NEPOTRAVINÁŘSKÉ VYUŽITÍ CUKROVÉ ŘEPY ZEJMÉNA K VÝROBĚ BIOETANOLU

THE NON-FOOD USE OF SUGAR-BEET ESPECIALLY FOR PRODUCTION OF BIOETHANOL

Mach J.

Adresa autora:

Ing. Jiří Mach, KZE PEF, Česká zemědělská univerzita v Praze, 165 21, Praha 6 - Suchdol

tel: 02/24382313, fax: 02/24382286

Anotace:

Využití zemědělské produkce k výrobě bioetanolu a jeho další použití jako příměsi do pohonných hmot je významným příspěvkem státu k politice trvale udržitelného rozvoje a systémovým řešením zemědělské politiky státu, které zároveň přináší pozitivní energetické, ekologické a sociální efekty. Přestože počáteční náklady budou nemalé, tento program by měl být v budoucnu rentabilní a přinášet finanční prostředky do státního rozpočtu. V současné době se bioetanol vyrábí zhruba okolo 19,60 Kč za 1 litr, za předpokladu optimalizace technologií bude možno vytvořit podmínky pro snížení ceny čistého lihu na cca 13,50 Kč/l. Odklad rozhodnutí o vytvoření ekonomického prostředí ke zpracování lihu v pohonných hmotách by mohl způsobit vážné obtíže a ztráty výkonů v zemědělství i ve zpracovatelském průmyslu. Pokud má být výroba lihobenzinových směsí zahájena v r. 1999 - 2001, musí být o zárukách cen rozhodnuto již nyní.

Summary:

The paper deals with the problem of the non-food use of sugar beet, namely in the production of bioethanol. At present, bioethanol is produced roughly about 19,60 CZK per 1 litre, under presumption of the optimalization of technology would be possible make the conditions for decreasing of prices of pure ethanol on cca 13,50 CZK/l. The ways of a reduction of the final product price and the possibilities of liaison between sugar mill and distillery was also discused.

The use of redundant farmland in production regions of starch- and sugar-containing crops, intended for the production of bioethanol and for non-food use in the further production of spirit as fuel, is a system approach to the state agrarian policy which, at the same time, brings positive energetic, ecological and social effects.

Klíčová slova:

nepotravinářské využití, bioetanol, státní podpora, výroba, efektivnost

Key words:

non-food use, bioethanol, state support, production, effectiveness

Úvod

Jedním z důvodů, proč se otevřela otázka zpracování zemědělských plodin na bioethanol, je světová nadprodukce potravin a obava z nuceného snižování zemědělsky využívaných ploch. Dovozem kvalitních osiv, pesticidů a sklizečů cukrovky se zvyšují hektarové výnosy polarizačního cukru (tj. veškeré sacharózy vyprodukované řepou) a snižují se celkové ztráty. Rovněž zpracovatelské technologie našich cukrovarů se postupně modernizují, což má za následek snižování ztrát v průběhu výroby, ale i nižší podíl cukru, který odchází do melasy. I tyto vlivy do budoucna přispějí ke zostření situace na trhu s cukrem.

Česká republika poskytuje příznivé podmínky pro pěstování cukrovky na cca 120 tis. hektarech, přičemž potřeba ploch cukrovky pro výrobu cukru bude z výše zmíněných důvodů klesat. Cukrovka je přitom plodinou našich nejúrodnějších oblastí, kde nepřipadá v úvahu ponechání půdy ladem. Je to zlepšující, hlubokokořenící plodina s bezkonkurenčními výnosy energie z hektaru, která v řepařských oblastech zároveň představuje významnou součást krmivové základny. Aby nedošlo v úrodných oblastech k narušení osevních postupů snížením podílu ploch cukrovky, nabízí se řešení zařadit cukrovku do programu nepotravinářského využití zemědělské půdy.

Bioetanolový program

Cílem programu je nepotravinářské využití zemědělských plodin z produkčních oblastí k výrobě kvasného lihu (bioetanolu) a jeho následné použití jako pohonné hmoty. Etanol nahrazuje v palivu antidetonační činidlo, jakým dosud bylo olovo nebo některé aromatické uhlovodíky, jejichž spaliny jsou vysoce škodlivé. Etanol je možné přidávat do benzínu čistý v koncentraci 5 %, nebo ho použít k výrobě tzv. ETBE (zkratka chemického názvu etylterciátbutyléter) jako náhrady za současně používaný MTBE (obdobná sloučenina s metanolem). Ze všech uvažovaných variant se zdá nejvýhodnější přidávání 10% ETBE do bezolovnatého benzínu (výhledově 15%), což představuje cca 4,5% čistého etanolu (výhledově 6,75%).

Na výrobu ETBE by bylo možno zpracovat za jeden rok 650.000 hl bezvodého kvasného lihu. Jak vyplývá z důvodové zprávy návrhu programu “Využití lihu jako příměsi pohonných hmot” předložené v červnu 1998 české vládě, výroba výše uvedeného množství lihu dává možnost zpracování cca 195.000 t obilí a zajistit tak obdělávání asi 45.000 ha z. p., nebo cca 68.000 t cukrové řepy s obděláváním cca 17.000 ha z. p. navíc.

Zahraniční zkušenosti (SRN, Francie) ukazují, že řešením otázky produkce bioetanolu jsou kombinované provozy na cukrovku a obilí. Se zpracováním řepného materiálu se počítá v průběhu cukrovarnické kampaně, tj. asi 90 dní v roce, a po zbytek času provozu závodu se zpracovává obilí.

Dopady do státního rozpočtu

Česká vláda na svém červnovém zasedání sice schválila produkci bioetanolu jako řešení nepotravinářského využití tuzemské zemědělské výroby, nerozhodla však jakou částkou bude tato produkce podpořena ze státního rozpočtu. Podle MZe ČR by výroba lihu ze zemědělských produktů přišla státní rozpočet na 1, 071 miliardy korun. Tato částka by vyrovnala cenové rozdíly mezi levnějším dosud dováženým metanolem a tímto relativně dražším bioetanolem.

Zdrojem pro financování těchto rozdílů by měl být výnos ze spotřební daně za uhlovodíková paliva. K pokrytí potřebné částky stačí zvýšení této spotřební daně o 553,- Kč na tunu, což je proti současné úrovni této sazby (12950,- Kč/t) zvýšení o 4,3 %. I po tomto zvýšení však bude tato sazba spotřební daně za paliva a maziva pod sazbou obvyklou v EU.

Ministerstvo zemědělství proto navrhlo vládě, aby při sestavování státního rozpočtu na rok 1999 uvolnila půl miliardy korun na spuštění bioetanolového programu. Vláda by se zároveň měla zaručit, že tento program bude dotovat do roku 2015. Půlmiliardová podpora využití lihu by měla na druhé straně přinést státu zvýšení daně z příjmu firem nejméně o 160 mil. Kč (lihovary, zemědělci) a snížení dotace na údržbu krajiny o 75 mil. Kč. Přibližně o 280 mil. Kč by měla klesnout i potřeba dovozů nyní používaných složek benzinů v obchodní bilanci (viz. tabulka č. 1).

Tabulka 1:Kvantifikace zákl. ekonomických vztahů k záměru využití kvasného etanolu pro výrobu bezolovnatých benzinů v ČR

Pramen: MZe ČR

*Etapa 1) Krátkodobý výhled zpracování 650.000 hl, tj. množství předpokládané rafinériemi ropy v současných cenách lihu.

Etapa 2) Krátkodobý výhled zpracování 650.000 hl, tj. množství předpokládané rafinériemi ropy v optimalizovaných cenách lihu.

Etapa 3) Střednědobý výhled zpracování 1.950.000 hl, které předpokládá využití lihu v zážehových i vznětových motorech.

Výroba bioetanolu a její ekonomika

V současné době lze náš lihovarnický průmysl rozdělit do dvou skupin. První skupinu tvoří velké množství drobných zemědělských lihovarů, které zpracovávají vesměs škrobnatý materiál (tedy brambory a obilí). Jejich hlavní filosofií je zužitkování polních přebytků.

Druhá skupina je tvořena v ČR osmi velkými průmyslovými lihovary, které pro výrobu etanolu využívají melasu jako odpad cukrovarnického průmyslu, a po zbytek provozu čistí surový líh ze zemědělských lihovarů. Jejich nominální kapacita se pohybuje od 80 do 130 tis. hl jemného lihu ročně, jejich skutečná roční produkce je zhruba 60 až 100 tis. hl.

Tabulka 2:Náklady zpracovatele na surovinu potřebnou k výrobě 1 t lihu

Bioetanol z melasy

Pro výrobu etanolu z cukrovky se v současné době používá výhradně melasa. Z původních cca 16,5 % cukru v řepě přechází do melasy a přes ni do výroby lihu pouhých 2,2 % cukru. V současných výrobních podmínkách je schopen průmyslový lihovar s roční kapacitou kolem 75 tis. hl rafinovaného etanolu vyrobit 1 t této suroviny za 24.850,- Kč, což je v přepočtu 19,63 Kč za 1 litr bezvodého lihu.

Za předpokladu optimalizace technologií, využití odpadů, tvorbě cen surovin způsobem obvyklým v zemích EU (kvotace, cenové intervence) bude možno vytvořit podmínky pro snížení ceny lihu na cca 13,50 Kč za 1 litr, resp. 16,20 Kč za 1 kg lihu. Zlevnění konečného produktu je možné např. i snížením výkupních cen cukrovky, které bude vycházet z intenzifikace pěstování cukrovky a následného zvyšování hektarových výnosů. Již nyní se hovoří o specializaci zemědělských podniků, zvláště v blízkosti rekonstruovaných cukrovarů, na pěstování cukrovky. V takovýchto podnicích se uvažuje o zvyšování zastoupení cukrovky v osevním postupu na 25 - 30 %.

Bioetanol z dalších řepných produktů

Kvůli problémům s nadprodukcí cukru zmíněným v úvodu, nelze výrobu nepotravinářského etanolu vázat na produkci cukru, ale je třeba hledat způsob, jak pro fermentaci využít všechen polarizační cukr (dále jen p. c.). Vzhledem k tomu, že celé řepné bulvy fermentovat nelze, pozornost při řešení problému se soustředila na jejich úpravu, a to cestou zpracování řepy na cukrovarnickém zařízení. V okruhu zájmu zůstala surová, lehká a těžká šťáva.

Tabulka č. 3 ukazuje nárůst hodnoty 1 tuny p. c., spočítaný ekonometrickým modelem EKO_CU, který je produktem VÚC Praha, a. s. Poskytuje představu o zhodnocování jednotky cukru v cukrovaru narůstáním nákladů na manipulaci a na jednotlivé operace.

Výchozí parametry výrobního závodu jsou následující:

· denní kapacita cukrovaru 6.000 t řepy

· délka kampaně 85 dní

· výkupní cena cukrovky při cukernatosti 16 % 850,- Kč / t

Do nákladů je zahrnuta režie.

Tabulka 3:Nárůst hodnoty 1 t p. c. v cukrovarnických meziproduktech v cenách roku 1997

Pramen: VÚC Praha

Ceny polarizačního cukru, uvedené v tabulce, jsou odvozeny od současných relací výroby rafinovaného cukru, které bude možné pro výrobu bioetanolu upravit. Je z nich potřeba vyjít, chceme-li získat reálné náklady a následně je snížit na minimální úroveň.

Počítá se s tím, že výkupní cena cukrovky by měla v budoucnu dále klesat. Důvodem je to, že u tohoto způsobu zpracování můžeme vhodným hnojením dosáhnout maximálního výnosu, aniž bychom se museli obávat zvýšeného množství melasotvorných látek. Je zde totiž rozhodující množství zkvasitelného cukru a vzhledem k tomu, že nebyl prokázán vliv technologické jakosti (obsah alfa-amino N, obsah popelovin - Na+, K+, Mg2+ a P2O5) na další průběh fermentace, je pro hodnocení vhodnosti technické cukrovky rozhodující množství polarizačního cukru.

Maximum výnosu hmoty a tedy i p. c. dosahuje cukrovka zpravidla při dávkách dusíku asi o 30 kg/ha vyšších než jsou optima pro maximální výnosy rafinovaného cukru. V podstatě obdobná je situace i při hnojení draslíkem, kde optima pro výnos rafinovaného cukru leží také níže než optima pro výnos veškeré hmoty. Pro případné pěstování cukrovky pro mimonutriční zpracování plně postačuje současný sortiment odrůd. Vhodnější jsou odrůdy typu NV (normální až výnosové - např. Domino, Amelie) a V (výnosové - např. Cleo, Targa). Tyto typy odrůd dosahují v našich podmínkách největší výnosy polarizačního cukru, jejich nižší technologická jakost při případné kratší vegetační době neovlivňuje další technologický proces při výrobě bioetanolu.

V roce 1996 proběhly v lihovaru Chrudim poloprovozní zkoušky výroby bioetanolu z těžké šťávy, které prokázaly její bezproblémovou použitelnost pro tento účel. Z výpočtů ekonometrického modelu vyplývá, že zvýšíme-li cenu p. c. o 60% (rozdíl mezi p. c. v melase a v těžké šťávě), zvýší se za současných podmínek cena vyrobeného etanolu asi o 35% při současném usnadnění manipulace a zlepšení jeho kvality.

Z hlediska výroby lihu je protipólem ušlechtilé a čisté těžké šťávy šťáva surová (difusní). Její fermentací odpadá v cukrovaru nákladný proces epurace a zahušťování. V lihovaru však díky tomu nastupuje práce s heterogenním materiálem, který obsahuje problematické koloidy, zbytky řepných pletiv, zeminy, kontaminující mikroorganismy aj. Polarizace tohoto materiálu se pohybuje mezi 13 a 15 %, čistota kolem 90 %. Na VŠCHT Praha v Ústavu kvasné chemie a bioinženýrství proběhl pokus fermentace surové šťávy v simulovaných poloprovozních podmínkách s ohledem na cirkulaci kvasinek pro lihovarské účely. Na základě výsledků pokusu lze prohlásit, že výroba bioetanolu ze surové šťávy je na úrovni laboratorních zkoušek možná.

Pro využití veškerého polarizačního cukru v řepě je další alternativou fermentace lehké šťávy. Jedná se o materiál, který prošel epurací (čištěním), ale dosud nebyl zahuštěn. Pro přípravu zápary ho již tedy není nutné ředit jako melasu nebo těžkou šťávu. Použití lehké šťávy k výrobě bioetanolu nebylo dosud odzkoušeno a vyčísleno.

Propojení cukrovaru a lihovaru

Dosavadní režim průmyslových lihovarů by bylo možné pro výrobu palivového bioetanolu zachovat pouze v případě, že v nich bude zpracovávána těžká šťáva. Jedině pak by se mohly zásobit surovinou na celou kampaň dopředu. To je umožněno dobrou skladovatelností težké šťávy, která se blíží skladovatelnosti melasy.

Jestliže však uvažujeme výrobu etanolu ze surové nebo lehké šťávy, které nelze skladovat, bude lihovar závislý na nepřetržitých dodávkách suroviny z cukrovaru. Po skončení cukrovarnické kampaně může i nadále zpracovávat melasu. V průběhu období výroby etanolu z lehké šťávy je nutné zajistit nepřetržité dodávky této suroviny; na automobilovou či železniční dopravu se lze spolehnout jen výjiměčně a na krátké vzdálenosti.

Ze všech možností propojení cukrovaru a lihovaru, které přicházejí v úvahu, vychází nejlépe varianta velkého cukrovaru, který má ve svém areálu lihovar, potrubím ho zásobuje lehkou šťávou, a zároveň vyrábí cukr a melasu, kterou dále v období mimo cukrovarnickou kampaň zpracovává na líh.

Výhodou modelů, kde cukrovar a lihovar jsou součástí jednoho výrobního komplexu, je možnost společného využití některých stanic, např. čistírny odpadních vod, kotelny a úpravny vody, elektrárny (jednotný systém energetický a parní), režijních středisek atd. Náklady na dopravu substrátu jsou nesrovnatelně nižší a prakticky bez rizik ve srovnání s jinými možnostmi.

Závěr

Je zřejmé, že výroba bioetanolu z cukrovky není technicky neřešitelná, ale je de facto otázkou politického rozhodnutí. V současné době při přísně ekonomickém pohledu mohou zemědělské plodiny těžko konkurovat fosilním zdrojům. To si dobře uvědomují vyspělé země Evropy i Ameriky, a proto ze státních prostředků podporují využívání obnovitelných zdrojů energie (dotace do různých úrovní systému výroby a využití). Důvodů pro takovou politiku je několik. Jedním z nich je např. stabilizace venkova, zachování kulturní krajiny, zmírnění skleníkového efektu, snížení závislosti na dovozu fosilních paliv z politicky nestabilních oblastí, oživení zemědělské i průmyslové výroby s pozitivními sociálními dopady aj.

Všechny výše uvedené směry výzkumu pomáhají hledat odpověď na otázku, jak udržet žádoucí zastoupení cukrovky jako zlepšující plodiny úrodných oblastí v osevních postupech i při neustálém růstu hektarových výnosů a výtěžnosti výroby cukru. Zároveň mají v budoucnu umožnit co nejefektivnější využívání energie z obnovitelných zdrojů.

Literatura:

1. Kol.: Situační a výhledová zpráva Cukrovka - Cukr. MZe ČR, červenec 1998.

2. Kol.: Řešení výroby lihobenzinových směsí. Dokumenty MZe, Zemědělské listy č. 25, 1998.

3. Kunteová, L.: Využití cukrovky k výrobě bioetanolu. LCaŘ č. 2, 1997, s. 47 - 49.