В мире активно продолжается  дискуссия о нефти и альтернативных источниках энергии, в первую очередь идет речь о топливном этаноле, как наиболее емком продукте.

Сегодня нефть и газ –  главные источники энергии в мире и  поэтому уменьшение их использования –  главный приоритет в работе правительств многих стран. Спрос на нефть в 2010—2011 годах будет расти, но очень медленно.  В этом сходятся Международное энергетическое агентство (МЭА) и члены Организации стран — экспортеров нефти (ОПЕК), опубликовавшие на днях свои аналитические доклады.        Увеличение спроса на нефть непременно будет стимулировать и мировое потребление топливного этанола, как реальной альтернативе  сырой нефти.      

Потребности мировой экономики в сырой нефти возрастут в 2010 году по сравнению с прошлым годом на 1,05 млн. баррелей в день и составят в среднем - 85,51 млн. баррелей (11.714 млн. тонн) в день, об этом сообщает  в своем ежемесячном докладе ОПЕК.  В 2011 году этот показатель увеличится еще на 1,05 млн. и достигнет 86,56 млн. баррелей в день. Мировая  потребность в нефти в 2009 году составила -3903.0 млн. тонн. Наибольшим потребителем нефти в мире являются США, потребление в 2009 году  составляло – 18.771 млн. баррелей в день. Согласно информации «Energy Charter Secretariat (2007)» одно только Министерство обороны США в день потребляет 400000 баррелей нефти. Примечание:  потребления нефти  в Польши  – 450000 баррелей в день.

1).  Мировое производство бензина.

Выходы нефтепродуктов с барреля сырой нефти предоставлены на рис.1

рис.1 Нефтепродукты с барреля  нефти (галлоны, 2009г.).

 Источник: www.eia.doe.gov

Нефтеперерабатывающая промышленность относиться к числу стратегически важных отраслей хозяйства многих стран мира. В последнее десятилетие в мировой нефтеперерабатывающей промышленности происходили заметные технологические и структурные сдвиги.  В этот период суммарная доля углубляющих  процессов нефтепереработки: каталитический крекинг, гидрокрекинг, термический крекинг, или  висбрекинг, коксование, каталитический риформинг, алкилирование, изомеризация возросла в целом по нефтеперерабатывающей промышленности мира до 50%.                                
                                                                                                                               
Технологические сдвиги в нефтепереработке во многом были обусловлены быстрым ростом мощностей в  Азиатско-Тихоокеанским регионе (см. рис.2), а также возросшими требованиями к качеству моторных топлив в странах с развитой нефтеперерабатывающей промышленностью. Экологические требования к  моторному топливу в последнее десятилетие ужесточились  практически во всех нефтяных странах мира. Среди возможных альтернатив создания экологически безопасного топлива рассматривались следующие:

- реформулированные бензины (США), т.е. бензины с измененными составом и характеристиками, обеспечивающими экологическую безопасность;
- неэтилированные высокооктановые бензины;
- альтернативные виды топлив, в частности бензины с этанолом, оксигенированные бензины (бензины с эфирами МТВЕ, ЕТВЕ, ТАМЕ) и др.

Как  показано  на  рис. 2  современные технологии  переработки нефти, обеспечивающие качество производимого НПЗ  топлива, в том числе автомобильного бензина,    наилучше задействованы в странах Северной Америки (США), Западной Европы, Дальнего Востока и Океании.

Источник: www.eia.doe.gov                                

Рис. 2. Технологические процессы переработки нефти в мире.

Бензин -  один из наиболее квалифицированных и дорогих энергоносителей. Для его получения используют сложный комплекс технологических процессов первичной и вторичной переработки нефти на нефтеперерабатывающем заводе, а также различные присадки и добавки, обеспечивающие соответствие современным требованиям к составу и качеству этого вида моторного топлива. Рекомендуется для улучшения ряда эксплуатационных свойств, в том числе экологических, вводить в бензины
                                                                                                                               

Рекомендуется для улучшения ряда эксплуатационных свойств, в том числе экологических, вводить в бензины кислородсодержащие эфиры и этанол.   Наиболее распространенными и широко применяемыми являются: метил-трет-бутиловый эфир (МТВЕ), этил-трет-бутиловый эфир (ЕТВЕ), этанол, а также метил-трет-амиловый эфир (ТАМЕ). Мировое потребление бензина в 2009 году составило – 975.1 млн. тонн (см. табл.1). США являются наибольшим потребителем бензина в мире, потребляя  ежегодно около 40%  всего бензина мира. Страны Азии и Океании – потребляют  - 210 млн. тонн, что равно – 21.6% мирового потребления бензина, чуть меньше половины этого потребления приходиться на Китай – 61.8 млн. тонн и Японию – 35.9 млн. тонн. На Западную и Восточную Европу, включая страны СНГ, – приходиться   около 17% мирового потребления бензина. Наибольшая динамика увеличения потребления бензина на протяжении  последних лет у Китая, то есть прирос  потребления бензина в 2009 году по сравнению с 2003 г. составил – 46.9%.

По состоянию на 1.01.2008  года в мире работало около 685  НПЗ, общей производительностью больше  4200.0 млн. тонн нефти в год. Наиболее четко прослеживается конкуренция между линиями развития нефтепереработки  Северной Америки (США-  149 НПЗ) и  Европы (ЕС -135 НПЗ).    

Производство бензина  в странах Европы  осуществляется на  135  НПЗ, производительность которых составляет – 852 млн. тонн нефти в год, что составляет около 20% мировой нефтепереработки (на 1.01.2008 г.). Объем  рынка бензинов в Европе  на протяжении  последних трех  лет  112.0 – 125.0  млн. тонн. Для  производства этого бензина  НПЗ  использует более - 6.0 млн. тонн добавок  (ЕТВЕ, МТВЕ, ТАМЕ), что  в денежном эквиваленте оценивается в  6.5  млрд. долларов США.

 Компонентный  состав  европейского бензина  на  протяжении последних  лет  включал в себя:  бензин каталитического крекинга – 30%,  бензин каталитического  риформинга – 50%, продукты: алкилирования - 5%, изомеризации  – 8%,  добавки  (ЕТВЕ, МТВЕ, ТАМЕ, этанол) -7%.     

Среди  европейских  НПЗ наиболее  удачный компонентный состав бензинов в Германии: бензин  каткрекинга и  риформат – 73.4%, алкитат -5.1%, изомеризат - 16.2%, добавки - (этанол, ЕТВЕ, МТВЕ, ТАМЕ и др.) -5.3%.
           
В Европе действует стандарт на бензин EN 228, который по своей сути и отражает спецификацию этанольных смесей Е5. EN 228  (Aromatics % vol. -35,  Benzene % vol- 1, Olefins % vol -18, Oxygen % wt.- 2.7, Sulphur   mg/kg- 10) –это нормы бензина Евро5.

  В данное время ЕN 228 проходит ревизию в части повышения содержания этанола в смесях от Е5 до Е10. Стандарт бензина Е85 (85% - этанола, 15% -бензина)  с 2007 года официально действует в Австрии и Франции, с 2008 года в Германии.  На сегодня в мире около 40 государств используют бензин Е85. Кроме общеевропейских стандартов в странах ЕС действуют внутренние стандарты на этанольные топлива, которые не могут иметь условия хуже общих стандартов. 

Для биоэтанола и смесевых бензинов на его основе используются буквенно-цифровые обозначения: Е5, Е10, Е85. Е  - от английского ethanol, а цифры - это процентное (в объемных долях) содержание биоэтанола в топ¬ливе. Наиболее распространены смеси Е5, Е10 и Е85,  в Бразилии пользуется спросом   и чистый биоэтанол - Е100.

Производство бензина в США  осуществляется на 149 НПЗ, производительностью – 872 млн. тонн, что равно 20,5 % мировой нефтепереработки.   Компонентный  состав   американского  бензинового фонда  (реформулированный бензин)  в начале 2007 года был таким:  бензин каталитического крекинга -34%, бензин риформинга – 28%,  алкилат – 12%,  изомеризат – 4%, добавки  (этанол, ЕТВЕ, МТВЕ и др.) – 15%, прочие -7%.

Бензин – один  из главных  моторных топлив, потребляемый  в США  и основной  продукт, получаемый  с  сырой нефти. Потребление бензина в 2009 составляло приблизительно 137 миллиардов галлонов (385.9 млн. тонн), среднее число потребления около  377 миллионов галлонов (1.05 млн. тонн) в  день. Бензин составляет приблизительно 62 % всей энергии, используемой для транспорта,  46 % всего нефтяного потребления, и 17 % полного американского потребления энергии.   Приблизительно 49 баррелей бензина производятся с  каждых  100 баррелей нефти – такая технология   американских  НПЗ.   Бензин в США продается  на 162 000  АЗС,  каждая автозаправка обычно продает три сорта бензина: Regular, Midgrade, Premium.  Более 1950 АЗС в США торгуют бензином Е85.  Сегодня в США насчитывается  около 249 млн. транспортных средств.

                                      Мировое потребление бензина  (млн. тонн).
        Таблица 1.

Источник: EIA,  Jahresbericht, Mineralöl-Zahlen 2009, EU FAS Post.

Топливный этанол (Fuels Ethanol) - наиболее  емкий продукт, который добавляется к бензину, составлял в 2009 году  – 6.0% от мирового потребления бензина (см. табл.2).  Мировое потребление топливного этанола в 2009 году составило около 74.0 млрд. литров (58.65 млн. тонн). Согласно информации с www.worldbioplats.com  сегодня  в мире насчитывается – 575 заводов по производству этанола, общей производительностью – 80.631 млн. тонн. Основное сырье, для производства этанола – сахарный тростник, кукуруза, сахарная свекла, пшеница и др. В таблице 2 приведены объемы потребления топливного этанола и бензина в мире.

                             Мировое потребление этанола и бензина  (млн. тонн).

        Таблица 2

Авторами  статьи проведены   расчеты экономии нефти  в мире (см. табл.2),  которая получается, от добавления в бензины топливного этанола. Экономия нефти в 2008 и 2009 годах составляет  соответственно  45.5 и 43.6 млн. тонн, что равно годичному потреблению нефти в странах  Нидерланды  и Польши вместе взятых.  Наши  расчеты базируются на  показателях, что  удельная теплота сгорания этанола (76,330 btu/gal for ethanol) -  27 МДж/кг, у бензина (116,090 btu/gal for gasoline)  – 46 МДж/кг, а также на  показателях выхода бензина с барреля нефти в 2009 году (см. рис.1). То есть,  с  42 галлонов сырой нефти, что равно 1 баррелю, как правило, производиться  - 19.36 галлонов  бензина.

The Global Renewable Fuels Alliance (GRFA)  предсказывает, что глобальное производство этанола в 2010 году достигнет -  85.9 миллиардов литров (68.17 млн. тонн), что составит прирост производства  на 16.2 процентов до 2009 года (см. табл.2).  По информации GRFA в этом году производство этанола заменит  потребность в 370.0 миллионах эквивалентных баррелей нефти (50.68 млн. тонн).

Авторы также считают, что  очень  важным   экономическим  показателем,  в соотношении:  этанол – МТВЕ - нефть  является расчет, сделанный американским  EIA  в 2001 году. Этот   показатель  -  исследование проблемы замены в 2006 году  в США  MTBE на этанол,  который произошел на исполнение Закона S.2962. ЕIA  рассчитал, что  для  замены  10 баррелей MTBE  требуется  9 баррелей этанола. На рис.3 изображены диаграммы мирового потребления топливного этанола и МТВЕ в странах мира в 2008 г.
Производство MTBE в США в 2005 году  составляло в среднем  212 000 баррелей/дней (10.55 млн. тонн в год).

Таким образом, чтобы  заменить в США - 212 000 баррелей/день  MTBE (28922 тонн)  потребовалось -  191 000 баррелей/день этанола (26057 тонн), что  составляет – 9.5 млн. тонн  ежегодно.  Этанол в количестве  191 000 баррелей/день  содержание энергию приблизительно равную 115 000 баррелей/день нефти.

        Рис.3    Диаграммы  мирового потребления топливного этанола и MTBE в бензине (2008 г.).

                       Источник: www.sriconsulting.com

Цена бензина и топливного этанола  в мире  в сентябре месяце составляла (средняя цена нефти марки Brent  $77.5 за баррель)  (см. табл.3): 

               Цена бензина и топливного этанола  на 20 сентября 2010года
                      Таблица 3      

В таблице 4  нами   приведены  расчеты, показывающие  уменьшение использования бензина в США и Европе, за счет потребления топливного этанола. Расчеты показывают, что США  в 2009 году  уменьшилось потребление бензина на 10%, в ЕС на  - 3%, а в Германии – на 4.4%.

                  Уменьшение использования бензина, за счет потребления этанола  в США, странах ЕС, в том числе Германии в 2009 году (млн. тонн)

Таблица 4

Как видно с таблицы 5 в странах ЕС -27, не выполняется Директива ЕС 200330 относительно потребления топливного этанола. Исполнительная власть ЕС предложила членам этой региональной организации довести к 2020 году до 20% долю возобновляемых источников энергии, сократить на 20% к уровню 1990 года объемы вредных выбросов в атмосферу и снизить на 20% общие энергетические затраты. Так называемый план "20-20-20" предусматривает также постепенный переход странами ЕС с 2013 года на систему продажи квот на выбросы СО₂, но к сожалению в ЕС не выполняется.

                           Потребление этанола и бензина в ЕС-27 (млн. тонн в год).

  Таблица 5

Источник:  EU FAS Post.

Важным показателем при рыночных  ценах на топливо, в том числе бензина и этанола является его себестоимость (см. рис.4 и табл.3). На примере США  приведена структура затрат на производство галлона бензина  Regular (июль, 2010 г.)  То, есть в цене галлона (3.785 литра) бензина  структура затрат составляет: сырье (сырая нефть) – $1.8, переработка - $0.245, дистрибуция и маркетинг - $0.273, налоги – $0.409. Для сравнения приведем структуру  ценообразования литра бензина Premium 10ppm в Германии (июль,2010г.) – цена литра бензина – 1.415 €, в том числе: цена бензина – 0.402 €, налог на нефть- 0.655 €, НДС- 0.226 €, взнос обеспечения -0.132 €.

Как видно с табл.6,  себестоимость топливного этанола в США (август,2010г.) равна $0.505 за литр, при цене литра этанола $0.55 (см. табл.3). Учитываю технологию переработки кукурузы на заводе и государственную субсидию, поддержка правительства включала налоговые кредиты на бизнес (45 ¢pg) – себестоимость литра этанола становит - $0.318.

                   Структура себестоимости бензина и  этанола в США  (июль, 2010г.)

 Таблица 6.  Себестоимость этанола

       Источник: www.eia.doe.gov

Сегодня в мире  проблема биотоплива  вообще  и биоэтанола  в частности, лежит в русле главной стратегии развитых стран – сохранение экологии и борьбы с глобальным потеплением планеты, что в значительной степени базируется на отказе от нефти и газа и переходе на новые возобновляемые виды топлива, в том числе и моторное. 

                         Государственные программы применения этанола:
Таблица 7

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка бензина можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок автомобильных бензинов в России».

Вагиф Мирзоев – кандидат химических наук 
 (Азербайджанская Республика)
Евгений Пущик – инженер
 (Украина)