬе зиШие-гес!ист§ Ъас1епа: сотетрогагу регзреспуез. Ос1от,
1.М. апс1 К. 51п81етп, ^г. (ес}$.) // 5рпп8ег-Уег1аё, 1994, р. 25—26.
172. М. Р. Вгуат. МюгоЫа! те(Ьапе ргоёисПоп — 1кеогеПса1 а$рес15. // Ашт.
5С1 48, 1979, р. 193- 201.
213
173. Я. У. ЗеИ?., В. 5сЫпк, N. Р[епт%, апс/ Я. Сопгас!. Епег§епсз оГ $уп(горЫс
е1Ьапо1 охШапоп ш с1еГшес1 скетозса! сосикигез. 2. // Епег§у зЬаппе т Ыотазз
ргойиаюп. Агск. М1сгоЬю1. 155, 1990, р. 89—93.
174. М. Р. Вгуап(, Ь. Ь. СатрЬеИ, С. А. Яеёс/у апс! М. Я. СгаЬШ. Огомк оГ
ОезикстЬпо т 1ас(а(е ог еШапо1 тесИа 1о\у т зи1Га1е т аззоааИоп \укк Нг-ийИгтё
теШапоёетс Ьас1епа. //Арр1. Епу1Гоп. М1сгоЫо1. 33, 1977, р. 1162—1169.
175. Я. У. ЗеНг, В. ЗсЫпк апс/ Я. Сопгас!. Ткегтойупаппсз оГЬускоееп те1аЬоПзт
1п гпегЬалоёешс сосикигез с1е§гасИп8 е1Ьапо1 ог 1ас1а*е. // РЕМ5 М1сгоЬю1. Ьеи. 55,
1988, р. 119-124.
176. М. У. Ьее апс/ 5. Я. 2тйег. Нуйгоёеп рагИа! ргеззигез т а ШегторЫНс
асе1а1е-ох1сН2Шв теШаподешс сосикиге. // Арр1. Епу1гоп. М1сгоЫо1. 54, 1988,
р. 1457-1461.
177. М. Я. МогтИе, К. Я. Сип]а/а, У. А. ЯоЫпзоп, М. У. Мс1пегпеу апс/ У. М. 5и/1Иа.
ТНе 1шроПапсе оГ куско^еп ш 1апсШ11 ГегтетаИопБ. // Арр1. Епуюп. М|СгоЫо1. 62,
1996, р. 1583-1588.
178. Я. Е. Уоле5, Я. Е. Веетап апс/У. М. 5и/1Па. АпаегоЫс те!аЬоИс ргосеззез т 1ке
беер 1етез1па1 зиЬзигГасе. // ОеогтсгоЫоК1. 7, 1988, р. 117—130.
179. М. У. ТаПоп, В. В. АгсНег, С. Е. РошП апс/ М. Ь. Рагкег. МеШапо§епе515 Ггот
еШапо! Ьу «ЛеПпес! гтхес! соШтиоив сикигез. // Арр1. Епукоп. М1сгоЫо1. 55, 1989, р.
440-445.
180. Я. Масапе апс/ ^.Р. Сиуо1. 1пЫЬШоп оГ {Не те1капо§ешс Гегтеп(а1юп оГ р-
ю!шс асгё (4-теШу1Ьеп201С аск1) Ьу асе1а1е. //Арр1. МюгоЫо1. Вю1ескпо1. 38, 1992,
р. 398-402.
181. У. Оофп% апс! ^.М. Лефе. Асе1а1е шЫЬШоп оГ те1капоеетс, зуМгорЫс
Ьепгоа1е (1е&га(1айоп. // Арр1. Епушэп. МкгоЫоК 54, 1988, р. 1871—1873.
182. V. \Уапкоо, М. У. Мс1пегпеу, У. А. ЯоЫпзоп апс/ У. М. 5и/Нга. 1тегзреаез
асегаге ггапзГег тПиепсез 1ке ехгет оГ апаегоЫс Ьепгоаге йеегайаиоп Ьу зутгорШс
сопзогиа. // Арр1. Епуюп. М1сгоЫо1. 62, 1996, р. 26—32.
183. М. М. 1Уи апс/ Е Е. Шскеу. п-Ргоропа1 ргоёисПоп с1иппё еШапо] ёе§гас1аПоп
изт§ апаегоЫс егапи1ез. // \Уа[. Кез. 30, 1996, р. 1686—1694.
184. Я. У. ЬаапЬгоек, Т. АЬее апс/ I. У. Уоо^с/. А1соко1 сопуегаопз Ьу ОеЫ/оЬи/Ьиз
ргорютсиз Цпс/ИопИ т 1ке ргезепсе ап(1 аЬзепсе оГ зи1Га1е апё Ьуёговеп. // АгсЬ.
М1сгоЫо1. 133, 1982, р. 178-184.
185. I. О. 1п%гат апс/ Т. М. ВиПке. ЕГГес1з оГ а1соЬо1з оп илсгоогЁашзтз. // Ас1у.
МгсгоЬю!. РЬузюК 25, 1984, р. 253-301.
186. 5. Октига. Атто ас1с! Гегшетайоп ийПгт^ е1капо1 аз а сагЬоп зоигсе. //
Лоита1 оГ 1Ье РегтепшНоп Аззос1агюп, Ларап 33, 1975, р. 17—29.
187. У. Р. 5а/апПго. ТНе го1е оГ Ьюаиепиа110п т 1Ье тапа^етет оГ
агошаИс НубгосагЬоп р1итез т аяи1Гег5. // Сгоипс1 \Уа1. Мопког Яетес!. 13,
1993, р. 150-161.
188. М. У. Ваес/ескег, О. /. 51е^е1, Р. ВеппеП ат/ /. М. Сои.агеШ. ТЬе Га(е ал(1 еГГесгз
оГ сги<3е оИ 1п а $На11ош запс! апс! §гауе1 ачи1Гег. 3. Вш^еоскеписа! геасИопз апд тазз
Ьа1апсе тойеНпе 1П апох1с ^гоипс! ^асег. // Арр1. ОеосЬет. 8, 1989, р. 569—586.
189. У. Ьуп&кИс/е апсI Т. Я. СНгШеюеп. К.ес1ох гопез оГ а 1апс!П1] 1еасЬа1е ро11иПоп
р1ише (Уезеп, Е)ешпагк). // Л. Сошагшп. Нус1го1. 10, 1992, р. 273—289.
190. Р. Яеи(ег; Я. ЯаЬиз, Н. \УИке$, Е. АескегзЬег&, Е.А. Яатеу, Я. IV. ^ппахсН апё
Е. \У1сМе/. АпаегоЫс ох^аиоп оГ кубгосагЬопз т сшс!е оИ Ьу пе\у {урез оГ зи1рка1е-
ге{1ис1П8 Ьас1епа. // №Шге 372, 1994, р. 455—457.
191. М. Е. СаШкеИ, Я. М. СаггеИ, Я. С. Рппсе апс/ У. А/. 5и/1На. АпаегоЫс
Ькх1ев[ж1а1юп оГ 1оп§-сНат п-а1капе$ ипйег зика1е-гес1ис1П8 сопсШюпз. // Епу1гоп.
$С1. ТесЬпо!. 32, 1998, р. 2192-2195.
214
192. У. О. Сошез, Я. Т. Лпёепоп апй В. Я. Ьо\'1еу. Охйасюп оГ ро1усусПс агошаПс
ЬускосагЬопз ипбег 5и1Га1е-гес1иств сопс!Шопз. // Арр1. Епухгоп. М1сгоЬю1. 62, 1996,
р. 1099-1101.
193. У. Я. ВагЬаго, У. Р. Вагкег, I. А. Ьетоп апс1 С. 1. МауреШ. ВкЯгапзГогтаиоп оГ
ВТЕХ ип<3ег апаегоЫс, йепкпГутё сопсНИопз: Р1е1с1 апс! 1аЬогаЮгу оЬ$егуа1юпз. //
Соташ. Ну<Зго1. 11, р. 245-272.
194. Р. СИареИе, Р. М. Вгадеу, В. Я. 1лп1еу апд й.А. УгоЫезку. Меазипщ; пиез оГ
Ыойеегадайоп т а сотатта1ес1 ачшГег и$т§ Яек1 апс! 1аЬогаЮгу тесЬобз. //
Огоипс!\уа1ег 24, 1996, р. 691—698.
195. О. Я. Ьо\>1еу. Ро1епИа1 Гог апаегоЫс ЫогетесЛайоп оГ ВТЕХ ш ре1го1еит
соп1атта1ес1 ацшГегз. // ,1оита1 оГ 1пс!из1па1 М1сгоЫо1о8у апс! Вю1ес1апо1о§у. 18,
1997, р. 75-81.
196. ТЬе Ра1е апс! Тгапзрог! оГ Е1Напо1-В1епс!ес1 СазоИпе т 1Ке ЕпУ1гоптеп1. //
Соуетог’з ЕШапо1 Соа1Шоп, 1999, 103 р.
197. С. ЬеШп%а, IV. Л 2ееиы апй Е. ОиЬог%. АпаегоЫс 1геа1тет оГ 'Л'аз^ез
сота1шпе те1Напо1 апс1 Ы^Ьег а1со!ю1з. // ХУа^ег КезеагсЬ 15, 1981, р. 171—182.
198. ТНе Есопогшс 1шрас1 оГШе Эетапс! Гог Е1Ьапо1. МюЬае! К. Еуапз, РгоГеззог
оГ Есопостйсз, КеНоее ЗсЬоо! оГ Мапа§етеп1, МопН\уез1ет ишуегзНу, РеЬшагу 1997.
199. ЕШапо1 апс! Ше Ьоса1 Соттипйу. // А115 Сопзикап15 апс! 5ДН & Сошрапу,
.1ипе 2002.
200. Еигореап Утоп. ВюГие1$ — Магке1 Ваглегз. Н»р:// еигора.еилт/ сотт/
епегеу 1гап5РОгг/аиа$/тш1ц/Ьюс1Ьагг, Ыт1
201. А Тфапу, V. ЕШтап. Расюгз Ая$ос1асес1 \укЬ Биссет оГ Рие1 ЕИ1апо1
Ргойисегз. // ЗгаГГ Рарег Р03-7. ЫтуегзНу оГ Мтпезога, 2003.
202. У. КШпег. СеШпв 1Не Сгееп11&1и оп ап Ас1с!ес1 Уа1ие Уепшге. // У50А Кига1
СоорегаИуез Ма^аапе, Мау/Мипе 2002.
203. Есопогшс, Р1шпс1а1, 8ос!а1 Апа1уз1з апс! РиЪИс РоОаез Гог Рие1 ЕШапо1.
Ргерагес! Гог: Ыа1ига1 Кезоигсез Сапапс!а. // (5&Т)2 СопзиНатз 1пс. апс! Меуегз >1огпз
Реппу ЬЬР, ЫоуетЬег 22, 2004, 248 р.
204. 1ЕА, 2000. Ехрепепсе Сигуез Гог Епегеу ТесНпо1оеу РоПсу. Ьпр://
\у\уцглеа.опг/Ьоок5/зшс!1е5/2000/сигуе2000.рсЗГ
205. БеГеггшшпё 1Ье Соз1 оГ Ргобисшё ЕШапо1 Ггогп Согп 51агсЬ апс!
и&посе11и1оз1с РееёзЮскз. // МК.Е1_/ТР-580-28893, ОссоЬег 2000.
206. и8П0се11и1051с Вютазя и> Е1Напо1 Ргосезз Оезщп апс1 Есопогтйсз Ш1шпе
Со-Сштеп1 ЭЛШе АсИ РгеЬу(1го1у515 Гог Сот Зюуег. // ЫКЕЬДР-510-32438, .1ипе
2002.
207. иГе Сугс1е Апа1уз1з оГ Е1Ьапо1 Ггот Сот 5юуег. // ЫКЕЬ/РО-510-31792.
Нир://ут>у.пге1.йоу/с!ос5/йеп/!у02/31792.риГ
208. С. Могпз. Вюе[Ьапо1 Со-1^осапоп 51ис1у. Аи^из! 15, 2000 — РеЪгиагу 28,
2002. // М1Е1У5К-510-33000, ^уешЬег 2002.
209. Мегпск & Со. 5оГгжюс1 Вютазз 1о Е1Ьапо1 Реаз|ЫП1у 51ис!у. // Мегпск
Рпуес1 N0. 19013104, КероП Ю ЫКЕЬ, Зипе 14, 1999.
210. Мотз, С. Вютазз Епегеу Ргос1ис(юп )п СаПГот1а: ТНе Сазе Гог а В10гпазз
РоПсу 1пк1аПУе. // NЯЕ^ Керог! N0. ЫЯЕЬ/5К-570-28805, КоуешЬег 2000.
211. АЕ$ Сгеепк^е В!ое[Напо1. Со-Ьосаиоп Аззеззгпет: Рта1 ЯероП. 13
ЫоуетЬег 2001-31 Аиеиз( 2002. // МКЕЬ/5К-510-33001, ОесстЬег 2002.
212. У. НеНепИаиз, ^. ПЬо/еу апй А. \У1$е1о&е1. Вютазз СоттеппаИхаиоп Ргохрес15
т 1Ье №х1 2 ю 5 Уеагз: Вютазз Со11ояшез 2000. // ККЕЬ, героп по. NКЕ^/АСО-9-
29-039-01, ОсюЬег 10, 2000.
213. А. Аёеп, М. ЯшН, К. 1Ь$еп, ^. УесИига, К. №&е$, У. ЗНеНап, В. №а!1асе, I.
Мотание, А. 51ауюп, У. 1иказ. иепосе11и1о51С Вютазз ю Е1Ьапо1 Ргосезз Оез^^п апс!
215
Есопопйсз 1ДШ2шй Со-Сшгет ОИи(е Аа<1 РгеНус!го1у&15 апй ЕпгутаИс Нус1го1ух15
Гог Сот 81оуег. // МК.ЕЬ, Мау 30, 2002.
214. ЫаПопа! КепешаЫе Епег^у ЬаЬогаюгу, ЭгаЛ Ргосе$5 Р1оу/ 01а§гат5 Гог а 2200
йгу юп рег йау ЕпгутаИс Нудго1у$1$ ВюеИшю! РасПЛу, \упМ а У1е1с1 оГ 89.4 СаИот оГ
Е1Капо1 рег Йгу Юп оГ Сот Бюуег Рее&Юск. ЫКЕЦ РРЭ-Р110, МагсН 17, 2002.
215. Я. НЬо/еу, М. Яи(И, У. ЗНееНап, К. IЪзеп, Н. Ма]йе$к\ апд А. Са1ует..
и8п0се11и1051с Вюта$$ ю Е1Ьапо1 Ргосезз Ьезщп аш! Есопописз 1кШ2т§ Со-Сиггеп!
ОПи1е Ас к! РгеЬуёгЫуаз апё ЕпгутаИс Нудго1у$15 Сиггет апс! РишпйАс Зсепапоз. //
ЫКЕЬ, героп по. NКЕЬ/ТР-580-26157, Му 1999.
216. Вгоёег, IасдиеНпе. ТУА, регзопа1 сотггшшсаиопз апд уупиеп $иЬгт$$к>п&
ргерагеё Гог 1Ыз зШ<1у сопсеттв Ле зресШса1юп5 оГ Ше геГегепсе соа1-Пгес1 ро\уег
р1ат, .1апиагу 2002.
217. А^сикиге ап<3 А§п-Роо<1 Сапайа. 2004. Магке! Апа1у$1з 01У1$юп. Реес1 Сгат
Рас 15, агсЫуей (1а1а.
218. ШЭА. 2003. А^псикига! ЗиИзМсз 2002. ЬпрУ/у/улу.и^а.еоу/па^/риЬз/
219.1ЕА. 1995. ЕпЬапств 1Ье Магке1 Оер1оутеп1 оГ Епег^у ТесЬпо1оёУ- А Зигуеу
оГ Е18Ы ТесЬпо1ое>ез. 1шр;//НЬгагулеа.оге/с1Ы\у-уурс1Лех1Ьа5е/проШ/проШ рс!Г/
епЬарсе ю.ццтМ
220. Ыа(ига1 Кезоигсез Сапас1а. 2004. Ыа1юпа1 ЕсНапо! А^агепезз Зигуеу. Ргерагей
Ьу 1р$о$ Ке1(1, МагсН 2004.
Научное издание
Карпов Сергей Александрович, Капустин Владимир Михайлович,
Старков Андрей Краснославович
АВТОМОБИЛЬНЫЕ ТОПЛИВА С БИОЭТАНОЛОМ
Художественный редактор В. А. Чуракова, компьютерная верстка С. И. Шаровой,
компьютерная графика М. В. Комаковой, корректор В. Н. Маркина
Сдано в набор 23.04.07. Подписано в печать 03.09.07. Формат 60х88‘/1г;.
Бумага офсетная. Гарнитура Ньютон. Печать офсетная. Уел. печ. л. 13,23.
Изд. № 065. Тираж 2000 экз. Заказ № 8098.
ООО «Издательство «КолосС», 101000, Москва, ул. Мясницкая, д. 17.
Почтовый адрес: 129090, Москва, Астраханский пер., д. 8.
Тел. (495) 680-99-86, тел./факс (495) 680-14-63, е-шаИ: ко1о55@ко1о5з.ги,
наш сайт: \у\у\у.ко1о55.ги
Отпечатано с готовых диапозитивов в ОАО ордена «Знак Почета»
«Смоленская областная типография им. В. И. Смирнова»,
214000, г. Смоленск, проспект им. Ю. Гагарина, 2
13ВМ 978-5-95Э2-0585-6
9 785953 2
35856