Биоэтанол: топливо, сырье, экологическая и продовольственная безопасность
Перспективы биоэтанола как моторного топлива в мире, который переходит на электрокары и как с этим в Украине? (укр)
Перехід на електромобілі сьогодні є світовим ефективним трендом у боротьбі зі шкідливими викидами. Проте наші реалії показують, що старі автомобілі з ЄС та США найближчі 15 років ще необхідно заправляти, тому паливо має бути більш екологічним.
Зараз у Верховній Раді готується до другого читання законопроєкт щодо використання рідкого біопалива (біокомпонентів) у галузі транспорту.
Сам документ розроблявся ще у 2020 році, але сьогодні, в умовах війни проти України та з огляду на питання енергетичної безпеки і стабільного функціонування ринку палива, законопроєкт набуває особливої актуальності і, сподіваюся, буде ухвалений найближчим часом.
Основна мета – встановлення обов’язкової норми додавання біоетанолу в альтернативні види палива для бензинових двигунів на рівні не менше 5% (об’ємних). Винятком стануть бензини з октановим числом 98 і вище.
Біоетанол як моторне паливо
Існує три способи застосування біоетанолу як моторного палива:
- як добавка до бензину від 5 до 15% (Е5, Е10, Е15) для використання у звичайних бензинових двигунах. Таке паливо маркується буквою "Е" та цифрою, що позначає відсоток вмісту спирту. Наприклад, E10 - це суміш, що містить 10% біоетанолу та 90% бензину;
- у вигляді сумішей із вмістом етанолу до 85% (Е20, Е30, Е85) для використання в автомобілях з двигунами з універсальним споживанням палива. Чисте (100%) біоетанолове паливо, як моторне, використовується тільки у Бразилії.
В інших країнах етанол змішують із бензином у різних пропорціях. Наприклад, паливна суміш E85 складається з 85% біоетанолу та 15% бензину;
- для синтезу етилтретбутилового ефіру (ЕТБЕ) - високооктанового компоненту бензину, який має переваги над біоетанолом. Виробництво ЕТБЕ набуло поширення в європейських країнах, де більше половини біоетанолу спрямовують на синтез ЕТБЕ.
У біоетанолу є один істотний недолік: при низьких температурах двигун, що працює на 100%-му біоетанолі важко запускається. Проблема вирішується за допомогою додавання невеликої частки (близько 5%) бензину. Наприклад, у Швеції міські автобуси Scania заправляють саме такою сумішшю.
У США поширене моторне паливо стандарту E10 (взимку Е15), а в деяких штатах використовується суміш E85. При цьому, E10 і E15 можна заливати в бак будь-якої машини, що працює на бензині, а витрата палива майже не збільшується, оскільки біоетанол, на відміну від бензину, має знижену енергетичну щільність та підвищує октанове число суміші, тому вона згоряє з більшою ефективністю.
Якщо раніше в Європі переважала марка Е5 з показником 5% вмісту біоетанолу, то зараз споживання бензину в умовах посилення екологічних вимог зміщується у бік марки E10 з максимальним вмістом біоетанолу 10%.
21 країна європейського континенту, включно з Великою Британією, або вже перейшла на новий вид бензину, або перебуває в процесі його поетапного впровадження. E10 набуває все більшого поширення в Північно-Західній Європі.
Складнощі імплементації
Імплементація законопроєкту потребує ретельного вивчення світового досвіду з урахуванням українських реалій. Це й середній вік автопарку, і види палива, і внутрішнє виробництво біокомпонентів, і нормативні засади технічного регулювання, і технологічні можливості, і інфраструктура та логістичні ланцюжки.
Попри усі ці складнощі, розвиток внутрішнього виробництва біоетанолу можливий. Його можна забезпечити через:
- безпосереднє змішування на АЗС.
- створення окремих технологічних циклів на відновлених у майбутньому НПЗ;
- створення відокремлених схем змішування на нафтобазах.
Безумовно, окрім створення законодавчо-нормативних засад, кожний із зазначених напрямків потребуватиме зміни ланцюгів постачання і логістики. Наприклад, імпорту Eurobob (бензин, готовий до додавання етанолу), додаткових присадок, які запобігають корозії паливної системи транспортного засобу, розшаруванню вуглеводнево-спиртових сумішей, розвитку мікроорганізмів у них тощо.
Окремо хочу зауважити про постачання бензинів Збройним Силам України, Державній прикордонній службі України, до системи Державного резерву тощо і застосування інгібітора гідратоутворення як замінника імпортного метанолу у газовидобутку.
Що стосується потреб Міноборони, то для таких бензинів норма вмісту рідкого біопалива не діятиме.
А як у ЄС та США?
З 1 січня 2024 року аналітичне агентство Argus розраховуватиме котирування оксигенованого бензину Argus Eurobob oxy (E5) як надбавку/знижку до ціни на неоксигенований продукт (E10). Котирування біржових партій неоксигенованого бензину Eurobob non-oxy (E10) відбуватиметься як і раніше.
Згідно із щорічним звітом про біопаливо за 2022 рік, представленим у Глобальній мережі сільськогосподарської інформації Міністерства сільського господарства США, зазначається, що виробництво паливного етанолу в ЄС цього року досягне 5,354 млрд літрів (1,41 млрд галонів).
Наприклад, торік продаж біоетанолу для змішування з бензином у Німеччині зріс на 2,9% до 1,19 млн т., порівняно з попереднім роком.
Ринок палива явно пожвавлюється: обсяг реалізованого бензину марок Super Е10, Super Plus і Super (Е5) зріс на 3,5%, майже до 17,0 млн т. При цьому відбулося різке зростання продажів бензину марки Super E10: його ринкова частка зросла з 17,2% майже на 43% у 2021 році і ще майже на 24,0% у 2022 році.
До 2015 року в Євросоюзі також був доступний E85 через розгалужену мережу, і для нього існували певні пільги. Наприклад, до 31 грудня 2015 року вміст біоетанолу в бензині був звільнений від податку на нафту в Німеччині.
Але з 1 січня 2016 року компонент етанолу повністю почав оподатковуватись, і паливо втратило свою економічну перевагу та зникло з АЗС у Німеччині. Варто зауважити, що використовувати паливо E85 можуть тільки ті транспортні засоби, у яких усі матеріали паливного контуру (бак, паливний насос, паливопроводи, форсунки) сумісні з етанолом.
У Німеччині, наприклад, біоетанол недоступний як чисте паливо (E100), оскільки він не може забезпечити надійний холодний запуск при низьких температурах.
Автомобілі українців "старішають"
Як свідчать дані AUTO-Consulting, у січні 2023 року середній вік українського автопарку становив 23,2 року. Це вдвічі більше (!), аніж у Євросоюзі, де цей показник складає 11,9 року (за підсумками 2021 року). Найновішим автопарком можуть похизуватися жителі Люксембургу (6,7 року), Австрії (8,5 року) та Данії (8,9 року).
Найстаріший європейський автопарк – близько 17 років - у Литві, Румунії, Естонії. Згідно з даними ACEA, середній вік легких комерційних автомобілів у ЄС становить 12 років, середній вік вантажівок – 14,2 року, а автобусів - 12,7 року.
Для найрозвиненіших західноєвропейських країн, таких як Швеція, Франція, Бельгія, Нідерланди, Данія, Норвегія, Німеччина, Швейцарія, частка нових автомобілів віком до 2 років становить 10-16% автопарку.
Ще близько 20% автопарку становлять свіжі автомобілі у віці 2-5 років, а частка старих авто у віці понад 20 років мінімальна - близько 5-10%.
Що стосується України, то, як видно з діаграми, значну частину автопарку складають автомобілі старші за 10 років. Зрозуміло, що під час війни український автопарк аж ніяк не зможе суттєво "омолодитися". Проте підстави для оптимізму є.
Українці до війни дуже активно ввозили електромобілі, і навіть за І квартал поточного року їх кількість збільшилася на 11%, перетнувши показник у 50 тисяч. Можна припустити, що тенденція збережеться і після нашої перемоги, автопарк ще дещо "оновиться", адже в середньому вік електрокарів становить 5,6 року.
Використання в бензинових двигунах внутрішнього згоряння палив моторних альтернативних з додаванням біоетанолу зазвичай безпечно для автомобілів, вироблених на початку 2000-х років.
Примітка: Якщо це передбачено документами автовиробника, а відповідні дані містяться в експлуатаційних документах.
З огляду на існуючий віковий розподіл українського автопарку, наша країна має знайти стимули для зростання виробництва та споживання етаноловмісних бензинів, модернізації об’єктів інфраструктури, які б забезпечували їх комерційний обіг і оновлення автомобільного парку.
Декарбонізація
Декарбонізація транспортної галузі буде трендом кількох десятиліть. Зокрема, більшість орієнтуються на "електрифікацію" транспорту, проте не слід забувати, що електрокар є "зеленим" лише тоді, коли "зелена" мережа, де він бере свою енергію.
Сумнівним здобутком буде електромобіль, який живиться від вугільної генерації. Інша причина – не всі відразу пересядуть на електрокари. Тому, в контексті транспортної декарбонізації, біоетанол також може відіграти суттєву роль.
Незважаючи на те, що за енергетичною щільністю біоетанол значно поступається бензину (теплота згоряння біоетанолу 19,6 МДж/л, а бензину - 32 МДж/л), заміна бензину на біоетанол призводить до пропорційного зниження викиду парникового газу (СО2) в атмосферу.
Крім того, навіть невеликий вміст біоетанолу в бензині забезпечує значне зниження токсичності вихлопних газів, оскільки присутній у біоетанолі кисень забезпечує повне згоряння суміші (при спалюванні біоетанолу виходять лише два продукти: вуглекислий газ і вода).
Біоетанол також використовується за межами вищезазначених сфер застосування для виробництва додавання до бензину етилтрет-бутилового ефіру (ETBE). ETBE синтезується з біоетанолу та ізобутилену.
Завдяки високому октановому числу та низькому тиску пари ця присадка дозволяє зменшити кількість компонентів бензину, виробництво яких є енергоємним. Відповідно до Директиви ЄС щодо якості палива, ETBE можна змішувати до 22 об.%.
Імпульс для аграрного сектору
В останньому звіті компанії "Е3" зазначається, що біоетанол є "рентабельним" паливом для скорочення викидів CO2 від автомобільного транспорту до 2030 року. Там зауважується і про мультиплікативний ефект: окрім декарбонізації, виробництво біоетанолу – це підтримка сільськогосподарського виробника.
Також варто зазначити, що в цьому розрізі існує певна дискусія, або навіть протистояння – "їжа проти палива". До прикладу, кукурудза є важливою складовою продовольчої безпеки, але дані ePURE це спростовують.
Виявилося, що минулого року вперше було вироблено більше побічних кормових продуктів для тварин, ніж для відновлюваного етанолу. Дані, сертифіковані швейцарською аудиторською компанією Copartner, свідчать, що близько 4,48 млн т кормів для тварин з високим вмістом білка було вироблено в Європі саме завдяки виробництву етанолу.
Вихід біоетанолу при переробленні різної сировини становить у середньому на 1 га посівної площі: ячменю – 1500 л, пшениці – до 2760 л, кукурудзи – 3800 л, із цукрових буряків – 6240 л, цукрової тростини – 7500 л. Сьогодні більшість паливного етанолу виробляється із зерна харчового призначення, що призвело до дефіциту і значного зростання цін на нього на світовому ринку.
У зв'язку з цим у багатьох країнах ведуться роботи, спрямовані на впровадження інноваційних технологій виробництва біоетанолу другого покоління з використанням нехарчових сировинних ресурсів, насамперед деревини, соломи та малоцінних аграрних культур.
Інвестиції у виробництво біоетанолу
Низка держав реалізують національні програми виробництва біоетанолу, відповідно до яких усі виробники біоетанолу отримують субсидії та податкові пільги. Наприклад, Бразилія, яка разом із США виробляє понад 80% загальносвітового обсягу біоетанолу, завдяки державній програмі розвитку біоенергетики стала світовим лідером у використанні біоетанолу як моторного палива (третє місце за обсягами виробництва біоетанолу займає Китай) .
Про збільшення ролі біопалива говорять і в Міжнародному енергетичному агентстві. Там зазначають, що У 2021 році біопаливо становило 3,6% світового транспортного попиту на енергію, головним чином для автомобільного транспорту.
Прогнозується, що внесок біопалива в сценарій "нульових викидів" у транспорті зросте вчетверо – до 15% у 2030 році.
Виробники розуміють цей тренд, тому ще у 2021 році подвоїли інвестиції в рідке біопаливо. Очікується, що вони зростатимуть і надалі. Цьому сприятиме не лише попит, а й необхідність запроваджувати нові технології переробки, адже наразі фіксується "інноваційна прогалина у перетворенні біомаси на рідке біопаливо, наприклад, за допомогою термохімічних шляхів, таких як газифікація біомаси з подальшим біо-FT синтезом, гідротермальним зрідженням і швидким піролізом з модернізацією".
Біоетанол і газовидобуток
Окремо слід виділити застосування біоетанолу як замінника імпортного метилового спирту у газовидобутку в якості інгібітора гідратоутворення.
Етанол, незважаючи на дещо гірші інгібиторні властивості, ніж метанол, уже декілька років успішно використовується при видобутку природного газу, замінивши значну частину метанолу, що імпортувався із росії та білорусі.
Більш широке застосування етанолу гальмується його високою ціною та обмеженістю пропозицій на ринку, тому галузі треба сфокусуватися на поліпшенні конкурентності своєї продукції за рахунок зниження власних витрат.
Другим напрямком досягнення гарантованої ефективності інгібіторів гідратоутворення на базі етанолу має стати запровадження введення інноваційних присадок, які значно сповільнюють усі процеси взаємної кластеризації молекул води та метану.
Наразі доречно визначити технічні вимоги до інгібіторів гідратоутворення на базі етанолу на національному рівні та прийняти відповідний нормативний документ.
Український біоетанол
В Україні вже є нормативно-правова база для технічного регулювання комерційного обігу палив з додаванням біоетанолу для бензинових двигунів.
По-перше, це Технічний регламент щодо вимог до автомобільних бензинів, дизельного, суднових та котельних палив, який передбачає додавання у бензини етанолу із вмістом до 10%.
По-друге, це шість діючих державних стандартів України, які визначають технічні вимоги до спиртовмісних бензинів E5, E7, E10, біоетанолу, стабілізуючих добавок для додавання біоетанолу, основні положення системи розробки та постачання продукції нафтопереробки та нафтохімії на виробництво.
По-третє, зазначені документи управління якістю розроблені на основі міжнародних систем якості і уніфіковані зі стандартами Європейського союзу.
Отже, палива моторні альтернативні, що вироблені з дотриманням зазначених вимог якості, є продукцією, яку можна безпечно використовувати в бензинових двигунах внутрішнього згорання.
Висновки
З огляду на багатовимірну роль біоетанолу, має бути ухвалений відповідний законопроєкт, який матиме мультиплікативний ефект одразу для кількох галузей економіки.
Це дозволить знизити залежність держави від імпорту енергоносіїв, збільшити потенціал аграрного сектору, дасть додатковий поштовх переробній промисловості, насамперед виробникам етилового спирту, та зміцнить нашу державу у досягненні кліматичних цілей.