8.2 Производство биоэтанола

С 1975 г. производство пищевого этилового спирта остается постоянным, а производство топливного этанола увеличилось в 10 раз.

Этанол может применяться как топливо самостоятельно или в смеси с бензином в количестве от 10 до 26 %, такую смесь в США называют газохол; или в смеси с дизельным топливом в количестве 3 %. Эти смеси могут быть использованы без изменений в конструкции двигателей внутреннего сгорания.

В качестве источника энергии спирт используется в Бразилии, США, странах ЕС, то есть в энергодефицитных зонах. Кроме того, спирт широко применяется в химической промышленности в качестве растворителя, экстрагента, антифриза.

Этанол преимущественно получают биотехнологическим путем сбраживания сахаров, содержащихся в растениях.

В мировом производстве первое место занимает производство спирта из сахарного тростника (Бразилия, США). При переработке сахарного тростника его тщательно давят, сок концентрируют и подвергают брожению. На втором месте находится маниок (кассава) – крахмалистое растение, способное расти на скудных почвах.

Считают, что бразильский вариант биотехнологического решения топливной проблемы – наилучший, однако получилось, что лучшие пахотные земли засевались сахарным тростником, при этом для одного автомобиля требуется примерно 13000 м², в то время, как для одного человека 800 м² в год. То есть один автомобиль отбирает пищу у 18 жителей. В то же время в Бразилии миллионы людей страдают от недоедания. Кроме того, стоки со спиртовых заводов загрязняют водоемы и нарушают экологическое равновесие.

Кроме сахарного тростника и маниока для производства спирта используют злаки, особенно кукурузу, топинамбур, ананас, сахарную свеклу, сорго.

При переработке крахмалосодержащего сырья необходимо его предварительное разваривание и обработка ферментами для превращения крахмала и других полисахаридов в усваиваемые микроорганизмами сахара.

Для производства спирта можно также использовать мелассу – остаток производства сахара из сахарной свеклы и сыворотку, остающуюся после производства сыров.

Производство спирта из сахарного тростника экономически неоправданно (Бразилия), из кукурузы (США) – субсидируется государством, чтобы цена на этанол была ниже, чем на нефтепродукты. В других регионах себестоимость биоэтанола еще выше, поскольку выше себестоимость сырья. Снижение себестоимости этанола может быть достигнуто заменой сырья или кардинальным изменением технологии ферментации.

Замена сырья заключается в том, что вместо зерна злаков для превращения в этанол используется биомасса целых растений, как травянистых, так и деревьев, а также твердые коммунальные отходы, то есть мусор.

Лигноцеллюлоза (древесина) состоит из трех полимеров: целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Путем химического или ферментативного гидролиза эти полимеры расщепляются до мономеров с последующей ферментацией сахаров до этанола. Несмотря на неполный гидролиз (из-за сложности химического строения молекул полимеров) процесс экономически выгоден.

Кроме того, найдены виды дрожжей, способные сбраживать в спирт не только гексозу (глюкозу), но и ксилозу; использование таких дрожжей приводит к более полному использованию сахаров, а, следовательно, повышается выход спирта, и снижается его себестоимость.

Из гидролизатов древесины и сульфитных щелоков (отход в целлюлозно-бумажном производстве) в России получают технические спирты.