Из чего делают биотопливо: что это такое, виды, распространение и как сделать своими руками

Из чего делают биотопливо сегодня? | Техника и Интернет

Содержание

Кукуруза

На сегодняшний день больше всего биотоплива в США получают из кукурузы. Кукурузный этанол — устойчивое топливо. Но чем больше кукурузы уходит на биотопливо, тем меньше её используется в качестве продукта питания.

Сторонники кукурузного топлива утверждают, что после переработки зерна остаётся побочный продукт — зерновой дистиллят, который может быть использован в качестве корма скота. Это, безусловно, лучше чем ничего.

Даже с учётом побочных продуктов эксперты рассматривают кукурузу в качестве сырья для биотоплива лишь как промежуточное временное решение. Многие растения, переработка которых возможна уже в настоящее время, превосходят кукурузу по выходу биотоплива. Например, сахарный тростник.

Впрочем, по причинам экономическим и технологическим в ближайшее время кукуруза, скорее всего, не уступит пальму первенства.

Соя и рапс

Соевые бобы и рапс — культуры, богатые растительными маслами. Их широко используют для производства биодизеля и биотоплива для реактивных двигателей самолётов.

Преимущества сои и рапса как сырья для биотоплива в простоте переработки, недостатки те же, что и в случае с кукурузой. Соя, как и рапс — пищевая культура. Соевое и рапсовое масло можно использовать для питания людей, вместо того чтобы заливать в самолётные баки. Кроме того, производственные ресурсы культур ограничены.

Как и кукуруза, соя — лишь промежуточное решение, с которым приходится мириться, не имея ей реальной альтернативы.

Сахарный тростник

В мире производства биотоплива сахарный тростник сегодня называют второй кукурузой. Возможно, в ближайшее десятилетие или чуть позже, позиции в рейтинге изменятся.

Если при переработке кукурузы и сои на биотопливо в основном используются семена, то наиболее ценная часть сахарного тростника — стебель. Растение используется в большей степени, что влияет на эффективность переработки.

Ввиду того, что сахарный тростник растёт лишь в тропиках, его производство ограничено естественными причинами. Тем не менее технология переработки тростника отработана и широко используется в тех странах, где это позволяет климат. Например, в Бразилии.

Метан

Метан — преобладающий компонент природного газа. Но в последние годы он рассматривается как биотопливо, потому что этот газ можно получать из биологического сырья.

Ценность метана как биотоплива ещё и в том, что он образуется в результате естественных природных процессов разложения органики и выделяется в атмосферу, вызывая парниковый эффект более сильный, чем углекислота. Избыточный метан в атмосфере для климата опаснее, чем углекислый газ.

Микроорганизмы производят метан, разлагая биомассу любого происхождения. На крупных свалках газ образуется сам по себе без дополнительных усилий со стороны людей. Его собирают, просто установив в мусорных отвалах трубы.

Различных конструкций биореакторы, перерабатывающие пищевые и другие биологические отходы, работают по всему миру. С их помощью получают метан как мелкие фермеры, так и относительно крупные коммунальные предприятия. Обычно «доморощенный» метан смешивают с природным газом, экономя последний.

Эксперты считают, что широкому использованию метана в качестве моторного биотоплива мешают технологические сложности, связанные с переоборудованием двигателей автомобилей и строительством заправок. Но в ряде случаев, например, в общественном транспорте, эти трудности легко преодолимы.

Из какого же сырья будут производить биотопливо в ближайшем будущем? Об этом в следующей статье.

Биотопливо, виды, распространение, производство и применение

Биотопливо, виды, распространение, производство и применение.

 

 

Биотопливо – это топливо, получаемое из биомассы (животного или растительного сырья, а также из биологических отходов) в результате проведения термохимической или биологической реакции.

 

Биотопливо как альтернативный источник энергии

Классификация биотоплива

Виды биотоплива: топливные брикеты, топливные гранулы, горючий торф, древесная щепа, биоуголь, дрова, биоэтанол, биометанол, биодизель, диметиловый эфир, биогаз, биоводород

Влияние использования топлива биологического происхождения на экологию

Другие виды топлива: биодизель, биотопливо, газойль, горючие сланцы, лигроин, мазут, нефть, попутный нефтяной газ, природный газ, свалочный газ, сланцевая нефть, сланцевый газ, синтез-газ

 

Биотопливо как альтернативный источник энергии:

Перед человечеством всегда остро стоял вопрос поиска дешевых источников энергии, получение которых не требовало чрезмерных затрат. Проблема использования энергоносителей, особенно обострилась в XX веке, когда стало ясно, что бездумное сжигание углеводородов приведет к дальнейшему снижению их земных запасов. Ученые пришли к выводу, что запасы нефти и газа со временем иссякнут, а затраты на разработку новых месторождений существенно возрастут, поскольку придется привлекать больше техники и производственных мощностей. В этот период значительно ухудшилась экология, болезненно реагирующая на исчезающий лесной покров и продолжающееся загрязнение атмосферы, недр и воды.

Возросла актуальность поиска альтернативных источников тепловой энергии, которые могли бы заменить природный газ и нефть. И таким эффективным направлением, наряду с солнечной энергетикой, ветроэнергетикой стало использование энергоносителей биологического происхождения (биотопливо).

Под топливом биологического происхождения (

биотопливом) следует понимать продукт, синтезируемый из животного, либо растительного сырья, а также из биологических отходов, который при определенном воздействии, выделяет тепловую энергию.

Среди других формулировок определения биотоплива встречается также и следующее: «Биотопливо – это топливо, получаемое из биомассы в результате проведения термохимической или биологической реакции».

54-60 % биотоплива составляют его традиционные формы: дрова, растительные остатки и сушёный навоз для отопления домов и приготовления пищи. Их используют 38 % населения Земли.

 

Классификация биотоплива:

Топливо биологического происхождения классифицируется в зависимости от агрегатного состояния и по принадлежности сырья к одному из трех поколений.

К сырью 1-го поколения относятся классические сельскохозяйственные культуры, например: сахарная свёкла.

Отличительной особенностью культур, относящихся к сырью 1-го поколения, является максимальное наличие в их составе крахмалов, сахаров и жиров. Крахмалы и сахара после многоступенчатой переработки превращаются в биоэтанол, жиры в биодизель. Транспортное биотопливо в основном получают из сырья 1-го поколения.

К сырью 2-го поколения относятся древесина, трава и непищевые остатки культивируемых растений, содержащие целлюлозу или лигнин.

Типичным представителем сырья 2-го поколения являются простейшие водоросли, растения рыжик и ятрофа с предельным содержанием масла. Выращивание культур второго поколения требует меньших затрат, нежели первого поколения. Такое растительное сырьё можно с большим эффектом сжигать, получать биогаз, разлагать в термической реакции пиролиза. Недостатком сырья второго поколения является необходимость иметь большие площади культивируемых культур.

К сырью 3-его поколения относятся быстрорастущие водоросли с максимальным содержанием масла.  Данные культуры культивируются в искусственных водоемах.

 

Виды биотоплива:

С учетом агрегатного состояния – топливо биологического происхождения может быть в жидком, твердом или газообразном состоянии.

Наиболее распространенной формой биотоплива, безусловно, является твердая биомасса.

Твердая масса представлена в виде топливных брикетов и гранул, горючего торфа, биоугля, древесной щепы и дров.

Жидкое (моторное) топливо – продукт переработки растительного сырья, который обеспечивает работу двигателей внутреннего сгорания. Сюда относится: биоэтанол, биометанол, биодизель, биобутанол, диметиловый эфир.

В газообразном состоянии биотопливо представлено биогазом и биоводородом.

 

Топливные брикеты:

Для получения топливных брикетов из биологических отходов широко используется технология переработки птичьего помёта и навоза. Данная биомасса предварительно высушивается и прессуется в брикеты. В последующем подготовленные топливные брикеты используются для обогрева жилых помещений и заводских цехов.

 

Топливные гранулы:

Топливные гранулы получают из древесных отходов, скорлупы ореха,  подсолнуховой лузги, опилок, коры и щепы. На начальном этапе переработки, биомасса, измельченная до муки, поступает в сушилку, затем под пресс. В условиях повышенного давления и высокотемпературной среды выделяется природный полимер лигнин, который проявляет клеящие свойства. На выходе получаются топливные цилиндрики, имеющие минимальный процент зольности (не более 3 %).

 

Горючий торф:

Технология получения горючего торфа особой сложностью не отличается. Добытый торф доставляется на перерабатывающий завод, где просеивается, просушивается, а затем прессуется в брикеты. Впоследствии торфяные брикеты используются при обогреве загородных домов и производственных помещений.

 

Древесная щепа:

В европейских странах налажено производство древесной щепы, которая является продуктом сжигания на местных ТЭЦ. Выработка щепы выполняется на лесозаготовках с помощью шредеров (специальных рубильных машин). Сырьем для производства щепы выступают остатки коры, сучьев, пней, мелких веток.

 

Биоуголь:

Биоуголь – конечный продукт нагревания древесины и растительных остатков без доступа кислорода. Химический процесс отжига древесины получил название пиролиза. На Западе активно практикуется технология торрефакции (отжига древесной массы) на выходе которой получаются биотопливные гранулы с максимальным объемным теплосодержанием.

 

Дрова:

Дрова сегодня считаются одним из самых популярных видов топлива биологического происхождения. Для получения больших объемов дров высаживаются энергетические лесные массивы, с которыми ассоциируются быстрорастущие леса, кустарники и травы (акация, тополь, кукуруза). Посадку биотехнологических культур, как правило, выполняют в шахматном порядке или квадратно-гнездовым способом. Нередко, практикуется высадка в междурядье деревьев других сельскохозяйственных быстрорастущих культур (комбинированный способ). От момента посадки до полного среза деревьев или растительных культур должно пройти не менее 4-6 лет. В развитых странах мира практикуется обслуживание целых плантаций быстрорастущего тополя и ивы. В Северной Индии выделены огромные площади для высадки эвкалипта и тополя. Главной целью данных мероприятий является получение больших объемов экологически чистого и энергоемкого топлива для обогрева жилищ и закрытых производственных площадок.

 

Биоэтанол:

Биоэтанол является классическим биотопливным заменителем бензина, который занимает лидирующие позиции в перечне моторных топлив биологического происхождения. Основная сфера применения биоэтанола – топливо для работы двигателей автомобилей, однако в последние годы продукт используется в качестве биотоплива для домашних каминов.

В смеси с бензином, биоэтанол имеет множество достоинств: повышает мощность двигателя, не перегревает его во время работы, не образует нагара и сажи, не выделяет дым.

При использовании в качестве топлива для каминов биоэтанол демонстрирует лучшие экологические качества, нежели обычные дрова: выделяет минимум углекислоты, не дает сажи и дыма. Как топливо для каминов биоэтанол используется даже в многоквартирных домах.

Для получения этанола берется сырьё, содержащее крахмал, сахар или целлюлозу, причем последний вариант считается наиболее экономически оправданным.

Крахмал или сахар содержится в кукурузе, картофеле, батате, ячмене, сахарной свекле, зерновых, сахарном тростнике. Производство этанола из сахарного тростника более выгодно, чем из кукурузы.

На данный момент известно два способа получения биоэтанола: спиртовое брожение (микробиологический способ) и гидратация этилена (синтетический способ).

При проведении реакции брожения получается 15%-раствор биоэтанола, который впоследствии проходит несколько этапов очистки и концентрирования посредством дистилляции.

В промышленных масштабах биоэтанол получают в процессе гидролиза из целлюлозосодержащего сырья (древесные опилки, солома). Полученную смесь впоследствии подвергают спиртовому брожению.

 

Биометанол:

Биометанол применение в качестве моторного топлива для двигателей внутреннего сгорания. Общая доля использования продукта в качестве топлива для легковых и грузовых автомобилей составляет 20 %. На базе биометанола сегодня создана уникальная угольная суспензия «метакол», которая является альтернативой применения топочного мазута, но в отличие от него обладает более высокой энергоемкостью и не требует использования специальных котлов. Среди ярких достоинств данного продукта, следует выделить: малый выброс углекислого газа в атмосферу и возможность утилизировать органические отходы. К недостаткам необходимо отнести: наличие бесцветного пламени, что может создавать аварийную ситуацию и травление внутренних полостей карбюраторов и алюминиевых систем.

Технология производства биометанола на данный момент четко не отлажена. Перспективным направлением является процесс получения продукта из фитопланктона, посредством биохимического преобразования исходного сырья. Процесс преобразования включает брожение биомассы, а затем прямое окисление метана.

Преимущества данной технологии очевидны: не требуется пресная вода и почва. Фитопланктон имеет хорошую энергетическую отдачу и обладает высокой продуктивностью.

Сфера применения биометанола не ограничивается автомобильной отраслью – продукт также широко используется в химической промышленности для получения метиламинов, формальдегидов, растворителей, его добавляют в антифризы и природный газ.

 

Биодизель:

Биодизель – продукт биологического происхождения на основе животных и растительных жиров (масел), а также их производных.

Биодизель обладает множеством достоинств:

а) отличные смазочные качества продукта позволяют существенно продлить срок эксплуатации двигателей внутреннего сгорания;

б) полностью распадается при попадании в почву, не причиняя вреда животным и растениям;

в) не содержит серы в отличие от дизельного топлива;

г) позволяет вводить в оборот ранее неиспользуемые низкокачественные земли сельскохозяйственного назначения;

д) остаточный компонент производства биодизеля – жмых можно в дальнейшем использовать в качестве корма для скота.

Для производства биодизеля в разных странах мира используется рапс и его разновидности, соя, касторовое, кокосовое и пальмовое масло, растение ятрофа из семейства молочайных.

В последние годы учеными ведутся работы по совершенствованию технологии получения биодизеля из водорослей. Эксперты подсчитали, что с одного акра земли можно получить 2400 литров пальмового масла, а с водной поверхности – 3570 баррелей бионефти (где один баррель приравнивается к 150 литрам).

 

Диметиловый эфир:

Диметиловый эфир – отождествляется с топливом биологического происхождения, который отвечает всем требованиям экологически чистого продукта, не требующего дополнительных этапов очисток. Автомобили с двигателями внутреннего сгорания, работающие на диметиловом эфире, производит отечественный флагман автомобилестроения «КАМАЗ», китайский производитель «SAIC Motor», европейские корпорации «Volvo» и «Nissan».

 

Биогаз:

Биогаз, чаще всего выступает заменителем природного газа и представляет собой смесь метана и углекислого газа. Из биогаза можно также получать электрическую энергию или использовать готовый продукт в качестве топлива. Технология производства биогаза предусматривает расщепление сложных органических соединений под влиянием бактерий. Данный процесс получил название метанового брожения. Конечным продуктом метанового брожения является биогаз и органическое удобрение.

Сырьем для промышленного производства биогаза служит широкий перечень органических отходов:

– сладкая/соленая молочная сыворотка;

– отходы от производства биодизеля;

– виноградная выжимка, жом овощной и фруктовый;

– отходы переработки картофеля;

– отходы получения крахмала и патоки;

– отходы производства чипсов;

– отходы рыбного и забойного цехов;

– пивная дробина;

– фекальные осадки;

– зерновая барда;

– птичий помёт и навоз.

Биогаз можно также получать из силосных культур и водорослей. Одним из способов получения биогаза является сбор свалочного газа. Правильная организация сбора свалочного газа позволяет улучшить экологическую ситуацию в крупных городах.

Ключевой задачей биогазовых станций является улучшение экологии окружающей среды за счет переработки разлагающихся отходов с последующим получением органических удобрений. Только после выполнения вышеперечисленных задач ставится цель получения доступной электрической и тепловой энергии.

Биогазовые установки возводятся на птицефабриках, мясокомбинатах, водочных производствах и имеют статус высокоэффективных очистных сооружений. Современная биогазовая станция вполне может заменить санитарно-ветеринарный завод, который вместо переработки падали в мясокостную муку будет производить биогаз. В нынешних реалиях не менее половины птицеферм Европы отапливаются биогазом. Из одной тонны навоза КРС можно получить до 65 кубометров биогаза. Некоторые крупные автопроизводители Европы уже наладили сборку автобусов, работающих на биогазе.

 

Биоводород:

Биоводород – газообразный продукт, полученный из биомассы биохимическим или термохимическим способом.

При биохимическом способе воздействия – процесс расщепления биомассы инициируют особые бактерии. При термохимическом способе биомассу нагревают до 800°С без доступа кислорода. В ходе реакции из биомассы выделяется H2, CO и CH4.

Водород также могут производить из канализационных стоков или морской воды отдельные виды зеленых водорослей (к примеру, Chlamydomonas reinhardtii).

В промышленных масштабах применение водорода ограничено, поскольку при взаимодействии с воздухом образуется гремучая смесь, которая крайне взрывоопасна.

 

Влияние использования топлива биологического происхождения на экологию:

Во многих странах мира возрастает спрос на топливо биологического происхождения. В погоне за выгодой большинство поставщиков деревянных гранул наращивают объемы торговли, тем самым способствуя вырубке лесов и других зеленых насаждений.

Интригой до сих пор остается вопрос углеродной нейтральности биоэнергетики – ученые спорят, существует ли риск добавления СО2 в атмосферу или доля таких выбросов не повлияет на природный баланс.

В некоторых странах Азии из-за непродуманных действий правительства, в связи с изъятием сельскохозяйственных земель из оборота, и выделением их под энергетические культуры ощущается острая нехватка продовольствия.

 

Другие виды топлива:

– биодизель,

– биотопливо,

– газойль,

– горючие сланцы,

– лигроин,

– мазут,

– нефть,

– попутный нефтяной газ,

– природный газ,

– свалочный газ,

– сланцевая нефть,

– сланцевый газ,

– синтез-газ.

 

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

 

карта сайта

биотопливо для камина купить своими руками в домашних условиях альтернативная энергия для биокаминов цена как сделать примеры презентация
виды ооо производство переработка поколения технология установка минусы плюсы использование получение биотоплива заводы в россии москва из отходов для автомобилей из водорослей
альтернативное твердое жидкое биотопливо спб домашних без дымохода как источник энергии

 

Коэффициент востребованности 1 085

Виды биотоплива: жидкое, твердое, газообразное

Технологии по производству биологического топлива решают проблему с поиском возобновляемых источников энергии с минимальным использованием ценных ресурсов, а также позволяют экологично утилизировать отходы различных производств в промышленных масштабах.

Биотопливо: сырье и технологии

Биотопливо производят из любого органического сырья. Это могут быть отходы жизнедеятельности животных, оболочка и стебли растений, некондиционная древесина, а также отходы пищевой промышленности.

Биомасса дробится, подвергается биологической либо термохимической обработке (нагревание, воздействие различных видов микроорганизмов). После чего образовавшиеся вещества сортируются, очищаются, затем отправляются в коллектор.

Биотопливо: сырье и технологииБиотопливо: сырье и технологии

Существует классификация биотоплива по типу исходного сырья:

  • Первое поколение топлива производится из растений с высоким содержанием сахаров, жиров, крахмала. Например, соя, рапс, кукуруза, а также сахарная свекла. Выращивание этих культур наносит вред климату.
  • Второе поколение биотопливного сырья: трава, древесина, отходы сельского хозяйства. Подобная биомасса требует более технологичных методов обработки, но решает также проблему утилизации промышленных отходов.
  • Сырьевой базой третьего поколения служат водоросли. Их специально выращивают, но для этого не требуется ни пресной воды, ни земельных площадей. Неприхотливые водоросли позволяют получать топливо без расхода ценных ресурсов.

Разные поколения биотоплива отличаются своими экологическими характеристиками. Наиболее предпочтительным вариантом для топливного производства является биомасса второго-третьего поколений.

Виды биотоплива

Как и другие вещества, биотопливо имеет три разновидности по своему агрегатному состоянию:

  • Твердый тип производится на основе отходов сельского хозяйства либо деревообработки.
  • Жидкий тип представлен биобутанолом, биоэтанолом, диметиловым эфиром, биодизелем.
  • Газообразный тип: биоводород, биометан, биогаз.

Все три разновидности имеют свои специфические особенности, которые рассмотрены ниже.

Твердое биологическое топливо

Самый традиционный пример твердого биотоплива — дрова. С их помощью обогревают жилища уже несколько тысяч лет. Но это далеко не самый экологичный вид топлива, поскольку древесному фонду для возобновления требуются десятки лет.

Твердое биологическое топливоТвердое биологическое топливо

Альтернативой дровам становятся пеллеты, которые производятся из некондиционной древесины — коры, веток, опилок, обрезков, а также щепы. Сырье перемалывается, затем из него под воздействием высокого давления и высокой температуры формируются мелкие цилиндрики или брикеты. Из-за правильной формы их удобно хранить. Кроме того, это прекрасный способ утилизации отходов деревообрабатывающей промышленности.

Помимо древесной массы для изготовления твердого топлива используют солому, ореховую шелуху, внешние оболочки растений. Такое сырье прессуется и гранулируется.

Не менее часто пеллеты изготавливают из навоза. Современные технологии позволяют устранить неприятный запах из такого вида топлива. Это хороший способ использования отходов жизнедеятельности животных. Кроме того, это дешевое сырье очень быстро возобновляется.

Жидкое биологическое топливо

Жидкое топливо служит альтернативой бензину, либо дополнением к традиционному автомобильному топливу. Различают пять основных видов жидкого биотоплива:

  • Биометанол. В качестве сырья для его производства служат одноклеточные водоросли. Разведение таких водорослей не требует ни пресной воды, ни земельных площадей, а потому это одно из наиболее перспективных направлений развития биотехнологий.
  • Биодизель — основан на смешивании эфиров жирных кислот. Он абсолютно безопасен, хранится три месяца, разлагается за четыре недели. Применяется как альтернативное автомобильное горючее либо как добавка к традиционному топливу.

Жидкое биологическое топливоЖидкое биологическое топливо

  • Биобутанол, является аналогом бутанола, но производится из растений: кукурузы, пшеницы, маниока и свеклы. Это вещество способно заменить традиционное автомобильное горючее.
  • Биоэтанол получают из сырья, содержащего сахара и крахмал, путем спиртового брожения. Применяется для топки каминов, поскольку обладает высокой теплоотдачей и не образует побочных продуктов горения. Может использоваться в качестве добавки к автомобильному топливу, поскольку защищает мотор и снижает количество выбросов.
  • Диметиловый эфир производится из отходов бумажного производства. Может применяться для изготовления автомобильного топлива для машин с LPG-двигателями.

Газообразное биологическое топливо

Основными типами газообразного биотоплива являются:

  • Биоводород — аналог водорода. Получают его из органического сырья двумя способами — термохимическим (нагрев до 800 градусов без доступа кислорода) и биохимическим (легкий подогрев и микроорганизмы). Преимущество этого вида топлива — его возобновляемость. Для сырьевой массы используются органические отходы; бактерии, участвующие в переработке сырья, можно использовать неоднократно.
  • Биогаз является аналогом природного газа. В его состав входит метан, углекислый газ, а также малое количество примесей (водород и сероводород). Если этот газ очистить от углекислоты, то получится биологический метан. Биогаз получается в результате метанового либо водородного брожения. Метановое брожение включает три этапа биологической обработки сырьевой массы: при помощи гидролизных бактерий, а также кислотообразующих и метанообразующих микроорганизмов. В качестве сырья служат отходы жизнедеятельности животных, водоросли, бытовые отходы. Сфера применения такая же, как у природного газа.

Плюсы и минусы биотоплива

Развитие биотехнологий решает проблему утилизации органических отходов, а также замены нефти и газа на альтернативные виды топлива. Но неразумное их использование может вызвать дополнительные проблемы с климатом, а также экосистемами. Рассмотрим несколько ключевых пунктов в развитии этой отрасли:

  • Биотопливо — это возобновляемый источник энергии с дешевым сырьем.
  • Технологии, основанные на переработке органических отходов, применимы везде, где есть люди и производственные комплексы.
  • Производство биологического топлива снижает уровень углекислого газа в атмосфере, а его применение вместо традиционного горючего уменьшает выработку углекислого газа.
  • Выращивание монокультур в больших масштабах (в качестве сырья для биотоплива) приводит к обеднению почвенного состава и снижению биоразнообразия, что оказывает влияние на климат.

Разумный подход к производству биологического топлива способен решить самые острые экологические проблемы окружающей среды.

Как сделать биотопливо самостоятельно — твердое, газообразное, жидкое

Здесь вы узнаете:

Как сделать биотопливо самостоятельно, интересная задача. Биотопливо бывает твердое, жидкое и газообразное. Преимуществ у биотоплива множество, но самое главное, что отходы его не загрязняют окружающую среду.

Что такое биотопливо

Энергия, скрывающаяся в растительной массе, является практически неиссякаемой, ведь ее источником служит наше солнце. Растения умеют использовать энергию солнца, перерабатывая ее для своего роста. В свою очередь, животные и птицы получают энергию, питаясь биомассой, при этом производят продукты жизнедеятельности. По определению, биотопливо — это горючее, получаемое из сырья растительного или животного происхождения, а также отходов жизнедеятельности и различных производств, связанных с обработкой биомассы.

Современные технологии позволяют получать биотопливо в трех видах: твердом, жидком и газообразном. Твердое горючее мы встречаем в жизни наиболее часто в виде пеллет и различных брикетов, получаемых методом прессования. Жидкое топливо – биодизель – в странах постсоветского пространства пока еще редкость, это обусловлено наличием большого количества ископаемых углеводородов по приемлемой цене. В то время как получать жидкое биотопливо из растительного масла достаточно дорого и технологически сложно.

biospirt.jpg

Производство горючего биогаза гораздо проще и дешевле, вследствие чего набирает все большую популярность. Владельцы животноводческих и птицеферм все чаще задумываются о приобретении биогазовой установки, ведь в их распоряжении имеется огромное количество помета и навоза, что как нельзя лучше подходят для этой цели.

Перечислять здесь все виды растительного сырья для переработки в топливо, его источники и технологию производства нет смысла. Нас интересуют только те виды биотоплива, которые можно успешно получать в домашних условиях, не вкладывая больших денежных средств. Вот они:

  • биогаз, извлекаемый из продуктов жизнедеятельности домашних животных и птицы;
  • брикеты из различных отходов растительного происхождения;
  • древесный уголь.

tverdoe-biotoplivo-iz-solomy.jpg

Конечно, если очень постараться, то можно самостоятельно изготовить и пеллеты, и экодизель, и даже экобензин. Подобными вещами люди занимаются в качестве хобби, затрачивая на это годы своей жизни и зачастую немалые средства. Для широкого круга пользователей такие непростые технологии малодоступны, а потому рассматривать их мы не будем.

Преимущества биотоплива

Всем известно, что любое изобретение — это хорошо забытое старое. Так вот биотопливо — далеко не открытие нашего времени, так как его умели производить еще в Древнем Китае. В качестве исходного материала в то время использовали ботву растений, траву, различные отходы и навоз. Преимуществ у такого сырья очень много, так что стоит ознакомиться с основными из них.

Невысокая стоимость

На современном рынке биотопливо по стоимости равно бензину. Но оно более чистое и производит минимум вредных выбросов. При использовании такого топлива можно существенно снизить затраты на техническое обслуживание тех агрегатов, где оно используется.

Возобновляемые источники

kak-sdelat-biotoplivo-v-domashnix-usloviyax3-300x203.jpg

Ферментация навоза в устройстве

Как известно, бензин получают из нефти, которая относится к невозобновляемым ресурсам. И, несмотря на то, что запасов нефти хватит еще не на одно десятилетие или даже столетие, она в итоге рано или поздно закончится. В свою очередь, биотопливо изготавливается из такого сырья, как:

  • навоз;
  • отходы культурных и диких растений;
  • сами растения в виде сои, рапса, кукурузы или тростника;
  • древесина и прочее.

Все они имеют свойство постоянно возобновляться.

Сокращение выбросов

В период сжигания ископаемое топливо (каменный уголь, природный газ, торф) производит значительное количество углекислого газа, который ученые называют парниковым. Использование нефти и угля повышает температуру атмосферы, что является одной из причин так называемого глобального потепления. Чтобы значительно уменьшить парниковый эффект, следует использовать биотопливо.

Проведенные исследования показали, что биологическое топливо существенно снижает выбросы парниковых газов до 65%.

Как известно из школьного курса ботаники, при выращивании растений из атмосферы частично поглощается оксид углерода, и происходит выделение кислорода в атмосферу. Это делает применение биотоплива еще более привлекательным.

Биотопливо — доступный и неисчерпаемый ресурс

Биотопливо — это используемые для получения тепловой энергии вещества биологического или животного происхождения.

Для производства биотоплива подходят как возобновляемые природные ресурсы, так и отходы, образующиеся в результате деятельности деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности и потребления человека.

В зависимости от целей и предназначения, биотопливо имеет различные агрегатные состояния: твёрдое, жидкое и газообразное.

Твёрдое

Твёрдое биотопливо на сегодняшний день держит пальму первенства как самый популярный вид альтернативного топлива.

Сырьём для производства твёрдого биотоплива служит биомасса, образующаяся из растительных остатков, стеблей и семян кукурузы, рапса, из соломы, опилок, щепы, хвои, листьев, а также сучки, ветки, кора, обрезки досок, бракованные части из дерева, навоз, торф и т. д. Биомассу прессуют в топливные гранулы (пеллеты) или брикетируют.

Энергетические леса, в состав которых входят быстрорастущие деревья и кустарниковые группы растений, позволяют поддерживать сырьевой баланс, обеспечивая производство биотоплива необходимым объёмом материала.

energeticheskiy-les-620x465.jpg
Быстрорастущие деревья сажают для использования их впоследствии в качестве сырья для производства биотоплива

Жидкое

В состав жидкого биотоплива входят спирты, эфиры, масла. Сырьём выступает та же биомасса, состоящая из растительных остатков, стеблей и семян кукурузы, рапса, сахарной свёклы и тростника, пшеницы, а также жмыха, выжимки, патоки и т.д.

Образование топлива происходит в результате спиртового брожения биологической массы с высоким содержанием крахмала и/или сахара, а также гидролизе. Образующийся в результате брожения раствор после очистки и дистилляции преобразуется в биоэтанол, биобутанол, биометанол, биодизель.

spirtovoe-brozhenie.jpg
Простейшее устройство для анаэробного брожения

Газообразное

Газообразное биотопливо или биогаз образуется в результате анаэробного брожения (перепревания) органических веществ. Для производства биогаза используют метанообразующие, гидролизные или кислотообразующие бактерий.

biotoplivo-biogaz-620x415.jpg
Размещение экологически чистого производства

Наряду с общепринятой, используется и альтернативная классификация биотоплива по поколениям:

  • к первому поколению относится биотопливо, производимое из биологического сырья посредством брожения;
  • биотопливо второго поколения получают из неопасных отходов производства и потребления;
  • к третьему поколению относится производство биотоплива из растительных жиров, содержащихся в водорослях.

Способы изготовления своими руками

Существует множество вариантов производства биотоплива в домашних условиях. Эти варианты мы и рассмотрим.

Биотопливо из навоза

navoz-i-korova.jpg

Биотопливо из навоза получается путем брожения органических отходов. Смесь помещается в специальный герметичный бункер на длительный срок. В результате испарения жидкости, выделяется газ, которым и можно воспользоваться при обогреве жилых помещений или для приготовления пищи и жидкое удобрение, которое является основой экологического земледелия.

Продукция, которая выращивается с использованием таких удобрений, является экологически чистой и ее продажная стоимость возрастает по сравнению с продуктами выращенными с использованием пестицидов и других химических удобрений.

Производство биогаза

biogazovie-ustanovki-300x225.jpg

Вторым продуктом, который мы получаем в результате брожения навоза, является газ.

Для получения газа из этого сырья используется:

  • навоз;
  • птичий помет;
  • стоки туалета;
  • пищевые отходы;
  • растительная масса;

Все сырье должно быть измельчено, иначе трубы, предназначенные для вывода отработанного сырья, могут засориться.

Получить газ можно и в домашних условиях. Для этого, необходимо приобрести газонепроницаемую емкость. Эта емкость должна быть герметичной, так как воздух не должен контактировать с полученным газом.

Затем необходимо поместить сырье (навоз) внутрь этой емкости, немного нагреть и подождать 5 дней. Затем, полученный газ собрать в емкость и применять по своему усмотрению. Устройство по изготовлению биогаза можно собрать самостоятельно, а можно приобрести у фирмы, специализирующейся по продаже этого оборудования.

Схемы самодельных биогазовых установок

Простейшая схема биогазовой установки — это герметичная емкость — биореактор, в который сливается подготовленная жижа. Соответственно есть люк загрузки навоза и люк выгрузки переработанного сырья.

biogaz-shema-1-600x350.jpg

Простейшая схема биогазовой установки без «наворотов»

Емкость заполняется субстратом не полностью: 10-15% объема должно оставаться свободным для сбора газа. В крышку бака встраивается труба для отведения газа. Так как в полученном газе содержится довольно большое количество водяных паров, гореть в таком виде он не будет. Потому необходимо его для осушения пропустить через гидрозатвор. В этом нехитром устройстве большая часть водяного пара сконденсируется, и газ уже будет хорошо гореть. Потом газ желательно очистить от негорючего сероводорода и только потом его можно подавать в газгольдер — емкость для сбора газа. А оттуда уже можно разводить к потребителям: подавать на котел или газовую печь.

Большие промышленные установки размещают на поверхности. И это, в принципе, понятно — слишком велики объемы земельных работ. Но в небольших хозяйствах чашу бункера закапывают в землю. Это во-первых, позволяет снизить затраты на поддержание требуемой температуры, а во-вторых, на частном подворье и так достаточно всяких устройств.

Емкость можно взять готовую, или в вырытом котловане сделать из кирпича, бетона и т.д. Но придется в этом случае позаботиться о герметичности и непроходимости воздуха: процесс анаэробный — без доступа воздуха, потому необходимо создать непроницаемую для кислорода прослойку. Сооружение получается многослойным и изготовление такого бункера длительный и затратный процесс. Потому дешевле и проще закопать готовую емкость. Раньше это обязательно были металлические бочки, часто из нержавейки. Сегодня с появлением на рынке емкостей из ПВХ можно использовать их. Они химически нейтральны, имеют низкую теплопроводность, длительный срок эксплуатации, и стоят в разы дешевле нержавеек.

biogaz-shema-5-600x253.jpg

Биореактор не обязательно закапывать. Это очень неплохой вариант, и обслуживать его удобно. Но зимой придется еще дополнительные меры по утеплению принимать. А газ отводится в специальные мешки-газгольдеры

Но описанная выше биогазовая установка будет иметь малую производительность. Для активизации процесса переработки необходимо активное перемешивание массы, находящейся в бункере. В противном случае на поверхности или в толще субстрата образуется корка, которая замедляет процесс разложения, газа на выходе получается меньше. Перемешивание проводится любым доступным способом. Например, таким, как продемонстрировано в видео. Привод при этом можно сделать любой.

Есть еще один способ перемешивания слоев, но не механический — барбитация: вырабатываемый газ под давлением подают в нижнюю часть емкости с навозом. Поднимаясь вверх, пузырьки газа будут разбивать корку. Так как подается все тот же биогаз, то никаких изменений условий переработки не будет. Также этот газ нельзя считать расходом — он снова попадет в газгольдер.

Как говорилось выше, для хорошей производительности необходима повышенная температура. Чтобы не особенно тратиться на поддержание этой температуры необходимо позаботиться об утеплении. Какого типа теплоизолятор выбирать, конечно, дело ваше, но сегодня самый оптимальный — пенополистирол. Он не боится воды, не поражается грибками и грызунами, имеет длительный срок эксплуатации и отличные показатели по теплоизоляции.

biogaz-shema-6-1-600x189.jpg

Для увеличения температуры субстрата подойдет любая технология обогрева. Важно добиться требуемой температуры. От этого зависит эффективность установки

Формы биореактора могут быть разные, но чаще всего встречается цилиндрическая. Она неидеальна с точки зрения сложности перемешивания субстрата, но используется чаще, потому что у людей накоплен большой опыт построения подобных емкостей. А если такой цилиндр разделить перегородкой, то можно использовать их как два отдельных резервуара, в которых процесс смещен по времени. При этом в перегородку можно встроить нагревательный элемент, таким образом решив проблему поддержания температуры сразу в двух камерах.

biogaz-shema-3-600x518.jpg

Если обычный цилиндр разделить вертикальной перегородкой, получить можно две камеры для переработки

В самом простом варианте самодельные биогазовые установки — это прямоугольной формы яма, стенки которой сделаны из бетона, а для герметичности обработаны слоем стеклопластика и полиэфирной смолы. Такая емкость снабжается крышкой. Она крайне неудобна в эксплуатации: трудно реализуется и подогрев, перемешивание и отведение сбродившей массы, добиться полной переработки и высокой эффективности невозможно.

biogaz-shema-4-600x415.jpg

Биогазовая установка своими руками: чертежи установки траншейного типа

Чуть лучше обстоит дело с траншейными биогазовыми установками переработки навоза. Они имеют скошенные края, что облегчает загрузку свежего навоза. Если сделать дно под уклоном, то в одну сторону самотеком будет смещаться сбродившая масса и отбирать ее будет проще. В таких установках нужно предусмотреть теплоизоляцию не только стен, но и крышки. Подобная биогазовая установка своими руками реализуется несложно. Но полной переработки и максимального количества газа в ней не добиться. Даже при условии подогрева.

С основными техническими вопросами разбирались, и вы теперь знаете несколько способов того, как построить установку для получения биогаза из навоза. Остались технологические нюансы.

Уголь для создания биогаза

bochka1-200.jpg

Для создания биотоплива может пригодиться и древесный уголь, тот самый уголь, без которого нам не обойтись на природе при жарке овощей и шашлыка. Его можно приобрести в магазине, а можно и сделать самому.

Уголь в домашних условиях можно изготовить 2 способами:

  • в бочке;
  • в яме;

Рассмотрим каждый способ по отдельности.  И после этого вы сможете делать уголь самостоятельно.

Для изготовления древесного угля в бочке вам понадобится, собственно говоря, бочка объемом 200 литров. Внизу бочки делаем штуцер для нагнетания кислорода. Затем в бочке разводим костер, постепенно добавляя поленья.

Когда бочка будет наполовину наполнена дровами, начинаем нагнетать кислород. Для этого, можно воспользоваться пылесосом. После этого, количество дыма уменьшится, а огонь будет гореть лучше. Когда поленья немного прогорят, необходимо закрыть бочку крышкой, а имеющиеся щели замазать мокрой глиной или землей. Ожидаем до полного остывания бочки и древесный уголь готов.

Для изготовления угля в яме нам необходимо выкопать яму, диаметр которой будет равен 0,8 м со скошенными стенками, и разжечь в ней костер. Но прежде, чем разжигать костер, возьмите достаточное количество поленьев, сушняка, веток деревьев из которых вы будете получать уголь.

Дрова в костер укладывайте плотно и постепенно по слоям, один за другим. Дождитесь полного выжигания дров (на это уйдет порядка 3 часов), далее накрывайте поленья мхом или сухими листьями, присыпьте землей и все хорошенько утрамбуйте. Спустя 2 дня уголь будет готов.

Рапсовое биотопливо

semena-rapsa-300x300.png

Из семян рапса поступивших в маслобойню получают масло и шрот. Далее, это масло поступает в специальную установку, где в результате различных химических реакций из рапсового масла получают метиловый эфир – биодизель.

Перед использованием, его необходимо профильтровать. Этот вид дизеля отличается лучшей воспламеняемостью по сравнению с обычным дизельным топливом.

Жжение древесного угля

ugol-0-200.jpg
Когда говорим – древесный уголь, то сразу представляем себе отдых на природе, шашлыки, барбекю. Приятный дымок, мерцающие огоньки в шашлычнице! Однако применение древесного угля не ограничивается только приготовлением мяса, он необходим в кузнечном деле, литейных работах, медицине, для фильтрации питьевой воды и даже для изготовления пороха и для домашних нужд.

Кому приходилось иметь дело с древесным углем, знают, что его покупка стоит немалых денег, и они частенько задумываются о том, как можно его получить самостоятельно в домашних или полевых условиях, собственноручно – своими, очень умелыми руками. Действительно, это возможно! Причем есть два наиболее распространенных способа – производство данного биотоплива в яме или в металлической бочке.

Способ изготовления угля в яме

ugol-1-200.jpg
Обычно жжение угля проводят в лесу, что удобнее, чем в домашних условиях, но в связи с повсеместными пожарами в лесах, о месте и времени проведения работ нужно хорошо подумать.

Выбирается место рядом с большим запасом сушняка или поваленным деревом, причем такое, чтобы не повредить окружающую растительность. Для того чтобы получить два мешка угля достаточно выкопать яму глубиной 50 см и диаметром 75-80 см с немного скошенными стенками. Это также несложно выполнить своими руками.

На уплотненном дне ямы руками разводится небольшой костер из сухой бересты и мелких веток, и когда огонь хорошо разгорится, на него укладываются заготовленные дрова небольшого размера, примерно до 30 см длиной. Если выбирать ветки диаметром около 7 см, то с распилом можно вполне справиться своими силами, без помощника. Дрова укладываются плотно и постепенно, по мере обжига каждого слоя. Хорошо обгоревшие дрова можно поправить длинной палкой.

ugol-2-200.jpg
Для полного выжига в таких условиях достаточно 3-х часов. Затем угли укрываются мхом, сухими листьями или травой и засыпаются землей, которую плотно утрамбовывают. Чтобы уголь достаточно остыл, потребуется еще двое суток, после чего твердое биотопливо будет готово. По истечении этого времени с ямы снимается слой земли, уголь выгребается, просеивается и упаковывается в мешки.

Если новая закладка дров не делается, то яма засыпается таким образом, чтобы плодородный слой земли оказался на поверхности, все также укрывается листвой. Конечно такое производство угля требует некоторых материальных и физических затрат, однако это намного дешевле стоимости его покупки, да еще присутствует моральный аспект – все достигнуто своими стараниями и сделано собственными руками.

Способ изготовления угля в бочке на собственной территории

Для того, чтобы получить твердое биотопливо в домашних условиях, а именно древесный уголь, используется толстостенная металлическая бочка емкостью 200 литров. Внизу необходимо сделать штуцер для принудительного нагнетания воздуха бытовым пылесосом.

Точно так же, как и в яме, на дне бочки разводится небольшой костер, а затем постепенно добавляются небольшие чурки. Для более плотной укладки дров бочку можно периодически потряхивать. После подачи воздуха дрова будут менее дымить и хорошо охватятся пламенем. Подачу воздуха снизу нужно начинать только после наполнения бочки дровами примерно наполовину. Также периодически нужно поправлять угли шестом и не забывать о технике безопасности, работая в «горячих» условиях.

bochka2-200.jpg
Для продолжения процесса жжения угля без доступа воздуха следует укрыть бочку крышкой и замазать все щели раствором земли с водой. Если нет «родной» крышки, то ее следует сделать из какого-либо куска железа.

Нужно учесть, что при таком методе работы в домашних, зачастую неприспособленных условиях, образуется какое-то количество брака и золы, но в разумных пределах. После окончательного остывания бочки ее переворачивают, а готовый уголь просеивают и фасуют. Вот такое производство, которое можно осилить своими руками.

С первого раза может и не получится качественный уголь, но терпение и труд – все перетрут! Главное, чтобы с соседями не поругаться из-за сильного задымления.

Твердое биотопливо — пеллеты

В последнее время очень много ходит различных слухов или даже своеобразных «легенд» о том, что одним из наиболее перспективных и высокорентабельных видов малого бизнеса может стать производство топливных пеллет – особого вида биологического топлива.  Давайте внимательнее глянем на достоинства твердого гранулированного топлива и на процесс его получения.

Для чего и как производят топливные пеллеты

Лесозаготовки, деревообрабатывающие предприятия, сельскохозяйственные комплексы, некоторые другие производственные линии обязательно выдают, помимо основной продукции, очень большое количество древесных или иных растительных отходов, которые, казалось бы, уже не имеют никакой практической ценности. Еще не та дано они попросту сжигались, выбрасывая дым атмосферу, или даже бесхозяйственно разлагались огромными «терриконами». Но ведь в них заложен огромный энергетический потенциал! Если эти отходы привести в состояние, удобное для использования в виде топлива, то, наряду с решением проблемы утилизации, можно ещё и прибыль получить! Именно на этих принципах и базируется производство твердого биотоплива – пеллет.

По сути – это спрессованные гранулы цилиндрической формы, имеющие диаметр от 4 ÷ 5 и до 9 ÷ 10 мм, и длину примерно 15 ÷ 50 мм. Такая форма выпуска очень удобна – гранулы легко фасуются в мешки, их несложно транспортировать, они отлично подходят для автоматической подачи топлива в твёрдотопливные котлы, например, с помощью шнекового загрузчика.

Пеллеты прессуются и из отходов натуральной древесины, и из коры, веток, хвои, сухих листьев и других побочных продуктов лесозаготовок. Получают их из соломы, лузги, жмыха, а в некоторых случаях сырьем служит даже куриный помет. На производстве пеллет пускают торф – именно в такой форме у него достигается максимальная теплоотдача при сгорании.

Безусловно, разное сырьедает и различные характеристики получаемых пеллет – по их энергоотдаче, зольности (количеству остающегося несгораемого компонента), влажности, плотности, цене. Чем выше качество, тем меньше хлопот с отопительными приборами, тем выше КПД системы отопления.

Некоторые пеллеты можно использовать не только в виде топлива, но и как удобрение или состав для мульчирования почвы. Тем не менее основное их предназначение, безусловно – топливо для котлов, и здесь у них немало выраженных преимуществ перед другими видами твердого топлива. Так, например, это абсолютно чистый вид топлива с точки зрения экологии. В процессе производства пеллет не используется никаких химических добавок или формовочных смесей.

По своей удельной калорийности (в объемном отношении) пеллеты оставляют позади все виды дров и угля. Хранение же такого топлива не требует больших площадей или создания каких-либо особых условий. В спрессованной древесине, в отличие от опилок, никогда не начинается процессов гниения или прения, так что риска самовоспламенения такого биотоплива нет.

Теперь к вопросу производства пеллет. По сути, весь цикл просто и понятно изображен на схеме (показано сельскохозяйственное сырье, но в равной мере это относится и к любым древесным отходам):

В первую очередь отходы проходят стадию дробления (обычно до размеров щепы до 50 мм длиной и 2 ÷ 3 мм толщиной). Затем следует процедура сушки – необходимо, чтобы остаточная влажность не превышала 12%. Если есть необходимость, то щепу дробят в еще более мелкую фракцию, доводя ее состояние почти до уровня древесной муки. Оптимальным считается, если размер частиц, поступающих на линию прессования пеллет, будет в пределах 4 мм.

Прежде чем сырьепопадет в грануляторы, его слегка пропаривают или кратковременно погружают в воду. И, наконец, на линии прессовки пеллет эта «древесная мука» продавливается через калибровочные отверстия специальной матрицы, имеющие конусную форму. Такая конфигурация каналов способствует максимальному сжатию измельченной древесины с, естественно, резким ее нагревом. При этом имеющееся в любой целлюлозосодержащей структуре вещество лигнин надежно «склеивает» все мельчайшие частицы, создавая очень плотную и прочную гранулу.

На выходе из матрицы полученные «колбаски» срезаются специальным ножом, что дает цилиндрические гранулы нужной длины. Они поступают в бункер, а оттуда – в приемник готовых пеллет. По сути, осталось только охладить готовые гранулы и расфасовать по мешкам.

Матрицы могут быть цилиндрическими или плоскими. Первые — более производительные, используются в основном в мощных промышленных установках. На небольших грануляторах, которые чаще используются в индивидуальном хозяйстве, обычно устанавливаются плоские.

Гонят из опилок. Что за биотопливо изобрели наши учёные? | Экология | Общество

Интерес к биотопливу в мире сейчас огромный — его использование неизменно связывают с экологией и охраной окружающей среды. Как правило, производят его из сои, рапса, кукурузы, тростника или других злаков. Делается это путём ферментации биомассы. Собранную сельхозкультуру подвергают брожению с помощью химикатов или бактерий. В итоге образуется этанол и другие виды спиртов или же газообразное топливо.

Однако в последнее время звучат голоса скептиков: дескать, производство биотоплива экологически нецелесообразно, поскольку оно наносит ущерб климату больший, чем тот, которого удаётся избежать за счёт отказа от сжигания ископаемых углеводородов. Причина, в первую очередь, в вырубке лесов под плантации. 

В России давно применяется технология производства биомассы (а затем и биотоплива) из отходов лесной промышленности — опилок, стружки, коры, щепы, остатков древесины. Их спрессовывают и получают пеллеты и брикеты, которые затем сжигают в котельных и электрогенераторах. Но у технологии есть ряд недостатков. Например, такая биомасса имеет низкую энергетическую плотность. Учёные из МФТИ и Объединённого института высоких температур РАН предлагают своё решение. 

В чём суть метода? 

Исследователи подвергают древесную биомассу термической обработке при отсутствии или незначительном содержании кислорода. Печь заполняют спрессованными брикетами из древесных отходов, а сверху засыпают толстым слоем минерального наполнителя. Это может быть специальная глина, тальк или мел. Компоненты химически устойчивы и относительно недороги. Затем реактор нагревают до 200-300°C, и отходы древесины, разлагаясь на более простые молекулы, постепенно превращаются в подобие угля. Приблизительно так в недрах нашей планеты на протяжении миллионов лет из погибших растений формировался каменный и бурый уголь.

«При такой технологии можно получать биотопливо весьма высокого качества, с энергетическими характеристиками близкими к углю, — говорит один из авторов исследования, доктор технических наук Борис Кичатов. — По сути своей метод прост. Для производства не требуется больших капитальных затрат. Это важно для предприятий малого и среднего бизнеса. Установки, использующие подобную технологию, можно размещать в местах, где непосредственно идёт заготовка древесины. В настоящий момент отходы, образующиеся при вырубке лесов (пни, ветви деревьев), как правило, сжигают, а порой просто выбрасывают. В последнем случае они становятся источником для развития болезней и вредителей лесов. Технология, которую мы предлагаем, позволит создавать относительно небольшие производства».

Ещё одно важное достоинство нового вида биотоплива: его сжигание не будет приводить к дополнительным выбросам углекислого газа в атмосферу. Кроме того, технология в качестве побочных продуктов даёт весьма ценные химические соединения. Они пригодятся в других отраслях промышленности.

На что ещё делать ставку? 

Несмотря на большие запасы нефти, газа и угля, Россия пытается развивать у себя производство топлива из растительного сырья. В первую очередь, конечно, из отходов всё той же древесины. (Справедливости ради скажем, что обычные дрова — это тоже вид биотоплива). 

Юные конструкторы из «атомных» технопарков защищали свои проекты перед Большим жюри.

«У России огромный потенциал для развития этого сектора энергетики, — считает директор ООО „Лесная сертификация“ Павел Трушевский. — По экспертным данным, в стране в том или ином виде образуется до 80 млн кубометров древесного сырья в год. Это порубочные остатки на делянках, древесина, оставленная на корню, щепа, опилки. Поэтому Россия — очень интересный рынок для производства биотоплива. Причём начать стоит с внутреннего рынка. У нас много котельных, которые находятся где-то в лесных районах и при этом работают на дорогом мазуте. Спрашивается, зачем везти туда мазут, если рядом с ними растёт лес? Более дешёвая и экологически чистая энергия, способная создавать рабочие места, валяется у них под ногами». 

Например, с угля на древесное биотопливо планируют перевести в ближайшее время Байкальскаую ТЭЦ в Иркутской области. Местные власти подсчитали и поняли, что это будет выгоднее, чем переход на газ. Кстати, биогаз (то есть газ, получаемый в результате брожения биомассы) — второй по перспективам вид биотоплива в нашей стране. Ставку нужно делать на отходы сельского хозяйства, в том числе жизнедеятельности домашних животных — навоз, помёт… 

Что касается выращивания рапса, кукурузы или тем более тростника, тут эксперты проявляют сдержанность. К чему создавать новые плантации, если 45% территории России покрыто лесами и их возобновляемый потенциал почти не используется? 

В принципе, гнать этиловый спирт много из чего можно, но какова будет цена вопроса? Недавно химики из МГУ предложили технологию получения этанола из грибов. Их в наших лесах тоже видимо-невидимо. Но не нужно быть семи пядей во лбу, чтобы понять: себестоимость такого биотоплива будет куда выше, чем полученного из древесины.

альтернатива есть  — журнал За рулем

Питательную энергию для двигателей внутреннего сгорания можно не только выкачивать из истощенных недр, но и выращивать на поле или даже брать из компостной кучи.

«Вольво» предлагает на родине широкую гамму моделей, работающих на биоэтаноле. Несколько прежних двигателей заменил единственный 1,6-литровый турбомотор мощностью 180 л.с. Силовой агрегат прошлой волны, 2-литровый 145-сильный атмосферник, уйдет со сцены вместе с устаревшими моделями C30, S40, V50.

«Вольво» предлагает на родине широкую гамму моделей, работающих на биоэтаноле. Несколько прежних двигателей заменил единственный 1,6-литровый турбомотор мощностью 180 л.с. Силовой агрегат прошлой волны, 2-литровый 145-сильный атмосферник, уйдет со сцены вместе с устаревшими моделями C30, S40, V50.

«Вольво» предлагает на родине широкую гамму моделей, работающих на биоэтаноле. Несколько прежних двигателей заменил единственный 1,6-литровый турбомотор мощностью 180 л.с. Силовой агрегат прошлой волны, 2-литровый 145-сильный атмосферник, уйдет со сцены вместе с устаревшими моделями C30, S40, V50.

Несмотря на отчаянные усилия конструкторов электрифицировать все, что движется, автомобилю в ближайшем будущем без традиционного двигателя не обойтись. Беда в том, что на большей части планеты его меню состоит лишь из невозобновляемых ресурсов — нефти и газа. Однако мотор не прочь питаться и разбавленным горючим. А потому нехитрый бизнес героя фильма «Джентльмены удачи» за 40 лет сделал не один шаг вперед.

АЛКОГОЛИКИ — НАШ ПРОФИЛЬ

На первом месте по популярности — добавление в бензин биоэтанола, то есть спирта из растительного сырья. Около 90% его производства приходится на Бразилию и США. Южноамериканцы гонят спирт из сахарного тростника, северные соседи — преимущественно из кукурузы. Сгодятся и другие растения с высоким содержанием крахмала или сахара, а также целлюлоза.

В некоторых странах добавление от 5 до 15% этанола установлено законодательно. Стандартному двигателю не повредит, если ему в бензин плеснут до 10% спирта. На колонки со смесями, содержащими более десятой доли этанола, обязательно наносят предупреждение об этом: старым двигателям такой рацион может не понравиться.

Бразильцы практикуют езду на биотопливе еще со времен нефтяных кризисов 70‑х годов прошлого века. Сейчас в стране нет в продаже бензина, в котором этанола менее 20% (Е20). Альтернатива этой смеси — только чистый Е100 (95–96% спирта и 4–5% воды). В Швеции и США распространена смесь Е85. Заправлять ими можно только «гибкотопливные» (flex-fuel) автомобили. Их система питания настроена под этанол — чистый или в сочетании с бензином в любой пропорции. Кроме того, октановое число спирта выше, чем у бензина, поэтому обычно требуются еще и переделки по железу, чтобы поднять степень сжатия до 12…13,5:1. Отсюда — более высокий КПД, лучшие мощностные показатели и меньшее количество выбросов. С другой стороны, теплотворная способность E85 ниже, чем у бензина, — если двигатель заправить такой смесью, он потеряет примерно четверть прежних сил.

На рынке Бразилии, мирового лидера в использовании этанола (парк автомобилей flex-fuel превышает 14,5 млн. штук), представлено более 80 моделей разных мировых брендов. В США такие автомобили почти столь же популярны (около 10 млн. машин), что заставляет местную «большую тройку» тоже выпускать биомодификации.

На рынке Бразилии, мирового лидера в использовании этанола (парк автомобилей flex-fuel превышает 14,5 млн. штук), представлено более 80 моделей разных мировых брендов. В США такие автомобили почти столь же популярны (около 10 млн. машин), что заставляет местную «большую тройку» тоже выпускать биомодификации.

На рынке Бразилии, мирового лидера в использовании этанола (парк автомобилей flex-fuel превышает 14,5 млн. штук), представлено более 80 моделей разных мировых брендов. В США такие автомобили почти столь же популярны (около 10 млн. машин), что заставляет местную «большую тройку» тоже выпускать биомодификации.

ВЕГЕТАРИАНСКОЕ МЕНЮ

По нестандартным рецептам готовят и дизельное топливо. Сырьем служат рапс, соя, различные масла и жиры. Такое топливо маркируют буквой В и цифрами, соответствующими доле растительных компонентов в смеси. Цетановое число топлива выше, чем у обычного: 51 против 42–45. Горючее отлично разлагается, не нанося вреда окружающей среде, и практически не содержит серы. Из значимых недостатков — недолгий срок хранения.

Биодобавки к дизельному топливу пока не получили такого широкого распространения, как биоэтанол. Тем не менее его производят во многих странах. Есть страны, где пятипроцентное содержание «био» узаконено и не требует упоминания при продаже.

КОМАНДА «ГАЗЫ»

Из биомассы получают и газообразное топливо, также отлично подходящее автомобилям. Например, метан — один из основных компонентов природного и так называемых попутных газов, получающихся при перегонке нефти. Столь полезное ископаемое с легкостью заменит никому не нужная гора органического мусора — от банального навоза до отходов рыбного, мясного, молочного и овощного производств. Этой биомассой и питаются бактерии, вырабатывающие биогаз. Очистив его от газа углекислого, получают так называемый биометан. Его главное отличие от обычного метана, на котором работают многие серийные модели, — он не является полезным ископаемым. Уж что-что, а навоз и растения раньше конца жизни на планете не иссякнут.

Схема производства биометана (все схемы и таблицы открываются в полный размер по клику мышки):

Схема производства биометана

Биомасса служит и для получения другого автомобильного газа — водорода. Его выделяют, нагревая сырье до высоких температур без доступа кислорода или опять-таки призывают на работу бактерии. В ход идет все — от древесины до водорослей. Впрочем, этот газ пока не особенно актуален для рядовых потребителей. В перспективе его хотят использовать как горючее в топливных элементах, которые появятся в серийном производстве (по самым оптимистичным прогнозам концерна «Даймлер») не раньше чем через пять-семь лет. И еще через столько же — адекватные доходам цифры на ценнике.

ПЛЮС НА МИНУС ДАЕТ…

Все перечисленные альтернативы традиционному нефтяному топливу, увы, не лишены недостатков. Например, у наиболее распространенного биоэтанола — затрудненный пуск в зимнее время. Чтобы побороть недуг, автомобили, работающие на смесях Е85 и Е100, дополнительно оснащают подогревателем двигателя или небольшим баком с чистым бензином для холодного пуска. В Швеции предлагают зимний (по аналогии с дизтопливом) состав смеси — в холодное время содержание этанола снижают с 85 до 75%.

НЕОБХОДИМЫЕ ДОРАБОТКИ СИСТЕМ АВТОМОБИЛЯ ДЛЯ РАБОТЫ НА БИОЭТАНОЛЕ

Существует и сугубо российская проблема. По давней традиции наше государство считает спирт веществом антисоциальным и оберегает от него граждан налогами и ограничениями. При таком раскладе стоимость спиртового горючего едва ли будет привлекательнее, чем привычного бензина. И разрешат ли продавать этанол круглосуточно?..

Есть и препятствия глобального масштаба. Одно из них — отсутствие единых стандартов и требований к биотопливу. Где гарантии, что, например, колесящему по Германии многотопливному «Опелю» понравится биобензин в соседней Франции, изготовленный из другого сырья? Поэтому современные модели, работающие на биотопливе, обычно не брезгуют бензином или дизтопливом.

ТИПЫ СМЕСЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИОЭТАНОЛА

Любимый аргумент инициаторов активного распространения биотоплива — независимость от невозобновляемых природных ресурсов. Сразу возникает несколько «но». Во-первых, страны-экспортеры нефти и газа приложат все усилия, чтобы воспрепятствовать этому. Для них расстаться с основной (иногда единственной) статьей доходов — катастрофа. Во-вторых, чтобы производить в больших объемах биоэтанол или биодизель, понадобятся огромные участки плодородной земли для выращивания сырья. Можно, конечно, потеснить на полях картошку или пшеницу, — но кто даст гарантию, что доселе благополучные страны не окажутся на пороге продовольственного кризиса?

Пока запасы нефти и газа достаточны, а цены на их добычу и переработку не поднялись на запредельную высоту, биотопливу суждено оставаться лишь добавкой, а не весомой альтернативой основным источникам энергии. Хотя стартовая площадка для взлета неплохая: технологии отработаны, производство совершенствуется с каждым днем. Да и получаемые киловатты обходятся сравнительно дешево. А потому биотопливо — пожалуй, один из наиболее серьезных конкурентов углеводородному горючему. Как подтверждение — миллионы серийных автомобилей, работающих или готовых работать на топливе с приставкой «био». А что до остальных трудностей, сдерживающих развитие этой отрасли, то они вполне разрешимы.

На биометан частично пере- веден обществен- ный транспорт нескольких городов Европы и США. Однако широкого распространения это начинание пока не получило.

Биотопливо. Растения выручат, когда закончится нефть

Ещё с незапамятных времён люди научились получать горючие жидкости из растений. Они применяли их в пищевой промышленности, медицине, в качестве горючего для ламп, а как топливо для машин их не использовали. Современные же проблемы с истощением запасов нефти заставили взглянуть на горючие вещества из растений, как на топливо. Уже сейчас существуют биорастительные аналоги бензина и солярки, которые способны достойно их заменить. Под нарастающим давлением информации, говорящей, что разведанных запасов осталось на 50 лет, биотопливо потихоньку выходит на уровень промышленного производства. 

Что такое биотопливо и его виды

Биотопливо существует в трёх формах: жидкое, твёрдое и газообразное. Твёрдое — это дерево, опилки, высохший навоз. Жидкое — это биоспирты (этиловый, метиловый и бутиловый и др.) и биодизель. Газообразное топливо — это водород и метан, полученный путём брожения растений и навоза. Многие растения можно переработать в топливо, например, рапс, сою, канолу, ятрофу и др. А также для этих целей подходят различные растительные масла: кокосовое, пальмовое, касторовое. Все они содержат достаточное количество жиров, которые и позволяют сделать из них топливо. Ещё недавно учёные открыли водоросли, растущие в озёрах, из которых можно делать биодизель. По оценкам Департамента Энергетики США, из озера размером десять на сорок метров, засаженного водорослями, можно получить до 3570 баррелей бионефти. По расчётам экспертов, 10% земли США, отданные под такие озёра, способны обеспечить все автомобили американцев топливом на год. Разработанная технология была готова к применению в Калифорнии, Гавайях и Нью-Мексико ещё в 2000 году, но из-за низкой цены на нефть так и осталась в виде проекта. 

shutterstock_1175962528.jpg

Истории биотоплива

Если заглянуть в прошлое России, то неожиданно можно узнать, что ещё в СССР растительное биотопливо уже применялось. Например, 30-е годы XX века топливо для самолётов было с добавками биотоплива (биоэтанола). Первая советская ракета Р-1 работала на смеси кислорода и водного раствора этилового спирта. Во время Великой Отечественной войны грузовые автомобили «Полуторки» заправлялись не бензином, которого не хватало, а биогазом, вырабатываемом на передвижных газогенераторах. В Европе, в промышленных масштабах, биотопливо начали производить в 1992 году. Спустя восемнадцать лет уже насчитывалось около двухсот производств, дающих 16 млн тонн биодизеля, к 2010 году они выдавали уже 19 миллиардов литров. Россия пока не может похвастаться европейскими объёмами производства биодизеля, но в нашей стране существуют биотопливные программы в Алтае и Липецке. В 2007 году российский биодизель на основе рапса был испытан на тепловозах Воронеж-Курской Юго-Восточной железной дороги, по итогам тестов руководители РЖД выразили желание использовать его в промышленных объёмах.

В современном мире уже более десятка крупных стран развивают технологии производства биотоплива. В Швеции из города Йёнчёпинг в Вестервик регулярно ездит поезд на биогазе, он стал достопримечательностью, прискорбно только то, что газ для него делают из отходов местной скотобойни. Более того, в Йёнчёпинге большая часть автобусов и мусоровозов заправляют биотопливом.

В Бразилии развивают крупные производства биоэтанола из сахарного тростника. В итоге почти треть транспорта этой страны ездит на альтернативном топливе. А в Индии биотопливо используют в далёких районах для заправки генераторов, дающих электричество для небольших поселений. В Китае из рисовой соломки делают биотопливо для двигателей внутреннего сгорания, а в Индонезии и Малайзии его изготавливают из кокосов и пальм, для чего специально сажают эти растения на огромных территориях. В Испании развивают последние тенденции в производстве биотоплива: морские фермы, в которых выращивают быстроразмножающиеся водоросли, перерабатываемые в топливо. А в США разработали масленое топливо для самолётов в университете Северной Дакоты. Тем же заняты в Южной Африке, там запустили проект Waste to Wing, в рамках которого будут делать топливо для самолётов из растительных отходов, их поддерживает WWF, Fetola, SkyNRG. 

shutterstock_1023567511.jpg

Плюсы биотоплива

· Быстрое восстановление сырья для производства. Если для образования нефти необходимы сотни лет, то для вырастания растений несколько лет.

· Экологическая безопасность. Биотопливо перерабатывается природой практически полностью, примерно за месяц микроорганизмы, обитающие в воде и почве, способны его разобрать на безопасные элементы.

· Снижение выбросов парниковых газов. Машины на биотопливе выбрасывают значительно меньше СО2. Собственно они выбрасывают ровно столько сколько растение поглотило его в процессе роста.

· Достаточная безопасность. Для воспламенения биотопливу необходимо превысить температуру в 100 °С, что делает его безопасным.

Минусы биотоплива

· Недолговечность биотоплива. Биоэтанолы и биодизель можно хранить не более трёх месяцев из-за постепенного разложения.

· Чувствительность к низким температурам. В зимнее время необходимо подогревать жидкое биотопливо, иначе оно не заработает.

· Отчуждение плодородных земель. Необходимость отдавать хорошие земли под выращивание сырья для биотоплива, тем самым уменьшая сельскохозяйственные угодья. 

Почему биотоплива нет в России

Россия — большая страна, обладающая огромными запасами нефти, газа, угля и обширными лесами, поэтому развивать подобные технологии масштабно пока никто не собирается. Другие страны, например, Швеция, не обладающие такими запасами природных богатств, стараются вторично использовать органические отходы, делает из них топливо. Но нашей стране есть светлые головы, которые запускают пилотные проекты по производству биотоплива из растений, и когда появится необходимость, они будут массово внедрены. 

Вывод

Человечество обладает идеями и работающими прототипами топливно-энергетических технологий, которые позволят жить и развиваться, не истощая подземные ресурсы и не загрязняя природу. Но для того чтобы это стало реальностью — необходимо всеобщее желание людей, нужно отказываться от привычного потребительского взгляда на планету Земля и начать гармонично сосуществовать с окружающим миром. 

Игорь Кобыляцкий

биотоплива | Определение, типы, плюсы и минусы

Биотопливо , любое топливо, полученное из биомассы, то есть растительный или водорослевый материал или отходы животного происхождения. Поскольку такой исходный материал может легко пополняться, биотопливо считается источником возобновляемой энергии, в отличие от ископаемого топлива, такого как нефть, уголь и природный газ. Биотопливо обычно пропагандируется как экономически эффективная и экологически безопасная альтернатива нефти и другим ископаемым видам топлива, особенно в контексте роста цен на нефть и растущей обеспокоенности по поводу вклада ископаемого топлива в глобальное потепление.Многие критики выражают озабоченность по поводу масштабов расширения определенных видов биотоплива из-за экономических и экологических издержек, связанных с процессом переработки, и потенциального удаления обширных площадей пахотных земель от производства продуктов питания.

Типы биотоплива

Некоторые давно эксплуатируемые биотоплива, такие как древесина, могут использоваться непосредственно в качестве сырья, которое сжигается для производства тепла. Тепло, в свою очередь, может быть использовано для запуска генераторов на электростанции для производства электроэнергии.Ряд существующих энергетических объектов сжигает траву, древесину или другие виды биомассы.

этаноловое биотопливо: производство в США Обзор производства этанолового биотоплива в Соединенных Штатах. Contunico © ZDF Enterprises GmbH, Майнц. Просмотреть все видеоролики к этой статье.

Жидкое биотопливо представляет особый интерес из-за обширной инфраструктуры, которая уже используется для его использования, особенно для транспортировки. Жидким биотопливом в наибольшем объеме производства является этанол (этиловый спирт), который производится путем ферментации крахмала или сахара.Бразилия и США являются одними из ведущих производителей этанола. В Соединенных Штатах этаноловое биотопливо производится в основном из кукурузного (кукурузного) зерна, и его обычно смешивают с бензином для получения «газохола», топлива, которое содержит 10 процентов этанола. В Бразилии этаноловое биотопливо производится в основном из сахарного тростника, и его обычно используют в качестве 100-процентного этанольного топлива или в бензиновых смесях, содержащих 85-процентный этанол. В отличие от этанолового биотоплива «первого поколения», получаемого из пищевых культур, целлюлозный этанол «второго поколения» получают из биомассы с низкой ценностью, которая содержит большое количество целлюлозы, включая древесную щепу, растительные остатки и муниципальные отходы.Целлюлозный этанол обычно производится из жома сахарного тростника, отходов переработки сахара или из различных трав, которые можно выращивать на низкокачественной земле. Учитывая, что степень конверсии ниже, чем у биотоплива первого поколения, в качестве присадки к бензину преимущественно используется целлюлозный этанол.

Завод по производству этанола в Южной Дакоте, США © Джим Паркин / Shutterstock.com

Вторым наиболее распространенным жидким биотопливом является биодизельное топливо, которое производится в основном из масличных растений (таких как соя или масличная пальма) и в меньшей степени из других маслянистых источников (таких как отработанный кулинарный жир из фритюра в ресторане).Биодизель, который нашел наибольшее признание в Европе, используется в дизельных двигателях и обычно смешивается с нефтяным дизельным топливом в различных процентах. Использование водорослей и цианобактерий в качестве источника биодизеля «третьего поколения» перспективно, но экономически трудно было разработать. Некоторые виды водорослей содержат до 40 процентов по массе липидов, которые можно превратить в биодизель или синтетическую нефть. По некоторым оценкам, водоросли и цианобактерии могут давать в 10-100 раз больше топлива на единицу площади, чем биотопливо второго поколения.

биотопливо из водорослей Техник-исследователь Ник Суини прививает водоросли, выращиваемые в тентовом реакторе в лаборатории водорослей в здании Лаборатории полевых испытаний (FTLB) в Национальной лаборатории возобновляемой энергии в Голден, штат Колорадо. Денис Шредер / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Другие виды биотоплива включают газообразный метан и биогаз, которые могут быть получены в результате разложения биомассы в отсутствие кислорода, а также метанол, бутанол и диметиловый эфир, которые находятся в стадии разработки.

Экономические и экологические соображения

При оценке экономических преимуществ биотоплива необходимо учитывать энергию, необходимую для его производства. Например, процесс выращивания кукурузы для производства этанола потребляет ископаемое топливо в сельскохозяйственном оборудовании, в производстве удобрений, в транспортировке кукурузы и в перегонке этанола. В этом отношении этанол, полученный из кукурузы, представляет относительно небольшой прирост энергии; выигрыш энергии от сахарного тростника больше, а от целлюлозного этанола или биодизеля водорослей может быть еще больше.

Биотопливо

также обеспечивает экологические преимущества, но, в зависимости от способа его производства, может также иметь серьезные экологические недостатки. В качестве возобновляемого источника энергии биотопливо на растительной основе в принципе вносит незначительный чистый вклад в глобальное потепление и изменение климата; углекислый газ (основной парниковый газ), который попадает в воздух во время сгорания, будет удален из воздуха раньше, так как растущие растения участвуют в фотосинтезе. Такой материал называется «углеродно-нейтральным». Однако на практике промышленное производство сельскохозяйственного биотоплива может привести к дополнительным выбросам парниковых газов, что может компенсировать выгоды от использования возобновляемого топлива.Эти выбросы включают углекислый газ от сжигания ископаемого топлива в процессе производства и закись азота из почвы, обработанной азотными удобрениями. В этом отношении целлюлозная биомасса считается более полезной.

Землепользование также является важным фактором при оценке преимуществ биотоплива. Использование регулярного сырья, такого как кукуруза и соя, в качестве основного компонента биотоплива первого поколения вызвало дискуссию «еда против топлива». При отвлечении пахотных земель и сырья от пищевой цепи человека производство биотоплива может повлиять на экономичность цены и доступности продовольствия.Кроме того, энергетические культуры, выращиваемые для биотоплива, могут конкурировать за естественную среду обитания в мире. Например, акцент на этаноле, полученном из кукурузы, смещает пастбища и кустарники в монокультуры кукурузы, а акцент на биодизеле — это уничтожение древних тропических лесов, чтобы освободить место для плантаций масличных пальм. Потеря естественной среды обитания может изменить гидрологию, увеличить эрозию и, как правило, уменьшить биоразнообразие территорий дикой природы. Расчистка земли также может привести к внезапному выделению большого количества углекислого газа, поскольку растительное вещество, которое в нем содержится, сгорает или может разлагаться.

Некоторые из недостатков биотоплива касаются в основном источников биотоплива с низким разнообразием — кукурузы, соевых бобов, сахарного тростника, масличных пальм — традиционных сельскохозяйственных культур. Одна альтернатива включает использование очень разнообразных смесей разновидностей, с североамериканской прерией высокорослой травы в качестве конкретного примера. Преобразование деградированных сельскохозяйственных земель, которые не используются, в такие разнообразные источники биотоплива может увеличить площадь дикой природы, уменьшить эрозию, очистить водные загрязнители, сохранить углекислый газ из воздуха в виде углеродных соединений в почве и в конечном итоге восстановить плодородие деградированных земель.Такое биотопливо может сжигаться напрямую для выработки электроэнергии или превращаться в жидкое топливо по мере развития технологий.

Правильный способ выращивания биотоплива для одновременного удовлетворения всех потребностей будет оставаться предметом многочисленных экспериментов и дискуссий, но быстрый рост производства биотоплива, вероятно, продолжится. В Соединенных Штатах Америки Закон об энергетической независимости и безопасности 2007 года предусматривал использование 136 миллиардов литров (36 миллиардов галлонов) биотоплива ежегодно к 2022 году, что более чем в шесть раз превышает уровень производства в 2006 году.Законодательство также требует, с некоторыми оговорками, что 79 миллиардов литров (21 миллиард галлонов) от общего количества составляют биотопливо, отличное от этанола, полученного из кукурузы, и оно продолжало определенные правительственные субсидии и налоговые стимулы для производства биотоплива.

Центр тестирования биотоплива Работники центра тестирования биотоплива Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL) в Голден, Колорадо, 2009. Джон Мур / Getty Images

Одно отличительное обещание биотоплива заключается в том, что в сочетании с появляющейся технологией, называемой улавливанием и хранением углерода, процесс производства и использования биотоплива может быть способен постоянно удалять диоксид углерода из атмосферы.Согласно этому видению, биотопливные культуры будут удалять углекислый газ из воздуха по мере роста, а энергетические объекты будут улавливать углекислый газ, выделяемый при сжигании биотоплива для выработки энергии. Захваченный углекислый газ может быть улавливаться (храниться) в долгосрочных хранилищах, таких как геологические образования под землей, в отложениях глубокого океана, или, возможно, в виде твердых веществ, таких как карбонаты. См. Также секвестрация углерода.

Кларенс Леман

Подробнее в соответствующих статьях Британики:

,
биотоплива, от этанола до биодизеля, факты и информация

Читать подпись

Шведский город Кристианстад использует биогаз для выработки электроэнергии и тепла, а также для заправки автомобилей и муниципальных мусоровозов и автобусов. Его два нефтеперерабатывающих завода производят достаточно биотоплива, чтобы заменить 1,1 миллиона галлонов бензина в год.

Справочник

Перспективные, но иногда противоречивые альтернативные виды топлива предлагают путь от их ископаемых аналогов.

биотоплива существуют дольше, чем автомобили, но дешевый бензин и дизельное топливо долго удерживали их на грани. Скачки цен на нефть, а теперь и глобальные усилия по предотвращению наихудших последствий изменения климата придают новую актуальность поиску чистых возобновляемых видов топлива.

На наши автомобильные перевозки, полеты и перевозки приходится почти четверть мировых выбросов парниковых газов, и сегодня перевозки по-прежнему сильно зависят от ископаемого топлива.Идея биотоплива состоит в том, чтобы заменить традиционные виды топлива теми, которые производятся из растительного сырья или других видов сырья, которые являются возобновляемыми.

Но концепция использования сельхозугодий для производства топлива вместо продуктов питания сопряжена со своими собственными проблемами, и решения, основанные на отходах или другом сырье, еще не смогли конкурировать по цене и масштабу с традиционными видами топлива. Глобальный объем производства биотоплива должен утроиться к 2030 году для достижения целей Международного энергетического агентства по устойчивому росту.

Скрытые затраты на превращение еды в топливо

Типы и виды использования биотоплива

,
Biofuels — Информация о биотопливе — Руководство по биотопливу

Биотопливо определяется как любое топливо, энергия которого получается в процессе биологической углеродной фиксации. Это определение делает наше понимание биотоплива таким же ясным, как грязь, поэтому давайте немного его распакуем.

Биологическая углеродная фиксация

Фиксация углерода — это процесс, при котором неорганический углерод (в форме таких веществ, как CO 2 ) превращается в органические соединения.Другими словами, любой процесс, который превращает углекислый газ в молекулу, которая была бы найдена в живом организме, является фиксацией углерода. Если этот процесс происходит в живом организме, его называют «биологическая углеродная фиксация».

Топливо

Следующая часть определения биотоплива касается топлива. Топливо — это не что иное, как то, из чего мы, люди, можем получить энергию. Углеродная фиксация может привести к ряду различных соединений, таких как белки, жиры и спирты (только некоторые из них).Если какую-либо из этих молекул можно использовать для обеспечения энергии в механической обстановке, мы называем это топливом.

Настоящее определение биотоплива и практическое определение

Биотопливо — это углеводород, который производится живым организмом или из него, который мы, люди, можем использовать для питания чего-либо. Это определение биотоплива довольно формально. С практической точки зрения любое углеводородное топливо, которое производится из органического вещества (живого или некогда живого материала) за короткий период времени (дни, недели или даже месяцы), считается биотопливом.Это контрастирует с ископаемым топливом, для образования которого требуются миллионы лет, и с другими видами топлива, не основанными на углеводородах (например, ядерное деление).

Что делает биотопливо сложным для понимания, так это то, что он не должен быть получен живым организмом, хотя может быть. Биотопливо также может быть получено посредством химических реакций, проводимых в лабораторных или промышленных условиях, в которых для производства топлива используются органические вещества (называемые биомассой). Единственным реальным требованием к биотопливу является то, что исходным материалом должен быть CO 2 , который был зафиксирован (превращен в другую молекулу) живым организмом, а конечный топливный продукт должен производиться быстро, а не в течение миллионов лет.

Биомасса

Биомасса — это просто органическое вещество. Другими словами, это мертвый материал, который когда-то был живым. Ядра кукурузы, маты водорослей и стебли сахарного тростника — все это биомасса. До того, как глобальное потепление, связанное со сжиганием ископаемого топлива, стало основным фактором, определяющим, откуда берется энергия, главной проблемой было то, что ископаемое топливо, которое считается ограниченным в поставках, истощится в течение следующего столетия. Считалось, что если мы сможем добывать углеводороды другим способом и быстро, то мы сможем удовлетворить наши потребности в энергии без особых проблем.Это приводит к одному из основных разделяющих факторов между биотопливом и ископаемым топливом — возобновляемости.

Ископаемое топливо не считается возобновляемым, потому что для его формирования требуются миллионы лет, и люди действительно не могут ждать так долго. Биотопливо, с другой стороны, происходит из биомассы, которую можно производить год за годом с помощью устойчивых методов ведения сельского хозяйства. Это означает, что биомасса и биотопливо являются возобновляемыми (мы можем заменить использованное биотопливо в течение очень короткого периода времени).

Важно отметить, что «возобновляемая» энергия — это не то же самое, что «зеленая» энергия. Возобновляемые источники энергии просто не будут исчерпаны в ближайшее время, такие как биотопливо, гидроэлектростанции, ветер и солнечная энергия. «Зеленая» энергия также полезна для планеты, поскольку она не наносит вреда экосистемам, не способствует кислотным дождям и не ухудшает глобальное потепление. Солнечная энергия — это «зеленая» энергия. Вся «зеленая» энергия считается возобновляемой, но не вся возобновляемая энергия является зеленой. Биотопливо является примером возобновляемых источников энергии, которые не всегда являются зелеными, поскольку они производят парниковые газы.

видов биотоплива

Химическая структура биотоплива может отличаться так же, как и химическая структура ископаемого топлива. По большей части мы заинтересованы в жидком биотопливе, поскольку его легко транспортировать. В таблице ниже сравниваются различные виды биотоплива с аналогами из ископаемого топлива.


Биотопливо

Ископаемое топливо

Различия

этанол

Бензин / Этан

Этанол имеет примерно половину энергии на массу бензина, что означает, что для получения той же энергии этанолу требуется вдвое больше энергии.Этанол горит чище, чем бензин, но выделяет меньше окиси углерода. Тем не менее, этанол производит больше озона, чем бензин и вносит значительный вклад в смог. Двигатели должны быть модифицированы для работы на этаноле.

Биодизель

Дизель

имеет лишь немного меньше энергии, чем обычный дизель. Он более агрессивен к деталям двигателя, чем стандартный дизель, что означает, что двигатели должны быть рассчитаны на использование биодизеля.Он горит чище, чем дизельное топливо, производя меньше частиц и меньше соединений серы.

метанол

Метан

Метанол имеет от одной трети до половины энергии по сравнению с метаном. Метанол — это жидкость, которую легко транспортировать, а метан — газ, который необходимо сжать для транспортировки.

Биобутанол

Бензин / Бутан

Биобутанол имеет немного меньше энергии, чем бензин, но может работать на любом автомобиле, который использует бензин без необходимости модификации компонентов двигателя.

Приведенная выше таблица представляет собой лишь ограниченный список доступных видов биотоплива, охватывающий только самые популярные и широко используемые. Ничего не стоит, что этанол содержится почти во всех смесях бензина. В Бразилии бензин содержит не менее 95% этанола. В других странах этанол обычно составляет от 10 до 15% бензина.

биотоплива против ископаемого топлива

Биотопливо не новы. На самом деле Генри Форд изначально разработал свою модель Т для работы на этаноле.Есть несколько факторов, которые определяют баланс между биотопливом и использованием ископаемого топлива во всем мире. Этими факторами являются стоимость, доступность и поставка продуктов питания.

Все три фактора, перечисленные выше, фактически взаимосвязаны. Начнем с того, что доступ к ископаемому топливу вызывал беспокойство почти со дня их открытия. Откачка топлива из земли — сложный и дорогой процесс, который значительно увеличивает стоимость этих видов топлива. Кроме того, ископаемое топливо не возобновимо, что означает, что в какой-то момент оно закончится.По мере того как наша способность перекачивать ископаемое топливо из земли уменьшается, доступный запас будет уменьшаться, что неизбежно приведет к повышению цены.

Первоначально считалось, что биотопливо можно производить практически в неограниченном количестве, потому что оно возобновимо. К сожалению, наша энергия нуждается намного выше нашей способности выращивать биомассу для производства биотоплива по одной простой причине — земельной площади. В мире только так много земель, пригодных для ведения сельского хозяйства, и выращивание биотоплива обязательно отвлекает от процесса выращивания продуктов питания.По мере роста населения наши потребности в энергии и пище растут. На данный момент у нас недостаточно земли для выращивания достаточного количества биотоплива и продовольствия для удовлетворения обеих потребностей. Результат этого ограничения влияет как на стоимость биотоплива, так и на стоимость продуктов питания. Для более богатых стран стоимость продуктов питания не является проблемой. Однако для более бедных стран использование земли для производства биотоплива, которое увеличивает стоимость продуктов питания, может оказать огромное влияние.

Баланс между едой и биотопливом — это то, что удерживает относительно простой процесс выращивания и превращения биотоплива в существенно более дешевое, чем ископаемое топливо.Когда этот фактор сочетается с повышенной способностью (благодаря прогрессу в технологиях) добывать нефть из земли, цена на ископаемое топливо фактически ниже, чем на биотопливо по большей части.

Углеродное уравнение: будет ли биотопливо способствовать глобальному потеплению?

Если предположить, что мы можем преодолеть проблему биотоплива, нарушающего снабжение продовольствием (например, выращивание водорослей в океане), можем ли мы преодолеть проблему биотоплива, способствующего глобальному потеплению? Удивительно, но ответ может быть да.

Это правда, что биотопливо производит углекислый газ, который является мощным парниковым газом и который чаще всего обвиняют в глобальном потеплении. Тем не менее, это также верно, что выращивание растений потребляет углекислый газ. Таким образом, уравнение становится простым балансом. Если растения, которые мы выращиваем, используют то же количество углекислого газа, которое мы производим, тогда у нас будет чистый прирост нуля и никакого глобального потепления. Насколько реалистичен этот взгляд?

Может показаться простым делом производить столько углекислого газа, сколько используют растения.В конце концов, разве мы не можем сжигать только биотопливо и таким образом сохранять равновесие? Ну, математика на самом деле не совсем складывается. Исследования показали, что энергия должна быть инвестирована в производство сельскохозяйственных культур и превращение их в биотопливо до получения какой-либо энергии. Исследование, проведенное в 2005 году в Корнелльском университете, показало, что для производства этанола из кукурузы потребляется почти на 30% больше энергии, чем она производит. Другими словами, вы не можете производить вечный двигатель, используя биотопливо, потому что вы теряете энергию, которую вкладываете в его создание.На самом деле, вы даже не можете безубыточности.

Другая проблема, с которой мы сталкиваемся с биотопливом, заключается в том, что углекислый газ — не единственный парниковый газ, о котором нам нужно беспокоиться. Другие химические вещества, такие как закись азота, также являются парниковыми газами, и при выращивании растений с использованием удобрений образуется много закиси азота. В основном, удобрение содержит азот, который растения должны выращивать. Однако большинство растений не могут превращать молекулярный азот в элементарный азот, который им необходим. Для этого процесса растения полагаются на бактерии.Оказывается, что бактерии не только производят азот, который могут использовать растения, они также производят азотные продукты, такие как закись азота, и, вероятно, больше, чем считалось ранее. Конечным результатом является то, что мы можем уравновешивать уравнение CO 2 с использованием биотоплива, но мы разбалансируем часть N 2 O и все еще вызываем глобальное потепление.

Будущее биотоплива

Десять лет назад субсидии на рост и развитие биотоплива во многих странах (особенно в США).С.) Были высокими. Однако лучшее понимание глобального потепления, повышение осведомленности о хрупкости поставок продовольствия и общая тенденция к «более зеленым» альтернативам привели к снижению популярности биотоплива. В 2011 году Сенат США проголосовал от 73 до 27 за прекращение налоговых льгот и защиты торговли для производства этанола на основе кукурузы. Как второй по величине производитель этанола, это существенный шаг, который отражает изменение давления на наши потребности в энергии и смещение акцента на экологически чистые источники энергии.

Биоразнообразие и биотопливо

Существует еще одна проблема, связанная с биотопливом, которую необходимо решить: биоразнообразие. Биоразнообразие относится к разнообразию различных живых существ в окружающей среде. Например, если вы выращиваете только сладкую кукурузу на поле, у вас низкое биологическое разнообразие. Однако, если вы выращиваете сладкую кукурузу, кукурузу, кремневую кукурузу, мучную кукурузу и попкорн, то у вас высокое биологическое разнообразие. Почему мы должны заботиться?

Выращивание одного типа кукурузы легче для производства биотоплива, потому что мы можем выбрать тот тип, который дает лучший сырой продукт, который легче всего выращивать, и который требует наименьшего количества воды и других ресурсов.Это звучит замечательно, но с другой стороны, вредители, которые едят этот тип кукурузы, начнут размножаться. Что еще хуже, если мы опрыскиваем пестицидами, чтобы убить этих вредителей, некоторые неизбежно будут устойчивы к пестицидам. Со временем число этих вредителей возрастет, и мы останемся с вредителями, устойчивыми к нашей химической защите. В конце концов, у нас есть более серьезная проблема, чем то, с чего мы начали, и, вероятно, отсутствие кукурузы, потому что новый «супер-вредитель» съел все.

Биоразнообразие важно для обеспечения того, чтобы вредители не выходили из-под контроля.Тип сельского хозяйства, необходимый для производства большого количества биотоплива, как правило, не подходит для высоких уровней биоразнообразия. Это создает фундаментальную проблему при производстве биотоплива, которая усугубляется тем фактом, что «супер-вредители», образующиеся при выращивании биотоплива, также могут угрожать продовольственным культурам.

Биотопливо: заключение

Мы будем изучать биотопливо более подробно. Пока держите себя открытым и подумайте, что волшебства не существует, когда дело доходит до удовлетворения наших энергетических потребностей.На данный момент, хорошая энергетическая политика должна включать наблюдательность, терпение, избегать коленных реакций и (что самое важное) полагаться на хорошую науку, чтобы направлять наши решения.


,

биотоплив: 1. Что такое биотопливо?

1. Что такое биотопливо?

  • 1.1 Что такое биоэнергетика?
  • 1.2 Какие существуют виды жидкого биотоплива для транспорта?
  • 1.3 Что такое биотопливо второго поколения?
  • 1.4 Сколько жидкого биотоплива может быть произведено?

1.1 Что такое биоэнергетика?

Traditional biomass is largely used in developing countries
										for cooking and heating
Традиционная биомасса широко используется в развивающихся странах для приготовления и разогрева
Кредит: Роберто Файдутти

Биоэнергия — это энергия, полученная из Биотопливо.Биотопливо топливо, произведенное прямо или косвенно из органического материала — биомасса — включая растение материалы и отходы животных.

В целом, биоэнергетика охватывает примерно 10% всего мира спрос на энергию. Традиционный необработанный биомасса, такая как дрова, древесный уголь и навоз животных составляет большую часть этого и представляет собой основной источник энергии для большого числа людей в развивающихся страны, которые используют его в основном для приготовления пищи и отопления.

Более современные и эффективные технологии преобразования теперь позволяют добыча биотопливо из таких материалов, как древесина, сельскохозяйственные культуры и отходы. Биотопливо может быть твердым, газообразным или жидким, хотя термин часто используется в литературе в узком смысле для обозначения только жидкости биотопливо для транспорта.

Биотопливо может быть получено от сельскохозяйственных культур, включая обычные пищевые растения или из специальных энергетических культур.Биотопливо также может быть получено из лесные, сельскохозяйственные или рыбные продукты или муниципальные отходы, а также из агропромышленного комплекса, пищевой промышленности и общественного питания побочные продукты и отходы.

Различают первичное и вторичное Биотопливо. В случае первичное биотопливо , такое как дрова, щепа и гранулы, органические материалы используются в необработанном виде, в основном для отопления, приготовления пищи или производства электроэнергии. Вторичное биотопливо является результатом переработки биомасса и включает жидкость биотопливо, такое как этанол и биодизель, который может быть используется в транспортных средствах и промышленных процессах.

Биоэнергия в основном используется в быту (80%), в меньшей степени в промышленность (18%), а жидкое биотопливо для транспорта по-прежнему играют ограниченную роль (2%).

Хотя производство жидкости биотопливо для транспорта имеет быстро вырос в последние годы, в настоящее время он составляет всего 1% общий транспортный расход топлива и всего 0.От 2 до 0,3% от общего потребление энергии по всему миру. Подробнее …

1.2 Какие существуют виды жидкого биотоплива для транспорта?

Наиболее широко используемая жидкость биотопливо для транспорта этанол и биодизель.

этанол это тип алкоголя, который может быть произведен с использованием любого сырье, содержащее значительное количество сахара, такого как сахарный тростник или сахарная свекла, или крахмал, такой как кукуруза и пшеница.Сахар можно напрямую ферментировать до алкоголя, в то время как Сначала крахмал должен быть превращен в сахар. Процесс брожения похож на то, что используется для приготовления вина или пива, и чистый этанол получен перегонкой. Основными производителями являются Бразилия и СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ.

Этанол можно смешивать с бензином или сожгли в почти чистом виде в слегка модифицированном двигатели с искровым зажиганием. Литр этанола содержит примерно две трети энергии, обеспечиваемой литром бензин.Однако при смешивании с бензином он улучшает производительность сгорания и снижает выбросы углерода моноксид и оксид серы.

Биодизель производится, главным образом в Европейском союзе, путем растительное масло или животный жир с алкоголь. Биодизель может быть смешивается с традиционным дизельным топливом или сжигается в чистом виде в двигателях с воспламенением от сжатия. Его содержание энергии несколько меньше, чем у дизеля (от 88 до 95%).Биодизель можно получить из широкого спектра масел, в том числе рапса, сои, пальмы, масла кокоса или ятрофы и, следовательно, полученное топливо может отображать большее разнообразие физических свойств, чем спирт этиловый.

Дизельные двигатели также могут работать на растительных маслах и животных жиров , например использованные кулинарные масла из ресторанов и сала из мясоперерабатывающих производств.

Процессы производства как биоэтанола, так и дополнительный выход биодизеля побочные продукты, такие как корм для животных.Подробнее …

1.3 Что такое биотопливо второго поколения?

В настоящее время используется жидкость биотопливо, которое включает этанол, полученный из сельскохозяйственных культур содержащие сахар и крахмал и биодизель из масличные семена, упоминаются как биотоплива первого поколения . Эти виды топлива используются только часть энергии, потенциально доступной в биомассы.

Большая часть растительного вещества состоит из целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин, и « биотопливо второго поколения » технологии относятся к процессам, способным преобразовать эти компоненты к жидкому топливу.Будучи коммерчески жизнеспособными, они могли значительно расширить объем и разнообразие источников, которые может быть использован для производства биотоплива.

Потенциальная клетчатка источники включают муниципальные отходы и отходы от сельское хозяйство, лесное хозяйство, перерабатывающая промышленность, а также новая энергия такие культуры, как быстро растущие деревья и травы. В результате второй поколение биотоплива производство может представлять значительные преимущества с точки зрения экологическая устойчивость и снижение конкурс на землю с производством продуктов питания и кормов.Это могло бы также предлагают преимущества с точки зрения Выбросы парниковых газов.

В настоящее время разрабатываются различные методы для производства биотопливо второго поколения. Тем не менее, неизвестно, когда такие технологии будут введены производство в значительном коммерческом масштабе.

превращение целлюлозы в этанол включает в себя два этапа. целлюлозный и гемицеллюлозные компоненты растительного материала сначала нарушаются вниз в сахара, которые затем сбраживаются для получения этанола.Первый шаг технически сложен, хотя исследования продолжает разрабатывать эффективные и экономически эффективные способы проведение процесса. Лигнин не может быть преобразован в этанол, но он может обеспечить необходимую энергию для преобразования обработать.

Газификация — это метод, который преобразует твердая биомасса, такая как древесина в топливный газ. Газификаторы работают, нагревая биомассу до высокой температуры в среде с низким содержанием кислорода, высвобождая богатый энергией газ.Этот газ можно сжигать в котле, используемом в газовая турбина для выработки электроэнергии. Подробнее …

1.4 Сколько жидкого биотоплива может быть произведено?

Текущий мировой спрос на нефть составляет около 4000 миллионов тонн нефтяного эквивалента (Mtoe) при производстве жидкости биотопливо составляет 36 млн тнэ представляет менее 1% этого мирового спроса.

Около 85% жидкости биотопливо в настоящее время производится в форме биоэтанола, основными производителями которого являются Бразилия и США.Производство биодизеля в основном сосредоточены в Европейском союзе.

Таблица 1: Производство биотоплива по странам, 2007 г.

Масштабное производство биотопливо из сельскохозяйственных культур требует больших площадей земли, чтобы вырастить их, что создает усиливающаяся конкуренция за природные ресурсы, особенно за землю и вода. Урожайность с гектара широко варьируется в зависимости от типа урожая, страны и производственной системы.В настоящее время, производство этанола из сахарный тростник и сахарная свекла дают самые высокие урожаи в га.

Таблица 2: Выходы биотоплива для разных видов сырья и стран

В своем «Перспективе развития мировой энергетики на 2006 год» МЭА спроектировало увеличение доли плодородных земель в мире, используемых для роста установки для жидкого биотоплива производство с 1% в 2004 году до около 4% в 2030 году, при условии благоприятная государственная политика и разумные технические развитие.

Используя обычные биотопливные технологии, это использование земли позволит 5% потребность в транспортном топливе будет удовлетворена. Если биотопливо второго поколения технологии были доступны, это может возрасти до 10%.

Это показывает, что биотопливо может быть только ожидается смещение ископаемое топливо для транспорта в очень ограниченной степени. Тем не менее, они имеют значительный влияние на мировое сельское хозяйство и сельскохозяйственные рынки из-за большие объемы сырье и земельные участки нужен для их производства.Подробнее …

,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.