Экологические аспекты производства и использования биодизельного топлива в Крыму

rinok-rapsaОдной из острых проблем Украины и Крыма является обеспечение энергоресурсами. Наша страна покрывает свои потребности в топливно-энергетических ресурсах только на 53 % (импортирует 75 % необходимого объема природного газа и 85 % сырой нефти и нефтепродуктов), а потребности Крыма в энергоресурсах ежегодно растут.

Рост мировой экономики основывается на опережающем развитии энергетики. Энергоемкость валового внутреннего продукта в Украине по сравнению с высокоразвитыми странами очень высокая, и даже после внедрения всех способов энергосбережения она останется высокой в силу специфики структуры промышленности. Поэтому одним из важных факторов является использование всех видов энергии. Это важно с точки зрения снижения антропогенного воздействия на окружающую среду, так как во многих регионах Украины загрязнение атмосферы, водных ресурсов и почвы превысило безопасные пределы.
Зависимость страны от импорта нефтепродуктов, цены на которые постоянно растут, приводит к ежегодной нехватке дизельного топлива для проведения сельскохозяйственных работ в агропромышленном комплексе Крыма, кроме того, значительное ухудшение экологической ситуации в регионе стимулирует интенсивный поиск альтернативных экологически чистых источников энергии.

Одним из перспективных направлений для решения указанной проблемы является развитие производства экологически чистого биодизельного топлива - альтернативного биотоплива на основе растительных масел.
Развитие производства биодизельного топлива в Крыму полностью отвечает основным принципам государственной политики в сфере альтернативных видов топлива,
изложенных в законе Украины «Про альтернативнi види рiдкого та газового палива» № 1391 – XIV от 14.01.2000 г., Указе Президента Украины «Про заходи щодо розвитку виробництва палива з бiологiчноi сировини» № 1094/2003 от 26.08.2003 г., а также в распоряжении Кабинета Министров Украины от 28.12.05 г. № 576-р, где одобрена концепция Программы развития производства биодизельного топлива на период до 2010 года.

Целью данной работы являлось изучение экологических аспектов производства и использования биодизельного топлива в одном из регионов Украины – Крыму.
Результаты исследований и их анализ Биодизельное топливо (биодизель) - это экологически чистый вид биотоплива на основе растительных и животных жиров, а также продуктов их этерификации. Используется для замены нефтяного дизельного топлива.
С химической точки зрения биодизель представляет собой смесь метиловых эфиров насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. В процессе реакции переэтерификации масла жиры вступают в реакцию с метиловым спиртом в присутствии катализатора - щелочи, в результате образуются сложные эфиры и глицероловая фаза: 56 % глицерина, 13 % жирных кислот, 8 % воды, 9 % неорганических солей, 10 % эфиров.
Схема процесса реакции переэтерификации масла

rinok-rapsa-v-ukraine

Материальный баланс реакции получения биодизеля: для получения 1000 кг (1143 л) биодизеля необходимо 50 кВт тепловой энергии и 25 кВт электроэнергии, 1040 кг рапсового масла, 144 кг (114 л) 99,8 % метанола, 19 кг гидрооксида калия (88 % КОН), 6 кг вспомогательного фильтрующего материала, 105 кг воды. При этом кроме биодизеля получается 200 кг сырого глицерина и 117 кг воды после очистки биодизеля.
Технология производства: растительное масло переэтерифицируется метанолом или этанолом, или изопропиловым спиртом при температуре 60С и нормальном давлении, в результате получается 1 т масла, 200 кг метанола, гидроксид К или Nа и 200 кг глицерина.

Применение: биодизель может использоваться в любых дизельных двигателях, как самостоятельно, так и в смеси с дизельным топливом, без модернизации двигателя.
Особенно можно рекомендовать биодизель для частных фермерских хозяйств, что связано с условиями его хранения.
Хранить биодизель более трех месяцев не рекомендуется, так как по истечении этого срока топливо разлагается. Сырье: эфирные масла различных растений, также можно использовать жирные масла, например использованный фритюрный жир. Сырьевая база для производства биодизеля в Крыму – это масло, получаемое из
семян рапса, сельскохозяйственной масличной культуры, наиболее адаптированной для природно-климатических условий Крыма и экономически эффективной. В 2007 году отмечена высокая урожайность рапса по Крыму – 32,2 ц с 1 га.
Биодизель обладает очень хорошими эколого-эксплуатационными характеристиками, например, это его смазочные свойства. При удалении из минерального топлива
сернистых соединений оно теряет свои смазочные способности, а биодизель, несмотря на значительно меньшее содержание серы – меньше 0,001 %, характеризуется хорошими смазочными свойствами – продлевает срок жизни двигателя и топливного насоса на 60 %. Это вызвано химическим составом биодизеля и содержанием в нем кислорода.
Биодизель обладает высоким цетановым числом – не менее 51, а у минерального дизельного топлива оно 42...45.
Экономия энергоносителей нефтяного происхождения и ужесточение норм выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизелей заставляет большинство
стран искать пути снижения опасности влияния тепловых двигателей на окружающую среду. Возможности использования экологически чистого биодизельного топлива должно уделяться большое внимание, так как использование нефтепродуктов несет в себе значительную экологическую опасность.
Применение биодизельного топлива позволяет обеспечить снижение выбросов вредных веществ в атмосферу с отработавшими газами. Для Крыма как для курортного
региона очень важен экологический аспект использования биодизельного топлива, так как по сравнению с обычным минеральным дизельным топливом оно выделяет в атмосферу на 12 % меньше двуокиси углерода, сажи на 50 %, РМ (твердых частиц) на 36 % и СnНm на 35 %.
Источником загрязнения атмосферы в городах в основном является автотранспорт, парк которого на Украине и в Крыму непрерывно растет на 100 тыс. транспортных средств каждый год, а качество горюче-смазочных материалов ухудшается.

Выбросы автомобильного транспорта существенно зависят от работы двигателей и качества используемого топлива. В состав выхлопных газов автотранспорта входят
более 200 компонентов, среди которых нормируются только немногие (СО, SO2, углеводороды, NO2). С начала 30-х годов прошлого столетия к подавляющему большинству бензинов начали добавлять тетраметил и тетраэтил свинец в количестве 80 мг/л. При движении автомобиля 25...75 % свинца выбрасывается в атмосферу, осаждается на земле и попадает в поверхностные воды. Газы от автотранспорта остаются в приземном слое тропосферы, что затрудняет их рассеяние.
Узкие улицы и высокие здания городов способствуют тому, что выхлопные газы автомобилей задерживаются в зоне дыхания, а это провоцирует обострение хронических заболеваний органов дыхания людей – бронхитов, астмы, а также аллергических реакций.
При попадании нефтепродуктов на почву наблюдается интенсивная трансформация ее морфологических и физико-химических свойств, а также токсичное действие на
высшие растения, угнетение почвенных беспозвоночных. Происходит смещение реакции почвенного раствора в щелочную сторону, повышение содержания углерода в
2...10 раз, а количества углеводородов в 10...100 раз, ухудшается структура почвы, изменяются ее микробиологические свойства, снижается продуктивность вплоть до вывода загрязненных земель из сельскохозяйственного оборота.
Биодизельное топливо при попадании в воду не причиняет вреда растениям и животным, подвергается практически полному биологическому распаду. В почве и воде.
микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 98 % биодизеля, что позволяет говорить о возможности снижения уровня загрязненности объектов гидрографии. Также можно говорить об использовании побочного продукта производства биодизеля – глицерине.
При получении 1000 кг биодизеля образуется 200 кг глицерина, после глубокой очистки которого получают фармокологический глицерин с рыночной стоимостью 1 тыс. евро за тонну. При добавлении фосфорной кислоты к глицерину можно получить фосфорные удобрения.

Еще один важный экологический аспект использования биодизеля в Крыму: его производство позволит ввести в оборот неиспользуемые сельскохозяйственные земли
степной зоны полуострова. В Крыму достаточно земли сельскохозяйственного назначения, которая пригодна для выращивания рапса. Необходимо поднимать производительность культуры – ее урожайность. Это возможно при условии соблюдения технологий производства и использования современных гибридов семян рапса для того, чтобы не отчуждать земли, занятые зерновыми культурами, то есть к выращиванию рапса необходимо подходить научно обоснованно. Ранее же посевные площади для эфиромасличных культур, планируемых на экспорт, определялись за счет сокращения посева пшеницы.
За последние 2 года экономическая эффективность выращивания озимого рапса значительно возросла. В 2005 г. в АРК было засеяно 6,1 тыс. га. В 2004 г. - 2,64 тыс. га. Средняя урожайность 11,7 ц/га. В 2005 г. его урожай вырос почти в 2 раза по сравнению с 2004 г. и составил 284,7 тыс. т, согласно данным Госкомстата Украины. В 2007 г. рапс засеян на площади в 400 тыс. га, что почти в 2 раза больше, чем в 2006 г.

В соответствии с Программой выращивания рапса в Украине аграрии хотят увеличить площадь посевов с 250 тыс. га в 2004 г. до 3, 5 млн га в 2010 г., таким образом
урожай рапса, собранный с 3,5 млн га, обеспечит производство 2,7 млн т биодизельного топлива, что составляет 10 % потребностей Украины. Большая  эффективность может быть достигнута, если в Крыму будут самостоятельно перерабатывать рапс, не экспортируя его за пределы полуострова. В тех районах Крыма, где есть маслозаводы, реальная стоимость топлива составит всего 1,5...2 грн/л.
Каждый год Украина и Крым сталкиваются с проблемой нехватки дизельного топлива в период посевной и неоправданным повышением цен на него. Замена части дизельного топлива на биодизельное обеспечит сельскохозяйственную технику бинарным биотопливом рационального состава: 30 % биодизеля + 70 %дизельного топлива.
Согласно расчетам специалистов, для гарантированного обеспечения проведения сельскохозяйственных работ в агропромышленном комплексе по технологическим
нормам необходимо 1870 тыс. т дизельного топлива и 620 тыс. т бензина. Для производства такого количества горючего используется почти 4,5 млн т нефти, которая преимущественно импортируется.
Увеличение площади посевов рапса до 10 % общей площади пашни в Украине, переработка 75 % полученного урожая на биодизельное топливо дадут возможность
решить проблему стабильного снабжения энергоресурсами аграрного сектора экономики за счет собственного экологически чистого обновительного источника, увеличить поступление средств в бюджет до 1,6 млрд грн., а также улучшить качество окружающей природной среды.

По нашему мнению, культивирование рапса можно рекомендовать для предотвращения деструктивных процессов в почве и повышения ее плодородия.
В связи с увеличением площадей сельскохозяйственных земель, занятых под рапс в Крыму (в 2007 г. Джанкойский, Кировский, Красногвардейский, Первомайский, Нижнегорский, Советский и Ленинский районы выращивали рапс на 30 тыс. га, а в 2008 г. под эту масличную культуру в Крыму отведены гораздо большие площади - почти 43 тыс. га), можно рекомендовать внедрение принципов и методов экологически чистого земледелия.
Они заключаются в отказе от использования искусственных химических препаратов, не всегда эффективных, механизм действия которых на организм человека и растения до конца не изучен, и использовании интегрированных природных методов защиты растений – насекомых-хищников, летающих и ползающих, уничтожающих насекомыхвредителей, ферромонных ловушек. Совместно возможно использование нетоксичных препаратов из природного сырья и аналогов природных веществ, безопасных для людей и позволяющих сохранить органику почвы, повышающих устойчивость растений к неблагоприятным внешним условиям и болезням. Рапсовые поля являются местом для укрытия и размножения насекомых-хищников, которых рапс привлекает, как пыльценос и нектаронос. Растения нектароносы и пыльценосы сохраняют, активизируют и привлекают популяции полезных насекомых, в том числе диких пчел. Питание нектаром и пыльцой необходимо полезным насекомым для повышения плодовитости и увеличения продолжительности жизни. Такие насекомые как златоглазки, «божьи коровки», хищные клопы, жужелицы, пауки и многие другие, сокращают численность вредителей растений в среднем на 40 %. Введение в севооборот сельскохозяйственных культур рапса в десятки раз увеличивает численность полезных насекомых и необходимых антагонистов в почве. Нектароносы способны защищать посевы  сельскохозяйственных культур от насекомыхвредителей, на расстоянии до 1 км.
Научная новизна данной статьи заключается в глубоком анализе современных данных о состоянии проблемы биодизельного топлива в Крыму и разработке на его основе рекомендаций для экологически чистого земледелия.

Выводы
Производство и применение биодизеля в АРК позволит решить экологоэнергетические проблемы. Большая эффективность может быть достигнута, если в
Крыму будут самостоятельно перерабатывать рапс, не экспортируя его за пределы полуострова