Ріпак, як сировина для виробництва безпечного для навколишнього середовища біологічного пального

Європейські країни (ЄС) закуповують 47% витратної енергії, 75% з яких у вигляді нафти. Прогнози на майбутнє говорять про щорічне збільшення імпорту на 1,9%.

Сучасне пальне складає неабияку небезпеку для оточуючого середовища. Варто лише згадати про парниковий ефект, що виник у результаті збільшення СО2 в атмосфері. Його концентрація збільшується щорічно на 1,5•10-3 %/год. і в 2050 році вдвічі перевищить концентрацію СО2 в доіндустріальний період. Крім того, сірка, яка міститься в дизельному паливі, призводить до утворення великої кількості оксидів, котрі зумовлюють зникнення лісів. Розвинені країни гостро поставили проблему сірки, вбачаючи вирішення її необхідним для зменшення навантаження і збереження родючості удобрюваних сільськогосподарських угідь.

За вимогою ЄС у 1980 році була створена організація "Євробіодизель" (GEIE), яка зайняла одне із провідних місць в "енергетичній мережі" і вирішує питання виробництва палива з рослинних олій. Розвиток напряму з вирощування олійних як джерела палива отримало високу оцінку на ринку енергетичних ресурсів. Розвиток "енергетичної системи" за допомогою олійних дає унікальну можливість для історичної трансформації європейського сільського господарства з виробника продуктів харчування у виробника палива. Останнє характеризується високою конкурентоспроможністю на європейському ринку і, що дуже важливо, безпечністю для оточуючого середовища.

Ріпак вважається однією із найважливіших (після пальми та сої) олійною культурою в світі, яка являється джерелом одержання рослинного масла. За останні 20 років за значенням і поширенням він випередив арахіс, зерна бавовни і навіть, не так дивно, соняшник. Цьому посприяло виведення сортів, які містять мало ерукової кислоти та глюкозинолатів. У Канаді сорти ріпаку, що задовольняють вимогам за вмістом цих речовин, називаються канола. Канадська Асоціаця Канола має торгову марку, яка включає сорти ріпаку, які містять не більше 2% ерукової кислоти (С 22:1) у олії. Згідно з європейськими стандартами, вміст усіх глюкозинолатів не повинен перевищувати 20 мкмоль/г. Варто відмітити досить вигідне співвідношення між споживаною і вироблюваною енергією рослинами ріпаку (табл. 12.7.).

Порівняльний енергетичний баланс різних рослин

Таблиця 12.7.

* Примітка- без соломи

За даними ФАО (1995), посівні площі під ріпаком у світі щороку сягають 22-24 млн. га. Понад дві третини його виробництва (70%) сконцентровано в Китаї, Індії й Канаді — по 5,6-6,1 млн. га. Великі площі під ріпак відведено також у США, Австралії, Новій Зеландії, країнах Західної Європи, Польщі. Загалом 28 країн світу вважають ріпак основною олійною культурою. Як європейська олійна культура набув істотного поширення в середині ХІХ століття. Нині його посіви на європейському континенті сягають 3,3-3,5 млн. га. До Західної України він був завезений з Німеччини, причому на початку минулого століття його посіви за площею значно перевищували посіви соняшнику.

Значне збільшення виробництва насіння ріпаку зумовлене широким спектром використання олії для продовольчих потреб, а макухи (шроту), як концентрованого кормового білка, для годівлі сільськогосподарських тварин. Інтерес до цієї культури викликаний також великою необхідністю в одержанні олії з високим вмістом ерукової кислоти для промислових (технічних, хімічних) потреб.

У Лісостепу України ріпак є поряд із соняшником і соєю основною олійною і білковою культурою. Як промислову культуру його почали інтенсивно впроваджувати лише останніми десятиріччями. Площа під ним зросла до 100 тис. га, а урожайність становила в середньому 15 ц/га. Окремі господарства отримують 30-35 ц/га насіння. У структурі посівних площ він займає 0,3-0,5% (табл. 19.6)

Незначні обсяги виробництва товарного насіння ріпаку зумовлені відсутністю державної системи заготівлі, матеріально-технічної бази, добрив, високоефективних пестицидів, техніки для вирощування, збирання і очистки урожаю, відсутністю переробної промисловості. Розрахунки свідчать, що площі посіву ріпаку в найближчі роки можна збільшити у 6—8 разів і довести до 500 тис. га і більше, а врожайність товарного насіння збільшити до 24—26 ц/га. Це дозволить виробляти 380—400 тис. т олії, 500—600 тис. т концентрованого кормового білка, який за протеїном у 8—10 разів перевищує комбікорми.

За складом жирних кислот розрізняють наступні типи сортів ріпаку: Примітка:

++ — звичайний сорт з традиційним вмістом ерукової кислоти, багатий на глюкозінолат;

0/00 — сорт з низьким вмістом ерукової кислоти та глюкозинолату;

000— сорт з низьким вмістом лінолевої кислоти;

Е-тип — сорт з підвищеним вмістом ерукової кислоти;

0-тип — сорт з підвищеним вмістом масляних кислот;

Згідно з європейським стандартом (ЄС) сорти 00 містять менш як 20 мікромоль/г глюкозинолатів. Сорт 0 відповідає малому вмісту ерукової кислоти і високому вмісту глюкозинолатів. Поняття "промисловий сорт" відповідає будь-якому сорту з високим вмістом ерукової кислоти.

В Інституті хрестоцвітих культур створено такі сорти озимого ріпаку, як Тисьменицький, Іванна і Свєта. Вони занесені до Державного реєстру рослин, і їх висівають в 13 областях України та в п'яти країнах СНД. Ці перші "00" сорти, безерукові, низькоглюкозинолатні, забезпечують урожайність насіння 33-35 ц/га з вмістом олії 45%. Сорти ярого ріпака Оріон та Микитинецький двонульові, з урожайністю 24-26 ц/га, вмістом олії — 43%. Іншими словами, сорти озимого і ярого ріпаку відповідають світовим стандартам.

Олія, вироблена з вітчизняних сортів ріпаку, за вмістом основних жирних кислот прирівнюється до маслинової і придатна для використання безпосередньо в їжу, для виготовлення маргарину, майонезу, кулінарних жирів та інших високоякісних продуктів харчування.

Олія використовується як харчова для салатів а також для виготовлення маргарину. Всі харчові олії з ріпаку користуються широким попитом у покупців завдяки низькому вмісту насичених жирних кислот.

Ріпаковий корм містить близько 40% протеїну, що знаходиться на рівні кращих високопоживних рослинних протеїнів. Для моногастритої дієти він має кращий амінокислотний баланс ніж соєвий корм. Із насіння традиційних сортів одержується корм з вмістом більш як 100 мікромоль/г глюкозинолатів. Продукти гідролізу глюкозинолатів хрестоцвітих овочів придають їм характерний смак і їдкість гірчиці. Деякі з продуктів гідролізу токсичні або антипоживні. Частина похідних продуктів глюкозинолатів понижують смакові якості корму, а значить і бажання тварин вживати його. Саме тому корм з ріпаку обмежено застосовується для годівлі великої рогатої худоби і має низьку цінність. Корм із високоякісного насіння ріпаку, які містять мало глюкозинолатів, може використовуватись як добавка у всі види кормів для тварин без обмежень.

Один гектар ріпаку дає при відповідній технології вирощування 20 т зелених кормів, 20 т зелених добрив, 100 кг меду, 3,0—3,5 т насіння, 13 ц олії, 16 ц макухи, 500 кг паперу. Макуха (шрот) 00-сортів, що містить 37% протеїну, може використовуватися в будь-якій кормосуміші для тварин, може заміняти соєвий та соняшниковий шрот. У 1 кг макухи ріпака міститься 14-16 г незамінних амінокислот, зокрема лізину (в зерні ячменю, вівса, кукурудзи і пшениці — 5 г). Використання нехарчової олії ріпаку зараз широко вивчається у різних галузях промисловості, особливо тоді, коли є загроза ризику попадання олії у воду і проникнення її у ґрунтові води.

Олія з високоерукових сортів використовуються для виробництва змащувальних матеріалів з високою стійкістю: гідравлічні мастила, змащувальні, охолоджуючі змащувальні, антикорозійні, для змащування пилових ланцюгів та пил, адгезійні, масла для видалення іржі, біодизельне паливо, пилезатримуючі масла в приміщеннях для зберігання зерна, моторне і трансмісійне масла, масла для м'яких мастил. У найближчому майбутньому більшість мінеральних масел можуть бути замінені рослинними.

Крім того з олії ріпаку одержують гліцерин, метиловий ефір, жирні кислоти, з яких виготовляють кислоти, мила, спирти, сульфати, ефіри та аміни. Масло ріпаку може конкурувати з іншими рослинними оліями та тваринними жирами, які використовують для технічних цілей.

Заміна мінеральних масел на рослинні викликана екологічними проблемами. Ріпакова олія біологічно швидко розкладається і не несе в собі загрози для водоймищ: у ґрунті вона через 7 діб розкладається на 95% (мінеральне масло тільки на 16%).

Пальне одержують після видалення з олії гліцерину, який закоксовує форсунки паливної системи двигуна. Його ще називають ріпак-метилефіром (РМЕ). У країнах, які не мають власних запасів нафтопродуктів, взялись за спроби замінити дизельне пальне на РМЕ. До вирішення цих проектів включилися всесвітньо відомі фірми і компанії. У 1992 році французька компанія "Рено" випробувала новий автомобільний двигун, що працює на РМЕ. Оснащений ним автомобіль "Рено-21" пройшов 19 тис. км, показавши високу швидкість й економічність (витрата пального — 4 л на 100 км). Американська фірма "Нертон" також випробовує нові двигуни на пальному з ріпаку. В Бельгії й Нідерландах уже 80-85% громадського транспорту працює на біологічному пальному. Перша в Австрії фабрика комерційного виробництва біодизельного пального потужністю 500 т на рік була відкрита 1985 року. Через п’ять років його випуск зріс уже до 20 000 т. За даними Британської асоціації біопалив та олій (ВАВFО), 1995 року виробництво біодизельного пального в Європі сягало 327 000 т, а в найближчому майбутньому має зрости до 625 тис. т.

Ріпакова олія як біопаливо може використовуватися у вигляді чистої олії холодного пресування та етерифікованої. У першому випадку пальне підходить до двигунів з вихровою камерою, дообладнаних додатковою апаратурою для вприскування олії. На етерифікованій олії можуть працювати звичайні двигуни без переобладнання. Втрата потужності двигуна після переведення його на біопаливо становить лише 5-10%. Виробництво (переетерифікація) біодизеля включає в себе такі основні процеси (рис. 19.5).

Одержану після пресування олію очищають від побічних продуктів, фосфатидів, надмірної вологи, проводячи часткове рафінування (гідратацію, лужне рафінування і відбілювання). На етапі етерифікації, який проходить при безперервному переміщуванні з обігріванням, за допомогою надмірного введення метанолу одержують потрібний продукт — РМЕ і як побічний — гліцерин, який, до речі, має досить пристойну ціну, чим дозволяє знизити загальні затрати на виробництво основного продукту.

Раніше РМЕ використовували, як пальне для двигунів. За розробками останніх років рекомендується здійснити ще кілька технологічних операцій. У ході додаткових заходів (очищення, дистиляції і кондиціювання) РМЕ звільняють.