Био­газ – это не толь­ко элек­тро­энер­гия! В Сак­со­нии уче­ные и прак­ти­ки экс­пе­ри­мен­ти­ру­ют с полу­че­ни­ем из него раз­лич­ных био­вос­ков, исполь­зо­вать кото­рые мож­но для про­из­вод­ства кос­ме­ти­ки, лаков и сма­зоч­ных материалов.

Биогазовое производство: не только электричество

С доволь­ным видом д-р Эрик Рай­хельт и Ральф Нэке рас­смат­ри­ва­ют содер­жи­мое баноч­ки: бук­валь­но на гла­зах жид­кость в ней рас­сла­и­ва­ет­ся на две фрак­ции. «Это пер­вые угле­во­до­ро­ды, полу­ча­е­мые из неочи­щен­но­го био­га­за», – пояс­ня­ет д-р Райхельт.

Дан­ную тех­но­ло­гию оба уче­ных раз­ра­бо­та­ли в Инсти­ту­те кера­ми­че­ских тех­но­ло­гий и систем им. Фра­ун­го­фе­ра (г. Дрез­ден, ФРГ) при под­держ­ке дру­гих иссле­до­ва­те­лей и парт­не­ров-прак­ти­ков. В сере­дине сен­тяб­ря 2021 года пер­вая демон­стра­ци­он­ная уста­нов­ка была вве­де­на в экс­плу­а­та­цию. Обла­да­те­лем ее стал про­из­во­ди­тель про­мыш­лен­но­го обо­ру­до­ва­ния – ком­па­ния Ökotec из сак­сон­ско­го Талльвица.

Суть про­цес­са заклю­ча­ет­ся в том, что неочи­щен­ный био­газ, полу­ча­е­мый в фер­мен­те­рах пре­иму­ще­ствен­но из отхо­дов мест­ных пред­при­я­тий пище­вой про­мыш­лен­но­сти (см. инфо­бокс), пре­тер­пе­ва­ет пре­об­ра­зо­ва­ния в отдель­ном кон­тей­не­ре про­мыш­лен­но­го типа, в кото­ром собра­ны систем­ные ком­по­нен­ты, пред­на­зна­чен­ные для полу­че­ния восков.

Основа для большего

«Полу­че­ние высо­ко­ка­че­ствен­ных био­вос­ков – это шанс для уже суще­ству­ю­щих и стро­я­щих­ся био­га­зо­вых уста­но­вок, кото­рым при­дет­ся рабо­тать вне про­грамм суб­си­ди­ро­ва­ния», – обо­зна­ча­ет руко­во­ди­тель груп­пы систем­но­го тех­ни­че­ско­го обо­ру­до­ва­ния цель сво­ей мно­го­лет­ней иссле­до­ва­тель­ской работы.

Чисто­та вос­ка-сыр­ца, полу­ча­е­мо­го из био­га­за, обу­слов­ле­на самой тех­но­ло­ги­ей про­из­вод­ства, в резуль­та­те про­дукт очень хоро­шо под­хо­дит для даль­ней­шей пере­ра­бот­ки до таких хими­че­ских про­дук­тов, к каче­ству кото­рых предъ­яв­ля­ют­ся высо­кие тре­бо­ва­ния, напри­мер кре­мов и про­чих кос­ме­ти­че­ских изде­лий. Сей факт, по сло­вам д-ра Рай­хель­та, нашел свое под­твер­жде­ние в иссле­до­ва­ни­ях, про­во­ди­мых под руко­вод­ством про­фес­со­ра Тех­ни­че­ско­го уни­вер­си­те­та Гор­ной ака­де­мии во Фрай­бер­ге д-ра Све­на Куре­ти. Пред­ла­га­е­мые сего­дня к покуп­ке кре­мы в боль­шин­стве сво­ем про­из­ве­де­ны из неф­те­про­дук­тов и поэто­му не исклю­ча­ют содер­жа­ния таких при­ме­сей, как сер­ные соеди­не­ния или поли­цик­ли­че­ские аро­ма­ти­че­ские угле­во­до­ро­ды (ПАУ), к кото­рым у отдель­ных людей может раз­ви­вать­ся непереносимость.

Поми­мо того, син­те­зи­ро­ван­ные био­вос­ки могут исполь­зо­вать­ся в каче­стве сма­зы­ва­ю­ще­го мате­ри­а­ла, добав­лять­ся в лаки и крас­ки, а при про­из­вод­стве бума­ги обес­пе­чи­вать такое ста­биль­ное каче­ство, добить­ся кото­ро­го в слу­чае с вос­ка­ми неф­тя­но­го про­ис­хож­де­ния прак­ти­че­ски невозможно.

Наря­ду со ста­биль­но­стью каче­ства Рай­хельт видит еще одно кон­ку­рент­ное пре­иму­ще­ство: конеч­ную про­дук­цию мож­но будет сер­ти­фи­ци­ро­вать как орга­ни­че­скую, а появ­ле­ние рын­ка био­вос­ков ста­нет допол­ни­тель­ным аспек­том устой­чи­во­го раз­ви­тия отрасли.

«В отли­чие от вари­ан­та с выра­бот­кой элек­тро­энер­гии, в ход идет не толь­ко метан, но и угле­кис­лый газ, то есть бóль­шая часть все­го полу­ча­е­мо­го био­га­за, – под­чер­ки­ва­ет уче­ный. – Да и в конеч­ном сче­те в резуль­та­те исполь­зо­ва­ния пред­ла­га­е­мой тех­но­ло­гии обра­зу­ют­ся высо­ко­чи­стые угле­во­до­род­ные цепоч­ки, дли­ну кото­рых мож­но регулировать».

В насто­я­щем науч­но-иссле­до­ва­тель­ском про­ек­те основ­ное вни­ма­ние направ­ле­но на полу­че­ние имен­но вос­ков, но из эко­ло­гич­но­го неочи­щен­но­го био­га­за в ходе тех­но­ло­ги­че­ско­го про­цес­са мож­но полу­чать, напри­мер, и керо­син. При­чем как из жид­ких угле­во­до­ро­дов, явля­ю­щих­ся наря­ду с вос­ком основ­ным про­дук­том, обра­зу­е­мым при исполь­зо­ва­нии тех­но­ло­гии, так и из само­го вос­ка, если его путем гид­ро­кре­кин­га пре­об­ра­зо­вать в жид­кое топ­ли­во. Дан­ный аспект на стар­те науч­но-иссле­до­ва­тель­ско­го про­ек­та играл вто­ро­сте­пен­ную роль, но с утвер­жде­ни­ем новых квот на содер­жа­ние эко­со­став­ля­ю­щей в авиа­бен­зине (от 0,5 % с 2026 г.; 2 % с 2030 г.) при­об­рел свою абсо­лют­ную значимость.

Биогаз + вода

Сов­мест­ный про­ект по вос­кам из био­га­за стар­то­вал еще в 2017 году при под­держ­ке Евро­пей­ско­го фон­да реги­о­наль­но­го раз­ви­тия (сокр. ЕФРР). При этом ком­па­ния DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH спро­ек­ти­ро­ва­ла уста­нов­ку для рифор­мин­га, в кото­рой био­газ пре­об­ра­зу­ет­ся в син­тез-газ. В моди­фи­ци­ро­ван­ном сила­ми про­ект­ной груп­пы реак­то­ре Фише­ра-Троп­ша, для кото­ро­го уче­ные из Фрай­бер­га раз­ра­бо­та­ли абсо­лют­но новый ката­ли­за­тор, син­тез-газ пре­об­ра­зу­ет­ся в жид­кие или вос­ко­об­раз­ные продукты.

Вто­рая фаза про­ек­та состо­ит в тести­ро­ва­нии уста­нов­ки по про­из­вод­ству био­вос­ков в прак­ти­че­ских усло­ви­ях и вклю­ча­ет в себя оцен­ку рен­та­бель­но­сти тех­но­ло­гии. Для это­го по обвод­но­му газо­про­во­ду от био­га­зо­вой уста­нов­ки, при­над­ле­жа­щей ком­па­нии Ökotec, еже­час­но для агре­га­тов, собран­ных в отдель­ном кон­тей­не­ре, отво­дит­ся от 1 до 1,5 куб. м био­га­за. После абсорб­ци­он­ной десуль­фу­ри­за­ции био­газ попа­да­ет в нагре­тую до 800 °C уста­нов­ку рифор­мин­га, где в резуль­та­те добав­ле­ния воды и под дей­стви­ем ката­ли­за­то­ра про­ис­хо­дит его пре­об­ра­зо­ва­ние в син­тез-газ. Полу­ча­ю­ща­я­ся смесь из водо­ро­да и монок­си­да угле­ро­да охла­жда­ет­ся и обез­во­жи­ва­ет­ся. Повтор­но нагре­тый до 200 °C и сжа­тый до 20 бар сухой син­тез-газ пода­ет­ся затем в реак­тор Фише­ра-Троп­ша. «Реак­тор содер­жит спе­ци­аль­ный ката­ли­за­тор, с кото­рым син­тез-газ всту­па­ет в реак­цию с обра­зо­ва­ни­ем раз­лич­ных угле­во­до­род­ных соеди­не­ний. В дан­ном слу­чае диа­па­зон пред­став­лен от мета­на до длин­но­це­по­чеч­ных угле­во­до­ро­дов, твер­дых пара­фи­нов», – опи­сы­ва­ет тех­но­ло­ги­че­ский про­цесс инже­нер по элек­тро­тех­ни­ке и авто­ма­ти­за­ции Ральф Нэке, спро­ек­ти­ро­вав­ший систе­му управ­ле­ния установкой.

Соеди­не­ния, кото­рые поки­да­ют реак­тор Фише­ра-Троп­ша в жид­ком состо­я­нии, при ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ре затвер­де­ва­ют и ста­но­вят­ся вос­ка­ми. Газо­об­раз­ные ком­по­нен­ты пода­ют на охла­жда­е­мый сепа­ра­тор. То, что кон­ден­си­ру­ет­ся на нем (в том чис­ле бен­зин, дизель­ные мас­ла, керо­син), сохра­ня­ет жид­кое агре­гат­ное состо­я­ние даже при ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ре. Остав­ши­е­ся газо­об­раз­ные ком­по­нен­ты (в том чис­ле метан, этан, про­пан) отправ­ля­ют­ся либо обрат­но на началь­ную точ­ку систе­мы био­очист­ки, то есть на про­из­вод­ство син­тез­га­за, либо исполь­зу­ют­ся в каче­стве топ­ли­ва для нагре­ва уста­нов­ки риформинга.

Четверть литра из куба

«После успеш­но­го запус­ка уста­нов­ки в даль­ней­шем мы пла­ни­ру­ем ее усо­вер­шен­ство­ва­ние с уче­том полу­ча­е­мых нами конеч­ных про­дук­тов – лег­ко­плав­ких вос­ков, – делит­ся Рай­хельт. – Они зави­сят, напри­мер, от соста­ва син­тез-газа или усло­вий в реак­то­ре Фише­ра-Троп­ша. Так, дефи­цит водо­ро­да в син­тез-газе или сни­жен­ная тем­пе­ра­ту­ра в реак­то­ре спо­соб­ству­ют обра­зо­ва­нию ожи­да­е­мых длин­но­це­по­чеч­ных углеводородов».

Био­вос­ко­вая уста­нов­ка рабо­та­ет в тесто­вом режи­ме пре­иму­ще­ствен­но авто­ма­ти­че­ски. Изме­не­ния пара­мет­ров мож­но про­из­во­дить дистан­ци­он­но из Инсти­ту­та в Дрездене.

Что­бы полу­чить более близ­кую к реаль­ной оцен­ку рен­та­бель­но­сти, в отдель­ных сери­ях испы­та­ний изме­ня­ют состав исход­но­го био­га­за, добав­ляя ко взя­то­му из био­га­зо­вой уста­нов­ки неочи­щен­но­му био­га­зу метан. Дела­ет­ся это, что­бы иссле­до­вать вли­я­ние чисто­ты био­га­за на конеч­ный про­дукт, а полу­ча­е­мый в уста­нов­ках био­газ, как извест­но, содер­жит 60 – 70 % мета­на. «Из одно­го куби­че­ско­го мет­ра био­га­за, соглас­но нашим рас­че­там и лабо­ра­тор­ным тестам, полу­ча­ет­ся око­ло 0,5 л сме­си про­дук­тов. В ее состав в рав­ных долях вхо­дят как жид­кие ком­по­нен­ты, так и те, что при ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ре затвер­де­ва­ют», – в гру­бых чер­тах опи­сы­ва­ет резуль­та­ты про­из­вод­ствен­но­го про­цес­са уче­ный. Непло­хо было бы иметь при­вяз­ку к объ­е­мам неочи­щен­но­го био­га­за, но для это­го тре­бу­ет­ся про­во­дить посто­ян­ную оцен­ку его соста­ва. Тут мож­но заду­мать­ся и о моду­ле очист­ки био­га­за для про­из­вод­ства биовосков.

У вла­дель­ца ком­па­нии Ökotec Гер­хар­да Виль­хель­ма доволь­но высо­кие ожи­да­ния, свя­зан­ные с успеш­ным завер­ше­ни­ем экс­пе­ри­мен­та: «Преж­де все­го дан­ная тех­но­ло­гия про­из­вод­ства эко­ло­гич­ных про­дук­тов поз­во­лит нам пред­ла­гать кли­ен­там аль­тер­на­ти­ву про­из­вод­ству энер­гии. Поми­мо того, на нашем пред­при­я­тии про­из­во­дит­ся кос­ме­ти­че­ская про­дук­ция на осно­ве мор­ских водо­рос­лей. Ста­ло быть, высо­ко­ка­че­ствен­ным био­вос­кам при­ме­не­ние тоже нашлось бы».