Біопаливо — майбутнє цукрової галузі України

 

(За матеріалами журналу «Цукровий бізнес»», №2 (4), травень 2018 р.).

Україна має досить непогані перспективи для виробництва та споживання біологічних видів палива. Біопаливо, особливо в сьогоднішніх складних економічних умовах, має дуже велике значення у забезпеченні стійкого розвитку вітчизняного аграрного сектора. Вітчизняна індустрія біопалива пропонує нам біогаз, біоетанол і «зелену» електроенергію. Кожен із цих видів біологічного палива більш-менш розвинений. Однак, той величезний потенціал альтернативної енергетики, яким володіє Україна, не використовується повною мірою. Якщо порівнювати з країнами Євросоюзу, то наша країна ще тільки на шляху до повноцінного використання власних ресурсів. Особливо актуально це у період весняно-осінніх польових робіт. Чому? Тому що Україна, в основному, імпортує нафтопродукти, а ціни на них залежать від курсових коливань долара та сезонності. Тому провідні фахівці рекомендують Україні переорієнтуватися на виготовлення біопалива. Найближчим часом вітчизняний біопаливний ринок істотно зміниться. У минулому році почав діяти закон про виготовлення біопалива та його використання. Таке паливо має містити біокомпоненти. Крім того, у цьому році відсоток біоетанолу в бензині має відповідати 7%-й нормі.

У нашій країні виробництво біоетанолу за новими технологіями буде набагато конкурентнішим саме на цукрових заводах, порівняно зі старими існуючими біоетанольними заводами.

У країнах світу виробництво біоетанолу з меляси здійснюється саме на цукрових заводах, а не на спеціалізованих мелясних підприємствах. Тому потрібно відновлювати технічну справедливість і в Україні, тим більше, що оптимальна виробнича потужність становить 6-10 тис. т на добу (25 тис. т на рік).

Експлуатація біоетанольного цеху неможлива без подальшої переробки мелясної барди на біогаз із виробництвом «зеленої» електроенергії або упарювання, адже при викиданні непереробленої барди у навколишнє середовище завдається велика шкода екології.

Виробництво біогазу з барди не менш прибуткове у поєднанні з виробництвом біоетанолу, при цьому цілий рік безперервно виробляються біодобрива, електроенергія, пара та тепло.

Однак, у світі трапляються невдалі моменти: перевитрати палива, проблеми вибору технології виробництва біоетанолу, метанізація барди, висока собівартість продукції.

Особливу увагу необхідно приділяти підготовці персоналу, адже без належної кваліфікації неможливо ефективно обслуговувати сучасне біотехнологічне виробництво.

У майбутньому в Україні очікується трансформація цукрових підприємств за європейськими зразками у напрямку створення комплексів глибокої переробки вихідної сировини як багатопрофільних виробництв цукру, біоетанолу, біогазу, бетаїну тощо.

Збільшення обсягів виробництва цукру, продуктивності цукрових заводів та скорочення обсягів споживання палива досягло максимальних темпів. Колосальним резервом розвитку заводів є глибока переробка вторинних матеріальних ресурсів – меляси та жому, що при правильному підході, виконанні та експлуатації перевершує виробництво цукру у плані прибутковості.

Час роботи цукрового заводу збільшується зі 100 до 365 днів у році, при цьому збільшується фондовіддача та прибуток. Переробка меляси на біоетанол дозволяє отримати скраплений СО2 та мелясну барду, а її подальша глибока переробка на бетаїн та біогаз ще більше оптимізує економіку.

Спільна метанізація меляси та жому з виробництвом «зеленої» електроенергії і біодобрив завершує повний виробничий цикл із чудовими показниками. Біоетанол користується стабільно високим попитом і має рентабельність не менше 30%.

Зараз в Україні виграє той, хто першим побудує повний комплекс промислової переробки – біоетанол, біогаз, бетаїн, «зелена» електроенергія. Але ресурс сировини меляси становить лише 500 тис. т на рік, тобто обсяг ринку виробництва обмежений п'ятьма діючими заводами потужністю 10 тис. т/добу.

Практика виробництва та застосування біоетанолу в світі

Кожна друга тонна цукру, яка надходить на світовий ринок, – з Бразилії, при цьому менше половини тростини переробляється на цукор, а 60% йде на етанол. В Україні при переробці всієї меляси на біоетанол буде витрачатися тільки 10% цукрів буряка. У Бразилії з 70-х років 50% автопалива замінюються етанолом, діє закон, який зобов'язує додавати в бензин не менше 20% етанолу. У Бразилії розвиток виробництва біоетанолу було продиктовано необхідністю підтримати виробників цукру, які опинилися у непростому положенні через введення квот на поставку їх продукції у ряді країн, у тому числі в ЄС.

Директиви ЄС також встановлюють норму біоетанолу в автомобільному паливі на рівні 10%, оскільки викиди шкідливих аерозольних часток при цьому зменшуються на 50%, а оксиду вуглецю – на 30%.

У 2019 році Україна зробить обов'язковою норму вмісту вагових 7% біоетанолу в паливі, що в 10 разів збільшить ринок виробництва біоетанолу.

Паливні суміші біоетанолу та бензину в ЄС

Весь бензин, який продається в ЄС, зазвичай містить 5% етанолу (E5 – «E» означає етанол, а «5» означає відсоток вмісту етанолу). Однак, переважна більшість комерційно доступних бензинових автомобілів, сконструйованих із 2000 року, можуть працювати на суміші бензину та до 10% етанолу, відомого як E10.

E10 можна використовувати приблизно в 90% усіх бензинових автомобілів, що експлуатуються в Європі, і 99,7% бензинових автомобілів, випущених із 2010 року. Зараз E10 становить 32% від обсягів продажу бензину у Франції і 63% – у Фінляндії. У 2016 році його частка на ринку бензину в Німеччині склала 12,6%. У країнах, де є E10, він лише на декілька центів дешевший від E5 та немає істотної різниці у витраті палива між класами бензину E10 і E5.

Законодавство та виробництво біоетанолу в Україні

Верховна Рада України зареєструвала законопроект №7348, який передбачає обов'язкову норму добавки біоетанолу та біодизеля в усе паливо, що продається в країні. Проектом закону передбачається, що з 1 січня 2019 року сумарна місткість біокомпонентів для бензину повинна становити вагових 5%, а з 1 липня 2020 року – не менше 7%.

За відмову додавати біокомпоненти в автомобільне паливо передбачені штрафи. У разі затвердження документу в Україні буде створено гарантований ринок збуту для 350 тис. т етанолу на рік.

Зараз в Україні є близько 13 виробників біоетанолу. Шість із них працюють досить успішно  – Зарубінський, Гайсинський спиртзаводи, приватні заводи Екоенергія та Фазор, а також Узинський і Гнідавський цукрові заводи. За минулий рік вони виробили 80 тис. т біоетанолу, який пішов на виробництво альтернативного палива.

Але фактично ринок альтернативного палива використовує етанол у різних видах безакцизних кисневмісних добавок  – розчинник, сольвент, оксор тощо.

Очікуваний попит на ринку України складе більше 300 тис. т біоетанолу при 5% добавці в бензин. При збільшенні вмісту біоетанолу до 7% попит очікується на рівні 450  тис. т разом з альтернативним паливом.

В умовах України найбільш ефективною сировиною для виробництва біоетанолу є меляса та кукурудза.

Конкурентні переваги біоетанольних цехів на цукрових заводах, у порівнянні з традиційними спиртзаводами

В Україні при річному виробництві 2 млн т цукру обсяг виробництва меляси складає 500 тис. т, із них 100 тис. т витрачається на виробництво дріжджів, а решта – на спирт та етанол. Із залишків меляси можна виробити 100 тис. т біоетанолу.

Традиційно в ЄС додатковим джерелом цукровмісної сировини для біоетанольних заводів є дифузійний сік і відтік третього продукту. Таким чином, кількість сировини подвоюється до еквіваленту 1 млн т меляси на рік.

В Україні реальним конкурентом приватних мелясних біоетанольних заводів можуть бути тільки приватні біоетанольні заводи, які переробляють зернові відходи.

Таблиця 1. Аналіз існуючих видів сировини для виробництва біоетанолу в Україні
Сировина Характеристика сировини Витрати сировини,т/т Et Вартість сировини, (без ПДВ), євро/т Собівартість Et (без ПДВ), євро/т
Суха кукурудза Крохмаль — 65% 3 120 0,45
Сира кукурудза Крохмаль — 65% 3 100 0,4
Бій зерна Крохмаль — 60% 3 80 0,35
Пшениця Крохмаль — 50% 3,4 150 0,6
Меляса Цукор — 46% 3,8 59,3 0,32
Виробництво біогазу з мелясної барди

При переробці мелясної барди на біоетанольному заводі 6 тис. дал/добу витрачається 5 т/год пари та 300 кВт/год електроенергії, при одночасній переробці мелясної барди утворюється біогаз, здатний генерувати 20 т/год пари або 4 МВт/год електроенергії й 2,5 т/год пари.

При застосуванні «зеленого» тарифу з коефіцієнтом 2,3 і місцевою складовою 1,1, виробництво біогазу з мелясної барди з подальшою генерацією електроенергії забезпечує термін окупності менше 2 років із річною прибутковістю не менше 4 млн євро. Прибутковість та окупність подальшої переробки барди не менші, ніж саме виробництво біоетанолу.

Переваги біоетанольних цехів на цукрових заводах:
  • краща логістика та ціна сировини;
  • низьке енергоспоживання (пари та електроенергії);
  • можливість спільно метанізувати жом і барду – відходи цукрового виробництва;
  • можливість 100%-го споживання пари після котла утилізатора КГУ на біоетанольному цеху;
  • наявність полів фільтрації.
Перспективи виробництва біоетанолу в Україні та світі

У світі до 85% етанолу застосовується у технічних цілях, у тому числі 80% у якості біопалива, яке за своїми властивостями практично не поступається бензину.

При цьому світовий ринок паливного біоетанолу щорічно зростає майже на 25%. За прогнозами експертів, до 2020 року виробництво та використання етанолу на планеті сягне 120 млрд л на рік.

На даному етапі частка біоетанолу в автомобільному паливі у країнах ЄС та США становить 10%, в Бразилії – 24%, а в Україні – менше 1%. До 2020 року, згідно Директиви ЄC 2009/2028/ЄC, норма вмісту біоетанолу в автомобільному пальному не повинна бути нижче 10%.

До 2020 року в Україні очікуваний обсяг виробництва біоетанолу становитиме не менше 400 тис. т.

Гнідавський цукровий завод – одне з провідних підприємств не тільки у виробництві цукру, а й у сфері інноваційних інвестиційних проектів. Одним із таких проектів, який втілено у життя, являється «Біопаливно-енергетична компанія» – підприємство, яке випускає біоетанол, органічні розчинники, які на сьогоднішній день необхідні Україні.

Меляса – основна сировина для біоетанольного заводу, з якої виробляється етанол, біоетанол. У процесі виробництва біоетанолу утворюється побічний продукт – барда, яка є невирішеним питанням у плані екології.

Тому наступним кроком компанії є будівництво біогазового заводу. Барда та жом застосовуються для виробництва біогазу. ТОВ «Біо ПЕК» розглядає питання – що робити з виробленим біогазом. По-перше, ним можна забезпечити власні потреби, замінивши природний газ, який на сьогоднішній день є основним витратним механізмом у собівартості продукції. По-друге, його можна направити на когенерацію, виробивши елекроенергію, яку можна продати державі, що є успішним бізнесом із коротким періодом окупності.

На сьогоднішній день «Біо ПЕК» знаходиться у процесі будівництва біогазового заводу, має розуміння виробництва біогазу, його використання, переробки через когенерацію, але не має чіткого розуміння, що робити зі стоками, які утворюються у процесі переробки в реакторах стоків від біогазу, як їх очистити до таких параметрів, щоб можна було скидати у водоканали або річки.

Сьогодні біоетанол користується значним попитом в Україні. Але з шести нафтопереробних заводів України працює лише Кременчуцький завод і то не на повну потужність. Це питання з року в рік підіймається в державі, проте, й до нині немає чіткого розуміння, що таке біоетанол, його застосування як альтернативного палива, застосування на державному рівні у суміші з бензином. Європейські країни вже давно відійшли від цих питань, на перше місце вийшло виробництво та продаж біогазу.

Україна відкрила вікно в Європу до вимог європейських стандартів. Постає необхідність розгляду цього питання з точки зору екології на
рівні Кабінету Міністрів та Уряду для того, щоб виокремити чітке розуміння того, як бути з біоетанолом.

Державні підприємства мають право на продаж біоетанолу, так як є регламентуючі документи, але що таке біоетанол та етанол, яка різниця між ними, що таке код 2207 для біоетанолу та який код для етанолу – чітко невідомо. Існує інформація про те, що з 1 січня 2019 року набуде чинності постанова обов’язкового додавання етанолу до бензину.

Юрій Проник, директор ТОВ «Біо ПЕК», відкрив переваги використання етанолу як складника бензину зневодненого, денатурованого відповідно до ДСТУ ЕN 15376:2015:
  • найефективніший компонент для підвищення октанового числа бензину;
  • гарантована фазова стабільність палива внаслідок найвищого рівня очищення та зневоднення етанолу з використанням молекулярних сит;
  • висока економічна доцільність використання у виробництві високооктанових автомобільних палив;
  • екологічно чистий компонент, який суттєво знижує викиди токсичних речовин;
  • висока розчинність та сумісність з іншими видами, компонентами та функціональними присадками палива;
  • зменшує потребу використання у виробництві моторних палив ароматичних сполук та МТБЕ;
  • покращує експлуатаційні властивості двигуна внутрішнього згорання;
  • відсутні домішки сірки.

Додавання біоетанолу до бензину, покращення економічної незалежності держави, скорочення парникових газів не є основними перевагами біоетанолу. Такі країни, як Бразилія чи Америка, які на сьогоднішній день є лідерами галузі, мають дуже гарні показники. Україна повинна враховувати вирощування та переробку буряків, виробництво цукру, щоб замкнути виробничий цикл (виростити та переробити буряки, отримати цукор, потім біоетанол, біогаз, електроенергію, потім отримати стоки, доочистити їх та повернути на землю у вигляді міндобрив, тим самим замкнувши цикл). Розглянувши це питання на державному рівні, Україна отримає як економічний, так і екологічний ефект.

За даними лабораторних дослідів, проведених Інститутом захисту землі на Волині, за показниками фосфору, калію, азоту, кальцію та магнію барда прирівнюється до хімічних показників рідкого гною. ТОВ «Біо ПЕК» заключило угоди з аграріями, які отримали близько 40 тис. т барди як органічного добрива. Але є один нюанс, за показниками кислотності барда має 4,4-5 Ph, відповідно відбувається закислення ґрунтів. Через 18 днів цей показник відновлюється до нормально рівня – 7,2 Ph. Однак, використання барди потрібно визначати у співвідношенні до стану та умов конкретного регіону.

В Україні є потужності для виробництва біоетанолу та нормативна база для використання його як біопалива. Також розроблено ряд вітчизняних технологій переробки біоетанолу, зокрема, в диметоксиетан, як перспективну кисневмісну добавку до моторних палив. Розширення застосування паливного етанолу та його похідних у нашій країні, що відповідало б світовій тенденції використання відновлюваних ресурсів, можливе лише за умови запровадження низки заходів на рівні держави, зокрема, встановлення пільгового акцизу на альтернативне моторне паливо та запровадження доступного кредитування для будівництва нових потужностей з виробництва та переробки біоетанолу.

Таблиця 2. Хімічні показники різних продуктів, які можуть бути використані для виробництва біопалива
Показник Свіжий гній Напівперепрілий гній Рідкий гній Барда
Волога 75 77 88 84,9
Суха речовина 25 23 11,4 15,4
Органічна речовина 22 20 10,9 14,6
N загальний 0,48 0,55 0,72 0,85
Фосфор (P2O5) 0,22 0,25 0,32 0,72
Калій (K2O) 0,50 0,7 0,51 1,7
С/N 22,9 18,2 7,5 8,6
Кальцій (СаО) 0,37 - 3,0 0,75
Магній (МgО) 0,10 - 0,71 0,36
Мідь (Cu) 0,2 - 0,006 0,0024
Цинк (Zn) - - 0,040 0,035
Марганець (Mn) 0,27 - 0,48 0,12
Залізо (Fe) - - 0,76 0,26
рН   6,5-8,2   4,4-5,1*
Впровадження біоенергетики на цукрових заводах України

Виробництво біогазу – перспективна галузь виробництва біопалива поряд із виробництвом біодизелю та біоетанолу. При чому, його виробництво може бути найдешевшим через низьку собівартість сировини та наявність можливостей побудови біогазових установок у кожному регіоні, якщо виникне така необхідність. Серед усіх поновлюваних енергій біогаз має особливий статус, оскільки він знаходить різноманітне застосування в електроенергетиці, виробництві тепла та використовується в якості пального, а також може постійно вироблятися, відповідно до потреб, на основі наявної місцевої сировини.

Виробництво біогазу дасть можливість зменшити енергозалежність України, створити нові робочі місця, вирішити проблеми утилізації відходів, зокрема, рослинництва, покращити екологічну ситуацію.

У 2014 році в Україні в м. Глобино на базі агропромхолдингу «Астарта-Київ» було введено в експлуатацію біоенергетичний комплекс, який є унікальним для країн СНД, так як виробляє біогаз у процесі ферментації відходів цукрового виробництва та пожнивних залишків.

Рішення збудувати біогазовий завод з’явилося у керівників «Астарти» тоді, коли Глобинський цукровий завод почав продукувати 6 тис. т цукру на добу та, відповідно, 1,2 тис. т жому. І постало питання його подальшої утилізації. За добу біогазовий комплекс споживає 1,2 тис. т бурякового жому, виробляючи до 150 тис. м3 біогазу, що відповідає приблизно 12 МВт електричної потужності. Газ надходить на цукровий та соєвий заводи й успішно працює цілий рік. Із тонни жому виходить приблизно 120 м3 біогазу. Для збільшення обсягів виробництва біогазу також застосовується силос із сорго.

Таблиця 3. Розрахунок сировини
Місяць Виробництво Споживання
жому силосу жому силосу
Січень     350 т/доба 320 т/доба
Лютий     350 т/доба 320 т/доба
Березень     350 т/доба 320 т/доба
Квітень     350 т/доба 320 т/доба
Травень     350 т/доба 320 т/доба
Червень     350 т/доба 320 т/доба
Липень     350 т/доба 320 т/доба
Серпень   120 тис. т 350 т/доба 320 т/доба
Вересень 1500 т на добу   350 т/доба 320 т/доба
Жовтень 1500 т на добу   350 т/доба 320 т/доба
Листопад 1500 т на добу   350 т/доба 320 т/доба
Грудень     350 т/доба 320 т/доба

Але виникає проблема з логістикою. Цукровий завод працює приблизно 3 місяці на рік, за добу переробляє 6 тис. т цукрових буряків, з яких виходить близько 1,5 тис. т жому, який необхідно переробити на біогаз та закласти на зберігання, щоб забезпечити безперервну роботу біогазового комплексу.

Що стосується силосу, виробництво якого становить 120 тис. т фактично за один місяць, його також необхідно закласти на зберігання. Тому виникають певні труднощі з логістикою: потрібно забезпечити силосні та жомові сховища, які майже нічим між собою не відрізняються, а також техніку для збирання, перевезення та укладання в траншеї в оптимальні терміни. Із плановим збільшенням потужностей виробництва, проблеми логістики загострюються.

Для розширення сировинної бази можна побудувати біоетанольний завод, який допоможе диверсифікувати виробництво цукру. Меляса піде на виробництво біоетанолу, а барда – на біогазовий завод. Така схема досить успішно реалізована на багатьох цукрових заводах в Європі. У зворотній послідовності вона працює на Гнідавському цукровому заводі. Сьогодні виробництво біоетанолу активно розглядається на Глобинському біогазовому комплексі.

Провідні науково-технічні організації та спільноти вивчають питання виробництва електроенергії «зеленого» тарифу з рослинних залишків із використанням турбіни цукрового заводу, яка працює максимум 3 місяці на рік. Ідея досить приваблива: є купа соломи, спаливши яку можна отримати «зелену» електроенергію, що є досить прибутковим бізнесом, окупність якого – 2-3 роки. Але всю солому необхідно зібрати за досить короткий проміжок часу – фактично за 2-3 тижні, тому що одразу після збирання врожаю зернових проводиться оранка землі. У результаті цього виникає проблема з логістикою, так як в Україні не вистачає техніки для перевезення сировини, тим більше, що щільність даної маси складає приблизно 250 кг/м3.

Зібрану солому, якщо вона волога, потрібно висушити та закласти на зберігання. Для забезпечення безперебійної роботи 6 МВт турбіни необхідно понад 400 тис. т сировини. Щоб зберегти весь цей обсяг треба декілька тисяч гектарів землі лише як місце для складування зібраного врожаю, що є досить великою логістичною проблемою.

На даний момент в Україні розвиток біоенергетики у співвідношенні з діяльністю цукрових заводів призупинився, у першу чергу, через невирішеність логістичних проблем. На всіх підприємствах турбіни та котли знаходяться у задовільному стані, біогазові установки добре працюють, проблема лише в одному – як зібрати та зберегти сировину до наступного сезону.


4062