Производство биоэтанола из сахарного сорго для агропромышленного комплекса России

Аннотация: В статье рассмотрены вопросы использования биоэтанола за рубежом и в России. Приведено обоснование высокого спроса по увеличению производства биоэтанола. Описана технология процесса получения патоки из растений сахарного сорго.

Быстрое истощение запасов нефти, рост мировых цен на нее, ухудшение экологической обстановки, особенно в крупных городах мира, давно поставили во многих странах проблему создания экологически чистых возобновляемых источников энергии. Различные формы энергии биомассы могут использоваться для генерирования электроэнергии, а также в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Есть несколько видов топлива, которые можно получить из биомассы – биогаз, биодизель и биоэтанол. Считается, что топливный этанол имеет наибольший потенциал, учитывая неиссякаемые источники его получения. Ими могут быть травянистые растения и древесина, отходы сельского хозяйства и деревообрабатывающей промышленности. Успех промышленного производства больших объемов биоэтанола будет зависеть от выбора источника сырья [1, 2].

Самым крупным потребителем биоэтанола является Бразилия, которая ежегодно производит его 13 млн тонн. Основное, используемое производителями, сырье – сахарный тростник. В последнее время Бразилия использует в качестве топлива смеси, в которых содержание этанола составляет 26 % в бензине и 3 % – в дизельном топливе. Такие смеси не требуют изменений в конструкции ДВС. США также являются крупным промышленным продуцентом топливного этанола – 12,7 млн тонн в год. Благодаря его производству США ежегодно экономят 1,5 млрд долларов на импорте нефтепродуктов [3].

Также успешно развивают национальные программы по увеличению производства биоэтанола Канада, страны ЕС, Индия, Китай, Япония, Австралия и др. В соответствии с прогнозом, потребление этанола в мире к 2020 г. достигнет 120 млн тонн в год.

Высокий интерес к использованию биоэтанола как добавки к традиционным видам топлива (бензин, дизельное топливо) обусловлен тем, что даже небольшое количество биоэтанола приводит к заметному снижению выброса в атмосферу угарного газа и повышает октановое число. В США в законодательном порядке в городах с населением более 1 млн человек в зимнее время разрешено в автомобилях использовать только газохол (бензин + 10 % этанола). Объем продаж газохола в США составляет 12 % от общего объема продажи бензина [4].

Россия также имеет все объективные предпосылки для организации производства биоэтанола в больших масштабах. Целесообразность этого будет определяться наличием доступного и дешевого сырья. В США около 90 % этанола получают из зерна кукурузы, на что уходит 13 % валового сбора при выходе с 1 га 2,5 т биоэтанола.

В Поволжье, на Северном Кавказе и юге России довольно широко возделывается сахарное сорго. Только в этих регионах оно может занимать до 1,5 млн га. Эта культура засухоустойчива, высокоурожайна, с простой технологией возделывания и небольшими затратами труда. Именно поэтому в России целесообразно топливный этанол получать из биомассы сахарного сорго.

Еще в конце 80-х годов прошлого века в Российском научно-исследовательском и проектно-технологическом институте сорго и кукурузы была разработана технология и смонтирован опытный образец технологической линии получения патоки из растений сахарного сорго, позволяющий сохранить и использовать накопленные растением сахара [5]. Технология получения патоки заключалась в следующем: скошенная и одновременно измельченная масса доставлялась транспортным средством к месту переработки, выгружалась в дозатор, откуда подавалась на доизмельчение. Измельченная масса транспортером загружалась в специально доработанный для этих целей пресс. Отжатый сок собирался в накопительной емкости, затем перекачивался в выпарной аппарат. Здесь под действием температуры перегретого пара, получаемого в котле-парообразователе, и разрежения, создаваемого вакуум-компрессором, происходило удаление воды из сока (выпаривание) до получения патоки, содержащей 50…60 % сахаров [3].

Начиная с содержания сахаров по сухому веществу 50 % и выше, происходит самоконсервация продукта, т. е. патоку можно хранить и перерабатывать в течение года. Остающаяся после отжима сока масса (жом) закладывалась на силос. Разработанные технологии и установленное оборудование технологической линии давали возможность получать следующие виды сахаросодержащей продукции: консервированный сок, кормовой сахарный концентрат (КСК), пищевой глюкозо-фруктозный сироп, сироп для подкормки пчел, сырье для выработки хлебопекарных дрожжей и производства биоспирта. Для реализации задачи получения спирта-сырца была рассчитана, спроектирована и установлена колонка укрепительная. Работали с патокой, по составу близкой к КСК как наиболее дешевому продукту. Полученный спирт-сырец отвечал требованиям ГОСТ на подобный вид продукции.

Рис. 1. Технологическая схема производства биоэтанола из сахарного сорго

Себестоимость производства этанола сильно зависит от выбора технологии сбраживания патоки. Современные способы иммобилизации микроорганизмов позволяют исключить из технологической цепочки участок приготовления чистой культуры дрожжей и цех брожения, заменив их линией иммобилизации дрожжей и колонками для непрерывного сбраживания сиропа. В результате такой замены в несколько раз сокращаются капитальные вложения в оборудование и строительство, трудозатраты, расход пара, потребление электроэнергии. При более глубокой переработке возможна полная конверсия в сироп и целлюлозы стеблей, что повысит выход биоэтанола с 1 га посевов сорго до 4…5 тонн. Ввиду того, что представленная технология уже разрабатывалась ранее, на основе современных достижений мировой и отечественной науки в этой области можно достаточно быстро организовать крупномасштабное производство биоэтанола в нашей стране.

Список литературы

1. Измайлов А. Ю., Дидманидзе О. Н., Митягин Г. Е., Карев А. М. Ресурсосбережение на автомобильном транспорте. – М. : ООО «УМЦ «Триада», 2016. – 84 с.
2. Измайлов А. Ю., Дидманидзе О. Н., Митягин Г. Е., Карев А. М. Современные проблемы и направления технической эксплуатации транспортных и транспортно-технологических машин. – М. : ООО «УМЦ «Триада», 2015. – 109 с.
3. Горбунов С. И., Ишин А. Г., Космоенко О. М. Биоэтанол из сахарного сорго – альтернативный источник энергии // Техника и оборудование для села. – 2006. ‑ № 12. – С. 19–20.
4. Райс И. В. Биоэтанол из сахарного сорго – альтернативное топливо для ДВС // Научно-образовательный потенциал молодежи в решении актуальных проблем XXI века. – 2014. – № 2. – С. 171–172.
5. Официальный сайт ФГБНУ «Российский научно-исследовательский и проектно-технологический институт сорго и кукурузы» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://xn--c1avabgcfa.xn--p1ai.

Материал поступил в редакцию 15.01.2017
© Худашова А. И., 2017