Prospects for the development and analysis of raw materials for bioethanol production

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

objectives: the purpose of the work is to consider bioethanol as a promising renewable fuel, analyze its production technology, raw material base, technological generations, as well as the structure of the global market and its environmental role. The methods consist in analyzing the historical development of technology. A review of the raw material base (sugar-containing, starch-containing, lignocellulose materials) and an analysis of global experience (Brazil, USA, EU) and the potential of Russia. The article highlights the history of bioethanol development, starting with the first developments of Henry Ford and ending with modern trends and technologies. The factors contributing to the growing interest in bioethanol production technology are analyzed. The different generations of bioethanol (first, second, third and fourth) are considered in detail. Special attention is paid to the overview of the global bioethanol market, its current state and growth forecasts due to strict environmental regulations and the increased use of biofuels in the transportation industry. Results. The data on different generations of bioethanol, their advantages and disadvantages are systematized. A comparative analysis of the effectiveness of different types of raw materials (yield, ethanol yield) is presented. An assessment of Russia's prospects in the development of the bioethanol industry is given against the background of international experience. The article discusses the raw material base and technologies for the production of first-generation bioethanol from sugar cane, corn, wheat, and sugar beet. In addition, promising areas of technology for the production of bioethanol of the second and third generations are being considered. Where lignocellulose raw materials such as wood waste, straw waste, and fast-growing energy crops are used as raw materials. Special attention is paid to comparing the effectiveness of different types of raw materials: sugar-containing crops (sugar beet, cane), starch-containing (cereals, potatoes) and lignocellulose waste (straw, wood, miscanthus). The ecological role of bioethanol and its importance for energy security are emphasized. Conclusions. Sugar-containing raw materials demonstrate high efficiency, but their use is limited by seasonality and competition with the food industry. Starch-containing cultures provide stable ethanol yield, but require additional hydrolysis steps. Lignocellulose raw materials are the most promising direction for second—generation bioethanol. It solves the problem of waste disposal and does not compete with food resources, but requires more sophisticated processing technologies. The market leaders are Brazil (cane ethanol), the USA (corn), and the EU (lignocellulose technologies). Their success is linked to government support and environmental regulations. Russia also has significant raw material potential for the development of this industry. The article is based on current research and contains comparative characteristics of raw materials, which makes it useful for specialists in the field of bioenergy, agriculture and ecology.

About the authors

A. R Valeeva

Kazan National Research Technological University

Email: a8695v@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8656-7643

R. M Khaziakhmedova

Kazan National Research Technological University

ORCID iD: 0000-0002-9278-816X

References

  1. Петухова М.С., Пхунсомбат С. Анализ тенденций развития рынка биотоплива в контексте сотрудничества России и стран юго-восточной Азии // Инновации и продовольственная безопасность. 2025. № 1. С. 118 – 129.
  2. Grandis A. et al. Scientific research on bioethanol in Brazil: history and prospects for sustainable biofuel // Sustainability. 2024. Т. 16. № 10. С. 4167.
  3. Awodi P.S., Ogbonna J.C., Nwagu T.N. Bioconversion of mango (Mangifera indica) seed kernel starch into bioethanol using various fermentation techniques // Heliyon. 2022. Vol. 8. № 6
  4. Ahmednooh M., Menezes B. Ethanol Content Increase in Gasoline Toward Sustainable Liquid Fuels Worldwide: Impacts on Manufacturing and Supply Chains via Discrete-Event Scenarios // Sustainability. 2025. Vol. 17. № 11. P. 4884.
  5. Ghosh N. et al. Ethical issues pertaining to sustainable biodiesel synthesis over trans/esterification process // Sustainable Chemistry and Pharmacy. 2023. Vol. 33. P. 101123.
  6. Pecho P. et al. Possibilities of Using Bioethanol as an Alternative Fuel in the Conditions of Jet Engines // Transportation Research Procedia. 2021. Vol. 59. P. 183 – 192. (Scopus)
  7. Ethanol Blending Mandate [Электронный ресурс] // International Energy Agency (IEA). URL: https://www.iea.org/policies/2021-ethanol-blending-mandate (дата обращения: 09.01.2025)
  8. Warguła Ł. et al. Critical Concerns Regarding the Transition from E5 to E10 Gasoline in the European Union, Particularly in Poland in 2024 – A Theoretical and Experimental Analysis of the Problem of Controlling the Air–Fuel Mixture Composition (AFR) and the λ Coefficient // Energies. 2025. Vol. 18. № 4. P. 852.
  9. Hans M. et al. Production of first-and second-generation ethanol for use in alcohol-based hand sanitizers and disinfectants in India // Biomass conversion and biorefinery. 2023. Vol. 13. № 9. P. 7423 – 7440.
  10. Rahman M.H., Bhoi P.R. An overview of non-biodegradable bioplastics // Journal of cleaner production. 2021. Vol. 294. P. 126218.
  11. Bustamante-Silveira M. et al. Carbon footprint of four bioethanol cropping systems in a temperate region // Biofuels. 2024. Vol. 15. № 8. P. 1029 – 1039.
  12. Benavides P. T. et al. Cradle-to-Gate greenhouse gas emissions of the production of ethylene from US Corn ethanol and comparison to fossil-derived ethylene production // Bioresource Technology. 2025. P. 132565.
  13. RES in Transport Barometer 2022 [Электронный ресурс] // EurObserv’ER. 2022. URL: https://www.eurobserv-er.org/res-in-transport-barometer-2022 (дата обращения: 09.01.2025)
  14. Головин М. С. Производство биоэтанола второго поколения в Российской Федерации на фоне мировых тенденций // Экономика и управление. 2022. Vol. 28. № 11. P. 1133 – 1145.
  15. Chandrasekhar T. et al. Algae: the reservoir of bioethanol // Fermentation. 2023. Vol. 9. № 8. P. 712.
  16. Adams J.M., Gallagher J.A., Donnison I.S. Fermentation study on Saccharina latissima for bioethanol production considering variable pre-treatments // Journal of applied Phycology. 2009. Т. 21. С. 569-574.
  17. MME discute transição energética na aviação [Электронный ресурс] // Ministério de Minas e Energia (Brasil). 2023. URL: https://www.gov.br/mme/pt-br/assuntos/noticias/mme-discute-transicao-energetica-na-aviacao (дата обращения: 09.01.2025)
  18. Fit for 55: соглашение о более амбициозном сокращении выбросов в авиации [Электронный ресурс] // Европейский парламент. 2022. URL: https://www.consilium.europa.eu/en/policies/fit-for-55/ (дата обращения: 09.01.2025)
  19. Юрова Я. Автомобили зернового откорма [Электронный ресурс] // Коммерсантъ. 2024. URL: https://www.kommersant.ru/doc/6744832 (дата обращения: 09.01.2025)
  20. Набиева Ф.С., Кудратова З.Э., Кувандиков Г.Б. Роль Saccharomyces cerevisiae в развитии современной биотехнологии // Достижения науки и образования. 2021. № 5 (77). P. 57 – 60.
  21. Global Sugar Market Report – May 2023 [Электронный ресурс] // Ragus. 2023. URL: https://www.ragus.co.uk/global-sugar-market-report-may-2023/ (дата обращения: 09.01.2025)
  22. Гулидова В.А. Технологические качества гибридов сахарной свеклы фирмы KWS в условиях северо-запада ЦЧР // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. 2021. № 1 (64). С. 15.
  23. Федулова Т.П., Хуссейн А.С., Налбандян А.А. Перспективная стратегия применения молекулярных маркеров в селекции Beta vulgaris L. (обзор) // Аграрный вестник Урала. 2023. № 02 (231). С. 71 ‒ 82. doi: 10.32417/1997-4868-2023-231-02-71-82
  24. Козеняшева А.А. Методы обработки свекловичного жома для получения биоэтанола // Молодёжь для устойчивого развития регионов: Материалы научно-практической конференции студенческих научных объединений, Тамбов, 21 сентября 2023 года. Тамбов: Тамбовский государственный технический университет, 2023. С. 174 – 177.
  25. Wirawan S.S. et al. Unlocking Indonesia's sweet sorghum potential: A techno-economic analysis of small-scale integrated sorghum-based fuel grade bioethanol industry // Bioresource Technology Reports. 2024. Vol. 25. P. 101706.
  26. Романюкин А.Е., Ковтунова Н.А. Изучение перспективных сортов сорго сахарного // Аграрный вестник Урала. 2023. № 7 (236). С. 22 – 31.
  27. Медриш М. Э. и др. Анализ технологий переработки топинамбура в дистилляты и алкогольные напитки на их основе // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2023. № 12 (201). С. 260 – 266.
  28. Горпиниченко С.И., Ковтунов В.В. Перспективы производства биоэтанола из сорго // Зерновое хозяйство России. 2009. № 4. С. 26 – 34.
  29. Давидович Е.А. Влияние качественных показателей мелассы на выход спирта // Пищевая и перерабатывающая промышленность. Реферативный журнал. 2010. № 4. С. 1026.
  30. Noorghadami Z. et al. Investigation on the effect of drying-off and harvest date management on quantitative and qualitative yield of sugarcane // Sugar Tech. 2022. Vol. 24. № 6. P. 1699 – 1709.
  31. Некрасова Т.П., Ерёменко К.С. Формирование урожайности и выход сахара в корнеплодах гибридов сахарной свеклы // А25 Аграрная наука на Севере – сельскому хозяйству: материалы VII Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием) / отв. ред.: А.А. Юдин, Т.В. Тарабукина, Т.В. Косолапова. Сыктывкар 2025. С. 64 – 68/
  32. Бацазов А.Р., Алиев К.Р. Исследования влияния комплекса ферментных препаратов на процесс осахаривания при производстве спирта из кукурузы // Технические и Естественные науки: сборник статей международной научной конференции, Санкт-Петербург, 2022. С. 60 – 63.
  33. Joyia M.A.K. et al. Trends and advances in sustainable bioethanol production technologies from first to fourth generation: a critical review // Energy Conversion and Management. 2024. Т. 321. С. 119037.
  34. Биоэтанол: перспективы производства и использования в России и мире [Электронный ресурс] // Группа Миранда. URL: https://mirandagroup.ru/?p=9677_bioetanol (дата обращения: 09.06.2025)
  35. Rewlay-Ngoen C. et al. Evaluation of the environmental performance of bioethanol from cassava pulp using life cycle assessment // Journal of Cleaner Production. 2021. Vol. 284. P. 124741.
  36. Коршунов А.В. и др. Управление содержанием крахмала в картофеле // Аграрный вестник Урала. 2011. № 2. С. 47 – 50.
  37. Бряков В.К. и др. Технология получения концентрированного корма и технического спирта на основе картофеля // Техника и оборудование для села. 2014. № 1. С. 14 – 16.
  38. Гельфанд Е.Д., Емельянова М.В. Патент № 2451080 C1 Российская Федерация, МПК C12P 7/06. Способ подготовки картофеля к переработке на спирт: № 2010144588/10: заявл. 29.10.2010: опубл. 20.05.2012 / заявитель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет" (С(А)ФУ).
  39. Ковернинский И.Н., Дубовый В.К., Гедьо В.М. и др. Целлюлозно-волокнистый материал для бумаги из мискантуса // Леса России: политика, промышленность, наука, образование: материалы VII Всероссийской научно-технической конференции, Санкт-Петербург, 2022. С. 189 – 191.
  40. Скиба Е.А. Трансформация мискантуса гигантского в продукты биотехнологического синтеза: расчет материальных потоков // BIOAsia-Altai. 2024. Т. 4. № 1. С. 500 – 504.
  41. Шавыркина Н.А., Гисматулина Ю.А., Будаева В.В. Перспективы химической и биотехнологической переработки мискантуса // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2022. Т. 12. № 3 (42). С. 383 – 393.
  42. Baras J.K., Gaćeša S.B., Pejin D.J. Ethanol is a strategic raw material // Hemijska industrija. 2002. Т. 56. № 3. С. 89 – 104.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).