Недавно состоялось вручение премий Верховной Рады Украины наиболее талантливым молодым ученым за 2011 год. Одну из премий получил старший научный сотрудник института биоорганической химии и нефтехимии, кандидат химических наук Михаил Охрименко. Он занимается созданием альтернативного топлива для дизельных двигателей из растительных масел. Журналист «Ноосферы» поговорил с Михаилом о его работе и о проблемах альтернативного топлива в Украине.
— Я работаю в институте биоорганической химии и нефтехимии НАНУ, в отделе каталитического синтеза. В 2002 году закончил Киевский политехнический институт, получил диплом магистра по специальности технология неорганических веществ. Потом, после защиты кандидатской диссертации, основной темой моей работы стала разработка так называемого альтернативного топлива. Это энергия, получаемая из биологических ресурсов: биобензин и биодизель. Я, в частности, занимаюсь биодизелем.
Биодизель или биодизельное топливо представляет собой сложные эфиры жирных кислот, получаемых из жиросодержащего сырья, то есть растительных масел и животных жиров. В основном используются растительные масла, потому что топливо из твердых жиров теряет свои свойства как жидкость, особенно в холодное время года.
Собственно, использование растительных масел для дизельных двигателей не является какой-то новостью. Горючим для самого первого дизельного двигателя было арахисовое масло. Вскоре для таких двигателей было использовано топливо из переработанной нефти — оно оказалось более дешевым. Однако теперь в связи с истощением нефтяных запасов и ухудшением экологической обстановки приходится возвращаться к растительному горючему.
В больших городах, мегаполисах, в том числе в Киеве, 80 % загрязнения окружающей среды приходится на автомобильные выхлопы. Есть известные прогнозы о том, что разведанных запасов нефти хватит лет на 50-60. Поэтому актуальной стала проблема отхода от ископаемых ресурсов. Биотопливо решает и экологические вопросы. Оно не выбрасывает в атмосферу излишков СО2. Конечно, при своем сгорании биотопливо образует и воду, и углекислый газ, но это тот углекислый газ, который был поглощен растениями при их росте. Кроме того, биотопливо не выбрасывает сернистых соединений, которые неизбежны при сгорании продуктов переработки нефти.
В Украине есть ряд растений, дающих большой выход масел: подсолнухи, кукуруза. В больших объемах стали возделывать рапс — масляничную культуру с хорошим выходом масла. В зависимости от сорта в нем бывает масла до 40 % и более. Сегодня рапс в Украине является основным источником cырья для альтернативного топлива.
Рапс уходит за границу
В этом месте важно отметить, что рапс у нас в стране выращивают, увы, не для самой Украины — 99 % его идет на экспорт. Урожай рапса продан на корню, в основном в Германию — она производит более половины всего биодизельного топлива в мире. Другие потребители нашего украинского рапса — Италия, Франция, Чехия, страны Прибалтики.
— То есть, мы производим рапс, а немцы делают из него биотопливо? Не лучше ли производить его в самой Украине? Мы только истощаем наши почвы!
— Совершенно верно! Они покупают наш рапс за бесценок. Ценовая политика в Украине устроена таким образом, что производителям рапса выгодней продать его за границу, а на вырученные средства купить обычное дизельное топливо.
— Ваше мнение: почему сложилась такая ситуация?
— Это парадокс, причем не экономический или научный, а политический. В нашей стране никак не стимулируется поддержка производителей рапса. В тоже время и в Германии, и в целом в Европе существуют ряд госпрограмм, поддерживающих производителей биотоплива.
— Ну почему? Есть недавнее распоряжение Кабмина Украины, что в продаваемом бензине должна быть определенная доля биотоплива…
— У нас эти меры только планируются. А в Европе проекты поддержки сельхозпроизводителей существуют давно, более 10 лет. Мое мнение — причина низкой популярности в Украине биотоплива — только отсутствие заинтересованности в биотопливе на государственном уровне. Например, в ряде стран производитель биотоплива освобождается от налогов на определенный срок, на два-три года. Этого достаточно, чтобы встать на ноги и закрепиться на рынке. Что касается Украины, то у нас существует такое явление, как нефтяное лобби. В сфере энергетики сталкиваются множество интересов.
— Известно, однако, что биотопливо дороже обычного дизельного топлива.
— Да, сегодня это так. Если я сам хочу производить биотопливо, я должен закупать оборудование для его производства. Поэтому оно будет дороже. Экономический эффект по производству биотоплива возникнет тогда, когда его производить будут с нуля: от выращивания рапса до получения топлива. Плюс еще важна поддержка государства.
— На ярмарках сельхозтехники я видел немало установок для производства биотоплива. Однако у меня сложилось впечатление, что оно не пользуется особым спросом.
— Действительно, сейчас много предложений от производителей оборудования по переработке рапса, и что немаловажно, это оборудование отечественного производства. Почему же его не покупают? Дело в том, что в большинстве технологий как один из компонентов используется метиловый спирт. А это, как известно, страшный яд. Чтобы отравиться, не нужно его принимать внутрь. Достаточно надышался парами, а метиловый спирт очень летуч. Кроме того, это вещество относится к разряду прекурсоров, его можно приобрести только после предъявления массы справок. Далеко не каждый предприниматель получит разрешение на покупку метилового спирта. Даже мы, академический институт, получаем метанол в малых количествах, и каждый раз с большим трудом.
Цель: использовать этанол вместо метанола
— Вы рассказали про общие проблемы получения биодизеля. А в чем же новизна нашей работы? Чем занимаетесь конкретно вы и каковы ваши успехи?
— Я уже говорил, что сегодня все мировые технологии производства биодизеля используют метиловый спирт. Попытки перейти на безопасный этиловый спирт до сих пор оказывались неудачными. В то же время для получения биобензина этанол используется давно — так, в Бразилии значительная часть машин ездит на этаноле, полученном из тростника. Новизна нашей работы состоит в том, что мы при получении биодизеля тоже полностью отошли от метанола и сумели использовать для этого этиловый спирт. Нам удалось подобрать какие параметры и условия реакции, чтобы вместо метанола в реакции переэстерификации (при которой, собственно, и получается биодизель) использовать этанол. Надо еще учесть, что в Украине есть богатый опыт получения этилового спирта из любого растительного сырья, в то время как метанол обычно получают из природного газа. Использование этилового спирта для производства биодизельного топлива переводит этот процесс в категорию работы с полностью возобновляемыми источниками сырья. Тем самым полностью отпадает зависимость от природных источников углеводородов.
— Для серьезного производства надо выращивать миллионы тонн рапса, кукурузы или подсолнечника. Это вынуждает занимать под них огромные площади, да и выращивание, сбор урожая, обработка стоит немало.
— Все это так, но мы не собираемся полностью заменить природные источники углеводородов. Газ останется наиболее удобный источником тепла для бытовых нужд, для производства электроэнергии. Мы не говорим, что можно полностью заменить природный газ и нефть на биотопливо. Но такой подход на данном промежуточным этапе позволить перейти от природных углеводородов на другой источник энергии, который нам сегодня еще неизвестен.
В целом суть нашей работы в том, что мы предложили способ получения полностью возобновляемого топлива. При этом нам удалось использовать не метиловый спирт, как везде в мире, а этанол. Причем, как оказалось, нужные условия работы с этанолом достигаются в обычных условиях, без повышения температуры и давления. Эти условия не требуют особых материальных затрат и реализуются в любом регионе.
— Насколько полученные вами результаты имеют мировую новизну?
— Скажем так: мы не только научились получать биотопливо — мы уже наработали представительские партии этого топлива, порядка 500 литров. Мы также смогли наш биодизель испытать в лаборатории, аккредитованной для тестовых испытаний горючего. В ней есть стендовое оборудование с дизельным двигателем, работающим на классическом топливе. Мы провели обширные испытания по разным методикам. Так вот: мы нигде не встречали сообщений в литературе о подобных проведенных испытаниях. Да, многие ученые разных стран, работающие в этой области, указывают, что можно использовать этанол вместо метанола. Но не факт, что они с ними действительно работали. Мы не нашли примеров патентов, где указывалось бы, с каким этанолом эти ученые работали, как он был получен и каковы его характеристики. Возможно, на уровне пробирок они и проводили опыты. Но широких испытаний, таких, как мы, они не проводили.
«Наш биодизель лучше горючего из нефти!»
— Что конкретно показали ваши исследования?
— Мы на нашей установке наработали 500 литров биотоплива и провели испытания, сравнили работу дизельного двигателя на классическом топливе повышенного качества марки евро, и на нашем биодизеле. Результат: наше горючее по многим характеристикам, например, по полноте сгорания и пo теплотворности, превосходит стандартное дизельное топливо. При этом в атмосферу намного меньше выбрасывается азотных соединений группы NOх, а это одни из самых страшных компонентов выбросов при работе дизельных двигателей. Мы, кстати, были приятно удивлены этим результатом.
— А по мощностным характеристикам?
— Биодизель незначительно уступает топливу повышенного качества марки евро, примерно на 1 %. Еще одна важная характеристика — двигатель на биотопливе работал без сбоев и каких-либо проблем, причем без всяких модификаций самого двигателя. Были проведены испытания и простого хода, и скоростного, и под нагрузкой. Во всех случаях двигатель, работающий на биотопливе, показал себя очень хорошо.
— Над чем вы работаете сейчас?
— Еще предстоит провести длительные дополнительные испытания. Думаю, мы успешно их пройдем. Кроме того, мы ведем большую работу по улучшению характеристик самого топлива. Мы уже опробовали способ получения биотоплива с помощью нового твердого катализатора, который разработан нами. Уже получено 100 литров нового продукта с использованием этого катализатора. Результаты испытаний, скажу без лишней скромности, очень хорошие.
— Каковы примерные сроки внедрения ваших технологий?
— Не скажу, что это год или два, но сроки достаточно короткие. Наши технологии сравнительно просты, они не требуют больших затрат на оборудование. У нас есть небольшое опытное производство. Если найдутся люди и фирмы, заинтересованные в потреблении такого топлива, мы сумеем нарастить его объем. Мы, конечно, заинтересованы, чтобы наша разработка не осталась на уровне отчета. К сожалению, в Украине многие разработки и изобретения так и остаются на бумаге. Мы очень рассчитываем на государственный подход в этом деле.
