Дослідження економічної та екологічної доцільності використання біоетанолу як моторного палива в умовах нашої держави

3.2 Еколого-економічний аналіз запропонованих заходів

ВСТУП

Актуальність теми. Використання біопаливо скорочує забруднення навколишнього середовища, яке відбувається при здобичі нафти, оскільки плантації біоматерілу очищають атмосферу, але людям доведеться скорочувати посівні площі під продовольство на користь паливних потреб.

Прихильники біопалива стверджують, що дана технологія абсолютно екологічна, супротивники біопалива стверджують, що його використання викидає стільки ж шкідливих газів, скільки використання традиційних паливних елементів. В майбутньому все роз'ясниться, але на даний момент ясно, що біопаливо в якійсь мірі екологичніше чим класичне паливо і набагато дешевше. Дешевизна і продуктивність біопалива роблять виробництво біопалива провідною альтернативною паливною галуззю.

Тому на даному розвитку суспільства, при постійному зростанні парку автомобільних засобів, пошук альтернативних джерел енергії є одним з актуальних напрямів.

Предметом дослідження можливість виробництва і використання біопалива в Україні.

Об'єктом дослідження потенціал України у виробництві і використанні біоетанолу.

Метою даної роботи є проведення дослідження економічної та екологічної доцільності використання біоетанолу як моторного палива в умовах нашої держави.

В Україні біопаливо поки що не отримало масовість, хоча вже були проведені деякі конференції на тему розвитку біопалива в Україні. Саме тому проблема біопалива в Україні та світі більш ніж актуальна.

Розділ 1. Характеристика особливостей виготовлення біоетанолу

1.1 Історія розвитку виробництва біоетанолу

Із біопалива яке приходить на заміну звичайному бензину який ми знаємо можна виділити два основних види: біоетанол та біометанол. Історія розвитку цих видів палива дещо різниться тому розглянемо окремо історію становлення кожного з них.

Промислове виробництво етанола почалося в 1916 році. Тоді використовувався метод ферментації АБЕ (ацетон, бутанол, етанол) із застосуванням бактерії Clostridia асеtobutylicum. Цей мікроорганізм, який виробляє ацетон, вперше виділив Haim Weizmann (патент США №1 315 585). Під час I світової війни Англія звернулася до молодого мікробіолога з проханням передати їй право на виробництво таким методом ацетону для подальшого отримання кордиту (бездимного пороху). Процес використовувався аж до 1920-х років для отримання виключно ацетону. Проте на кожний літр ацетону під час ферментації виходило додатково два літри етанолу. Хтось одного разу узяв нитрокклітковину, змішав її з етанолом і отримав швидковисихаючий лак. Через три роки автомобілебудування кардинально змінило весь ринок, і до 1927 року основним продуктом АБЕ процесу став етанол, тоді як ацетон став побічним продуктом. Під час II світової війни етанол використовувався у виробництві синтетичного каучуку.

Таким чином, в першій половині ХХ століття биоетанол вироблявся з кукурудзи або патоки шляхом ферментації за допомогою бактерій Clostridium асеtobutylicum. В результаті виходив ацетон, бутанол і етанол (звідси процес носить назву АБЕ). Побічними продуктами ферментації АБЕ є водень, изопропанол, оцтова, молочна, пропіонова і масляна кислоти, а також діоксид вуглецю і ліпіди. Необхідність розділення основних продуктів ферментації і видалення побічних - впливає, зокрема, на збільшення собівартості кожного літра етанола.

З 1954 року ціна нафти стала нижчою за ціну цукру - у зв'язку з тим, що США позбавилися дешевих поставок цукру з Куби. В результаті на фоні постійного зростання попиту на етанол виробництво ферментації почало скорочуватися. В даний час етанол виробляють з нафти найефективнішими методами - гідролізом галогеналкенів або гідролізом і гідратацією алкенів.

На початку 21 століття Hans Blaschek, професор харчової мікробіології Університету штату Ілінойс, отримав новий штам бактерії Clostridium. В 2004 році Clostridium beijerinkii був вибраний Міністерством енергетики США для генного картирования. Робота проводилася в Об'єднаному інституті геномів в Каліфорнії. В квітні 2006 року на конференції в Університеті штату Ілінойс, присвяченої біоенергії, професор Hans Blaschek виступив з повідомленням про істотний прогрес в своїй розробці технології виробництва етанола.

Використовуючи запатентований їм генетично змінений мікроорганізм Clostridium beijerinkii, він успішно перетворив кукурудзу в етанол. Для ініціації процесу ферментації професор використовував отриману їм карту генома мікроорганізму. Надалі, використовуючи результати аналізу генома, він планує вивести друге, ще більш ефективне покоління мікроорганізму Clostridium beijerinkii.

Крім того, професор Hans Blaschek розробив основи технології отримання етанола шляхом витягання з газу. При цьому етанол буде недорогим і без забруднень, можливих при використовуванні технологій, заснованих на застосуванні мембран.

Трохи пізніше, об'єднавши в процесі два чергових, нових штаму бактерій і пред'явивши ряд інженерних рішень, компанія Environmental Energy заявила про створення повноцінної технології отримання биоетанола. Компанії був виданий патент США №5 753 474 «Безперервний двоступеневий анаеробний процес ферментації отримання етанола і інших органічних розчинників з використанням двох різних штамів бактерій». Патент описує технологію, яка дозволяє сподіватися на отримання ефективного і економічно рентабельного етанола. Використовування компанією здвоєних биореакторів з клітинами безперервної дії збільшує вихід етанола до 2,5 галона на бушель зерна плюс додаткових, 6 фунтів водню як побічний продукт.

1.2 Зарубіжний досвід щодо виробництва біоетанолу

Етанол виробляється методом зброджування цукрів (глюкози, сахарози та деяких інших) у безкисневому середовищі спиртовими дріжджами. Раніше майже весь етанол, виготовлений таким шляхом, використовувався для виробництва алкогольних напоїв, і лише невеликі обсяги, отримані хімічними методами, застосовувалися у промисловості. За останні 25 років ситуація докорінно змінилася. Зараз більше половини виробленого у світі етанолу використовується як добавка до пального для двигунів внутрішнього згорання і лише 15% - для виготовлення алкогольних напоїв. Етанол із біомаси, що застосовується як паливо, називають паливним етанолом або біоетанолом (європейський термін). По суті він є абсолютизованим етиловм спиртом. Світове виробництво етанолу у 1998 році складало близько 32 млрд. літрів, з них 4 млрд. харчового етанолу, 8 млрд. - для хімічної промисловості, 20 млрд. - паливного. Лише 7% загальної кількості було отримано методом хімічного синтезу, а 93% - дріжджовою ферментацією цукру і зерна. Цікаво відзначити, що обсяги виробництва харчового спирту залишаються незмінними від 1975 року, тоді як паливного етанолу - зросли з 2 млрд. літрів до 20 млрд. літрів у 1998-му.

Використання етилового спирту як енергоносія не є новиною. Свій перший автомобіль Генрі Форд сконструював на базі двигуна, що працював саме на такому спирті, а в умовах дефіциту пального підчас Другої світової війни в Німеччині спирт додавали до бензину. Проте тільки наприкінці XX століття з'явилися повномасштабні програми використання біоетанолу як пального для двигунів. В складі пального біоетанол дозволяє збільшити октанове число і покращити експлуатаційні характеристики сумішевого бензину. Відомо, що використання такого бензину з вмістом до 15% етанолу не потребує зміни конструкції сучасних двигунів внутрішнього згорання і допоміжних приладів до них. Апробована концентрація етанолу в бензині коливається від 10% (США) та 8% (Канада) до 5-6% (Франція, Польща). Завдяки використанню сумішевого бензину зменшується концентрація шкідливих компонентів у вихлопних газах (чадного газу, закису азоту, оксиду азоту та інших летких токсичних викидів). Так, вміст оксиду вуглецю зменшується на 25%, вуглеводнів і оксидів азоту на 5%, що надзвичайно важливо для великих міст, де головним джерелом забруднення є автомобільний транспорт. Спалювання етанолу, отриманого з біомаси, не робить "внеску" до парникового ефекту, оскільки біомаса є СО2 - нейтральною.

Нині весь паливний етанол отримується методом зброджування цукрів (цукрова тростина) або сировини з вмістом крохмалю (в основному кукурудза). У Канаді, Бразилії та США діють державні програми з виробництва паливного етанолу. Світовими лідерами у цій галузі є Бразилія та США. Так, у 1999 році Бразилія виготовила 6,5 млрд. літрів паливного етанолу, що забезпечило 13% її загальних потреб в енергоресурсах і 19% - у рідкому паливі, тобто на нафті були заощаджені значні кошти. Завдяки сучасним технологіям з використанням цукрової тростини виробництво етанолу в цій країні є рентабельним: від 1990 року його обсяги щорічно зростали на 4%, а собівартість зменшувалася на 3%. Раніше тут виробляли переважно безводний етанол як пальне для автомобілів зі спеціальними двигунами. Але останнім часом у Бразилії використовуються паливні суміші з вмістом етанолу: 26% - у бензині і 3% - у дизельному паливі. Такі суміші не потребують змін у конструкції двигунів внутрішнього згорання чи дизельних двигунів. Щороку, залежно від ринку цукру, уряд країни визначає, який відсоток біоетанолу буде додаватися до моторних бензинів. Паливний етанол оподатковується тільки прибутковим податком без акцизного збору.

Рис. 1.1. Світове виробництво біопалив із біомаси

США - другий солідний виробник етанолу - палива, яке дає змогу щорічно заощаджувати близько 1,5 млрд доларів на придбанні нафтопродуктів, забезпечувати стабільну роботу сільського господарства, створювати нові робочі місця за рахунок будівництва спиртових заводів і покращувати екологічну ситуацію. Ще у 1988 році у США був прийнятий Закон про альтернативні моторні палива, який започаткував програми зменшення витрат бензину новими автомобілями та програми розробки нових палив. Зокрема, було вирішено виробити 20 тис автомобілів, які могли споживати паливо Е85 (85% етанолу та 15% бензину), і зараз в країні експлуатується понад 1,5 млн таких транспортних засобів. У 1990 році у США прийнято Закон про чисте повітря, згідно з положеннями якого бензин повинен містити не менше 2% (за масою кисню) кисневмісних добавок (головним чином етанолу), що дає змогу знизити токсичність вихлопних газів. Поправками до цього закону були запроваджені федеральні знижки податкової ставки на рівні 0,54 долара США на галон чистого етанолу. Із введенням в дію Акту про склад автомобільного палива в ряді міст США та Програми по паливних окиснювачах (1995 р.) ці знижки у більшості штатів поповнилися додатковими субсидіями для виробників етанолу. У мегаполісах (з населенням понад 1 млн.) взимку використовують тільки бензин з вмістом 10 % етанолу (так званий Е10, або газохол). Обсяг продажу газохолу в країні становить 12% від загального обсягу продажів бензину.

Ціни на світовому ринку етанолу представлені в табл. 1.1. Світова потенційна потреба в етанолі складає 2 млрд. т в рік (L. Fulton. Driving ahead, Renewable energy world. 2004, v. 7, n. 4), сучасне світове виробництво - 32 млн. т в рік, з них 4 млн. м3 - харчовий етанол, 8 млн. м3 - етанол для хімічної промисловості, 20 млн. м3 - паливний етанол. 7% етанолу проводять хімічним синтезом, 93% - бродінням; 60% одержують з цукру, 40% - із зерна. В двигунах внутрішнього згоряє використовується 26% етанолу в суміші з бензином, в дизельних - 3%.

Таблиця 1.1

Ціни на світовому ринку біотанолу

Порівняно з Бразилією, виробництво паливного етанолу з кукурудзи у США є менш прибутковим, хоча його собівартість за останні п'ятнадцять років зменшилася на 2/3. З однієї тонни кукурудзи здобувається аж до 410 літрів етанолу. Залежно від використовуваного устаткування в процесі вироблення етанолу може бути отриманий ряд інших продуктів, які часто приносять заводам дохід.Навіть сьогодні у країні діють податкові знижки на паливний етанол, щоб зробити його дешевшим за бензин. Згідно з підписаним президентом США законом, що матиме чинність до 2007 року, ця знижка дорівнює 0,014 долара на літр газохолу. Лідером - виробником паливного етанолу в країні є штат Іллінойс, де розміщено два заводи, кожен потужністю 1,05 млн. літрів на добу. Річна ж потужність спиртових заводів США з виробництва етанолу складає близько 7,5 млрд. літрів. За підрахунками коаліції губернаторів, які підтримують цю галузь, в неї з 1978 року інвестовано понад 4 млрд. доларів США. У двадцяти штатах розміщено 56 підприємств з виробництва етанолу, і ще 30-35 заводів будуються. Очікується, що у США виготовлятиметься близько 15 млрд. літрів цього продукту у 2010 році та 36 млрд. - у 2020-му.

Країни ЄС щорічно виробляють 2 млрд. літрів етанолу, але як паливо використовується менше 10%. Проте 7 листопада 2001 року дві комісії ЄС прийняли Директиви щодо використання біопалива країнами ЄС, - так звані "біодирективи" про обов'язковість вмісту біопалива у традиційному пальному для транспорту. Серед інших до відновлюваних видів палива віднесені біоетанол і ЕТБЕ (етилтретбутиловий ефір - естеризований біоетанол). Майже всі зареєстровані в ЄС транспортні засоби технічно придатні для використання палива з добавкою до 15% біоетанолу або ЕТБЕ. У Франції в 1996 році прийнято Закон про чисте повітря, який зобов'язує автомобілістів застосовувати кисневмісні добавки до бензинів, передусім етанол та ЕТБЕ. При цьому паливний етанол звільнено від внутрішніх податків, проти чого не заперечувала комісія ЄС (09.04.1997).
Приклад США переконує, що для підтримки рентабельності виробництва паливного етанолу потрібні державні субсидії, і це при тому, що сировина (кукурудза) є там дуже дешевою. Необхідно, щоби технологія його виготовлення стала дешевою - і він складе гідну конкуренцію бензину. Основними засобами зменшення собівартості етанолу можуть бути: інша сировина, комплексний підхід до утилізації побічних продуктів виробництва та вдосконалення технології алкогольної ферментації.
Заміна сировини полягає в тому, щоби замість зернових злаків використовувати біомасу рослин - як трав'янистих, так і дерев, а також відходи сільського господарства, деревообробної промисловості та комунальні тверді побутові відходи. Розрахунки показують, що використання таких відходів дозволило б США замінити етанолом 40% бензину. Спеціальне вирощування певних дерев'янистих (вільхи, осики тощо) і трав'янистих рослин (наприклад, сорго) для подальшої переробки у паливний етанол змогло б забезпечити решту 60%.

Рентабельність виробництва паливного етанолу значною мірою залежить від продажної ціни кінцевого продукту. Так, згідно з даними одного з досліджень, при продажу етанолу, отриманого з лігноцелюлози сільськогосподарських відходів, за ціною 0,33 долара США за літр виробництво буде рентабельним за умови, що завод одночасно випускатиме інший продукт - фурфурол. При цьому оптимальний обсяг сировини, що переробляється, складає 4360 т/день, а значно менші чи більші обсяги знову призводять до нерентабельності.

Розділ 2. Економіко-екологічний аналіз використання біоетанолу як моторного палива

2.1 Економічна доцільність використання біоетанолу в Україні

Біоетанол є одним із найперспективніших альтернативних палив, яке у великій кількості можна виробляти та використовувати в Україні. Наявних виробничих потужностей державних спиртових заводів достатньо для виготовлення 60 тис. тонн біоетанолу на рік, а до кінця 2009 року їх потужність може бути збільшена до 110 тис. тонн.

Україна має великий потенціал біомаси, придатний до енергетичного використання, зокрема відходи сільського господарства (солома, качани кукурудзи, лузга соняшника), тверді побутові відходи, що переважно складаються з лігноцелюлози. Сировиною для паливного етанолу може бути також меляса (її обсяги становлять близько 2 млн. т/рік), зернові культури, картопля, фрукти, спеціальні технічні культури.

Україна є крупним виробником харчового спирту. Річна сумарна потужність спиртових заводів становить близько 700 млн. літрів спирту, в тому числі 340 млн. - з заводів з переробки меляси. На жаль, велика кількість таких підприємств працює з неповним завантаженням або взагалі простоює. В перспективі їх потужності можна спрямувати на виробництво паливного етанолу з лігноцелюлози, але цей процес має бути рентабельним. Очевидно, що ціна біоетанолу залежатиме як від податкової політики держави, так і від його собівартості, на що, в свою чергу, впливатиме технологія виробництва.

Концепція виробництва біоетанолу в Україні включає кілька напрямків. Реконструкція існуючих спиртових заводів дозволить довести виробництво паливного етанолу до 0,3 млн. т/рік. Крім того, планується будівництво таких заводів малої потужності (до 5 т етанолу на добу) на базі підприємств переробної промисловості та безпосередньо в сільських господарствах. Пуск в експлуатацію нових технологічних ліній малої потужності дасть змогу отримувати 0,05 млн. т/рік цього продукту. Виробництво також доцільно розміщати на діючих цукрових заводах, їх теплосилове господарство може обслуговувати спиртові цехи і, в період між сезонами, виробництво цукру. До недавнього часу в Україні працював 191 цукровий завод, 75 з яких поступово до 2010 року можна дообладнати відділеннями з виробництва паливного етанолу, що розширить період використання технологічного обладнання, яке традиційно працює лише три-чотири місяці на рік. Дооснащення цукрових заводів відповідними технологічними лініями дасть можливість отримувати 1,65 млн тонн етанолу на рік. Таким чином, з урахуванням всіх напрямків концепції, в Україні можна було б отримувати 2 млн. т/рік біоетанолу.

В нашій країні вже виконано значний обсяг робіт з розробки й впровадження технології виробництва аналогу паливного етанолу - високооктанової кисневмісної добавки до бензину (далі - ВКД), яку одержують біоконверсією вуглеводневмісної відновлюваної сировини. Технологія отримання ВКД розроблена Українським інститутом спирту і біотехнологій виробничих продуктів (УкрНДІспиртбіопрод, Київ) і державним концерном "Укрспирт", впроваджена на семи спиртових заводах України: Барському, Довжоцькому, Луганському, Дублянському, Гайсинському, Маловисківському та Узинському оцтоводріжджовому заводі з сумарною добовою потужністю понад 120 т. Термін окупності реконструкції брагоректифікаційних установок цих заводів не перевищував півроку. Оскільки меляса дешевша від зерна, то на ВКД переробляли саме її, а із зерна одержували ректифікований спирт для високоякісних алкогольних напоїв. Зі збільшенням виробництва зерна в Україні та за умов його комплексної переробки за ефективними технологіями з одержанням сухої зернової барди, цілком економічно виготовляти ВКД з крохмалевмісної сировини. Перспективна сировина для цього - цукрове сорго.

Виконані в Україні у 1998-1999 роках експлуатаційні, стендові та дорожні випробовування підконтрольної групи автомобілів на сумішевих бензинах дають підстави до таких висновків:

- експлуатаційні властивості автомобілів, що працюють на сумішевих бензинах з доданням 6% ВКД практично не погіршуються порівняно з тими, що працюють на товарних бензинах А-92 та А-76;

- підвищується октанове число сумішевих бензинів;

- не зафіксовано негативного впливу тривалої роботи автомобілів на технічний стан і стабільність регулювання паливної апаратури;

- зменшується концентрація шкідливих речовин у відпрацьованих газах: оксидів азоту на 4,5-16%, ароматичних вуглеводнів - на 9-15% (залежно від типу бензину й двигуна).

Технічний комітет зі стандартизації і допуску до застосування продуктів нафтопереробки та нафтохімії "Нафта-Стандарт" дав дозвіл на застосування у бензинах 6% ВКД. Його виробництво й застосування стимулює і Указ Президента України № 688/99 від 22 червня 1999 року "Про організацію виробництва бензинів моторних сумішевих", який передбачає суттєву знижку в оподаткуванні виробникам ВКД і сумішевих екологічних бензинів з її застосуванням, що, безумовно, позитивно впливає на темпи зростання обсягів виробництва ВКД. Загалом з 1998 року отримано та реалізовано 23,7 тис т ВКД, що дало можливість українським підприємцям виробити понад 390 тис т екологічно чистих бензинів моторних сумішевих з використанням ВКД. А з вересня 2002 року підприємства концерну "Укрспирт" мають змогу виробляти 4500 т ВКД щомісяця.

Мінімальна потреба ВКД в Україні становить 100 тис т/рік, оптимальний обсяг споживання - 250-300 тис т/рік, що забезпечує виробництво та використання 1,7-5,1 млн. т сумішевих бензинів.

Постановою Кабінету Міністрів від 4 липня 2000 року № 1044 затверджено програму "Етанол", спрямовану на виробництво спиртовими заводами нових видів продукції та пошук нових ринків збуту. Ця програма поєднує стратегію виробництва ВКД, технічного спирту та продукції з його використанням (етилену, етиленгліколю, синтетичного каучуку, "біодизелю", продуктів тонкого органічного синтезу) з напрямками зменшення собівартості етилового спирту та комплексного безвідхідного використання сільськогосподарської сировини. Перераховані виробництва на основі спирту конкурентоспроможні за вартості спирту 220-230 доларів США за тонну. Програмою "Етанол" передбачена організація виробництва ВКД як добавки до бензинів на спиртових заводах, що переробляють мелясу, та на деяких зернових заводах загальною продуктивністю понад 350 тис. т на рік. Це дозволить отримувати близько 6 млн. т сумішевих бензинів.

У березні 2005 року голова концерну "Укрспирт" І.Жолнер, виступаючи на "круглому столі" з впровадження біоетанолу в Україні, відмітив, що застосування біоетанолу відбулося на практиці - нафтопереробні заводи вже мали змогу застосувати ВКД. Однак у подальшому цей процес з різних причин загальмували. За твердженням спеціалістів концерну “Укрспирт”, бензин з добавкою біоетанолу до 5% може застосовуватись на будь-яких марках автомобілів, а бензин 97-ї марки автоматично здешевлюється на 100 грн./т, проте нафтопереробники, які працюють на українському ринку, неохоче йдуть на нововведення.

За словами І.Жолнера, 8 спиртових заводів концерну "Укрспирт", які впровадили виробництво ВКД за власні кошти, готові були у 2005 році виробляти 60 тис. тонн біоетанолу на рік. При сталому попиті на цей продукт спиртзаводи швидко можуть збільшити виробництво до 100 тис. т/рік. За 2-3 роки виробничі потужності з ВКД, за розрахунками, можуть зрости до 280 тис. тонн на рік. У цьому випадку щороку до державної казни додатково надходитиме понад 180 млн. грн.

Швидке збільшення обсягів виробництва І.Жолнер пояснив наявністю в Україні незадіяних потужностей спиртзаводів, які, за підсумками 2004 року, сягають 36,3 млн. декалітрів спирту на рік, та наявністю достатньої сировинної бази.

На думку керівника концерну “Укрспирт”, конфлікт інтересів спиртовиків і нафтопереробників може бути вирішений шляхом економічної зацікавленості НПЗ у застосуванні біоетанолу. Це, зокрема, може бути зниження акцизної ставки з нинішніх 60 євро/тонна до 40 євро/тонна. Однак рішення відносно встановлення таких пільг може прийняти лише уряд.

У світлі зазначеної проблеми фахівці ДП «ДержавтотрансНДІпроект» брали участь у роботі міжвідомчої робочої групи, якою розроблено зміни до деяких законодавчих актів, таких як Закони «Про альтернативні види палива», «Про підприємництво», «Про єдиний митний тариф»,«Про ставки акцизного збору і ввізного мита на деякі товари (продукцію)» та інші,запровадження яких дозволить розпочати масове виробництво біоетанолу.

Так, зміни до законів перш за все надають можливість суб'єктам господарювання всіх форм власності здійснювати діяльність із виробництва та реалізації біопалив, звісно, після отримання відповідної ліцензії. При цьому виготовляти та зберігати харчовий спирт підприємства з виготовлення біоетанолу не матимуть права.

Такі суб'єкти господарювання будуть вноситися до відповідного реєстру, а їх прибуток від реалізації біопалива не буде оподатковуватися до початку 2009 року.

Також пропонується встановити пільгові ставки акцизного збору для біологічних видів палива, а також зменшити мито на їх ввезення до України.

Біоетанол як альтернативне паливо,безумовно, має багато переваг порівняно з традиційним паливом. Зокрема, головною екологічною перевагою використання біоетанолу у складі сумішевих бензинів є можливість виключення застосування високотоксичних металовмісних антидетонаційних присадок та метилтретбутилового етеру (МТБЕ). Але при використанні біоетанолу виникає низка специфічних питань. Одне з них - це необхідність адаптації транспортних засобів для нормальної роботи на паливних сумішах з високим вмістом біоетанолу. Річ у тім, що біоетанол за своїми фізико-хімічними властивостями суттєво відрізняється від бензину(має нижчу теплоту згоряння, але більшу детонаційну стійкість та корозійність), і при концентрації більше 5…10% може негативно вплинути на роботу двигуна. Тому для повноцінної та надійної роботи на бензо-спиртових паливах із значним вмістом біоетанолу звичайні бензинові автомобілі потребують адаптації, зокрема,внесення змін до конструкції систем живлення, керування двигуном, нейтралізації відпрацьованих газів, застосування стійких до спиртів матеріалів. У світі широко застосовують паливо Е85з вмістом біоетанолу до 85% для спеціально призначених для такого палива автомобілів - Flexible Fuel Vehicles (FFV), які можуть ефективно працювати на суміші бензину і біоетанолу з його вмістом 5…85%. На сьогодні FFV серійно виробляють, зокрема, в США, Бразилії, Швеції, Німеччині та Франції. На початок 2008 року в США експлуатували майже 7 млн таких автомобілів. Є технічно можливим виконання адаптації і серійних бензинових автомобілів в умовах експлуатації. При цьому мають бути запроваджені заходи для забезпечення після адаптації задовільних екологічних показників і запобігання зменшенню надійності роботи і ресурсу двигунів, нейтралізаторів та інших складових частин автомобілів.

ДП «ДержавтотрансНДІпроект» у 2007 році проводило моторні випробування дослідних зразків декількох бензоспиртових палив українського виробництва з вмістом біоетанолу понад 50% на серійних бензинових двигунах, не адаптованих для роботи на спиртових паливах. У результаті було зафіксовано, зокрема,

зменшення потужності двигунів і зростання на окремих режимах викидів високотоксичних оксидів азоту з відпрацьованими газами.

Після цього було проімітовано адаптацію двигуна- збільшено подачу палива з урахуванням нижчої теплоти згоряння біоетанолу, що дозволило отримати на бензоспиртовому паливі більшу потужність двигуна і зменшення викидів всіх нормованих забруднюючих речовин, ніж було отримано на товарному бензині. Ще одне питання, яке виникає при застосуванні біоетанолу у складі палива, це питання гарантійного обслуговування автомобіля. Очевидно, що виробники не можуть дати гарантію на технічну справність

автомобіля, який не пристосований до експлуатації на бензо-спиртовій суміші. Про це попереджають споживачів-власників бензинових автомобілів записами у керівництвах з експлуатації автомобілів.

Сучасне нормативне регулювання, зокрема діючі ДСТУ 4063-2001 і ДСТУ 4839 2007, обмежують вміст біоетанолу в автомобільному бензині п'ятьма відсотками. Як зазначено вище, ведеться активна робота над внесенням змін до законодавчих актів стосовно широкого застосування в Україні біоетанолу як палива. При цьому слід пам'ятати, що властивості біоетанолу не дозволяють застосовувати його в якості повного замінника бензину без адаптації автомобіля та його двигуна. Тому на першому етапі найбільш доцільним є розширення виробництва біоетанолу і запровадження масового використання сумішевих бензинів (із добавками біоетанолу та інших сполук), придатних для заправки транспортних засобів, що перебувають в експлуатації. Серед альтернативних палив для дизельних двигунів значний інтерес викликають олії, отримані з ріпаку, соняшнику, сої та льону та продукти їх переробки. Наприкінці 90-х років ДП «ДержавтотрансНДІпроект» спільно з НТУ та НТУУ «КПІ» провели дослідження енергетичних, екологічних і економічних показників дизелю Д_243 при роботі на сумішах дизельного палива з ріпаковою олією (концентрація 10, 20 і 30%), а також на ріпако-метаноловому естері (РМЕ), який є продуктом переробки ріпакової олії. На думку окремих фахівців, РМЕ за своїми властивостями є близьким до дизельного палива і може застосовуватися в дизелях без внесення змін до їх конструкції. Однак під час експлуатації двигуна на чистому РМЕ спостерігалося збільшення викидів оксидів азоту, випадки погіршенняпускових властивостей холодних двигунів, виходу з ладу окремих деталей з еластомерів системи живлення, а також були зафіксовані відкладення на впускних клапанах. Окрім цього, при використанні РМЕ існує загроза розвитку у паливі мікроорганізмів. В цьому плані слід враховувати досвід західних країн.

Згідно з європейським стандартом на дизельне паливо EN 5902004 допускається застосування не більше 5% естерів жирних кислот (біодизельного палива) у дизельному паливі для неадаптованих двигунів. Взагалі, Україна має дуже перспективну сировинну базу для виробництва як біоетанолу, так і біодизельного палива. Урожай ріпаку в 2007 році досяг мільйона тонн (в 21 раз більше урожаю 2003 року), але майже весь був експортований до країн ЄС, оскільки в Україні виробництво біодизельного палива без належної фінансово_економічної стимуляції виробників і споживачів є збитковим (собівартість складає 10-12 грн./літр). Вирішення всіх вищезазначених проблемних питань надасть можливість у найближчі роки запровадити широке використання альтернативних та біопалив у сфері автотранспорту України. В цьому плані є корисним досвід розширення їх виробництва та використання у промислово розвинених країнах світу. Наприклад, у США виробництво біоетанолу за останні 10 років зросло вчетверо, і до 2012 року зросте ще удвічі - до 22,4 млн тонн; а штат Каліфорнія до 2010 року планує збільшити обсяг біопалив у виробництві моторних палив щонайменше до 20%. Для країн ЄС Директивою 2003/30/ЄС визначено мету - до кінця 2010 року замістити 5,75% усіх моторних палив біопаливами і довести до 2020 р. частку альтернативних моторних палив до 20%. Схоже, із цим завданням найкраще справляється Швеція: вже в 2006 році вона отримувала 65% енергії не з викопних джерел. А до 2020 року вона взагалі має намір відмовитися від нафти як джерела енергії на користь альтернативних джерел. Щодо України, то є всі підстави вважати, що завдяки реалізації інноваційних технологій до 2020 року частка альтернативних палив, які буде споживати автомобільний транспорт в Україні, може сягнути 23-25% від загальних обсягів споживання моторних палив. І основну роль у цьому відіграють газові моторні палива (СПГ і ЗНГ) - 12-15%, та біопаливо (біоетанол і біодизельне паливо) - 10-12%. Ця оцінка хоч і є доволі оптимістичною, але вона ґрунтується на наявності унікальної сировинної бази для виробництва біопалив, а також на багаторічному досвіді використання в Україні газових палив. А це є кроком до зменшення для транспорту України негативних наслідків можливої глобальної енергетичної кризи, пов'язаної з вичерпанням запасів нафти.

Загальна площа сільськогосподарських угідь в Україні складає 41,7 млн.га, то у зв'язку з тим, що площа ріллі в структурі сільськогосподарських угідь становить 77,8 % і для врахування непередбачених обставин в перспективі приймемо в подальших розрахунках замість 77,8 % - 70 % обсягу визначеної площі, яку доцільно спрямувати на вирощування енергетичних культур як сировини для виробництва біопалива, таким чином одержимо:

14,4 х 0,7 =~10 млн.га

Отже, з певною мірою вірогідності можливо стверджувати, що в Україні, теоретично, для вирощування енергетичних культур з метою отримання рідкого біопалива є можливість виділяти в межах 10 млн.га ріллі, водночас не знижуючи рівень продовольчої безпеки країни.

Враховуючи ситуацію, що склалась в Україні в останні роки щодо різкого збільшення посівних площ енергетичних культур - виникає необхідність провести визначення прогнозної урожайності енергетичних культур як сировини для виробництва біопалива.

Для визначення прогнозованої врожайності енергетичних сільськогосподарських культур, які є перспективними як сировина для виробництва біопалива, звернемося до статистичних даних за останні 2001-2005 роки і у 2006 році (таблиця 2).

Таблиця 2.1

Урожайність енергетичних культур в Україні та в розвинутих країнах світу, ц/га

Зіставлення фактично досягнутої врожайності енергетичних сільськогосподарських культур в Україні і розвинутих країнах світу та в сільськогосподарських підприємствах України, які вирощують ці культури за інноваційними технологіями показує, що фактично досягнута в середньому за 2001-2005 рр. і у 2006 році урожайність сільгоспкультур в Україні у 1,5-2 рази менша врожайності, яку досягли розвинені країни світу та передові сільськогосподарські підприємства України. Разом з тим слід врахувати те, що нині понад 80 % сільськогосподарських підприємств при вирощуванні енергетичних культур через відсутності ресурсних засобів не дотримуються сучасних агротехнологій, (низький рівень внесення органічних і мінеральних добрив, низька якість посівного матеріалу, відсутність коштів для закупівлі високоврожайних сортів, недотриманням сівозмін, незадовільне проведення заходів щодо захисту рослин тощо) і така ситуація може спостерігатися і в наступні роки. При виконанні цього дослідження щодо перспективи виробництва сировини для отримання рідкого біопалива в Україні прогнозну врожайність енергетичних сільськогосподарських культур, що розглядаються в статті, або врожайність, яку можливо очікувати в Україні в найближчі 10-15 років, прийнято на основі вже досягнутої за останні роки з врахуванням рівня урожайності сільськогосподарських культур, що одержують підприємства України, які освоїли інноваційні технології та розвинуті країни світу (таблиця 2).Показники прогнозної врожайності енергетичних культур, що наведені в таблиці 5.2.3 перспективного варіанту, можна вважати реальними на період до 2010 року.

3 урахуванням вищевикладеного перейдемо до обчислення енергетичного потенціалу біопалива (біоетанолу), яке необхідне для заміщення у 2010 році - 5,75 % викопних палив (бензину) і можливостей його отримання в Україні.

В Україні у 2010 році потреба бензину для внутрішнього споживання складає 7,8 млн.т і дизельного палива 7,7 тис.т.

Для заміни 5,75 % цього викопного палива у 2010 році (бензину 7,8 млн.т і 7,7 млн. т дизельного палива) необхідно виробити у 2010 році 448,5 тис.т біоетанолу і 443 тис.т біодизельного палива.

Техніко-доступний енергетичний потенціал виробництва етанолу наведений в таблиці 2.2.

Таблиця 2.2

Технікодопустимий потенціал виробництва етанолу з традиційної та альтернативної сировини

Таким чином, для виробництва 443 тис.т біоетанолу в Україні необхідно спрямувати валовий збір кукурудзи на зерно на площі 222 тис.га - 11,3 % загальної посівної площі кукурудзи на зерно, або річний обсяг виробленої меляси (408 тис.т.) і валовий збір кукурудзи на зерно на площі 161 тис.га.

Із зернових культур провідною енергетичною культурою для виробництва етанолу в світовій практиці (США, країни ЄС) є кукурудза на зерно. Аналіз балансу зерна в Україні свідчить, що його валове виробництво за останні роки має значні коливання.

У балансі зерна кукурудза посідає третє місце. Її валовий збір у 2004-2006 роках становив 6,7-8,9 млн.т.

За останні роки зросла її товарна частина, в загальному обсязі реалізації зерна. Так, якщо у 2000 році частина зерна кукурудзи у товарній частині зерна сягала 9,7%, у 2003 р. - відповідно 27,9%, у 2004 - 2006 роках понад 20%. Таким чином , в Україні щороку експортувалося у 2004-2006 рр. в межах 1,2-1,6 млн.т. зерна кукурудзи.

Експортний потенціал зерна кукурудзи має можливість збільшитися до 2,5 млн.т. За умов сприятливої для сільськогосподарських підприємців кон'юнктури ринку на зерно кукурудзи як сировини для виготовлення біоетанолу, то лише на основі використання експортного обсягу зерна кукурудзи можна прогнозувати виробництво в межах 725 тис. т біоетанолу.

Слід зауважити, що вирощування кукурудзи на зерно для технічних цілей вимагає значного внесення мінеральних добрив і використання пестицидів. Загалом, процес вирощування, збирання та переробки кукурудзи є достатньо енерговитратним, тому прогнозуючи ріст виробництва зерна цієї культури, водночас необхідно розв'зувати проблеми ресурсного забезпечення технології її вирощування.

Аналізуючи світовий досвід, слід визначити, що для виробництва біоетанолу в Україні потрібно інтенсивніше впроваджувати альтернативні культури, які є потенційною сировиною для переробки на біоетанол і можуть бути конкурентоспроможними. У переліку альтернативних культур найбільш привабливими є цукрові буряки, які можна переробляти безпосередньо на цукрових заводах в концентрований 25% сироп з подальшою переробкою на спиртзаводах. Для виробництва 1 т 25%-го сиропу необхідно переробити 2 т коренеплодів цукрових буряків. У виробничих умовах можна отримати 166,5 л біоетанолу. Собівартість сировини на виробництво 1 л біоетанолу при існуючій ціні цукрових буряків (без ПДВ) становитиме: 162,5 грн./т х 2 тонни -35 грн. (вартість жому і меляси): 166,5 = 1,75 грн./л.

Загальна вартість біоетанолу залежить від умов його виробництва, що в цілому сягатиме близько 4 грн/л. Однак здешевлення його на основі сировини з цукрових буряків можна досягнути шляхом прямої переробки на існуючих в Україні спиртозаводах.

Перспективними біоенергетичними культурами є цикорій та топінамбур.

Із 1 тони коренеплодів цикорію при переробці можливо отримати 100 л. спирту-етанолу, який відповідає всім вимогам і стандартам.

З метою запровадження та стимулювання розвитку альтернативної енергетики та ширшого використання нових видів палива необхідна державна програма наукових розробок виробництва біопалива з альтернативних джерел сировини, пільгова підтримка кредитних ресурсів та послідовна інвестиційна політика держави щодо створення фінансових фондів з метою сприяння науковим дослідженням у галузі альтернативних цукроносних культур.

Наразі в світовій науці дедалі більшу роль відіграє генна інженерія, яка дає можливість переглянути стереотипи виробництва біоетанолу на основі енергетичних культур. Біотехнології, котрі базуються на досягненнях генної енергії, дадуть змогу розширити різновидність цукро- та інуліноносних культур, що зменшать собівартість виробництва біоетанолу.

Аналіз сучасного ринку технологічно обладнання і технологій доводить, що з технічного боку немає істотних перешкод для промислового виробництва біоетанолу. Економічний ефект від застосування буде підвищуватися завдяки правильному вибору технології вирощування та переробки, обґрунтованому розташуванню необхідного обладнання в місцях накопичення сировини, а також комплексному використанню отриманих в процесі переробки продуктів.

На розгляд Верховної Ради підготовлено законопроект "Про внесення змін до Закону України „Про державне регулювання виробництва і обігу спирту етилового, коньячного і плодового, алкогольних напоїв та тютюнових виробів”, щодо встановлення норми обов'язкового споживання (використання) біоетанолу при виробництві бензинів моторних".

У вищезгаданому законопроекті пропонується доповнити статтю, яка б встановлювала для всіх виробників моторних бензинів в Україні норми обов'язкового використання біоетанолу. У 2008 році частка біоетанолу в загальному виробництві бензинів має становити -- не менше 3 %, 2009-му -- не менше 4, 2010-му -- не менше 5,75 %.

За недотримання цих норм передбачено штраф -- 200 % вартості невикористаного біоетанолу (за оптово-відпускними цінами), але не менше 500 тис.грн.

2.2 Екологічна характеристика використання біоетанолу як моторного палива

В аналізі проблеми впливу біопалива є дві сторони як негативна, так і позитивна.

До позитивів можна віднести той факт, що у бiопалива великий потенцiал зменшувати викиди парникових газiв. Найбiльш поширений (та найважливiший) парниковий газ це двоокис вуглецю, один iз основних продуктiв згоряння палива, яке мiстить вуглець; однак, iншi гази, в яких мiститься азот та сiрка (NOx та SOx) також дiють як потужнi парниковi гази (GHG), як i метан та безлiч iнших менш поширених хiмiчних сполук (такi як CFC). Це важливо, так як бiологiчнi системи, такi як вирощування та виготовлення бiопалива включає велику кiлькiсть органiчних та неорганiчних парникових газiв (GHG), ускладнюючи оцiнювання їхнього впливу на змiну клiмату.

На додачу до потенцiйного зменшення викидiв вуглецю, при використаннi бiодизель та бiоетанол мають деякий локальний вплив на навколишнє середовище, включаючи зменшення викидiв пилу i майже нульовi викиди сiрки (хоча це дещо нiвелюється бiльшими викидами азоту). Кiлькiсть незпалених вуглеводнiв викидаємих в атмосферу також значно менша при використаннi бiопалива, анiж при використаннi стандартного газолiна/бензола або дiзеля.

Припускаючи, що земля для вирощування енергетичних рослин не очищується (звiльняється), в теорiї стверджується, що бiопалива вуглецево нейтральнi -- тобто, при спалюваннi, рослина видiляє в атмосферу таку ж кiлькiсть вуглецю, яку вона поглинула протягом свого росту. Однак, якщо враховувати витрати енергiї на систему вирощування у виглядi вдобрив, транспортування та викиди двоокисувуглецю при обробцi землi, тощо, цей показник значно зменшується; значно змiнюючись в залежностi вiд рослини та методики вирощування. Оцiнки збереження GHG вiд виготовлення етанола, наприклад, змiнюються вiд позитивних до негативних, в залежностi вiд рослини та методiв вирощування. Для перетворення зерно-на-етанол, деякi iз раннiх дослiдникiв сперечались чи взагалi є будь якi збереження GHG, коли справжня цiна вирощування враховується. Iншi не погоджуються, стверджуючи що це дослiдження базується на встарiлих методах сiльского господарства, i не враховує прогрес в технологiях та використаннi добрив. Дослiдження проведене Нацiональною Лабораторiєю Вiдновлювальної Енергетики США (NREL), для Департаменту Сiльського Господарства в 2004 роцi, встановило, що в середньому, виготовлення етанолу в США дає на 67% бiльше енергiї, нiж витрачаєтсья. Однак, новiша доповiдь групи дослiдникiв iз Унiверситета Калiфорнiї в Берклi, встановили, що зменшення викiдiв парникових газiв при отриманнi першого етанолу iз зерна становить лише 13%. Аналогiчнi дослiдження по вiдношенню до бiодизеля, встановили, що зменшення викидiв парникових газiв на рiвнi приблизно 50%, хоча все ще залишається деяке непогодження з цими показниками для бiодизеля та етанола при врахуваннi всiх додаткових витрат.

Якщо йде мова про негативні сорони біоетанолу, то в більшості випадків це пов'язано з вирощуванням сільськогосподарських культур які призначені для виробництва пального. Постійне зростання цін на нафту і відповідно на автомобільне паливо стали причиною все більш інтенсивного використання біопалива, вироблюваного з сільськогосподарських рослинних культур, поновлюваного джерела, покликаного, крім усього іншого, понизити вплив енергетичного сектора на глобальне розбалансування клімату. Проте після початку масового світового виробництва пального для автомобілів (біодизеля і біоетанолу) з рослин, виникли нові соціальні, економічні і екологічні проблеми. Енергетична і продовольча безпека стають все більш взаємозалежними поняттями.

В 2008 році біопаливо забезпечить 63% приросту постачань енергоносіїв поза країнами ОПЕК (ОРЕС); загальний об'єм виробництва біопалива першого покоління складе близько 1,5 млн. баррелів в добу, що на 425 тис. баррелів, або 57%, більше, ніж в 2007 році. Ці дані 15 травня 2008 року обнародувало Міжнародне енергетичне агентство. У останні декілька років біопаливо стало світової енергосистеми, що становила. Управління енергетичною інформацією США (EIA) в травні 2008 року повідомило, що до 2015 р. на долю біопалива доводитиметься близько 2,3% всього спожитого в світі палива, а до 2030 р. цей показник буде збільшений до 3,5 - 7%.

З року в рік посіви рапсу і інших “енергетичних” культур збільшуються. Експерти Міжнародного енергетичного агентства передрікають, що до 2030 року близько 3,5% всіх орних земель будуть віддано під рапс, кукурудзу, буряк і інші “енергетичні” рослини.

В той же час Саміт, що пройшов 5-6 червня 2008 року в Римі під егідою Продовольчої і сільськогосподарської організації Об'єднаних Націй (ФАО), констатував, що ціни на продукти харчування досягли свого історичного максимуму. У резюмуючій декларації саміту приділена увага і використанню біопалива. «Дуже важливо оцінити можливі проблеми і вигоди, пов'язані з біопаливом, з погляду продовольчої безпеки, енергетичних потреб і відповідності стійкому розвитку» .

Серед негативних тенденцій, супутніх інтенсивному виробництву цього покоління біопалива, відмічені:

- повсюдне зростання цін на продукти харчування.

Дані останніх років свідчать про скорочення посівів харчових і кормових культур і назріваючу продовольчу кризу. У своїх звітах ФАО наводить дані про значне підвищення цін на ряд продуктів харчування, зокрема, на продукти, що імпортуються в країни, що розвиваються . Вже цього року ціни на сою і пшеницю виросли відповідно на 87% і 130%, тоді як світові запаси цих культур знаходяться на украй низькому рівні, що привело до подорожчання продуктів також і в країнах СНД. Експерти ООН стверджують, що ціни на рис, кукурудзу і пшеницю будуть і далі рости, зокрема, за рахунок їх використання як біопаливо.

- просування трансгенних культур як сировини для біопалива.

Використання вже вирощуваних комерційних сортів трансгенних сільськогосподарських культур для отримання біопалива тільки посилить весь спектр проблем, властивих культивуванню ГМ культур. Основні серед них - посилення залежності аграрного сектора від використання пестицидів; загроза застосуванню екологічно стійких методів ведення сільського господарства із-за розповсюдження генетичного і хімічного забруднення; експансія монокультур, скорочення сортової різноманітності, зникнення аборигенних сортів. Створення особливих «енергетичних» ГМ рослин на основі харчових культур приведе до забруднення продуктів харчування і навколишнього середовища і вимагає окремої незалежної оцінки.

- конкуренція за землі сільськогосподарського призначення.

Задоволення потреб, що ростуть, в паливі означає необхідність розширення посівних площ і конкуренцію з культурами харчового і кормового призначення. Перший шлях приведе до скорочення природних екосистем, а, отже, скороченню біорізноманітності і до уразливості біосфери, другої, - до ще більшого зростання цін на насіння і продукти харчування. В результаті постраждають малі фермери - основна продуктивна сила планети і бідне населення (8) . Крім того, обидві тенденції означають застосування монокультур у великих масштабах, що не відповідає одному з основних принципів стійкого розвитку, - збереженню біологічного і, зокрема, сільськогосподарської різноманітності.

- виснаження ґрунту енергетичними культурами.

Традиційно використовувані для отримання біопалива олійні культури, такі як рапс або соняшник, є вельми «агресивними» для грунту. Наприклад, соняшник вимагає багато вологи і мінеральних речовин і як наслідок виснажує грунт. Згідно агротехніці, висівання таких культур на одній площі допускається раз в 6-7 років і використовуватися під олійні культури повинне не більше 10-12% посівних земель. У Україні ж в 2008 році частка соняшнику, кукурудзи, рапсу і сої вже досягла 30%, причому дотримання правил сівозміни практично не виконується. Причиною цього стала різко збільшена прибутковість олійних культур, яка перевищує 100%, тоді як по зернових ледве досягає 60%, по цукровому буряку - 25%. Якщо подібні тенденції збережуться, то протягом декількох років родючість навіть найбагатших чорноземних грунтів буде виснажено.

- скорочення цінних з екологічного погляду лісів.

Вирощування енергетичних рослин для виробництва паливної сировини в країнах, що розвиваються, приводить до інтенсифікації масової вирубки цінних з екологічного погляду лісів, що, крім іншого, вносить внесок до зміни клімату. Ця проблема торкнулася на тій, що пройшла в середині травня 2008 року в центрі ООН в Бонні, Німеччина, міжнародній конференції «Біорізноманітність планети».

- сприяння зміні клімату.

Декларована протидія зміні клімату, як виявляється, не є безперечною і вимагає ретельного додаткового вивчення. У фахівців немає єдиної думки щодо можливості зниження темпів глобального потеплення за рахунок використання цього виду палива. Так за даними Корнельського Університету (США), об'єм енергоресурсів, витрачених на вирощування рослин, транспортування і виробництво з них етанолу, опиниться більше, ніж об'єм отриманої з них енергії. А в комбінації із знищенням тропічних лісів може навіть сприяти збільшенню викидів парникових газів. Це підтверджується ситуацією в Південно-східній Азії, де природні ліси активно заміщаються олійними пальмами.

Важливим недоліком є також принцип обережності і участь громадськості