Технические возможности

Производство биоэтанола

Биотопливо - это то же углеводородное топливо, но полученное не из нефти, а из возобновляемой биомассы - сахарного тростника, кукурузы, топинамбура, рапса. Его пытаются производить даже из морепродуктов. Существующие технологии позволяют получать как жидкое биотопливо (этанол, метанол, биодизель), так и газообразное (биогаз).

Этиловый спирт используется как пищевой продукт и как сырье для приготовления водок, ликероналивочных изделий, крепленых вин, а также в ряде других отраслей промышленности. В первую очередь, перспектива производства эталона из топинамбура заключается в наличии сырья и возможностей увеличения его производства. Достоинством данной культуры является его высокая урожайность (клубни до 500 ц/га и 1000-1200 ц/га зелёной массы), неприхотливость к погодным условиям и почвам и упрощённая агротехника. В технологии производства спирта из топинамбура имеются возможности усовершенствования направленные на уменьшение энергозатрат при достаточно высоком выходе конечного продукта и качества.

Предварительные результаты анализа для спирта, полученного из топинамбура с использованием неспецифической расы дрожжей и малоэффективной лабораторной ректификации, позволяет надеяться, что при использовании высокопродуктивных спиртосбраживающих рас дрожжей и стандартизированного оборудования для ректификации из топинамбура по предлагаемой нами технологии можно получить высококачественный этиловый спирт пригодный для пищевых целей. Производство спирта состоит из трех основных этапов:

- подготовительный - очистка сырья от примесей, приготовление солода;

- основной - разваривание крахмалистого сырья, осахаривание крахмала, сбраживание осахаренной массы, перегонка бражки и получение сырого спирта;

- завершающий - ректификация.

Получаемая сладкая бражка перекачивается в бродильные чаны. По окончании брожения зрелая бражка направляется на благоперегонную колонну, где из нее отгоняют спирт. Барда спускается в бардоприемник и используется как обычно.

С целью замены остродефицитных пищевых видов сырья для производства спирта можно использовать клубни топинамбура.

Перспективы биогаза

Для интенсификации процесса получения биогаза сегодня используют высокоактивные биокатализаторы типа Metha Plus. Эта комбинация энзимов повышает выход продукции на 30%, так как она более эффективно расщепляет полисахариды, в том числе целлюлозу и гемицеллюлозу. Конечными продуктами ферментативного процесса становятся метан и углекислый газ.

Культура топинамбур является наиболее привлекательным сырьем для выработки биогаза, и в нашей стране им можно засевать многие сотни тысяч га. Кроме того, при производстве спирта, в качестве побочного продукта получают послеспиртовую барду, а из нее также можно производить биогаз и добавки с витамином В12, которые успешно применяются в животноводстве, резко повышая его продуктивность. Пока вклад возобновляемых источников тока составляет 1%, но уже к 2050 году он возрастет до 30%. В России имеются большие объемы сельскохозяйственных отходов - примерно 800 млн. тонн. Это огромная масса, из которой можно получить 62 млрд. куб. м биогаза и 120 млн. тонн удобрений. Примерно 40% отходов на свалках представляет собой большое количество биомассы, пригодной для получения биогаза. Для этого можно использовать анаэробные биореакторы. В среднем 1 тонна биомассы (например, навоза) в результате метанового сбраживания дает около 500 куб. м биогаза, что эквивалентно 350 л бензина.

Биогаз получают путем анаэробного метанового брожения биомассы. В его состав входят 55-65% метана, 35-45% углекислого газа и примерно по 1% водорода и сероводорода. В крупных агропромышленных комплексах применение биогаза особенно эффективно как с экономической, так и с экологической точки зрения при наличии постоянного потока отходов, включая стоки животноводческих ферм, скотобоен, а также растительные отходы. Практически любые отходы в сельском хозяйстве могут использоваться для получения биогаза: навоз, зерновая и мелассная послеспиртовая барда, свекольный жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цеха, трава, отходы молокозавода, отходы от производства соков, отходы производства крахмала и патоки, отходы переработки картофеля, производства чипсов. Все это можно выкинуть или оставить гнить, а можно извлечь прибыль: себестоимость биогаза составляет 15-20 ?/куб. м, а природный газ продается по 30?/куб. м.

Развитие сельского хозяйства ускорит развитие биотехнологии. Россия делает ставку на производство биотоплива из органических остатков сельского хозяйства. В настоящее время выпущено несколько сотен комплектов крестьянских биостанций. По мнению ряда учёных, самое выгодное сырье для производства биогаза в условиях России – топинамбур. Если взять площадь хозяйства 3,5 тыс. га с населенным пунктом в 500 человек, то понадобится всего 6% площади для обеспечения нужд населения и производства. Использование отходов сельского хозяйства для производства энергии позволило бы обеспечить электричеством всю сельскую местность. Производство биотоплива никак не может повлиять на продовольственный баланс, тем более в России. Каждый год примерно 10% собранного урожая зерна сгнивает. Если помочь аграриям перерабатывать эти "излишки", то решится сразу две задачи; повысятся доходы крестьян и не пропадет зерно. Более 40 млн. га неиспользуемых площадей в сельском хозяйстве, которые можно занять, напримет, рапсом без какого-либо вреда. По некоторым данным, производство биогаза в 20 раз дешевле переработки нефти, и в 4 раза дешевле обходится создание самого производства для этого вида топлива. В нашей стране для развития этого вида энергетики действительно существует огромная сырьевая база; 96% отходов располагается на свалках, из них примерно 45% - пищевые отходы. Перерабатывая весь этот мусор, можно получать не только электроэнергию, но и удобрения, как побочный продукт. В то же время, общая эффективность производства биогаза (30%) пока еще низка. Во-первых, надо вспомнить недавнее заявление Газпрома о том, что сельская местность будет снабжаться газом меньше чем на половину от потребностей. По замыслу реформаторов, вместе с постепенным сокращением снабжения, появятся новые поставщики. Однако предположение это может быть опровергнуто практикой. Поэтому вполне возможно, что сельским жителям придется получать газ и электричество самостоятельно, то есть производить биогаз.

Переработка топинамбура в топливные брикеты

Топливные брикеты применяются в качестве твёрдого топлива для каминов и печей любых видов, в том числе твердотопливных котлов систем отопления. Так как топливные брикеты экологически чистый продукт и горят они практически бездымно, идеально использовать их для обогрева жилых помещений, бань, палаток, теплиц, овощных ям и т. д.

Альтернативой древесным отходам для прессования топливных брикетов являются сельскохозяйственные отходы (солома и шелуха зерновых культур, риса, кукурузы, подсолнечника и топинамбура). Сельскохозяйственные отходы могут быть значительным источником топлива для большинства сельских регионов, особенно в регионах с небольшими лесными массивами. Этому способствует ряд предпосылок:

1. Топинамбур является одним из самых дешевых возобновляемых источников энергии.

2. При переработке сельскохозяйственной продукции удельный вес отходов весьма значителен.

3. Во многих развивающихся странах сельскохозяйственные отходы используются в качестве удобрений, корма скота, а зачастую попросту сгнивает.

4. В качестве топлива в основном отходы используются в их естественном состоянии, в редких случаях высушенными, порубленными и уплотненными.

Недостатками такого использования являются:

- сезонность урожая;

- значительные затраты на транспортировку и хранение;

- отдельные характеристики, которые отличаются от других видов биотопливного сырья (древесина и древесный уголь).

Переработка топинамбура в брикеты позволяет решить многие проблемы. Брикеты из топинамбура обладают теплотворной способностью на единицу объема почти в 10 раз большей, чем исходное сырье. Также брикетирование позволит решить вопросы с хранением независимо от времени года, с транспортировкой, автоматизировать процесс загрузки в топочные устройства. Метод шнекового прессования, позволяет получать топливные брикеты высокой плотности и повышенной устойчивостью к влажности. Полученный брикет по своим характеристикам не уступает брикету из древесных отходов.