Сельскохозяйственное производство является одним из главных потребителей минерального углеводородного дизельного топлива. Так, в целом по России потребляется около 5 млн.тонн дизельного топлива, или почти 42 процента общего потребления всеми отраслями.
Ростовская область как основной регион - производитель сельскохозяйственной продукции в России в настоящее время потребляет около 360 тыс. тонн дизельного топлива в год. Его доля в себестоимости сельхозпродукции за последние 10 лет выросла с 5-7 до 18-23 процентов, что оказывает существенное влияние как на экономику отрасли (рентабельность производства, стоимость продукции, зарплату сельского населения и т.д.), так и на социально-экономические показатели в целом.
Учитывая, что по прогнозам аналитиков в ближайшие годы следует ожидать дальнейший рост стоимости горюче-смазочных материалов в 2-2,5 раза, проблема возрастания стоимости энергообеспечения сельхозпроизводства может существенно обостриться и привести к снижению рентабельности и объемов производства сельхозпродукции, а также росту цен на продовольствие.
Вместе с тем сельское хозяйство может являться не только потребителем природных топливно-энергетических ресурсов, но и производителем топлива в первую и основную очередь для собственных нужд. Развитие альтернативной энергетики в сельском хозяйстве на основе растительных возобновляемых источников сырья позволит в значительной степени нивелировать отрицательное воздействие негативной динамики роста цен на нефтепродукты, стабилизировать развитие отрасли и решить много других важных задач. Среди них: улучшение почвенного плодородия за счет оптимизации структуры севооборота с учетом наращивания посевов доли рапса, наращивание высокобелковой кормовой базы для ускорения развития животноводства за счет получения из маслосемян, кроме биотоптива, жмыха.
Другим немаловажным фактором, определяющим необходимость пересмотра энергетической стратегии в регионах, является ежегодный ущерб от отрицательного воздействия традиционных видов топлива на окружающую среду. Так, использование минерального топлива для получения энергии сопровождается значительными выбросами вредных веществ продуктов сгорания, в частности, диоксида углерода. Как одно из следствий этого - постоянное возрастание в атмосфере углекислого газа с 0,02 процента в XX веке до 0,04 процента в XXI веке.
В Российской Федерации и в ее одном из основных сельскохозяйственных регионов, Ростовской области, до настоящего момента не было сколько-нибудь достаточного опыта применения альтернативных видов топлива на основе имеющихся биоресурсов. Вместе с тем во многих странах мира доля возобновляемой энергетики в объеме энергопотребления уже превышает 15-20 процентов и продолжает расти.
Достаточно хорошо изучены и применяются в мировой практике технологии преобразования биологической энергии растений в моторные виды топлива: дизельного - на основе растительных масел, бензина - на основе растительных спиртов, получаемых через гидролиз растительных сахаров, газового - через пиролиз клетчатки растений.
Для производства биодизельного топлива в мире в основном используются следующие виды масличного сырья: Европа - пальмовое масло, Филиппины - пальмовое масло, Канада - рапс (канола), Индия - ятрофа, Африка - соя, ятрофа, Бразилия - соя, касторовое масло.
Потенциальное использование того или иного вида сырья определяется местными природно-климатическими условиями его выращивания, соотношением цен на сельскохозяйственную продукцию, затратами на необходимое техническое перевооружение отрасли.
Наиболее приемлемыми источниками получения возобновляемого биотоплива в сельскохозяйственном производстве Ростовской области являются масличные культуры, среди которых все большее распространение получает рапс.
Ростовская область за последние 5-6 лет заняла лидирующее положение по производству подсолнечника (1,7 млн. тонн в 2006 году). В среднем по Ростовской области удельный вес посевных площадей подсолнечника в общей площади пашни составил 19,1 процента и в 2006 году достиг максимума - 1320 тыс. га. Удельный вес этой культуры в отдельных хозяйствах составляет 30-50 процентов, что приводит к росту болезней, одностороннему истощению почвы, а в конечном итоге - к снижению урожая.
С 2007 года отмечено уменьшение посевных площадей подсолнечника. Вместе с тем в 2007 году, по сравнению с 2006 годом, увеличены площади других маличных культур. Посевы сои - с 17,6 до 20,2, льна масличного - с 13,3 до 19,8, горчицы - с 12,7 до 15,2 тыс. гектаров. Небольшие площади рапса (4,9 тыс. гектаров в 2006 году) постепенно наращиваются. Природно-климатические, агроэкологические факторы позволяют увеличивать площади посевов рапса в среднесрочной перспективе до 100 тыс. гектаров и наращивать их в дальнейшем.
Резервы производства масличных культур и биодизельного топлива в Ростовской области связаны в первую очередь с наращиванием посевов озимого рапса и других, менее распространенных сегодня масличных культур.
Достижение намеченных показателей позволит создать необходимые предпосылки для стимулирования развития сырьевой отрасли и маслоперерабатывающей промышленности, повышения эффективности сельскохозяйственной отрасли в целом и дальнейшего развития рапсосеяния в частности. Масштабное увеличение производства масличного рапса возможно лишь за счет замещения им других полевых культур в структуре посевных площадей, то есть пропорционального сокращения доли подсолнечника в структуре посевных площадей.
Ожидаемые агроэкологические последствия широкомасштабного производства рапса при условии неукоснительного соблюдения основных технологических приемов возделывания культуры следующие:
увеличение почвенного плодородия (количество растительных остатков после уборки рапса на 1 гектаре соответствует внесению 5-6 тонн навоза);
улучшение фитосанитарного состояния почвы;
рост урожайности зерновых культур, высеваемых вслед за рапсом, на 10-15 процентов без дополнительных затрат.
В настоящее время при используемых технологиях производства рапса в природно-климатических условиях Ростовской области его средняя урожайность составляет от 7 до 9 ц/га для ярового и до 15 ц/га для озимого рапса. При этом урожайность озимого рапса, как показывает опыт отдельных сельхозтоваропроизводителей (фермерское хозяйство А.В. Тутова, ООО "МТС"), может составлять до 25-30 ц/га. Для обеспечения его высокой урожайности и зимостойкости необходимо использовать как соответствующие семена, так и перспективные технологии и комплекс технических средств для его возделывания.
Биотопливо для дизельных двигателей на основе растительных масел может быть произведено и использовано в мобильной сельскохозяйственной технике в двух видах:
1) смесевое биодизельное топливо на основе очищенного растительного (допустимо только рапсовое масло) и обычного минерального дизельного топлива;
2) биодизель - продукт переработки (этерификации) до эфирных форм любого вида растительного масла.
В первом случае биотопливо получают из семян рапса путем выделения растительного масла, которое в случае его высокого качества (как правило, это хорошо очищенное рапсовое масло холодного отжима) смешивается в определенных пропорциях с минеральным дизельным топливом.
Во втором случае биотопливо получается при переработке растительных масел путем этерификации (химической реакции масла с метанолом и катализатором) в метиловый эфир растительного масла, так называемый биодизель. Биодизель можно использовать как в чистом виде, так и в качестве добавки к дизельному топливу в различных пропорциях.
Дополнительными продуктами при производстве биотоплива являются высокобелковый жмых, который может быть продуктивно использован для развития кормовой базы животноводства, и глицерин, являющийся сырьем для изготовления пеноматериалов (бетонные пеноблоки, утеплители и другие строительные материалы, а также фосфорные удобрения).
Производство и использование в двигателях внутреннего сгорания мобильной сельскохозяйственной техники как первого, так и второго вида биотоплива имеет свои особенности. В первую очередь они связаны с необходимостью получать растительные масла из семян имеющихся масличных культур с требуемыми качественными показателями. Для этого как собственно исходное сырье должно иметь необходимое качество, так и процесс выделения масла и его очистки должен производиться по определенному регламенту.
Использовать рапсовое масло в чистом виде без смешивания с минеральным углеводородным дизельным топливом, без модернизации топливной аппаратуры, системы впрыска и камеры сгорания не рекомендуется. Применение смесевого вида биотоплива (смесь рапсового масла с минеральным углеводородным дизельным топливом) требует определенной модернизации топливной системы двигателя внутреннего сгорания трактора или комбайна и работы только в теплое время года.
Производство биодизеля требует специальной технологии, основанной на этерификации растительного масла, и специального оборудования. Процесс производства заключается в смешивании и нагревании растительного масла с метиловым спиртом в присутствии катализатора - щелочи. В результате реакции этерификации смесь расслаивается на легкую и тяжелую фракции. Легкая фракция представляет собой метиловый эфир растительного масла, или биодизель, тяжелая - глицерин. По своему молекулярному составу биодизель близок к дизельному топливу. Из 1 тонны семян рапса можно получить 300 килограммов (30 процентов) рапсового масла, а из этого количества масла - около 270 килограммов биодизельного топлива. Выход глицерина около 10 процентов.