Ученые кафедры технологии нефти, газа и углеродных материалов Института геологии и нефтегазовых технологий Казанского федерального университета разработали и запатентовали отечественную инновационную технологию. Применение позволит сократить использование добываемых углеводородов. Разработка позволит производить в России топливо второго поколения — биоэтанол.

В топливно-энергетическом комплексе мировой экономики неуклонно растет роль биотоплива как альтернативного энергоносителя. Одним из передовых экстенсивных направлений развития альтернативной энергетики является использование виноградного жмыха в производстве биоэтанола — БТII.

Для развития биоэнергетической отрасли необходимо внедрение новых экологически безопасных способов конверсии лигноцеллюлозного сырья с использованием биологических объектов, в том числе поиск новых микроорганизмов для переработки растительного сырья в целевые продукты. В связи с этим крупнейшие нефтяные компании мира активно инвестируют в разработку технологий производства целлюлозного биоэтанола второго поколения БТII.

Основным недостатком существующих в настоящее время технологий получения биоэтанола с использованием живых микроорганизмов является необходимость обязательной предобработки лигноцеллюлозного сырья для удаления лигнина. Тем не менее, остается неизвестной комплексная технология переработки виноградного жмыха с получением биотоплива БТII и продуктов высокой кормовой ценности, направленной на снижение себестоимости конечного продукта.

Анализ разработанной ранее (базовой) технологии получения биоэтанола позволил выявить критические проблемы на стадиях ферментативного гидролиза и спиртового брожения, решение которых может существенно повысить эффективность процесса получения топлива второго поколения и сделать его применимым для промышленного производства.

Авторами отечественного проекта по получению биотоплива — заведующим кафедрой технологии нефти, газа и углеродных материалов Алимом Кемаловым, доцентом кафедры технологии нефти, газа и углеродных материалов Русланом Кемаловым — установлено, что коэффициент экологической безопасности целлюлозного биоэтанола составляет от 5 до 6 единиц, и по сравнению с бензином (при его производстве), применение биоэтанола позволяет снизить количество парниковых газов на 85 процентов.

«Полученные на кафедре технологии нефти, газа и углеродных материалов КФУ образцы биоэтанола — БТII имеют более высокое октановое число (99 по моторному и 105 по исследовательскому методу), меньшую температуру сгорания и более чистый выхлоп, так как в нем не содержатся сернистые соединения. Биоэтанол сгорает без образования золы, поэтому применение спиртсодержащих смесевых бензинов не вызывает образование отложений на свечах двигателя, и, таким образом, не происходит перегрева», — сообщил Р. Кемалов.

Разработчиками впервые проведен комплексный анализ процесса получения биоэтанола на основе виноградного жмыха. Применение биостимуляторов ферментативного гидролиза позволило авторам проекта получить эффективный состав питательной среды. Разработан комплексный подход к производству биоэтанола БТII, новизна технических решений подтверждена патентом РФ на изобретение «Способ получения биоэтанола из виноградной выжимки».

Развитие альтернативной топливной энергетики, несомненно, позволит экономить добываемые углеводороды, снизить нагрузку на мощности по добыче газоконденсатов с целью их распределения как в России, так и в государствах Центральной Азии.

«При переработке винограда в значительном объеме образуются такие вторичные продукты, как виноградный жмых, дрожжевые и клеевые осадки, виноградные семена. Примерно 20 процентов каждой собранной тонны винограда превращается в жмых. Если оставить жмых кучей, будет происходить выделение остаточного сока, в том числе процесс гниения жмыха. Таким образом, оставшаяся жидкость, медленно вытекающая из накопленных гниющих выжимок, будет наносить значительный вред окружающей среде. Попадание в водные пути способствует развитию грибка в сточных водах», — объяснил ученый.

Эффективное развитие технологий по переработке вторичных продуктов, виноградного жмыха позволит России первой в мире произвести биоэтанол — топливо второго поколения. Биотехнологическое превращение лигнинцеллюлозосодержащего сырья в БТII соответствует принципам циркулярной экономики и отвечает концепции опережающего развития, поэтому спрос на биоэтанол из этого вида сырья устойчиво растет. Объем мирового производства биоэтанола достигает 86 миллиардов литров в год. В качестве основного сырья для производства биоэтанола — БТII топливного назначения используется лигноцеллюлоза, так как она является наиболее доступным и дешевым видом сырья.

Работа выполнялась в лаборатории экспериментального статического моделирования нефти, газа и углеродных материалов, а также в НОЦ «Технологии нефти, газа, битумных материалов и углеродных энергоносителей» Казанского федерального университета.

Результаты обширной научно-исследовательской работы были доложены на многочисленных научных конференциях российского и мирового уровня, в том числе на международной конференции «Инновационные технологии производства, хранения и применения водорода» в рамках VI Всемирного конгресса «Альтернативная энергетика и экология» — WCAEE — HPSA — 2022 (Монтенегро, 20–23 декабря 2022 года). Опубликованы 2 патента РФ на изобретение, 20 статей в журналах из числа списка ВАК РФ, 10 статей в журналах, индексируемых в базах данных Scopus, Web of Science квартилей Q1-Q2.