8.4. Альтернативні види палива із цукрових буряків та продуктів їх перероблення

Мотивів виробництва спирту з буряку як альтернативного джерела палива можна назвати декілька: ціни, що підвищуються на нафту і газ, а також політичні аспекти. Вважається, що 1 л етанолу за енергетичною здатністю еквівалентний приблизно 0,67 л бензину.

Згідно з розрахунками фахівців, енергетична ефективність виробництва спирту з цукрового буряка, з урахуванням її вирощування, складає 173% (відношення виробленої енергії до затраченої). До того ж, цукровий буряк є найбільш вигідною сировиною з сільськогосподарських культур для виробництва спирту:

Таблиця 1

Ефективність виробництва спирту з різних видів сільськогосподарської сировини

Культура	Урожай, ц/га	Вихід спирту з 1т сировини, дал	Загальний вихід спирту, дал/га
Картопля	200	12	220
Пшениця	45	40	180
Жито/пшениця	36	34	120
Цукровий буряк	450	10	450

З таблиці видно, що з одного гектара цукрового буряку можна отримати приблизно в два рази більше спирту, чим з інших сільськогосподарських культур. Проте вибір напівпродукту, що отримується з буряку для виробництва спирту, пов'язаний з певними обмеженнями, пов'язаними з його якістю, затратами на вироблення, придатністю до зберігання і т. д.

Світовий досвід і вітчизняні дослідження свідчать, що біоетанол можна одержувати з будь-якого цукровмісного розчину, котрий присутній на верстаті цукрового заводу: дифузійного соку, очищеного соку ІІ сатурації, сиропу, відтоків, меляси і т.д.

Можна припустити, що чим менше домішок (нецукрів) містить продукт, тим він більше підходить для виробництва спирту, але з іншого боку, чим він чистіший, тим вище його ціна, оскільки збільшуються витрати на очищення. Виходячи з подібних міркувань, для цих цілей найбільш підходить сироп, що є порівняно чистим продуктом (чистота 90-95%, вміст цукру 55-65%), що підтвердили виробничі випробування виробництва біоетанолу на одному із спиртових заводів. Проте, оскільки отримання сиропу досить складний процес, що вимагає спеціального технологічного устаткування, спирт з цього продукту коштує дорого.

Інша можливість використання енергетичного потенціалу цукрового буряка - ферментація соку 2 сатурації. Мова йде про продукт, який пройшов очищення, але не був згущений випаровуванням. В ньому не містяться органічні і неорганічні домішки, що негативно впливають на ферментацію, оскільки вони були видалені при очищенні. Для ферментації цей продукт, на відміну від меляси і сиропу, не потрібно розбавляти. Проте при використанні соку ІІ сатурації як субстрату для ферментації необхідно мати на увазі, що він не підлягає зберіганню, оскільки є хорошим поживним середовищем для життєдіяльності більшості видів мікроорганізмів.

Будівництво спиртного заводу при цукровому заводі, що діє, з підвищеною продуктивністю сокоочисного відділення.

Тут мова може йти про цукровий завод, наприклад потужністю 4 тис. т переробки буряку в добу, який шляхом реконструкції заводу доводять до 5 тис. т. Капітальні витрати на будівництво при такому варіанті будуть значно нижчі, ніж будівництво бурякопереробного цеху при спиртовому заводі..

Техніко-економічний аналіз показує, що оптимальним є варіант кооперації крупного бурякоцукрового заводу із спиртним заводом на одному промисловому майданчику, що забезпечує останній соком 2 сатурації, подачею його по трубопроводу. В такому разі цукровий завод вироблятиме одночасно цукор і мелясу, яка після закінчення сезону переробки буряку може піти на отримання спирту.

Також даний варіант припускає виробництво біоетанолу також із зерна в міжсезонний період. Очевидно, що виробництво спирту з цукрового буряку технічно цілком вирішувана проблема. Її реальне втілення - це питання політики, оскільки найближчим часом отримання енергії з поновлюваної сировини буде поки дорожче, ніж з природних копалин.

Так, наприклад, у Франції щорічно з дифузійного соку виробляється до 1 млн. гл етанолу. У перспективі, при спільній роботі цукрового і спиртного заводів можлива така комбінація: з сирого згущеного соку отримують цукор-сирець, а з відтоку ферментацією - спирт. У такий спосіб з 100 т бурякового цукру можна отримати 45 т рафінаду і 26 т етанолу. До того ж, відтік, що поступає на ферментацію, можна зберігати.

Одним із перспективних напрямів виробництва біоетанолу є зниження його кінцевої собівартості, в якій основна доля належить вартості вуглеводвмісної сировини. Порівняння різних сільськогосподарських культур по збору з одного гектара сільгоспугідь в перерахунку на кількість в них вуглеводнів незаперечно свідчить на користь цукрових буряків, котрі вже протягом двох століть є стратегічною культурою для України. За середньої урожайності цукрових буряків 300 ц/га та вмісту цукрози (дигестії) в них 15% валовий збір цукрози з гектара складає 45 ц, що в півтора-два рази більше ніж вуглеводнів із зернових чи з кукурудзи. За середньої закупівельної ціни цукрових буряків 180 грн/т вартість цукрози з гектара складатиме 180 30 /4,5 = 1200 грн/т. Приймаючи вихід біоетанолу 50% від введеної цукрози собівартість одного літра його складатиме з врахуванням доставки буряків та переробки близько 3,0…3,5 грн.

Разом з тим в багатьох сучасних агрофірмах України, де застосовують сучасні прогресивні технології та техніку вирощування цукрових коренеплодів, середня урожайність останніх складає в середньому 500…550 ц/га та їх цукристість в середньому 17%. Провівши аналогічні розрахунки, отримуємо валовий збір цукрози з гектара 85 ц/га вартістю 1059 грн/т, відповідно вартість одного літра біоетанолу – близько 2,5…3,0 грн.

За станом на липень 2007 року на території України знаходяться діючих близько 140 цукрових заводів, з яких ефективно працюють близько 100. Добова потужність всіх цукрових заводів складає близько 320 тис. т цукрових буряків. Розташовані заводи майже в усіх областях України, за виключенням Донецької, Луганської, Херсонської, Миколаївської та Закарпатської областей. Кожний із цукрових заводів звісно ж обладнаний призаводськими та виносними кагатними полями для зберігання цукрових буряків, мийними та бурякопереробними відділеннями, що дозволяє без перешкод отримувати дифузійний сік з буряків із вмістом сухих речовин 12…16% в залежності від дигестії коренеплодів. Виробнича потужність цих відділень в середньому дозволяє щодобово переробляти на одному заводі 3000 т солодких коренеплодів та отримувати відповідно 3300…3600 м³ дифузійного соку. Таким чином 2/3 отриманого соку можна переробляти по існуючій технологічній схемі на цукор, а решту – для отримання технічного спирту. Враховуючи наявність на цукровому заводі ТЕЦ, жомосушильного відділення та станції очищення стічних вод, доцільно змонтувати рядом цех отримання технічного спирту, вихід якого буде складати приблизно 6…8% від кількості дифузійного соку, тобто для середнього по потужності цукрового заводу – 60…80 м³/добу.

Для підвищення виходу технічного спирту до дифузійного соку можна додавати отримувану на заводі мелясу та деяку кількість першого відтоку утфелю першого продукту, а це зумовить до підвищення якості цукру-піску внаслідок вилучення частини нецукрів з технологічного процесу продуктового відділення цукрового заводу.

Цукровикам давно відома схема очищення дифузійного соку з відділенням осаду нецукрів соку попередньої дефекації до основної дефекації, застосування якої теоретично дозволяє значно зменшити витрати вапна на очищення (на 0,5…0,7% СаО до кількості перероблених буряків) та підвищити якість готової продукції. Проте широкого практичного застосування така схема не набула внаслідок значних ускладнень при відділенні такого осаду від соку навіть в суміші з осадом соку І сатурації та при промиванні його від наявної в ньому цукрози. В разі наявності при цукровому заводі відділення по виробництву технічного спирту виникає доцільність використання в якості сировини для спирту саме суспензію осаду соку попередньої дефекації, кількість якої складає приблизно 20…25% від кількості дифузійного соку, тобто для заводу продуктивністю в 3000 т буряків за добу це становить 660…820 м³ за добу, що аналогічно тій кількості дифузійного соку, яка пропонувалося вище для вироблення технічного спирту. Така суспензія густиною 1,16…1,18 кг/м³ містить до 1,5% твердої фази у вигляді частинок СаСО₃, осад коагульованих та осаджених нецукрів дифузійного соку (в основному білкові та пектинові речовини, солі кальцію малорозчинних органічних кислот) в кількості 0,5…0,7% від кількості суспензії, цукрози – 10…12% і має рН₂₀ близько 11,0, а її температура – близько 60^оС. Попередні лабораторні дослідження показали, що така система добре зброджується і може дати вихід спирту близько 5…6% від кількості забродженої суспензії.

Але цікава інша сторона такого способу з точки зору технології цукрового виробництва. Справа в тому, що відділивши від соку попередньої дефекації основну кількість нецукрів дифузійного соку та вивівши їх з технологічного процесу отримання цукрози, появляється можливість зменшити витрати вапна на очищення майже вдвічі і в стільки ж зменшити кількість води, що вводиться в сік з вапняним молоком (а для заводу в 3000 т буряків за добу це складає не менше 110 т! на добу, для випаровування якої необхідно затратити … палива). Крім цього спрощується технологічна схема (можна відмовитися від одного з двох ступенів сатурації), значно зменшуються витрати фільтрувальної тканини (майже вдвічі) та підвищується якість готового цукру-піску. З огляду на це запропонований спосіб спільного виробництва цукру та технічного спирту здається досить перспективним для України.

В кінці 80-х років Україна вирощувала 40…44 млн. т цукрових буряків за середньої урожайності 250 ц/га. Підвищивши урожайність до 450…500 ц/га можна отримати таку ж кількість солодких коренів із зменшенням вдвічі розміру посівних площ та майже на третину зменшивши виробничі затрати на вирощування. Для отримання 2,5 млн. т цукру-піску (річна потреба України) достатньо близько 22 млн. т цукрових буряків, що складає половину від загального збору. Решта ж солодкої сировини може бути перероблена на технічний спирт, що за середньої дигестії 15% дозволить виробити близько 1,5 млн. м³ технічного біоетанолу в рік.

Питання для самоперевірки:

1. 1. Склад жому, доцільність напрямків його використання.

2. Позитивні та негативні аспекти зберігання свіжого жому силосуванням.

3. Сушіння бурякового жому

4. Жом – сировина для пектину та харчових волокон.

5. Можливості використання сатураційного осаду.

6. Повторне випалювання вапна із сатураційного осаду.

7. Шляхи використання меляси: виробництво спирту, дріжджів та ін.

8. Альтернативні види палива із цукрових буряків та продуктів їх переробки.