Предисловие

Продолжающиеся в США, Японии, России, Канаде, Бразилии и других странах увеличение объемов выпуска этилового спирта, рост инвестиций в биотехнологические предприятия и научные исследования по переработке растительного сырья в этанол, свидетельствуют о том, что это производство является областью динамичного развития.

На смену кустарным заводам появляются мощные биотехнологические предприятия с непрерывным технологическим циклом, позволяющие за счет передовой технологии постоянно снижать себестоимость этанола. Важнейшим фактором при этом являются практически неограниченные запасы сырья, в качестве которого используются различные сельскохозяйственные и бытовые отходы, а также возобновляемое растительное сырье.

В России производство и продажа спиртных напитков в XVII—XIX вв. давала в бюджет государству от четверти до трети всех доходов. Однако одним из первых декретов советской власти был декрет 1919 г. «О воспрещении на территории РСФСР изготовления и продажи спирта...» с целью воспрепятствовать использованию зерна на самогон. Но уже в 1925 г. был принят декрет СНК СССР «О производстве спирта, спиртных напитков и торговле ими» и к 1926 г. было восстановлено 376 заводов с общей выработкой спирта 16 млн декалитров в год. В России после определенного спада происходит постепенное наращивание объема выпуска этанола в период 2013—2017 гг. и в настоящее время производится более 70 млн декалитров в год.

Однако, использование этилового спирта в пищевой, водочной, медицинской и даже в химической промышленностях не могло бы вызвать нового резкого увеличения его производства во всем мире, как возможность применения этанола в качестве биотоплива. При этом производство биоэтанола в настоящее время составляет более 30 млн т из них 47 % выпускает Бразилия и 43 % — США. Смеси бензина с этанолом (10 % и 20 %) уже сегодня широко используются как более экологически чистое моторное топливо. При этом, постоянный рост цен на нефтепродукты и совершенствование биотехнологии этанола из возобновляемого растительного сырья, а также значительная потенциальная потребность в биотопливе, позволяют считать крайне перспективным дальнейшее развитие спиртовой промышленности.

В то же время, расширение производства этилового спирта, появление новых крупных биозаводов приводит к определенной экологической напряженности, что связано с отсутствием надежных и экономически эффективных промышленных технологий утилизации отходов этих производств и полного использования исходного растительного сырья. Значительный интерес, в связи с этим, представляют рассматриваемые в книге вопросы получения ценных биопродуктов при использовании основного отхода производства этанола — послеспиртовой барды. В связи с этим можно утверждать, что дальнейший рост выпуска этанола и повышение эффективности связаны с разработкой и реализацией безотходной биотехнологии, позволяющей создать многопродуктовое производство с наиболее полным использованием сырья.

В России, в настоящее время существуют, практически в каждом регионе и области, предприятия, на которых реализуется микробиологическое производство этилового спирта из зерносырья. Эти предприятия имеют неограниченный сбыт своей продукции и, следовательно, развитие их продолжается. В то же время, при производстве этилового спирта образуется большое количество отходов: послеспиртовая барда, побочные продукты перегонки этилового спирта, клетки микроорганизмов, загрязняющие окружающую среду и данные предприятия нельзя отнести к безотходным или экологически чистым. С другой стороны, отходы микробиологического производства этилового спирта из зерно- сырья можно использовать в качестве сырья для синтеза целого ряда продуктов, полезных для агропромышленных комплексов, в том числе: кормовых белковых добавок, кормового витамина В₁₂, биогаза, эффективных органических удобрений и т. д. Значительный практический интерес представляет рассмотренная в книге биотехнология переработки послеспиртовой барды в биогаз с выращиванием на нем высокобелковой биомассы для кормов.

Возможность широкого использования возобновляемого растительного сырья для производства этанола, а также повышение эффективности технологии и снижение себестоимости готового продукта, позволяют рассматривать новые направления его применения. Разработаны биотехнологии, обеспечивающие переработку не только пищевого сырья в этанол, но и отходов, содержащих лигноцеллюлозу, что значительно расширяет и удешевляет сырьевую базу этанола.

Технический прогресс позволил решить ряд проблем, которые прежде были препятствием к выгодному производству этанола для его использования в качестве топлива, что открывает серьезные перспективы в части дальнейшего расширения выпуска этанола из возобновляемого сырья. Проблема конкурентоспособности биотехнологии этанола и создание рентабельного производства требует оптимизации не только отдельных компонентов производственно-коммерческого процесса, но и всего производства в целом для наиболее полного использования ресурсного потенциала и скорейшей окупаемости затрат на его модернизацию.

В связи с этим является актуальным создание логистически-ориенти- рованного многопродуктового производства, обеспечивающего с наименьшими затратами максимальную приспособленность предприятия к изменяющейся рыночной обстановке, расширение рыночного сегмента и получение конкурентного преимущества за счет комплексного использования сырья и побочных продуктов синтеза этилового спирта.

К значимым вопросам, которые встают при создании производств по получению этанола, можно отнести следующие:

• • изучение состава углеродсодержащих субстратов, из которых можно получить этанол микробиологическим синтезом;
• • идентификация видов возобновляемого растительного сырья и сельскохозяйственной продукции и отходов ее переработки, которые могут быть доступны в определенном регионе для переработки в этанол;
• • оценка устойчивости сырьевой базы, стоимости сельхозпродукции, урожайности зернокультур, картофеля и других сельхозкультур в регионе, пригодных для их переработки в этанол;
• • выбор биотехнологии этанола с учетом последних достижений в области технологических процессов и аппаратов и организации комплексного производства;
• • оценка капиталовложений и эксплуатационных расходов при производстве этанола из различных видов сырья;
• • идентификация побочных продуктов, получаемых при комплексной схеме переработки исходного сырья в этанол, и оценка их потенциальных рынков;
• • обеспечение экологической безопасности при производстве этанола и организация безотходного производства.

Данные задачи и явились основой для подготовки и издания настоящей монографии. Накопленный научно-практический опыт позволил авторам обобщить собственные исследования и с учетом известных разработок в этой области предложить конкретные направления по реализации безотходной биотехнологии этанола.

Учитывая, что без серьезных инвестиций создание современных безотходных спиртовых заводов сегодня не реально, авторы сознательно уделили внимание развитию эффективных методов промышленной логистики применительно к созданию многопродуктового безотходного производства этанола с достаточно коротким сроком окупаемости затрат.

Авторы высоко оценивают большую помощь в проведении исследований по данной проблеме специалистов института «Госниисинтез- белок» (г. Москва), в первую очередь сотрудников лаборатории «Технология промышленного биосинтеза», а также ведущих специалистов спирт-завода «Биотехнологический завод», где отрабатывались новые технологические и технические решения.

Авторы надеются, что книга будет полезна широкому кругу специалистов, связанных с разработкой, созданием и эксплуатацией спиртовых производств, а также работающим в пищевой, химической, нефтехимической, биотехнологической, сельскохозяйственной и экологической областях науки и техники.

Авторы: Винаров Александр, Кухаренко Александр, Николайкина Наталья