Этанол, или этиловый спирт, производят методом ферментации углеродсодержащего сырья. Также можно производить этанол из этилена, но это еще более дорогой процесс. В качестве сырья используется различное исходное сырье: в США это в основном зерно, в Бразилии – багасса (сухие измельченные волокна сахарного тростника, побочный продукт производства сахара), а в Европе – кукуруза, виноград и сахарная свекла.
В США этанол в смеси с бензином начали использовать в 1970-е гг., тогда 10% смеси называли газохолом (бензоспиртом). По Закону об энергетической политике США от 2005 г. поставщики бензина в период 2006-2012 гг. должны увеличить объем добавляемого в топливо этанола с 15 до 28 млрд. л/год. Для сравнения: в настоящий момент Соединенные Штаты за год потребляют около 545 млрд. л бензина (в стране действуют приблизительно 165000 заправочных пункта). Предполагается, что Закон значительно увеличит объемы производства этанола в США примерно на 100 предприятиях, расположенных на Среднем Западе страны. Хотя остается не ясным: каким образом удастся его воплотить в жизнь этот закон, и какое количество этанола в каких регионах будут добавлять в топливо.
В Бразилии этанол в качестве автомобильного топлива начали повсеместно использовать с 1970-х гг., когда правительство решило, что стране необходима «топливная» независимость. На первом этапе Е-100 (топливо, состоящее на 100% из этанола) выпускалось для специально сконструированных автомобилей. Однако в 1990-х гг. возник дефицит этанола, и в стране начали производить различные смеси автомобильного топлива, состоящие из метанола, этанола и бензина. В то время на рынке были представлены и Е-100, и другие виды автомобильного топлива с более низким содержанием этанола; практически все автомобили были сконструированы с учетом необходимой коррозионной устойчивости (этанол – довольно агрессивная жидкость в этом плане). В последние годы практически все поставляемые в Бразилию автомобили являются «универсальными», то есть они могут работать на топливе с любым процентным содержанием бензина и спирта. Самым распространенным топливом для таких автомобилей является смесь, содержащая 85% этанола и 15% бензина. Бензин добавляется для облегчения холодного пуска двигателя, он также обеспечивает окрашивание пламени в случае разлива и воспламенения топлива.
С начала этого столетия в Западной Европе при поддержке правительственных органов, в результате субсидий возросло использование этанола в качестве автомобильного топлива. В основном стимулируют его применение Италия, Испания, Франция, Германия и Швеция. (Хотя в соответствующих законах этих стран имеются некоторые различия, а также их производители используют разное сырье для выпуска этанола). Наряду с собственным производством, большая часть этилового спирта импортируется, в основном, из Бразилии.
В США примерно 65% выращиваемой кукурузы используют в качестве корма для крупного рогатого скота и домашней птицы, ~10% экспортируется. Около 15% кукурузы идет на выпуск алкогольной продукции, а оставшиеся 10% - на получение топливного этанола, входящего в состав Е-10 и Е-85 (топлив для «универсальных» автомобилей). ПРЕИМУЩЕСТВА Октановое число
Этанол имеет некоторые преимущества и как самостоятельное топливо, и как составная часть горючих смесей. Известно, что Генри Форд с самого начала рассматривал этанол в качестве топлива для своих «Tin Lizzies». Но Джон Рокфеллер предложил Форду использовать для этой цели легкую фракцию, которая являлась побочным продуктом при получении керосина из сырой нефти. Что было дальше, известно всем.
Использование этанола в составе Е-85 и Е-10 позволяет снизить загрязнение воздуха и увеличить октановое число бензина. Этанол и экономика
Использование этанола в топливных целях на территории США существенно повлияло на увеличение объемов выращиваемой кукурузы и производимого спирта. Кроме того, это обеспечило эффект «экономического мультипликатора» - то есть повлияло на развитие других отраслей. Так, по некоторым оценкам, выпуск этанола увеличился с 2,6 до 3,8 млрд. л, и для его транспортировки от производителей, расположенных на Среднем Западе, к «первичным» потребителям по всей стране необходимо построить тысячи новых железнодорожных цистерн. К тому же, появляются возможности для развития бизнеса в области проектирования, строительства, финансов и т.д. Кормовые добавки
Для получения этанола из кукурузы используется две технологии: мокрый и сухой помол. Когда применяется способ сухого помола, то остающиеся сухие гранулы могут служить кормовой добавкой для скота. В США разрешено вводить 15-20% таких добавок в корм для животных. Это означает, что кормовые добавки, получаемые в больших объемах на Среднем Западе, необходимо поставлять в другие регионы или экспортировать. Этанол и политика
Использование топливного этанола снижает зависимость экономики от иностранной нефти и способствует развитию сельского хозяйства. Очевидно, что это выгодно тем же политикам, «этанольные» программы которых позволяют привлечь на свою сторону электорат фермерских штатов.
НЕДОСТАТКИ Высокое давление паров топлива по Риду
Использование этанола в топливных целях не всегда связано с защитой окружающей среды. Действительно, это позволяет в некоторой степени снизить загрязнения, так как при его использовании выделяется меньше угарного газа (СО). Но при этом вследствие высокого давления паров по Риду, выделяется ацетальдегид и оксиды азота (NOx), которые являются основными смоговыми загрязнителями.
Поэтому в США имеются Федеральные правила, ограничивающие давление паров по Риду в смесях топлива в зависимости от времени года (так как этот показатель увеличивается с ростом температуры) и высоты над уровнем моря. Чтобы соответствовать этим правилам при добавлении этанола в топливо, нефтеперерабатывающим заводам необходимо выбрать соответствующий способ рафинирования «исходного» топлива. Например, использовать дополнительные объемы вводимого алкилата с более низким давлением паров по Риду, что приведет не только к удорожанию, но и нецелевому использованию нефтехимического сырья. Что в свою очередь может привести к удорожанию нефтехимической продукции. Гигроскопия и экономика
Компании, производящие трубопроводы, отказываются вводить в свои системы чистый 100% этанол или этанол содержащие топлива. Этанол имеет тенденцию поглощать воду, которая затем переносится в емкости с топливом, что способствует коррозии прокладок трубопроводов и уплотнителей. Поэтому, топливный этанол следует перевозить в специальных железнодорожных цистернах и автоцистернах. Это приводит к большим дополнительным затратам на транспортировку и хранение, примерно 2-4 цента за 1 л, в зависимости от места производства и пункта назначения.
Можно предположить, что через несколько лет для транспортировки этанола в США понадобятся тысячи новых ж/д и автоцистерн. Такой прогноз весьма перспективен для их производителей. Но может возникнуть дефицит стали, большая часть которой США импортирует; цены на нее будут постоянно повышаться. Уже в начале 2006 г. возникла постоянная нехватка ж/д-цистерн для транспортировки этанола. Кроме того, рост его поставок сказывается на загруженности железнодорожных дорог.
В то же время для транспортировки этого «дополнительного этанола» требуется все большее количество ископаемого топлива (такого как, дизельное топливо и бензин), что сказывается на импорте сырой нефти, нефтепродуктов и степени загрязненности воздуха. Низкая плотность энергии
Согласно исследованию, которое провел в 2001 г. профессор Корнельского Университета Дэвид Пименталь, для получения 1 л этанола необходимо затратить примерно 36000 кДж. При этом 1 л этанола эквивалентен 21500 кДж, и только 14500 кДж приходится на долю полезной энергии. Таким образом, эффективно используется всего 41% затраченной в производстве энергии. В то же время 1 л бензина эквивалентен 32000 кДж. Получается, этанол содержит примерно 67% энергетической ценности топлива, которое он замещает, и это уменьшает эффективность от использования такого этанолсодержащего топлива, что в свою очередь сказывается на росте затрат потребителей. Ясно, что в случае использования Е-85 расход топлива на 1 км пути будет выше, чем при применении Е-10. Чтобы проехать одинаковое расстояние, необходимо потратить больше этанола, чем бензина, но нет никаких федеральных льгот для покупателей такого топлива. Высокая цена
На оптовом рынке этанол стоит дороже, чем бензин. В начале прошлого лета цена этанола в порту Нью-Йорка до отгрузки и без учета налогов составляла около 1,32 долл./л, в то время как оптовая цена бензина была на уровне 0,60 долл./л. Получается что, покупая топливо, содержащее 10% этанола, потребитель переплачивает 0,28 долл. за каждый литр. Хотя изменения на рынке топлива происходят ежедневно, для потребителей Северо-Востока США стало серьезным ударом ведение нового Федерального закона, который заставляет использовать топливный этанол и переплачивать за него. Субсидии
Следствием более высокой цены на этанол является то, что применение этанола в топливе, в сущности, финансируется на федеральном уровне в виде налоговой льготы. Льготы предоставляются производителям такого топлива в эквиваленте 0,13 долл./л бензиновой смеси, состоящей на 10% из этанола. Впервые подобную правительственную субсидию ввели 30 лет назад, тогда она составляла 0,016 долл./л, а около 15 лет назад субсидия была сокращена до 0,014 долл./л. Этот закон касался «спиртов, получаемых из возобновляемых ресурсов», к таким спиртам относится и метанол. Значительным преимуществом метанола перед этанолом является его дешевизна, но главный недостаток – это низкая энергетическая ценность метанола по сравнению с этанолом.
Совсем недавно федеральную налоговую льготу на топливо, содержащее 10% этанола, увеличили с 0,013 до 0,016 долл./л. При этом пошлина на импортный этанол составляет 0,15 долл./л. Это хорошо иллюстрирует приоритеты американских политиков: они заявляют о желании понизить уровень загрязненности воздуха, а на самом деле стараются получить поддержку электората, защищая интересы фермеров от иностранных конкурентов.
На федеральном уровне субсидии выдаются из общего фонда, что резко уменьшает денежные суммы, предназначенные на другие нужды, в то время как страна испытывает нехватку и ограниченность федерального бюджета. Субсидии созданы для того, чтобы скрыть неэффективность. По закону об энергетической политике США, принятому в 2005 г., субсидии должны возрасти с 2 до 3,8 млрд. долл. в течение шести лет. Многие эксперты считают, что темпы роста производства этанола обгонят установленный законом минимум и возможно составят 53 млрд. л в 2012-14 гг.
Сторонники использования этанола хотят заставить нас поверить, что эта субсидия пойдет на поддержку сельского хозяйства Америки, но на самом деле ее получат производители топливных смесей. Сейчас федеральный налог на топливо составляет 0,49 долл./л. Производители топлива, необязательно нефтеперерабатывающие заводы, добавляя 10% этанола в бензин, снижают свое налоговое бремя на 0,014 долл./л, им остается заплатить всего 35 долл./л в бюджет. Сэкономленные средства распределяются между производителями и поставщиками этанола, такими как Archer Daniels Midland Company (ADM) и Cargill. В некоторых штатах также существуют дополнительные возможности возврата налога на «газохол». Фермеры начинают выращивать больше кукурузы, поэтому возрастает потребность в углеводородном топливе, необходимом для работы сельскохозяйственной техники. Также увеличивается потребление природного газа, используемого для сушки кукурузы и для получения удобрений, например, аммиачной селитры. Кроме того, большая часть удобрений импортируется по высокой цене, а их использование приводит к загрязняют воздуха, земли и воды… Субсидии автопроизводителям
Производители автомобилей, приспособленных для работы на разных видах топлива, получают кредиты на льготных условиях. Но это совсем не способствует выпуску малолитражных и экономичных машин, зато приводит к увеличению импорта нефти. Кроме того, пользователи таких автомобилей не всегда выбирают спиртосодержащие виды топлива. Во время последних исследований было обнаружено, что Шевроле Тахо 2007, работающий на Е-85, специально выпущен с расходом 33 л на 100 км в городе и 16 л на 100 км на трассе, в то время как считается нормой 26 и 11 л на 100 км в городе и на шоссе соответственно. Следствием этого является уменьшение пробега автомобиля на 22% в городе и 29% на магистрали. Пусть розничная цена обычного бензина составляет 0,77 долл./л, учтем увеличение затрат на 27% при использовании Е-85 и в итоге получим цену топлива, энергетически эквивалентного бензину, равную 1,05 долл./л.
Необходимость повышать объем расходуемого этанола вследствие его меньшей энергетической эффективности по сравнению с бензином приводит к увеличению налоговых поступлений в государственную казну в размере 35 долл./л., кроме того, существуют различные дополнительные налоги, например, 0,02 долл./л на Аляске и 0,09 долл./л на Гавайях. Другими словами, газохол является менее эффективным, вследствие чего на аналогичный пробег тратится больше топлива, и государство получает дополнительные доходы от налогов. Сельскохозяйственная неэффективность
Для выращивания 1 га кукурузы тратится около 1324 л/г дорогого и загрязняющего природу ископаемого топлива, такого как дизельное топливо и бензин. Большая его часть импортируется. Процесс производства этилового спирта из кукурузы включает стадии: дробления, сушки, брожения, перегонки, погрузки и транспортировки. На всех этапах тратится энергия и ни на одном этанол не применяется в качестве топлива. В результате, процесс получения этанола становится более дорогостоящим по сравнению с переработкой нефти, и затраты в этом случае не компенсируются с помощью субсидий.
С ростом объемов производства этанола из сельскохозяйственных продуктов, таких как кукуруза, будет уменьшаться количество кормов на основе кукурузы для домашней птицы и крупного рогатого скота, а также может увеличиться цена на продукты питания: кукурузные хлопья, говядину, курицу, масло и т.д. В США около 70% корма для крупного рогатого скота и домашней птицы производят из кукурузы. Кукуруза – это продукт питания для человека и корм для животных, а не топливо. Таким образом, при росте использования кукурузы в качестве сырья для топливных целей в стране может нарушиться экономический баланс. Воздействие на окружающую среду
Важно понимать, что увеличение производства кукурузы в США для получения топливного этанола приведет к необратимым изменениям почвы и других природных ресурсов. Процесс восстановления почвы происходит в 12 раз медленнее, чем ее эрозия, а естественное пополнение подземных вод осуществляется в 25 раз медленнее, чем их исчерпание. Все это может оказать значительное влияние на национальный водоносный пласт. Уже сейчас в отдельных регионах США ежегодно возникают проблемы засухи.
Из 1 м3 кукурузы получают примерно 280 л этанола, поэтому при увеличении производства топливного этанола с 15 до 28 млрд. л/г потребуются дополнительные 47 млн. м3 кукурузы. Согласно исследованию профессора Пименталя, в США с 1 га кукурузы получается около 3,1 тыс. л этанола. Это означает, что будет необходимо дополнительно выделить примерно 4,4 млн. га пахотных земель для выращивания кукурузы (и это без учета необходимости севооборота и прогнозов некоторых экспертов о более высоком темпе роста объемов производства этанола по сравнению с запланированными). Коррозия
Спирты, такие как этанол, способствуют процессам коррозии цистерн, трубопроводов и другого оборудования. Особенно это касается морских двигателей и маленьких вспомогательных двигателей, как у газонокосилок. В этом году журнал BoatUS и его приложение Seaworthy опубликовали статьи о проблемах морской среды, причиной которых является газохол. В течение последних 15 лет все новые автомобили, проданные в США, были укомплектованы системами устойчивыми к действию топлива, содержащего этанол. Однако велик парк старых автомобилей, не обладающих такими конструкционными особенностями, это также касается и других механизмов, например, судовых двигателей. Этанол поглощает воду, что способствует началу процессов коррозии. Кроме того, газохол растворяет смолы в бензобаке, поэтому быстрее засоряются фильтры. Этанол также разрушает некоторые типы пластика, резины и алюминия, что является причинами протечек, возгораний, взрывов и даже смерти людей. ВЫВОДЫ
Многие эксперты ссылаются на бразильский опыт использования топливного этанола, как на пример успеха и утверждают, что подобное можно осуществить и в других странах. Но Бразилия в качестве сырья для получения этанола использует багассу – более дешевый побочный продукт огромного по масштабам выращивания сахарного тростника. Тогда как США специально для этого выращивает кукурузу, что является более дорогостоящим процессом. Кроме того, уровень потребления топлива в Бразилии ниже, чем в США.
Общий годовой объем потребления топлива в США сейчас находится на уровне 545 млрд. л и с каждым годом только увеличивается. Объем потребления топлива Е-10 составляет примерно 53 млрд. л (хотя эта информация не имеет достоверного подтверждения). В среднем легковые автомобили и небольшие грузовики проезжают около 16000 км в год, расходуя по ~ 2270 л топлива. Если все эти транспортные средства в США будут работать только на 100% этаноле, то 97% всей обрабатываемой почвы надо будет отвести под выращивание сырья, что в принципе невозможно.
|
