Перспективы биоэтанола как моторного топлива в мире, который переходит на электрокары и как с этим в Украине?
Переход на электромобили сегодня является эффективным мировым трендом в борьбе с вредными выбросами. Однако наши реалии показывают, что подержанные автомобили из ЕС и США в ближайшие 15 лет еще необходимо заправлять, поэтому топливо должно быть более экологичным.
Сейчас в Верховной Раде готовится ко второму чтению законопроект по использованию жидкого биотоплива (биокомпонентов) в области транспорта.
Сам документ разрабатывался еще в 2020 г., но сегодня, в условиях войны против Украины и учитывая вопросы энергетической безопасности и стабильного функционирования рынка топлива, законопроект приобретает особую актуальность и, надеюсь, будет принят в ближайшее время.
Основная цель – установление обязательной нормы добавления биоэтанола в альтернативные виды топлива для бензиновых двигателей на уровне не менее 5% (объемных). Исключением станут бензины с октановым числом 98 и выше.
Биоэтанол как моторное топливо
Существует три способа применения биоэтанола в качестве моторного топлива:
– в качестве добавки к бензину от 5 до 15% (Е5, Е10, Е15) для использования в обычных бензиновых двигателях. Такое топливо маркируется буквой “Е” и цифрой, обозначающей процент содержания спирта. Например, E10 – это смесь, содержащая 10% биоэтанола и 90% бензина;
– в виде смесей с содержанием этанола до 85% (Е20, Е30, Е85) для использования в автомобилях с двигателями с универсальным потреблением топлива. Чистое (100%) биоэтаноловое топливо, как моторное, используется только в Бразилии.
В других странах этанол смешивают с бензином в разных пропорциях. К примеру, топливная смесь E85 состоит из 85% биоэтанола и 15% бензина;
– для синтеза этилтретбутилового эфира (ЭТБЭ) – высокооктанового компонента бензина, имеющего преимущества над биоэтанолом. Производство ЭТБЭ получило распространение в европейских странах, где более половины биоэтанола направляют на синтез ЭТБЭ.
У биоэтанола есть один существенный недостаток: при низких температурах двигатель, работающий на 100%-м биоэтаноле тяжело запускается. Проблема решается посредством добавления небольшой доли (около 5%) бензина. К примеру, в Швеции городские автобусы Scania заправляют именно такой смесью.
В США распространено моторное горючее эталона E10 (зимой Е15), а в неких штатах употребляется смесь E85. При этом E10 и E15 можно заливать в бак любой машины, работающей на бензине, а расход топлива почти не увеличивается, поскольку биоэтанол, в отличие от бензина, имеет пониженную энергетическую плотность и повышает октановое число смеси, поэтому она сгорает с большей эффективностью.
Если раньше в Европе преобладала марка Е5 с показателем 5% содержания биоэтанола, то сейчас потребление бензина в условиях ужесточения экологических требований смещается в сторону марки E10 с максимальным содержанием биоэтанола 10%.
21 страна европейского континента, включая Великобританию, либо уже перешла на новый вид бензина, либо находится в процессе его поэтапного внедрения. E10 получает все большее распространение в Северо-Западной Европе.
Сложности имплементации
Имплементация законопроекта требует тщательного изучения мирового опыта с учетом украинских реалий. Это и средний возраст автопарка, и виды топлива, и внутреннее производство биокомпонентов, и основы технического регулирования, и технологические возможности, и инфраструктура и логистические цепочки.
Несмотря на все эти сложности, развитие внутреннего производства биоэтанола возможно. Его можно обеспечить через:
– непосредственное смешение на АЗС.
– создание отдельных технологических циклов для восстановленных в будущем НПЗ;
– создание обособленных схем смешения на нефтебазах.
Безусловно, кроме создания законодательно-нормативных основ, каждое из указанных направлений потребует изменения цепей снабжения и логистики. Например, импорта Eurobob (бензин, готовый к добавлению этанола), дополнительных присадок, предотвращающих коррозию топливной системы транспортного средства, расслоение углеводородно-спиртовых смесей, развитие микроорганизмов в них и т.д.
Отдельно хочу отметить поставки бензинов Вооруженным Силам Украины, Государственной пограничной службе Украины, в систему Государственного резерва и т.п. и применение ингибитора гидротообразования как заменителя импортного метанола в газодобыче.
Что касается потребностей Минобороны, то для таких бензинов норма содержания жидкого биотоплива не будет действовать.
А как у ЕС и США?
С 1 января 2024 г. аналитическое агентство Argus будет рассчитывать котировки оксигенированного бензина Argus Eurobob oxy (E5) в качестве прибавки/скидки к цене на неоксигенированный продукт (E10). Котировки биржевых партий неоксигенированного бензина Eurobob non-oxy (E10) будут продолжаться.
Согласно ежегодному отчету о биотопливо за 2022 г., представленном в Глобальной сети сельскохозяйственной информации Министерства сельского хозяйства США, отмечается, что производство топливного этанола в ЕС в этом году достигнет 5,354 млрд. литров (1,41 млрд. галлонов).
Например, в прошлом году продажи биоэтанола для смешивания с бензином в Германии выросли на 2,9% до 1,19 млн. т, по сравнению с предыдущим годом.
Рынок топлива явно оживляется: объем реализуемого бензина марок Super Е10, Super Plus и Super (Е5) вырос на 3,5%, почти до 17,0 млн. т. При этом произошел резкий рост продаж бензина марки Super E10: его рыночная доля выросла с 17,2% почти на 43% в 2021 году и почти на 24,0% в 2022 году.
До 2015 г. в Евросоюзе также был доступен E85 через разветвленную сеть, и для него существовали определенные льготы. К примеру, до 31 декабря 2015 года содержание биоэтанола в бензине было освобождено от налога на нефть в Германии.
Но с 1 января 2016 года компонент этанола полностью начал облагаться налогом, и топливо потеряло свое экономическое преимущество и исчезло из АЗС в Германии. Следует заметить, что использовать топливо E85 могут только транспортные средства, в которых все материалы топливного контура (бак, топливный насос, топливопроводы, форсунки) совместимы с этанолом.
В Германии, например, биоэтанол недоступен в качестве чистого топлива (E100), поскольку он не может обеспечить надежный холодный запуск при низких температурах.
Автомобили украинцев “стареют”
Как свидетельствуют данные AUTO-Consulting, в январе 2023 г. средний возраст украинского автопарка составил 23,2 года. Это вдвое больше (!) чем в Евросоюзе, где этот показатель составляет 11,9 года (по итогам 2021 года). Новейшим автопарком могут похвастаться жители Люксембурга (6,7 года), Австрии (8,5 года) и Дании (8,9 года).
Самый старый европейский автопарк – около 17 лет – в Литве, Румынии, Эстонии. Согласно данным ACEA , средний возраст легких коммерческих автомобилей в ЕС составляет 12 лет, средний возраст грузовиков – 14,2 года, а автобусов – 12,7 года.
Для самых развитых западноевропейских стран, таких как Швеция, Франция, Бельгия, Нидерланды, Дания, Норвегия, Германия, Швейцария доля новых автомобилей в возрасте до 2 лет составляет 10-16% автопарка.
Еще около 20% автопарка составляют свежие автомобили в возрасте 2-5 лет, а доля подержанных авто в возрасте более 20 лет минимальна – около 5-10%.
Что касается Украины, то, как видно из диаграммы, значительную часть автопарка составляют автомобили старше 10 лет. Понятно, что во время войны украинский автопарк никак не сможет существенно “омолодиться”. Однако основания для оптимизма есть.
Украинцы до войны очень активно ввозили электромобили, и даже за I квартал текущего года их количество увеличилось на 11%, пересекая показатель в 50 тысяч. Можно предположить, что тенденция сохранится и после нашей победы, автопарк еще несколько обновится, ведь в среднем возраст электрокаров составляет 5,6 года.
Использование в бензиновых двигателях внутреннего сгорания топлив моторных альтернативных с добавлением биоэтанола обычно безопасно для автомобилей, производимых в начале 2000-х годов.
Если это предусмотрено документами автопроизводителя, а соответствующие данные содержатся в эксплуатационных документах.
Учитывая существующее возрастное распределение украинского автопарка, наша страна должна найти стимулы для роста производства и потребления этанолосодержащих бензинов, модернизации объектов инфраструктуры, которые обеспечивали бы их коммерческое обращение и обновление автомобильного парка.
Декарбонизация
Декарбонизация транспортной отрасли станет трендом нескольких десятилетий. В частности, большинство ориентируются на “электрификацию” транспорта, однако не следует забывать, что электрокар “зеленый” только тогда, когда “зеленая” сеть, где он берет свою энергию.
Сомнительным достижением будет электромобиль, питающийся от угольной генерации. Другая причина – не все сразу пересядут на электрокары. Поэтому в контексте транспортной декарбонизации биоэтанол также может сыграть существенную роль.
Несмотря на то, что по энергетической плотности биоэтанол значительно уступает бензину (теплота сгорания биоэтанола 19,6 МДж/л, а бензину – 32 МДж/л), замена бензина биоэтанолом приводит к пропорциональному снижению выброса парникового газа (СО 2) в атмосферу.
Кроме того, даже небольшое содержание биоэтанола в бензине обеспечивает значительное снижение токсичности выхлопных газов, поскольку присутствующий в биоэтаноле кислород обеспечивает полное сгорание смеси (при сжигании биоэтанола получаются только два продукта: углекислый газ и вода).
Биоэтанол также используется за пределами вышеупомянутых сфер применения для производства добавления к бензину этилтрет-бутилового эфира (ETBE). ETBE синтезируется из биоэтанола и изобутилена.
Благодаря высокому октановому числу и низкому давлению пара эта присадка позволяет уменьшить количество компонентов бензина, производство которых энергоемко. Согласно Директиве ЕС по качеству топлива, ETBE можно смешивать до 22%.
Импульс для аграрного сектора
В последнем отчете компании Е3 отмечается, что биоэтанол является “рентабельным” топливом для сокращения выбросов CO2 от автомобильного транспорта до 2030 года. Там отмечается и мультипликативный эффект: кроме декарбонизации, производство биоэтанола – это поддержка сельскохозяйственного производителя.
Также стоит отметить, что в этом разрезе существует определенная дискуссия или даже противостояние – “пища против топлива”. К примеру, кукуруза является важной составляющей продовольственной безопасности, но данные ePURE это опровергают.
Оказалось, что в прошлом году впервые было произведено больше побочных кормовых продуктов для животных, чем для возобновляемого этанола. Данные, сертифицированные швейцарской аудиторской компанией Copartner, свидетельствуют, что около 4,48 млн. т кормов для животных с высоким содержанием белка было произведено в Европе именно благодаря производству этанола.
Выход биоэтанола при переработке разного сырья составляет в среднем на 1 га посевной площади: ячменя – 1500 л, пшеницы – до 2760 л, кукурузы – 3800 л, из сахарной свеклы – 6240 л, сахарного тростника – 7500 л. Сегодня большинство топливного этанола производится из зерна пищевого назначения, что привело к дефициту и значительному росту цен на мировом рынке.
В этой связи во многих странах ведутся работы, направленные на внедрение инновационных технологий производства биоэтанола второго поколения с использованием непродовольственных сырьевых ресурсов, прежде всего древесины, соломы и малоценных аграрных культур.
Инвестиции в производство биоэтанола
Ряд государств реализуют национальные программы производства биоэтанола, согласно которым все производители биоэтанола получают субсидии и налоговые льготы. Например, Бразилия, вместе с США производящая более 80% общемирового объема биоэтанола, благодаря государственной программе развития биоэнергетики стала мировым лидером в использовании биоэтанола в качестве моторного топлива (третье место по объемам производства биоэтанола занимает Китай).
Об увеличении роли биотоплива говорят и в Международном энергетическом агентстве. В 2021 г. биотопливо составило 3,6% мирового транспортного спроса на энергию, главным образом для автомобильного транспорта.
Прогнозируется, что вклад биотоплива в сценарий “нулевых выбросов” в транспорте вырастет в четыре раза – до 15% в 2030 году.
Производители понимают этот тренд, потому еще в 2021 году удвоили инвестиции в жидкое биотопливо. Ожидается, что они будут расти и дальше. Этому будет способствовать не только спрос, но и необходимость внедрять новые технологии переработки, ведь фиксируется “инновационный пробел в превращении биомассы в жидкое биотопливо, например, с помощью термохимических путей, таких как газификация биомассы с последующим био-FT синтезом, гидротермальным сжижением и быстрым пиролизом с модернизацией”.
Биоэтанол и газодобыча
Отдельно следует выделить применение биоэтанола в качестве заменителя импортного метилового спирта в газодобыче в качестве ингибитора гидротообразования.
Этанол, несмотря на несколько хуже ингибиторные свойства, чем метанол, уже несколько лет успешно используется при добыче природного газа, заменив значительную часть импортируемого из России и Беларуси метанола.
Более широкое применение этанола тормозится его высокой ценой и ограниченностью предложений на рынке, поэтому отрасли следует сфокусироваться на улучшении конкурентности своей продукции за счет снижения собственных затрат.
Вторым направлением достижения гарантированной эффективности ингибиторов гидротообразования на базе этанола должно стать введение инновационных присадок, значительно замедляющих все процессы взаимной кластеризации молекул воды и метана.
Уместно определить технические требования к ингибиторам гидротообразования на базе этанола на национальном уровне и принять соответствующий нормативный документ.
Украинский биоэтанол
В Украине уже есть нормативно-правовая база для технического регулирования коммерческого обращения топлив с добавлением биоэтанола для бензиновых двигателей.
Во-первых, это Технический регламент относительно требований к автомобильным бензинам, дизельному, судовому и котельному топливу, который предусматривает добавление в бензины этанола с содержанием до 10%.
Во-вторых, это шесть действующих государственных стандартов Украины, которые определяют технические требования к спиртосодержащим бензинам E5, E7, E10, биоэтанолу, стабилизирующим добавкам для добавления биоэтанола, основные положения системы разработки и поставки продукции нефтепереработки и нефтехимии на производство.
В-третьих, указанные документы управления качеством разработаны на основе международных систем качества и унифицированы со стандартами Европейского союза.
Следовательно, топлива альтернативные моторные, которые произведены с соблюдением указанных требований качества, являются продукцией, которую можно безопасно использовать в бензиновых двигателях внутреннего сгорания.
Выводы
Учитывая многомерную роль биоэтанола, должен быть принят соответствующий законопроект, который будет иметь мультипликативный эффект для нескольких отраслей экономики.
Это позволит снизить зависимость государства от импорта энергоносителей, увеличить потенциал аграрного сектора, даст дополнительный толчок перерабатывающей промышленности, прежде всего производителям этилового спирта, и укрепит наше государство в достижении климатических целей. (Николай Колесник, заместитель министра энергетики, Epravda.com.ua/Энергетика Украины и мира)
