01.05.2008
Дизельная рапсодия

Чтобы до конца понимать ситуацию, разговоры о перспективе биотоплива полезно сопровождать расчетами. Возможно, некоторые ученые правы относительно изготовления биоэтанола из зерновых культур в США. Однако не очевидно, что производство дизельного топлива из рапсового масла будет таким уж невыгодным и разрушительным для сельского хозяйства. В качестве примера для расчета возьмем Украину, благо там и рапс растет неплохо, и статистические данные легко найти в Интернете, и условия выращивания этой культуры примерно одинаковы по всей республике, чего не скажешь о России.
Итак, за год на Украине потребляют 5 млн. тонн дизельного топлива. В те же самые двигатели без особых переделок, только с небольшой регулировкой, можно заливать метиловый эфир жирных кислот: либо чистый, либо в смеси с соляркой. При этом неизбежно возникают проблемы — а как же без них! Во-первых, эфир гораздо сильнее, чем солярка, разъедает всевозможные резиновые прокладки и трубопроводы. Это и понятно — их специально оптимизировали для солярки. Наверное, при необходимости можно сделать стойкие детали и для эфирного топлива. Во-вторых, содержание оксида азота в выхлопных газах при использовании эфира гораздо выше, чем при использовании солярки. Видимо, для устранения этого недостатка требуется специальный катализатор. Зато в выхлопах нет канцерогенных ароматических соединений, неизбежно присутствующих в нефтепродуктах, что нельзя не счесть за плюс. А пролитый на землю эфир, в отличие от солярки, довольно быстро разлагается.
Теперь предположим, что все дизельное топливо для Украины делают из выращенного там же рапса. Что при этом будет с сельским хозяйством?
Обычно этерификация жирных кислот для получения биодизеля происходит при добавлении в масло едкого кали, метилового спирта и нагреве до 50°С. На выходе получаются метиловый эфир и глицерин. Эти жидкости сильно различаются по своей вязкости, поэтому для их разделения достаточно просто подождать некоторое время, а потом слить собравшийся наверху эфир. Так работает кустарная установка для получения биодизеля, которую нетрудно собрать в гараже.
Подчеркнем, что последняя фраза — не руководство к действию. К сожалению, эфир будет загрязнен метиловым спиртом и едким кали, поэтому возникает проблема очистки. Сейчас такую очистку проводят с помощью немалых количеств воды, что плохо. Возможно, оптимизация этого процесса станет интересной задачей для химиков, решение которой позволит существенно снизить расходы энергии на добычу биодизеля. Принципиально же процесс дает такие значения производительности: на тонну масла расходуется 150 кг метанола и на выходе получается тонна топлива и примерно центнер глицерина. То есть для изготовления 5 млн.тонн топлива нужно 5 млн.тонн масла, 0,75 млн.тонн метанола, а потом потребуется утилизировать 0,5 млн. тонн глицерина. Нельзя сказать, что процесс совсем закрытый: метанол нужно откуда-то брать и тратить на это энергию. Но с другой стороны, солярку получают при перегонке нефти с последующей очисткой, а эти процессы тоже требуют энергии, тем более что они идут при температурах больших, чем те 50°С, которые требуются для этерификации. Не исключено, что, если подсчитать полные затраты энергии на изготовление метанола плюс этерификацию, с одной стороны, и получение дизтоплива из нефти - с другой, особой разницы в энергозатратах не окажется.
Выход масла составляет 30% от веса семян рапса. Из отходов получается шрот, его вес составляет 60% веса семян. А шрот — это очень ценный корм: он содержит 38—45% белка, который по количеству незаменимых аминокислот не уступает соевому. В результате одна тонна рапсового шрота при изготовлении комбикорма заменяет 7—8 тонн зерна, а зерно, в свою очередь, составляет 70—85% комбикорма. Правда, в шроте нет углеводов, их придется в ком¬бикорм добавлять отдельно. Как бы то ни было, чтобы сделать 5 млн.тонн масла, нужно взять 17 млн.тонн зерен рапса, а на выходе получится еще и 10 млн.тонн шрота, что по количеству белков может заменить 75 млн.тонн зерна. Запомним это и вернемся к рапсу.

Урожайность рапса варьирует сильно. Например, на Кубани озимый рапс дает 10,4—17,8 ц/га, яровой — 6,2— 15,3 ц/га. Примерно столько же получается на Украине. В Псковской области урожайность достигает 17—18 ц/га, в Алтайском крае рекорд — 20 ц/га. В Орловской же отдельные хозяйства добиваются и 30 ц/га при уборке озимого рапса. В Западной Европе урожайность держится в районе 22—24 ц/га при рекордных значениях в районе 40 ц/га. Примем для расчета, что средняя урожайность на Украине ныне составляет 12 ц/га. Тогда для сбора 17 млн.тонн рапса нужно 14 млн.га. Это много: площадь пахотных земель на Украине составляет 33 млн. га, из них зерновые занимают 15 млн. га. С другой стороны, общий сбор зерновых с этой площади при урожайности 30 ц/га должен составить 45 млн. тонн. Это означает, что белка в отходах рапса, оставшихся при изготовлении биотополива, содержится почти в два раза больше, чем всего белка, собранного в виде зерна, поэтому, если заменить рапсом значительную часть посевов того зерна, что предназначено для корма скота, ничего страшного не случится. Кроме того, если урожайность вырастет, то сократится и площадь — при европейских 22 ц/га это будет уже 7,7 млн. га, а при рекордных 30 — вполне разумные 5,7 млн. га, треть зернового или пятая часть общего пахотного клина. Конечно, для получения рекордов необходимо использовать новейшие достижения, то есть использовать трансгенный рапс, несъедобный для вредителей вроде цветоеда и устойчивый к гербицидам. Либо применять ядохимикаты. Поскольку рапс — цветковая культура, семена у него получаются в результате опыления. А для того чтобы оно состоялось, выделяется нектар, который с помощью пчел превращается в мед. Один гектар рапса дает 50—90 кг меда. С 14 млн. га будет собрано 0,7—1,3 млн. тонн меда или при содержании сахара в меде 75% — 0,52—0,97 млн. тонн сахара, по большей части глюкозы, поскольку именно она — главный компонент рапсового меда. Много ли это? В 2006 году на Украине с 787 тыс. га собрали 22 млн. тонн сахарной свеклы, что при содержании сахара в ней 13% соотсоответствует 2,98 млн. тонн сахара. То есть рапсовый мед после переработки мог бы дать до четверти всего украинского сахара. Правда, этот мед придется очищать от ядохимикатов. Для опыления одного гектара рапса требуется одна пчелиная семья. Суммарный вес пчел в семье составляет 3,5—4 кг. За год семья обновляется почти полностью. Поскольку для опыления 14 млн. га потребуется столько же пчелиных семей, вес мертвых пчел составит 56 тыс. тонн в год, а из них можно извлечь 11 тыс. тонн хитозана. Видимо, для осуществления программы получения от рапса не только топлива, но и меда с сопутствующими ценными продуктами необхлдим переход к промышленному пчеловодству с использованием коробуль. Из этого расчета следует, что переход на биотопливо действительно связан с существенными изменениями в структуре сельского хозяйства. Однако они не будут фатальными: при умелом хозяйствовании, повышении урожайности рапса и его медоносности {а селекцией в этом направлении никто никогда не занимался, значит, здесь должны быть немалые резервы) можно добиться, чтобы посевы рапса не стали конкурировать с продовольственными растениями. При этом возникают новые отрасли — извлечение белка из шрота и изготовление из него диетических продуктов питания, получение и переработка меда, производство хитозана. Кроме того, импульс развития получит животноводство, поскольку рапсовый шрот улучшит кормовую базу. Кстати, последнее обстоятельство позволяет надеяться на замыкание цикла производства биодизеля: помет животных может стать источником сырья и энергии для производства метанола. В то же время за год на Украине потребляют 4,5 млн. тонн бензина. Очевидно, что если поставить задачу и его делать из растений, то посевы пшеницы в самом благоприятном случае сократятся на две трети. А без отказа от бензина попытки заменить солярку биодизелем выглядят довольно странно, ведь она неизбежно получается при переработке нефти в качестве, в некотором смысле, побочного продукта. Поэтому, вырастив много рапса и сократив потребление солярки, можно получить ситуацию, когда солярка подешевеет и все мероприятие по переходу на возобновляемое топливо станет не самым экономически привлекательным. Что касается России, то, учитывая огромное разнообразие ее природы и необъятность просторов, сделать расчет гораздо труднее. Хочется верить, что этим займутся специалисты.

Ф. Манилов