Современная промышленная технология получения спирта этилового из пищевого сырья включает следующие стадии:
- подготовка и измельчение крахмалистого сырья - зерна (прежде всего - ржи, пшеницы), картофеля, кукурузы и т.п.;
- ферментация.
На подавляющем большинстве спиртовых производств мира ферментативное расщепление крахмала до спирта при помощи дрожжей оставлено. Для этих целей применяются рекомбинантные препараты альфа-амилазы, полученные биоинженерным путем - глюкоамилаза, амилосубтилин.
- брагоректификация. Осуществляется на разгонных колоннах.
Отходами бродильного производства являются барда и сивушные масла. Барда используется для производства кормов.
Гидролизное производство. В промышленных масштабах этиловый спирт получают из сырья, содержащего целлюлозу (древесина, солома), которую предварительно гидролизуют. Образовавшуюся при этом смесь пентоз и гексоз подвергают спиртовому брожению. Технология гидролизного производства следующая:
Целлюлоза подвергается гидролизу, в процессе которого она реагирует с водой в присутствии соляной кислоты в качестве катализатора. Давление в реакторе 3 Мпа. При температуре 230 град. C в 0,4-процентном растворе кислоты время получения максимальной конверсии составляет 12 мин.
HCl
C6H10O5 + H2O -> C6H12O6
Далее следует быстрое охлаждение водой, нейтрализация с помощью карбоната кальция и фильтрация. Полученный раствор сбраживают с получением этанола и барды.
Микроорганизмы:
C6H12O6 -> 2C2H5OH + 2CO2
При гидролизе происходит две реакции: целлюлоза восстанавливается в сахар, сахар же под действием горячей разбавленной кислоты распадается, причем скорость восстановления и распада зависит от концентрации кислоты, температуры и времени.
Е5, Е7, Е10 - смеси с низким содержанием этанола (5, 7 и 10 весовых процентов, соответственно), наиболее распространенные в наши дни. В этих случаях добавка этанола не только экономит бензин путем его замещения, но и позволяет удалить вредную оксигенирирующую добавку МТБЭ.
Е85 - смесь 85 процентов этанола и 15 процентов бензина. Стандартное топливо для т.н. "Flex-Fuel" машин, распространенных, в основном в Бразилии и США, и в меньшей степени - в других странах. Из-за более низкой энергоплотности продается дешевле, чем бензин.
Е95 - смесь 95 процентов этанола и 5 процентов топливной присадки.
Компания Scania начала разрабатывать дизельный двигатель для автобуса, работающий на 95-процентном этаноле в середине 80-х годов. Создана программа испытаний городских автобусов с двигателями, работающими на 95-процентом этаноле - BEST (BioEthanolforSustainableTransport).
Е100 - формально 100-процентный этанол, однако в силу того, что этанол гигроскопичен, получение и использование этанола без остаточной концентрации воды невыгодно. Поэтому в большинстве случаев под Е100 подразумевают стандартную азеотропную смесь этанола (96 процентов C2H5OH и 4 процента воды (по весу); 96,5 процента и 3,5 процента (в объемных процентах). Путем обычной дистилляции невозможно получить более высокую концентрацию этанола.
Топливный эквивалент: 1 л этанола - 0,65 - 0,66 л бензина. В России принята программа по развитию гидролизной промышленности. По словам, первого зам. премьера России В. Зубкова "в России будут построены 30 заводов по гидролизу этанола, общей мощностью 2 млн. т/год". Строит завод по гидролизу этанола и Газпром, мощностью 250 тыс. т/год этанола, стоимость завода 220 млн. евро (кредит предоставил ВЭБ. Все заводы рассчитаны на экспорт, из-за отсутствия рентабельности в России. Сырья для получения этанола в России - опилки, стружки, отходы деревообработки, зерно (пшеница, ячмень), кукуруза, картофель.
Выход этанола из 1 т биомассы - пшеницы - 400 кг, картофеля - 100 кг, кукурузы (крахмальные сорта) - 400 - 420 кг, сахарный тростник - 500 кг, опилки, стружки - 80 - 100 кг.