Есть ли будущее у двигателей внутреннего сгорания

В Москве прошел XVIII Международный форум «Биомасса: топливо и энергия – 2024». На специализированном отраслевом мероприятии обсуждались вопросы производства и применения жидких моторных и твердых котельных биотоплив из возобновляемого сырья. Организаторами форума выступили Центр новых технологий и Российская биотопливная ассоциация.

В работе форума приняли участие производители зерна, сахарные заводы, лесопереработчики, нефтяники, инжиниринговые компании, производители оборудования, представители науки, отраслевая пресса. Внимание собравшихся было обращено на состояние и перспективы производства и применения возобновляемых источников энергии природного происхождения, а именно: биоэтанола, биобутанола, бионефти, биогаза, пеллет и брикетов.

Рис 1. Инфографика Российской биотопливной ассоциации

На момент проведения форума были еще неизвестны последствия засухи на Юге России, где производится более 40% всего сбора зерновых. Поэтому прогнозы на текущий год стали снижаться. Однако эксперты отмечают скорее возможность дальнейшего увеличения экспорта зерна из России именно вследствие роста цен на него вследствие неустойчивой погоды, ведущей к снижению урожаев не только в России, но и в других регионах мира. Вряд ли стоит ожидать, что экспорт зерновых, приносящий в условиях санкционного режима необходимую стране валюту наряду с экспортом углеводородов, будет снижаться.

Спорная доля

С точки зрения Аблаева, в настоящее время автомашины с двигателем внутреннего сгорания на этаноле и электромобили борются за свою долю на мировом рынке.

Рынок транспортных средств с гибким топливом сегментирован по типу смеси этанола (от E10 до E25, от E25 до E85 и E85 и выше), типу транспортного средства (легковые и коммерческие автомобили), типу топлива (дизельное топливо и бензин) и географическому положению (Северная Америка, Европа, Азиатско-Тихоокеанский регион и остальной мир).

Самым быстрорастущим рынком является азиатско-тихоокеанский, а самым большим – североамериканский. Правительства таких стран, как США, Канада и Мексика, уделяют особое внимание сокращению использования ископаемого топлива и вызванного им загрязнения. В связи с этим регион прибегает к использованию топлива на основе этанола, что является одним из основных факторов роста рынка этанола в регионе.

По данным журнала Ethanol Producer Magazine, Poet Biorefining является крупнейшим производителем этанола в США. По состоянию на декабрь 2021 года ее мощности составляли 2,7 млрд галлонов в год на 33 заводах на Среднем Западе.

По данным Управления энергетической информации США, по состоянию на январь 2021 года мощности по производству топливного этанола в США составляли 17,5 млрд галлонов в год, что на 0,2 млрд галлонов в год больше, чем в предыдущем году. Таким образом, увеличение мощностей по производству и потреблению этанола, вероятно, приведет к увеличению спроса на этиловый спирт. Следовательно, ожидается, что все подобные рыночные тенденции будут стимулировать спрос на этанол в регионе в течение прогнозируемого периода.

Но если судить по выступлению Аблаева, то электромобили могут в перспективе начать преобладать на рынке. Так, он сообщил о завершении работы агентства по охране окружающей среды США (ЕРА) по созданию новых, более жестких норм по выбросам для автомобильной промышленности. Исходя из этого, министр сельского хозяйства США и рекомендовал американским фермерам сосредоточиться на создании этанола из зерна для авиационного и судового транспорта.

Ведущая немецкая экономическая газета Handelsblatt утверждает, что крупнейший японский автопроизводитель Toyota делает ставку не только на электромобильность. Совместно со своими конкурентами Subaru и Mazda она займется разработкой новых двигателей внутреннего сгорания (ДВС). По данным интернет-портала Moor1.com, японский производитель пытается спасти ДВС с помощью новых технологий. Речь, в частности, идет о системе фильтрования, которая способна улавливать двуокись углерода из атмосферы. Пока эта технология опробуется на гоночных машинах, которые, как известно, выделяют немного СО₂ по сравнению с обычными. По данным портала, гоночный автомобиль за 20 кругов выбрасывает в атмосферу лишь 20 г двуокиси углерода, а обычный автомобиль выбрасывает на каждый израсходованный литр бензина почти 24 кг СО₂.

В Европе же пока ставка делается на электроавтомобиль, что соответствует идеям энергоповорота и принятым документам Еврокомиссии.

Тотальная электромобилизация должна завершиться в Европе к 2035 году. Это означает, что с этого года будет прекращена регистрация автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Однако в самой автомобилизованной стране Европы – Германии зреет сопротивление запрету автомобилей с ДВС. Как пишет немецкий экономический журнал WirtschaftsWoche, согласно онлайн-опросу, 86% респондентов выступают против запрета ДВС в Германии. Предполагается, что одной из причин такого результата мог стать неуклонный рост тарифов на электроэнергию, в том числе вследствие так называемого энергоповорота, делающего ставку на возобновляемые источники энергии.

Рис 2.  Инфографика Российской биотопливной ассоциации

Дмитрий Арсеньев, генеральный директор НПК «Экология», и Никита Дудкин, заместитель генерального директора НПК «Экология», в своем докладе перешли к практическим аспектам проектирования и строительства заводов по производству топливного биоэтанола. Компания рассказала о своем значительном опыте в осуществлении реальных проектов. Примером стали вопросы водоподготовки, очистки и водоотведения.

Никита Дудкин подсчитал стоимость примешивания биоэтанола к бензину. По его оценке, в России в среднем потребляется 38 млн т бензина в год. Добавка 5% биоэтанола к этому количеству бензина потребует 1900 тыс. т биоэтанола. Стоимость бензина в среднем 50 руб/л, или 60 тыс. руб/т. Себестоимость бензина 16 500 руб/т.

Для производства требуемой добавки этанола в размере 5% необходимо 7500 тыс. т пшеницы. При средней урожайности 50 ц/га придется засеять 1500 тыс. га. Стоимость биоэтанола 24 руб/л. Добавка этанола на конечную стоимость бензина не повлияет, но окажет влияние на снижение выброса двуокиси углерода. Данной калькуляции противостоит либо отправка произведенной пшеницы на экспорт, либо превращение ее в кормовые добавки для скота.

Экспортные цены на пшеницу колеблются в пределах 200 долл. за тонну FOB. Таким образом, поставщик может выручить за свою пшеницу около 16,5 млн руб. При переработке в этанол выручка составит более 45 млн руб. Автор анализирует в сравнительном варианте только переработку пшеницы на кормовые добавки – барду. Из данного количества пшеницы получается 2,5 млн т сухой барды. 1 кг барды стоит 16 руб. Следовательно, поставщик пшеницы может выручить наибольшую сумму из всех вариантов. Произведенных добавок будет достаточно для выкорма 12 тыс. голов скота. Дальнейшие расчеты затруднительны в связи с тем, что в общем балансе надо бы рассчитывать цену выбросов СО₂.

Ирина Абрамова, доктор технических наук, директор ВНИИПБТ – филиала ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии», подняла тему технологий переработки топинамбура с получением спирта. Этот вид сырья, несмотря на его особенности, является недооцененным и перспективным. Аналогичную мысль высказал ее коллега Михаил Туршатов, кандидат технических наук, заведующий лабораторией технологии спиртового производства ВНИИПБТ, говоря о получении дистиллятов из зерно-фруктового и ягодного сырья. Кроме того, он назвал такие нетрадиционные виды сырья для производства этанола, как гречиха, сорго, рис, а также картофель.

Эксперты согласны, что не только меньшие выходы, по сравнению с зерном, готового продукта, но и отсутствие гарантий стабильных поставок внебиржевого сырья (плодово-ягодного, топинамбура, борщевика и др.) являются основным ограничением и вызовом для развития этих направлений производства.

Устойчивое производство

Одна из сессий форума была посвящена устойчивому авиационному топливу – SAF (sustainable aviation fuels). Здесь Михаил Ершов, доктор технических наук, заместитель заведующего кафедрой технологии переработки нефти по научной работе Губкинского университета, представил обзор современного состояния рынка и технологий производства SAF-керосина на основе альтернативного сырья. Исходными материалами SAF являются лигноцеллюлозная биомасса, а также масложировое сырье. По прогнозам, в ближайшие годы производственные мощности по выпуску SAF в мире стремительно вырастут – с 5 млн т/год до 30 млн т/год в период 2024–2030 годов. Заслуживает внимания, что главные темпы роста будут приходиться на Северную Америку и Азию.

Помимо авиационной отрасли, считает докладчик, в условиях глобального зеленого перехода, нарастания производства гибридов, единственным долгосрочным «спасением» для производителей и потребителей транспортных средств на базе двигателей внутреннего сгорания и топлива к ним станет сотрудничество с производителями биоэтанола.

Майя Куликова, доктор химических наук, главный научный сотрудник Института нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева, провела экскурс в теорию и практику получения синтетических углеводородов – бионефти из угля по реакции Фишера–Тропша, указав при этом, что в мире каждое из таких производств было или является уникальным, не масштабируемым. Для создания такого производства необходим целый ряд условий, критически важными из которых стали бы политическая воля и государственная финансовая поддержка проекта.

Владимир Тезов, генеральный директор компании «Экореон», взяв за основу биогаз как источник возобновляемой энергии, представил собравшимся инвестиционный проект своей компании. Бизнес-план предполагает создание сети биогазовых станций по переработке ила с очистных сооружений и органических отходов с предприятий пищевой промышленности и сельского хозяйства. Запуск сети планируется с пилотного завода «Рождество» во Владимирской области, а затем еще четырех этапов расширения в период 2024–2028 годов. География проекта предполагает создание 25 станций в европейской и дальневосточной части России.

Переход к биоэкономике

Далее Эдуард Аким, доктор технических наук, профессор, почетный член Консультативного комитета ФАО ООН по устойчивости лесного сектора, напомнил собравшимся и о другом богатстве Российской Федерации – о ее необъятных лесах, о разумном их использовании. Текущий запрет на импорт российских пеллет и брикетов в Европе побуждает правительство и экономику РФ к поиску нестандартных решений, к переводу российских котельных на твердое возобновляемое биотопливо. В более широкой, дальней перспективе всему человечеству предстоит переход к циркулярной биоэкономике, уверен докладчик.

Наглядным примером движения в этом направлении служит использование вторичных волокон (макулатуры) в целлюлозно-бумажном производстве. В мире ежегодно производится более 450 млн т бумаги и картона, при этом 60% из них – из вторичных волокон. Кратность использования макулатуры в ЦБП составляет 7–8 раз. Еще одним из элементов циркулярной биоэкономики станет переработка текстильных волокон (хлопка, джута), старой или неношеной одежды. Эти и другие (древесный уголь) возобновляемые биоресурсы рассматривают также с точки зрения топливной отрасли.

Марина Сидак, кандидат экономических наук, независимый эксперт, консультант по агробизнесу, в содружестве с Российским зерновым союзом представила подробный SWOT-анализ растущих рисков и открывающихся возможностей для отечественного аграрного бизнеса. По мнению докладчицы, позитивные моменты преобладают, однако стоит обратить внимание на потенциально возможные новейшие методы ведения войн и конфликтов, например климатическое оружие или биотерроризм (искусственно вызванное уничтожение урожаев или поголовья – эпизоотия и эпифитотия – в сельском хозяйстве на территории противника).

Докладчик анализирует влияние специальной военной операции (СВО) на ситуацию в российском аграрном бизнесе. Отмечается наличие сильных и слабых, с точки зрения докладчика, сторон.

К сильным сторонам, по мнению докладчика, относится следующее: прежде всего численность населения 146,2 млн человек и площадь земель сельскохозяйственного назначения 3793 млн га, посевная площадь которых к 2024 году увеличилась до 84,5 млн га. На территории России насчитывается свыше 2,5 млн больших и малых рек, более 2 млн озер, сотни тысяч болот и других объектов водного фонда.

Несмотря на расширяющийся список недружественных стран, Россия не только сохраняет, но и укрепляет дипломатические отношения со странами Ближнего Востока, Латинской Америки, Африки и Азии. На эти дружественные страны приходится две трети всего населения Земли, 80% мировых запасов нефти, 30% золотых резервов и 25% военных расходов. Из этого, видимо, можно сделать вывод о возможностях развития сбыта российской сельскохозяйственной продукции на рынках этих стран.

К слабым сторонам докладчик относит расширение санкций с 2014 года, которое в том числе привело к нарушению логистических цепочек при экспорте российской сельскохозяйственной продукции.

Следует добавить, что Комиссия ЕС рассматривает вопрос о введении пошлин на экспорт российского зерна в ЕС для облегчения конкурентоспособности украинского зерна на рынке ЕС. Докладчик полагает, что в долгосрочной перспективе решение стоящих в этой связи перед агропромышленным комплексом России проблем возможно только при соответствующем развитии смежных отраслей, в частности судостроительной, а также при создании альтернативных маршрутов доступа на рынки дружественных государств, что позволит отказаться от посредников. Видимо, такой же подход должен касаться и других отраслей, например страховочного бизнеса.

В течение рабочего дня форума прозвучало 20 докладов. Участники рассмотрели значительное количество примеров, научных разработок и практических возможностей производства и применения самых различных видов биотоплива в современной экономике, перспектив дальнейшего развития биотопливной отрасли РФ.

Вопрос эффективности переработки органических отходов остается одним из самых острых в России. Дело в том, что на переработку поступает только 3% таких отходов. А от 20 до 40% всего мусора состоит именно из органических отходов. В абсолютных показателях это более 17 млн т ежегодно.

Владимир Тезов, генеральный директор московской компании «Экореон», ознакомил участников конференции с возможностями переработки органических отходов. К ним прежде всего относятся биогазовые станции, на которых собранные органические отходы перерабатываются и для получения биотоплива и энергии. В ходе переработки получается газообразное, жидкое и твердое биотопливо. Как правило, остаток после переработки может использоваться в сельском хозяйстве в качестве удобрения.