Развитие отечественного АПК является одним из приоритетных направлений для нашей страны. Поэтому надеемся, что материалы публикуемые в журнале внесут достойный вклад в успешное развитие научного поиска, повышение значимости научных разработок, подъем сельскохозяйственного производства
 д. с.-х. н., профессор А.В.Алабушев

 

№3 2010

№2 2010

№1 2010

№6 2009

№5 2009

№4 2009

№3 2009

№2 2009

№1 2009

 

 

Теоретический и научно-практический журнал ISSN 2079-8733

ИНФОРМАЦИЯ

УДК:633.174:661.72

Перспективы производства биоэтанола из сорго

С.И. Горпиниченко, В.В. Ковтунов,
Всероссийский научно-исследовательский институт зерновых культур им. И.Г. Калиненко


В статье освещены достижения отечественной и зарубежной науки в области альтернативных источников энергии с использованием возобновляемых ресурсов – растительного сырья.
In the article these are elucidated domestic and foreign science achievements in the field of alternative energy sources with the usage of renewal resources – vegetable raw materials.

Ключевые слова: сорго, зерно, сорт, нефть, энергия, сырьё, топливо, литр, биоэтанол, биогаз, биодизель.
Key words: sorghum, grain, variety, oil, energy, raw materials, fuel, liter, bioethanol, biogas, biodiesel.

Рост мировых цен на нефть, быстрое истощение её запасов, ухудшение экологической обстановки, особенно в крупных городах мира, уже давно по­ставили во многих странах проблему создания экологически чистых возоб­новляемых источников энергии. Различные формы энергии биомассы могут использоваться в качестве автомобильного топлива. Есть несколько видов топлива, которые можно получить из биомассы – биогаз (преимущественно метан), биодизель и биоэтанол (зелёный бензин). Считается, что именно топ­ливный этанол имеет наибольший потенциал, учитывая неисчерпаемые ис­точники его получения. Ими могут быть травянистые растения, отходы сель­ского хозяйства и деревообрабатывающей промышленности [1, 2].
Лидерами потребления автомобильного биотоплива являются Брази­лия, где каждая вторая продаваемая машина использует спиртосодержащее топливо из сахарного тростника (в этой стране 1 литр биоэтанола на 45% де­шевле 1 литра бензина), и США (табл. 1) [1].


1. Мировое производство этанола по годам, млн л

Страна

Годы

2004

2005

2006

2007

2008

США

13362

16117

19946

24564,7

34776

Бразилия

15078

15978

16977

18972,6

24464,9

Китай

3643

3795

3845

1837,1

1897,18

Индия

1746

1697

1897

199,58

249,48

Франция

827

907

948

Германия

268

430

746

Россия

748

748

649

ЮАР

415

389

387

Великобритания

400

351

279

Испания

298

298

463

Таиланд

279

298

352

299,37

339,4

Колумбия

279

283,12

299,37

Евросоюз

2155,73

2773

Весь мир

45927

50989

49524,4

65527,1


Именно на них приходится около 95% всего мирового производства биоэтанола. Невысокая себестоимость производства этанола (0,19 долларов за литр в Бразилии, 0,33 – в США и 0,55 – в ЕС) дела­ет биотопливо дешевле бензина. В 2008 году в США было произведено 34,7 млрд литров этанола, это почти в 2 раза больше, чем в 2006 году, 90% его получают из кукурузы и 8% из сорго. На эти цели идёт уже сейчас до четвер­ти урожая кукурузы и 15% урожая сорго США. Благодаря производству то­пливного этанола США ежегодно экономит 8,7 млрд долларов на импорте нефтепродуктов. Вторая страна по производству этанола – Бразилия. В 2008 году общее производство этанола в стране достигло 24,5 млрд литров. Сего­дня он занимает около 20% общего объёма топливного рынка этой страны. По мнению аналитиков с 2005 по 2010 годы объёмы экспорта этанола из Бра­зилии вырастут в 2 раза – с 600 млн до 1,3 млрд долларов.
Интенсивное использование растительного сырья в производстве био­этанола наблюдается в последние годы в странах Евросоюза. Этому способ­ствовало принятие ряда директив Евросоюза и мер государственной под­держки, согласно которым производители обязаны обеспечить производство топлива с содержанием биологических добавок.
К 2010 году долю биоэтанола в общем потреблении нефтяного топлива планируется довести до 5,75%, что потребует дополнительно около 10 млн тонн растительного сырья (табл. 2).


2. Обязательная доля (по закону) биоэтанола в топливе

Страна

Доля, %

Год достижения

Евросоюз

5,75

2008

Китай

5

2010

Бразилия

2

2008

5

2013

Индия

5

2010

Таиланд

10

2010

Великобритания

5

2010

США

5

2010

30

2030

Япония

5

2010

Россия

не менее 5

разрабатываются стандарты бензина с добавлением биоэтанола


Россия также имеет все объективные предпосылки для организации производства биоэтанола в больших масштабах. Целесообразность этого бу­дет определяться наличием доступного и дешевого сырья. По мнению Ми­хаила Сутягинского, одного из российских экспертов в сфере использования биоэтанола на транспорте, в ближайшие 5–7 лет в России появятся свои заво­ды по производству альтернативного топлива. Будет их не менее десятка.
О своём намерении построить предприятия по производству биоэтано­ла уже сейчас заявили компании Астон, Башнефть-Юг, Югтранзитсервис (ЮТС), Казахстанская «БМ» (в Белокалитвинском районе), предла­гая свои собственные экспортно-ориентированные проекты. Планируется от­крыть крупное биотопливное производство в Татарстане и несколько более мелких в ряде регионов (Омске, Томске, Волгоградской, Липецкой, Пензен­ской, Ростовской и других областях).
В ближайшее время ожидается изменение законодательства в отношении биотоплива. Сейчас в России начинает изменяться законодательная база: принимается полный перечень законодательных актов, для того чтобы этанол стал отдельным продуктом именно как топливная составляющая. При этом в России появилось то, чего не было ранее – намерение использовать биотопливо на внутреннем рынке: сейчас в РФ на государственном уровне разрабатываются стандарты бензинов с добавлением биоэтанола.
Достижения различных стран – развитых и развивающихся – в области производства и потребления биотоплива открывают перед Россией значи­тельные перспективы как для решения локальных энергетических проблем на современном этапе, так и в плане выхода нашей страны в качестве круп­ного поставщика биотоплива на мировые и европейские рынки (Китай, Ин­дия, Япония, Евросоюз). Экспорт транспортного этанола может стать в пер­спективе серьёзным источником валюты и экологически чистым энергетиче­ским товаром России на международном топливном рынке. Потенциальный размер рынка российского биоэтанола оценивается экспертами в 650 тыс. тонн. Возможная российская доля в мировом производстве биоэтанола – 10–15%.
В России традиционно для производства этилового спирта в разное время использовались зерновые культуры и картофель. Самую низкую себестоимость имеет биоэтанол из сахаросодержащего материала и зерна кукурузы (табл. 3) [2].

3. Эффективность производства биоэтанола

Сырьё

Объём производства с площади 1 га, м3

Стоимость
долл./м3

Сахарная свекла
(цена 15 евро/т)

2,5–3,0

300–400

Сахарный тростник

3,5–5,0

160

Кукуруза

2,5

250–400

Пшеница

0,5–2,0

380–400

Картофель

1,2–2,7

800–900

Сорго сахарное

3,0–5,0

200–300

Сравнительный анализ различных видов сырья для получения этанола показывает, что наиболее дешевым он получается при использовании сахарного тростника – 160 долл. за
1 м3, сорго сахарного – 200–300 долл. за 1 м3и зерна кукурузы – 250–400 долл. за 1 м3.
Потенциально с учётом вовлечения в сельскохозяйственный оборот неиспользуемых земель, в России возможно расширение посевов под данны­ми культурами (сорго и кукуруза) до 1,8 млн га, что позволит произвести к 2010 году порядка 1,2 млн тонн биоэтанола без нарушения се­вооборотов других сельскохозяйственных культур. Это составит порядка 4,4% от общего потребления бензина в России.
Мировая потенциальная потребность в этаноле составляет 2 млрд тонн в год, а современное мировое производство биоэтанола – 35,3 млн тонн в год, прогнозируемое потребление его к 2010 году – 56 млрд литров.
В настоящее время Россия располагает мощностями, применяющими гидролизные технологии, позволяющие вырабатывать технический гидролиз­ный спирт. Однако гидролизные технологии, основанные на использовании серной кислоты, являются экологически вредными. Необходимо разрабаты­вать современные экологически чистые технологии получения транспортно­го этанола. Причём с энергетической и экономической точки зрения зерновой этанол превосходит все виды топлива из используемого сырья, а этанол, про­изведённый из биомассы, – следующий значительный шаг вперёд.
Поэтому необходимо искать новые биологически безопасные сырьевые источники сахарозы и крахмала. В этом плане представляет интерес культура сорго (сорго зерновое и сорго сахарное). Сорго можно возделывать на биоэтанол на юге России и в Поволжье.
В ближайшие 10–20 лет сорго можновозделывать в Российской Федерации на площади 1,5–1,8 млн га, особеннов зонах, подверженных острой засухе. Причём, в южной зоне РФ –
на площади 500–600, в Поволжье – 600–
800 тыс. га.
В настоящее время в Ростовской области площадь, занятая под культурой сорго, не велика и составляет более 50 тыс. га, но в годы, последующие после ряда засушливых, например как 2007 г., интерес к культуре резко возрастает. Поэтому в связи с потеплением климата, дешевизной зерна и острой засухой в период вегетации растений сорго, возможно расширение посевов на перспективу до 100–150 тыс. га сорго зернового и 150–200 тыс. га на зелёную массу.В условиях Ростовской области сорго – одна из наиболее перспективных культур наряду с пшеницей и подсолнечником. При уровне затрат на возде­лывание сорго зернового 2,5 тыс. рублей на
1 гектар, урожайности от 3 до 5 т/га зерна и цене реализации зерна 3 тыс. руб. за 1 тонну прибыль составляет 7–10 тыс. рублей с гектара. Учитывая то, что сорго сеют по худшим предше­ственникам, на засоленных землях и в районах с выпадением осадков менее 300 мм в год, где кукуруза не формирует урожай зерна, использование культуры сорго в качестве альтернативного источника топлива наиболее актуально.
Культура сорго является наиболее высокоэнергетической, исходя из следующих показателей.
– высокий фотосинтетический потенциал (в 2 раза выше, чем сахарная свекла, пшеница, соя и др. культуры);
– низкая потребность в воде (значительно ниже, чем кукуруза, ячмень, рис, пшеница). Так на образование единицы сухого вещества сорго расходует 300 частей воды, кукуруза – 388, пшеница – 515, ячмень – 543, горох – 730, подсолнечник – 895;
– высокая устойчивость к засухе (высокая ксерофитность, мощная кор­невая система с избирательной способностью, плотный эпидермис, белый восковидный налёт на листьях в период высоких температур). Более того, сорго способно приостанавливать рост в период особо неблагоприятных условий для роста и развития, оставаясь в анабиозе до наступления благоприятных условий;
– высокая урожайность (5–6т/га зерна и 60–80 т/га зелёной массы);


Рис. Выход этанола в литрах из тонны сырья, 90% конверсия крахмала в этанол


– возможность получать 4–5 т этанола с 1 га посевов (выход из одной тонны сорго 0,5 т этанола при содержании крахмала 70% и более, из ячменя – 0,33 т, пшеницы – 0,37 т, кукурузы – 0,41 т) (см. рисунок);
– низкая норма высева (7–10 кг/га);
– выход сахара 5–7 т/га и целлюлозы 15 т/га (сухой багассы) из сорго сахарного, а также 3–5 м3 этанола с 1 га посевов.
Во Всероссийском научно-исследователь-ском институте зерновых культур им. И.Г. Калиненко (ВНИИЗК им И.Г. Калиненко) создан уникальный ге­нофонд по сорго зерновому и сахарному. В настоящее время институт распо­лагает необходимым набором адаптивных сортов, гибридов и технологий возделывания сорго зернового с высоким содержанием крахмала в зерне выше 70% (72–75%).
Созданы сорта сорго зернового Лучистое, Аист, Орловское, Хазине 28, Зерноградское 53 с потенциалом урожайности 4,5–6,0 т/га и выходом спирта 2,1–3,0 т/га (табл. 4).


4. Урожайность зерна, содержание крахмала и выход спирта из сортов и гибридов сорго зернового, (2006–2008 гг.)

Сорт, гибрид

Урожайность зерна,
т/га

Содержание
крахмала, %

Теоретический выход спирта
с 1 га, л.

Лучистое

5,8

75

2980

Пищевой 227 – F1

6,0

70

2880

Аист

4,8

70

2304

Орловское

4,5

68

2088

Зерноградское 53

5,8

69

2405

Хазине 28

5,4

73

2700

*Примечание: теоретический выход безводного спирта из 1 т крахмала = 71,98 дкл.


Сорт Орловское с вегетационным периодом 80–85 дней отличается хо­лодостойкостью, засухоустойчивостью.
Сорт Лучистое сочетает высокую урожайность 5,8 т/га с высоким со­держанием крахмала в зерне (75%).
Для производства этанола необходимо новое поколение бе­лозёрных сортов и гибридов сорго зернового с высокой засухоустойчиво­стью, высокоурожайных, низкорослых, солевыносливых с содержанием крахмала в зерне 70–75%, с низкой уборочной влажностью зерна, не требую­щих дополнительной сушки.
ВНИИЗК располагает уникальным селекционным материалом для соз­дания новых сортов и гибридов сорго сахарного с высоким содержанием моносахаров, отвечающих требованиям производства этанола. И если ранее (в начале работы) содержание сахаров в соке стеблей не превышало 10–12%, то в настоящее время имеются сорта и селекционный материал с содержанием са­харов в соке стеблей до 16–18%.
Значительная часть земель Южного федерального округа (ЮФО) позволяет возделывать сорта сорго сахарного с содержанием сахаров в соке стеблей 14–15%, вегетационным периодом 110–120 дней, выходом спирта 3,2–6,0 т/га (табл.5).


5. Урожайность зелёной массы, содержание сахаров в соке стеблей и выход спирта
из сортов и линий сорго сахарного, (2006–2008 гг.)

Сорт, образец

Урожайность зелёной массы, т/га

Содержание сахаров в соке стеблей, %

Теоретический выход спирта с 1 га, л

Зерноградский янтарь

40

14,1

3322

Зерноградское 33

41

13,9

3357

Зерноградское 28/49

40

13,6

3204

К 1670

64

15,0

5654

К 470

62

17,0

6208

К 451

50

17,0

5006

*Примечание: теоретический выход безводного спирта из 1 тонны инвертного сахара составляет 58,9 дкл.


Наиболее целесообразно размещение сорго сахарного в южной и восточной зонах Ростовской области, так как ареал возделывания сорго сахарного для производства сиропа ограничен. Высокое содержание сахаров в растениях на­капливается только в южной зоне России, где среднегодовая сумма актив­ных температур 2800–3000° (субъекты ЮФО). При наборе меньшей суммы температур идёт снижение накопления сахаров.
Для этого необходимы:
– новые высокоурожайные белозёрные сорта и гибриды сорго с высоким содержанием сахаров, крахмала и минимизацией сроков созревания;
– усовершенствование существующих ресурсовлагосберегающих технологий и комплексов машин для производства сырья при получении биоэтанола;
– строительство новых комплексов для выращивания и переработки биомассы сорго в основных районах соргосеяния.
Учитывая ситуацию в мире с производством энергии из ископаемых источников, достижения отечественной и зарубежной науки в области альтернативных источников с возобновляемыми ресурсами и результаты нашей селекции сортов и гибридов сорго зернового и сахарного можно сделать следующее заключение, что технология получения биоэтанола из зерна сорго зернового и биомассы сорго сахарного (естественного сахароноса) экономически целесообразна. Затраты на производство зерна сорго в 2 раза ниже затрат на производство зерна пшеницы, а выход спирта из 1 тонны зерна сорго при содержании крахмала более 70% составляет 45, у пшеницы – 37, у кукурузы – 38 дкл. Сорго – уникальная засухоустойчивая и высокоурожайная культура, с простой технологией возделывания. Новые сорта и гибриды сорго формируют на 1 га урожайность зерна от 3–4 тонн в засушливые годы и до 5–6 тонн в благоприятные по увлажнению годы, а также биомассы сорго сахарного от 30–40 до 50–60 т соответственно. При этом расчётное производство этанола составляет от 2,5–3,0 т из сорго зернового до 3,3–5,0 т из сорго сахарного в зависимости от почвенно-климатических зон. Оценивая перспективы производства биоэтанола, следует отметить, что при действующих ценах на бензин его производство экономически выгодно.

ЛИТЕРАТУРА

  • Лачуга Ю.Ф. Нетрадиционная энергетика в сельском хозяйстве / Ю.Ф. Лачуга // Перспективы, опыт производства и использования альтернативных видов топлива в сельском хозяйстве: Сб.
    науч. тр. – Зерноград: ВНИИПТИМЭСХ, 2007. –
    С. 9–14.
  • Малиновский Б.Н. Проблемы и перспективы производства и использования новых энергетических технологий в сельскохозяйственном производстве России / Б.Н. Малиновский // Перспективы, опыт производства и использования альтернативных видов топлива в сельском хозяйстве. – Сб.
    науч. тр. – Зерноград: ВНИИПТИМЭСХ, 2007. –
    С. 81–86.

 

© 2009 ГНУ ВНИИЗК
им. И.Г.Калиненко
Главная | Поиск | Авторам | Контакты | Архив