Из чего делают биотопливо: Из чего делают биотопливо | Промо-Карта

Содержание

Из чего делают биотопливо | Промо-Карта

Развитие биотехнологий не стоит на месте. Для изготовления биологического топлива, в качестве альтернативного источника энергии, используется большое количество вариантов. Если рассматривать их с научной точки зрения, то можно выделить три поколения сырья. Одни компании применяют уже известные технологии, другие пытаются найти более рациональный и экономически выгодный путь, но цель у всех одна. Она заключается в снижении уровня загрязнения окружающей среды. Конечно, настрой на экономическую выгоду здесь тоже очевиден, но экологов и общественность это уже меньше интересует. Если у кого-то получится найти золотую середину между производством биотоплива с минимальными экономическими затратами, то всем от этого будет только хорошо.

 

Топливо первого поколения делается из растительных культур. Львиная доля биотоплива производится исключительно из растительных культур. Ключевая позиция принадлежит кукурузе. Ежегодно в США на приготовление этанола уходит почти весь урожай. С одной стороны, топливо весьма устойчивое и высокого качества, с другой, потребителю практически ничего не остается. То есть кукуруза перестает быть продуктом питания, а становится чисто промышленной культурой. Производители отмечают, что в процессе переработки получается много отработанного зерна, которое вполне пригодно для питания крупного рогатого скота. Отчасти это неплохое развитие событий.

 

Конкурирующей культурой для кукурузы является сахарный тростник. Растет он преимущественно в жарких странах, поэтому широко распространен именно там. Хоть и производительность из сахарного тростника на порядок выше, исходя из экономических соображений, кукурузный этанол будет на вершине производства еще долгие годы.

 

Вторую позицию по использованию в качестве сырья занимают рапс и соя. Эти культуры невероятно богаты растительными маслами, что позволяет использовать их в качестве сырья для приготовления биодизеля и топлива для реактивных самолетов. Проблема данного вида топлива в том, что эти культуры тоже весьма ограничены в сельском хозяйстве, они могут быть использованы для питания людей и несут иную экономическую выгоду. Для их выращивания требуется много почвы и специализированный уход, что существенно увеличивает стоимость производства биотоплива.

 

Простым в получении является метан, но его применение больше ориентировано на бытовые нужды, например. С целью экономии природного газа. Для широкого применения в автомобильной промышленности требуется смена оборудования, что финансово накладно и не является рациональным решением. Газ, полученный в процессе распада органических соединений, получают даже фермеры, для этого не требуется немыслимого оборудования и особых навыков.

Биотопливо: что это, виды, плюсы и минусы

  • Твердое
  • Жидкое
  • Газообразное

Твердое биотопливо

Самый типичный и древний вид твердого биотоплива — дрова. Однако сейчас в чистом виде и в крупных масштабах их уже почти не используют. Наиболее ходовым твердым видом биотоплива стали пеллеты, получаемые из древесных опилок или коры, соломы, оливковых косточек, ореховой скорлупы или шелухи семечек подсолнечника. Также пеллеты делают из навоза крупного рогатого скота.

Пеллеты заменяют уголь, дрова и солярку. При сгорании они не выделяют вредных веществ и практически не дымят (в отличие от угля и дизеля). Кроме того, они более энергоэффективны, чем обычные дрова. Плюс пеллетов также в минимальном содержании золы, что снижает потребность в обслуживании печей и котлов. Кроме того, они имеют самую низкую цену по сравнению с другими видами биотоплива.

Жидкое биотопливо

Биоэтанол — наиболее популярное и массовое жидкое биотопливо. Его получают путем ферментации крахмала или сахара. Бразилия и США входят в число лидеров по производству биоэтанола. В США биотопливо на основе этанола производят из кукурузы и обычно смешивают с бензином для получения гибридного топлива. В целом в США на биотопливо приходится 5% от всего энергопотребления. В Бразилии биотопливо на основе этанола делают из сахарного тростника, а в Англии даже производят из сахарной свеклы.

Биодизель — второе по популярности жидкое биотопливо. Биодизель делают в основном из масличных растений, таких как соя или масличная пальма, и в меньшей степени из других масляных продуктов, например, отходов кулинарного жира после жарки во фритюре. Биодизель используется в дизельных двигателях и обычно смешивается с нефтяным дизельным топливом в различных пропорциях.

Биобутанол — четырехуглеродный спирт, который также относится к биотопливу. Его делают из того же сырья, что и этанол. Преимущества биобутанола по сравнению с биоэтанолом заключаются в том, что биобутанол не смешивается с водой, имеет более высокое содержание энергии и более низкое давление паров, что означает более низкую летучесть в результате испарения.

Диметиловый эфир. Его можно получить из биомассы, но в промышленных масштабах исходным сырьем для него остается природный газ. Плюс такого топлива в том, что его энергоэффективность практически равна дизельному топливу, однако плотность энергии у диметилового эфира вдвое ниже, чем у дизельного топлива, поэтому для него требуется топливный бак в два раза больше. К тому же для транспортных средств нужна специально разработанная система для работы двигателя на диметиловом эфире.

Сейчас инженеры активно разрабатывают новое поколение жидкого биотоплива, полученного с помощью водорослей. Водоросли выращивают в больших бассейнах или на фермах, они превращают солнечный свет в энергию и хранят ее в виде масла. Масло извлекается механически (при прессовке биомассы) или с помощью химических растворителей, которые разрушают стенки клеток. Дальнейшая переработка и очистка дает биотопливо, подходящее для использования в качестве альтернативы традиционным видам топлива.

Газообразное биотопливо

Биогаз — это газ, состоящий в основном из метана и углекислого газа в различных пропорциях в зависимости от состава органического вещества, из которого он был получен. Основными источниками биогаза являются отходы животноводства и сельского хозяйства, сточные воды и органика из бытовых отходов. Биогаз образуется в результате процессов биологического разложения без доступа кислорода (анаэробное сбраживание).

Биоводород — аналог обычного водорода, который получают из биомассы. Термохимический способ представляет собой нагрев исходного сырья без доступа кислорода до высоких температур, например, древесных отходов, при котором выделяется водород и другие попутные газы. При биохимическом способе получения биоводорода в биомассу добавляют специальные микроорганизмы, которые ее разлагаются с выделением водорода.

Из чего делают биотопливо сегодня? | Техника и Интернет

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 для автомобилей

Автор admin На чтение 8 мин. Просмотров 365

Любому водителю далеко не все равно, что льется в бак его машины. Во многих случаях именно некачественное топливо приводит к серьезным проблемам с автомобилем. Поэтому вполне понятен интерес ко всему, что связано с бензином, соляркой и прочими видами топлива. А как следствие этого – к альтернативным видам горючего для ДВС, одним из которых является биотопливо.

Что это такое, и из чего делают биотопливо?

Все ресурсы, которые есть на Земле, условно можно поделить на возобновляемые и не возобновляемые. Уголь, нефть, металл, в природе не восстанавливаются, а вот дрова, кукуруза, навоз могут быть получены вновь и вновь. Все, что растет или является отходами переработки такого сырья – источники возобновляемой энергии. Вот из этих биоресурсов люди ещё с давних пор получали нужное для своего существования, в том числе и биотопливо.

Биотопливо первого поколения

Однако и между собой отдельные его виды различаются, скажем так, по значимости источников сырья для биотоплива. Связано это с используемыми ресурсами. Например, чтобы получить биотопливо из рапса, его надо сначала вырастить, а уж потом отправить семена на переработку. Для выращивания такой культуры занимается посевная площадь, и фактически речь идет о выборе приоритетов – а чего мы хотим иметь, продукты питания или биотопливо. Кроме того, получение биомассы, идущей на производство биотоплива, связано с использованием специализированных удобрений, что наносит определённый вред земле и окружающей природе. Такой вид сырья относится к первому поколению.

Второе поколение

Однако биотопливо можно получить из иных источников, таких как отходы других производств. Его делают, например, из опилок, а также остатков стеблей, шелухи, остающейся после обработки зерновых, и многого другого. Все это дает так называемое биотопливо второго поколения, для которого не требуется специально выращивать сырье, а сделать его можно из отходов других производств.

Третье поколение

Следующим этапом развития стало биотопливо третьего поколения. Его источником являются водоросли. Существуют определённые их сорта, содержащие значительное количество растительных жиров, из которых можно сделать тот же самый биодизель. Конечно, чтобы получить биотопливо из водорослей, их надо выращивать, но для этого совсем не требуется занимать посевные площади. Водоросли могут расти в прудах, биореакторах, на морском дне или в специально устроенных заливах, т.е. занимают те участки земной поверхности и морского дна, которые не задействованы в производстве продуктов питания. Так что, биотопливо третьего поколения, хотя и находится еще в стадии отработки технологии производства, надо признать наиболее перспективным.

Двигатель на биотопливе – немного истории и его варианты

Это для нас сегодня бензин и солярка являются единственными видами топлива, на которых работает всем нам привычный двигатель. Но надо отметить, что далеко не всегда было именно так. На заре своего существования, для ДВС как топливо применялось всё, что только подходило – масло, спирт, эфир, газ, дрова и т.д.

Поэтому должно быть достаточно интересно вспомнить о биотопливе, которое использовалось раньше. В этом случае стоит особо отметить:

  • спирт в различных его видах;
  • масло;
  • газ.

Биотопливо из опилок или спирт как он есть

Биотопливо подобного типа наиболее известно, и по-видимому, это один из первых вариантов горючего, которое потреблял двигатель. Среди различных его видов стоит отметить биоэтанол, биометанол и биобутанол.

1.Этанол или обычный спирт достаточно хорошо известен в истории автомобилестроения. Достаточно сказать, что в свое время Генри Форд организовывал строительство заводов по производству спирта, предназначенного на роль топлива. Сейчас его изготовление широко развернуто в Бразилии, по оценкам экспертов, сорок процентов автотранспорта этой страны используют этанол в чистом виде, шестьдесят процентов – в смеси с бензином.

Из чего сегодня делают этанол? Чаще всего сырьем служит сельскохозяйственная продукция, в той же Бразилии, чтобы сделать биоэтанол, применяют сахарный тростник, солому, древесные отходы и другое аналогичное сырье. Из опилок на гидролизном производстве так же можно получить этанол. Чем же он так хорош, что это вызывает его всеобщее использование?
Здесь надо обратить внимание на:

  1. детонационную стойкость;
  2. теплоту сгорания;
  3. теплоту испарения.

Из чего бы ни пришлось сделать подобное биотопливо, из опилок или тростника, ему свойственны антидетонационные свойства, они выше, чем у обычного бензина. Благодаря этому можно повысить мощность, двигатель, работающий на этаноле, допускает увеличение степени сжатия. Теплота сгорания спиртовоздушной смеси незначительно отличается от характеристик традиционной топливовоздушной смеси, а за счет хорошей испаряемости спирта обеспечивается лучшее наполнение цилиндров и полное ее сгорание.

Из недостатков этанола стоит отметить его повышенную агрессивность по отношению к некоторым цветным металлам, пластмассам и резине, вследствие чего может возникнуть необходимость частично дорабатывать двигатель. Однако самым главным минусом такого горючего является его гигроскопичность, оно сильно поглощает воду, а затем смесь расслаивается в баке, в результате чего он окажется заполнен в основном водой. Одним из методов борьбы с этим является использование смесей спирта и бензина, до десяти процентов этанола, добавленного в обычный бензин, только улучшают его характеристики.

Дополнительно стоит отметить, что производство биоэтанола как топлива, хоть из тех же самых опилок, отличается от производства питьевого спирта. Топливный спирт не пригоден для питья, он имеет явно выраженный сивушный запах и повышенное содержание метанола.

2.Метанол, или метиловый спирт, при всех своих достоинствах ядовит. Хотя его можно сделать из отходов, из тех же самых опилок, обычно биометанол не используют в качестве горючего.
3.Биобутанол. Как биотопливо для автомобилей подходит даже в большей степени, чем биоэтанол. Может изготавливаться из биомассы, опилок, и при этом ничем не отличаться от бутанола, полученного по традиционной технологии.

Среди его достоинств необходимо отметить:

  • большую энергетическую ценность;
  • меньшую агрессивность;
  • возможность смешиваться с бензином;
  • возможность прямой и полной замены бензина без переделки автомобиля.

Рассматривая спирт как замену бензину, стоит отметить, что плюсы и минусы биотоплива подобного типа достаточно очевидны, и все недостатки при необходимости могут быть успешно устранены. Однако в настоящее время такое биотопливо чаще всего применяется в смеси с обычным бензином, хотя технологии его получения, например из опилок, позволяют полностью реализовывать используемую биомассу и исключить нефть из употребления.

Биодизель, или как сделать биотопливо

Это другой, не менее известный вид горючего. Он заменяет солярку, а не бензин. Производят его из растительного масла. Сырье в различных районах земного шара может быть разное: рапсовое, пальмовое, кокосовое, соевое масло, водоросли и т.д. Биотопливо подобного типа изготавливается достаточно просто, вплоть до того, что существуют самодельные установки, позволяющие производить биотопливо в домашних условиях.

Технология его получения такова – масло смешивается в определенных пропорциях со спиртом и щелочью, в результате образуется биодизель и высвобождается глицерин, который может использоваться для каких-то других целей. Так что при наличии источников растительного масла, в том числе и его остатков после кулинарной обработки пищи, вполне возможно сделать биотопливо своими руками.

Достоинством биодизеля является отсутствие серы в составе выхлопных газов, и как следствие этого то, что такое биотопливо не теряет смазочных свойств, благодаря чему двигатель может служить гораздо дольше. Надо отметить, что вредного воздействия от такого топлива на окружающую природу нет. К недостаткам биодизеля стоит отнести необходимость его подогрева в холодное время года и то, что он не хранится более трех месяцев.

Наиболее оптимальным признано его использование в смеси с обычной соляркой, выпускаются несколько разновидностей такого топлива, обозначаемых буквой В, а цифры рядом говорят о содержании биодизеля в составе топлива. Например, В5 означает содержание в нем пяти процентов биодизеля и девяноста пяти процентов солярки.

Газ как вид автомобильного топлива

Существует и биотопливо в виде газа. Источником его является биогаз, получаемый как результат анаэробного (без доступа воздуха, метанового) брожения навоза. Однако рассматривать его как достаточно массовый вид горючего для двигателей автомобиля было бы слишком оптимистично.

Хотя, как и обычный природный газ или пропан-бутан, биогаз может использоваться как топливо, но это скорее вариант для стационарных двигателей, установленных в местах, где много отходов животноводства и сельского хозяйства.

Непривычные, экзотические и забытые виды биотоплива

Здесь стоит коснуться древесины, которая может выступать как биотопливо. В первую очередь надо упомянуть скипидарно-спиртовую смесь, которая ещё в 1826 году использовалась в роли топлива. А ведь скипидар получают при пиролизе древесины. Есть отдельные упоминания, что при так называемом «быстром» высокотемпературном пиролизе сконденсирована жидкость, по своим характеристикам алогичная нефти.

Стоит вспомнить и прямое применение древесины как горючего для моторов. При сгорании древесины образуется окись углерода, которая и служит в качестве топлива. Во время Второй Мировой, Германией достаточно широко использовались машины с такими моторами, в том числе и легковые. В Советском Союзе так же были созданы газогенераторные автомобили, ЗИС 21, ЗИС 13, а также ГАЗ 42.

Работали они на обычных дровяных чурочках. Правда, при замене бензина на газ мощность двигателя падала, скорость движения и грузоподъемность тоже, а одной заправки газогенераторной установки хватало на девяносто километров пробега, но в условиях военного времени при дефиците других видов топлива и в удаленных местах такие автомобили успешно работали. И даже в Москве в военное время ходили автобусы, оснащенные газогенераторными установками.

Несмотря на всеобщее распространение бензина и солярки в качестве топлива для ДВС, постоянно идут поиски альтернативных источников получения горючего. И уже существует несколько самых разных видов биотоплива, способного обеспечить работу ДВС в любых условиях.

Мне нравится1Не нравится
Что еще стоит почитать

Биотопливо из сельскохозяйственных растений – стоит ли торопиться?

Photo: Biofuelwatch.org

Экологические организации России и других стран СНГ, занимающиеся вопросами биобезопасности, намерены этим летом призвать к пересмотру планов по развитию данной индустрии на своей территории.

Ситуация в России и странах СНГ
По мнению экологов из Альянса СНГ «За биобезопасность» в странах СНГ, встреча которого завершилась на прошлой неделе в Москве, сначала необходимо оценить плюсы и минусы выращивания растений для производства биотоплива в странах СНГ.

Экологи уверены, что продовольственная безопасность России до сих пор не обеспечена, так как большая часть сельскохозяйственного сырья, пищевой продукции и кормов по-прежнему завозиться из-за рубежа. В частности, по данным Федеральной таможенной службы РФ, только за апрель 2008 года Россия импортировала на 70% больше кукурузы (в основном фуражной и семенной), чем за тот же период прошлого года.

Члены Альянса выступают резко против внедрения для этих целей потенциально опасных трансгенных растений, так как они могут таким образом попасть в рацион человека. Также это может привести к увеличению использования химикатов на полях. В то же время экологи поддерживают применение более устойчивых видов биотоплива, например, использованного растительного масла в качестве горючего для автомобилей, отходов древесного производства для отопления домов. Они готовятся опубликовать свою позицию в связи с конференцией на высшем уровне по вопросам изменения климата и использования биоэнергетики Организации ООН по сельскому хозяйству и продовольствию (ФАО), которая пройдет 3-5 июня в Риме, Италия.

В России уже запущены программы по производству биотоплива из растений. Однако у экономистов есть сомнения в целесообразности подобных проектов. Как сообщает «Российская газета», в Зерноградском районе Ростовской области в октябре должна заработать первая установка по производству биотоплива на основе рапсового масла. В своевременности принятия такой программы усомнился генеральный директор агентства инвестиционного развития Вадим Викулов. По его словам, продовольственная инфляция не позволит сделать биотопливо таким уж дешевым, как это прогнозируется. «Германия, например, из-за высоких цен на зерновом рынке уже отказалась от обязательного использования биотоплива»,- пишет «РГ».

Подобные инициативы существуют и в других регионах России. В частности, в Ивановской области также планируется построить комплекс по переработке рапса в биотопливо мощностью до 200 тысяч тонн в год, рапс будет выращиваться также в этом регионе. По сообщению пресс-службы областной администрации, для реализации данного проекта потребуется от 100 до 250 тысяч га земли.

Не только в России, но и в Украине и Казахстане также активно развиваются программы по выращиванию и переработке растений для производства биотоплива, значительная часть которого будет поставляться за рубеж. Об этом «Беллоне.Ру» рассказал Алексей Ангурец, один из руководителей НКО «Зеленый Свит», Днепропетровск, Украина и Евгений Климов, директор Фонда интеграции экологической культуры из Алматы, Казахстан.

Биотопливо из растений в мире
Основной целью перехода на биотопливо считается борьба с глобальным потеплением и снижение зависимости стран Европейского Союза и США от импорта ископаемого топлива, в том числе российского. Однако после начала массового мирового производства горючего для автомобилей из растений возникли новые социальные, экономические и экологические проблемы. Данные последних лет свидетельствуют о резком сокращении посевов пищевых растений и уже начавшемся продовольственном кризисе. Только в этом году цены цены на сою и пшеницу выросли соответственно на 87% и 130%, тогда как мировые запасы этих культур находятся на крайне низком уровне, что привело к подорожанию продуктов также и в странах СНГ. Эксперты ООН утверждают, что цены на рис, кукурузу и пшеницу будут и дальше расти в том числе за счет их использования в качестве биотоплива.

У специалистов нет единого мнения относительно возможности снижения темпов глобального потепления за счет использования этого вида топлива. По данным Корнельского Университета (США), объем энергоресурсов, затраченных на выращивание растений, транспортировку и производство из них этанола, окажется больше, чем объем полученной из них энергии.

Под выращивание таких растений и производства топливного сырья для Евросоюза и США в более бедных странах производится массовая вырубка ценных с экологической точки зрения лесов, что также, по мнению экологов, не может не влиять на климат. Об этих и других проблемах шла речь на прошедшей в середине мая в центре ООН в Бонне, Германия, международной конференции «Биоразнообразие планеты».

Экологические, фермерские и потребительские организации призывают к приостановке использования сельскохозяйственных земель под производство биотоплива. «Мы объявляем всеобщее чрезвычайное положение из-за растущего продовольственного кризиса», – говорится в Заявлении гражданского общества о критической ситуации в продовольственной сфере «Нет повторению ошибок!». Под этим документом, который также будет распространен на предстоящей встрече ФАО в Риме, уже поставили подписи 650 представителей различных организаций из десятков стран мира.

Они также требуют создания Комиссии ООН по производству продуктов питания, потреблению и торговле, которая бы занималась вопросами справедливого доступа населения разных стран к продовольственным ресурсам и переходу от индустриальной модели развития сельского хозяйства к более мелким и устойчивым формам.

Именно модель современного аграрного производства, приведшая к сведению большого количества лесов, увеличению использования ископаемого топлива и химикатов, признана одной из виновниц увеличения выбросов углекислого газа на планете. На это было обращено особое внимание в нашумевшем докладе ЮНЕСКО «Международная оценка сельскохозяйственной науки и технологий для развития» (IAASTD), вышедшем в апреле этого года, в подготовку которого внесли вклад более 400 специалистов. Глобальная «биотопливная гонка» только усугубит эту ситуацию.

Справка
Основными видами биотоплива, производимого из растений, на данный момент являются биоэтанол и биодизель. Биоэтанол производится из сахарного тростника, свеклы или отходов свекловичного производства, мелассы, кукурузы, пшеницы, картофеля, соломы, шелухи, опилок – из любого сырья, которое содержит крахмал или сахар. Суть технологии – превращении глюкозы, полученной из крахмала или целлюлозы, в спирт и углекислый газ при помощи дрожжей. Биодизель производится из масличных культур (рапса, пальмы и др.), это моноэифры жирных кислот, которые получают из растительных масел при помощи химической реакции с добавлением метилового спирта и щелочи.

Энергетические растения для биотоплива, из чего делают биотопливо — Пропозиция

Наиболее актуальными задачами, стоящими перед государством, является сокращение потребления слишком дорогим импортного топлива - природного газа и нефти - и поиск собственных альтернативных возобновляемых источников энергии с одновременным решением экологических проблем и развитием энергосберегающих технологий.

Энергетические растения: перспективы выращивания

Известно, что через пять-десять лет разведанные запасы нефти будут исчерпаны на 60-65%, добыча сократится на 30-40%, а потребность в потреблении увеличится. Кроме того, по расчетам ученых, разведанных мировых запасов природного газа хватит только на 50-60 лет, нефти - на 25-30, угля - на 500-600 лет. Поэтому все больше возникает потребность привлекать нетрадиционные источники энергии, созданные на основе биоэнергетического сырья.

Активное наращивание промышленного производства приводит к загрязнению окружающей среды (воды, почвы, воздуха). Достаточно вредным и опасным для живых организмов является загрязнение природной среды токсичными веществами, тяжелыми металлами, а выбросы в атмосферу промышленными предприятиями большого количества СО2 вызывают большую опасность для окружающей среды и приводят к созданию парникового эффекта.

Но в последние годы как в мире, так и в Украине в частности, в связи с подорожанием энергоносителей, все больше внимания стали уделять биотопливу товары из высокопроизводительных энергетических растений.

Энергетические растения: мировой опыт

Производство энергии из возобновляемых источников, включая биомассу, динамично развивается в большинстве европейских стран. Например, основным растение для производства биотоплива в Бразилии является сахарный тростник, в США - кукуруза (из 1 т кукурузы на силос можно получить от 200 до 400 м3 биогаза). В европейских странах, а особенно в Германии, постоянно увеличивается производство биотоплива из сахарной свеклы.

Одним из самых перспективных альтернативных источников энергии на сегодня является твердая биомасса органического происхождения, в том числе и растительного, которая является экологически чистым возобновляемым источником энергии. Энергия биомассы эквивалентна 2 млрд т у. п. / год, что составляет около 13-15% общего использования первичных энергоресурсов мира. Доля Украины, по некоторым оценкам, составляет около 50 млн т у. п., но экономически целесообразный потенциал биомассы (биотопливо) оценивается в 27 млн ​​т у. п. / год.

Значительное внимание в мире уделяется проблеме переработки биомассы с целью получения биотоплива. Биомасса (биотопливо) в энергетике может быть использована непосредственно путем сжигания или как топливо - после предварительной переработки на дизельное топливо, этанол или газ.

Особенности выращивания энергетических растений

Источником энергетического сырья могут быть как побочные продукты растительного происхождения (биотопливо из соломы, подсолнечной лузги, стеблей кукурузы и т.д.), ежегодные отходы которых составляют до 50 млн т, так и специально предназначенные для этого т. Н. энергетические растения, которые являются главным абсорбентом углекислого газа, уменьшая его количество в атмосфере. Они образуют высокие урожаи биомассы (биотопливо), которую можно было бы использовать на энергетические цели для производства биотоплива. Привлечение этого потенциала для производства энергии может удовлетворить около 12-15% потребностей Украины в первичной энергии.

Энергетические растения ценные большим урожаем и неприхотливостью к выращиванию. За относительно короткий временной период могут давать большие приросты биомассы. В пересчете на эквивалент энергии расходы на выращивание таких культур значительно меньше, чем стоимость энергоносителей, полученных из традиционных источников. Использование растительной биомассы при условии ее непрерывного обновления (например, новые лесные насаждения после вырубки леса) не приводит к увеличению концентрации СО2 в атмосфере.

Выбор той или иной энергетической культуры зависит от многих факторов: тип почв, местонахождение участка и доступ к влаге, вид ландшафта и тому подобное. Обязательно нужно определиться со сроками и способами сбора урожая, его хранением, переработкой и транспортировкой (экономически целесообразна расстояние транспортировки биомассы как топлива не должна превышать 50 км).

Большое количество растений была исследована для определения потенциальной возможности использования их в качестве энергетических культур (биотопливо), но только немногие виды достигли коммерческого уровня i выращиваются на больших площадях. Среди них наиболее распространенными являются: мискантус, свитчграс, ива, тополь (высаживают их примерно на 10-15 - до 30 лет, подготовка почвы для их выращивания не требует больших энергетических затрат, урожай собирают зимой или весной с использованием обычной сельскохозяйственной техники), а также сахарные и кормовую свеклу и сахарное сорго.

Энергетические растения — мискантус

Относится к семейству злаковых (Gramineae). Это многолетнее травянистое культура с хорошо развитой корневой системой, которая достигает 2,5 м глубины и больше. Такая корневая система способствует очень хорошем использованию элементов питания и воды из почвы. Стебель очень прочным и отличается большой выносливостью к механическим повреждениям, поскольку содержит большое количество лигнина и целлюлозы. Растения довольно хорошо перезимовывают, устойчивые к осадкам и сильного ветра в зимний период. В натуральном среде растения мискантуса растут до 2 м высотой и более.

Требовательность мискантуса по воде намного выше, чем больше среднегодовые осадки в Украине - около 700 мм осадков в год. Но несмотря на это, потребление воды на выработку 1 кг сухой массы достаточно невысокое (около 250-300 кг). Почвы под посев мискантуса выбирать некислые (рН = 6,5), особенно в течение первых двух лет выращивания, с уровнем грунтовых вод ниже 1 м. Способ размножения влияет на зимовку посева первого года выращивания. Растения, размноженные делением корневищ, зимуют лучше, чем размножены из культур способом in vitro. Среди них лучше перезимовывают растения крупные (более пяти почек), чем малые (до пяти почек).

Продолжительность выращивания растений на одном поле - до 20 лет, период коммерческого выращивания - около 15 лет. Биомассу можно собирать ежегодно. Ее рассматривают прежде всего как восстановительное источник энергии. Учитывая высокое содержание целлюлозы и лигнина мискантус также ценным сырьем для производства строительных материалов, в целлюлозно-бумажной промышленности и в сельском хозяйстве. Производственные затраты на выращивание мискантуса в различных европейских странах равны 35-105 евро / т сухого вещества.

Энергетические растения — свитчграс

Свитчграс (Switchgrass - Panicum virgatum L.). Это прямостоячая теплолюбивое многолетнее растение (C4), которая растет в прериях и похожа на кустовой злак. Она размножается как семенами, так и корневищем. Растение имеет красноватые прямостоячие стебли, которые растут высотой 0,5-2,7 м. Длинная корневая система может достигать 3 м в глубину.
Достаточно долгое время в Америке и Африке свитчграс использовали для консервации почв и как кормовую культуру. Его выращивают для борьбы с эрозией почвы и для сохранения природных условий, а в Европе - как декоративное растение.

Начиная с конца 80-х гг. Разновидности этой культуры начали рассматривать как травяную энергетическую культуру(биотопливо). Основными способами использования свитчграс в США и Канаде являются: производство электроэнергии путем газификации, комбинированное сжигание на угольных заводах и производство этанола для горючего. Недавно использования этой энергетической культуры расширилось производством целлюлозных и волокнистых уплотненных композиционных материалов.
Свитчграс выращивают на разных почвах, он не требователен к содержанию влаги и питательных веществ в почве и оказывает положительное влияние на окружающую среду. Преимуществами свитчграс являются: незначительная потребность использования пестицидов, борьба с эрозией почвы, содействие сохранению природных условий и потенциал к улучшению качества почвы.

Уменьшается эрозия и уровень использования пестицидов, соответственно, на 95 и 90%. Есть возможность использования земель, непригодных для выращивания сельскохозяйственных культур. Высокая устойчивость культуры к болезням и вредителям. Имеет низкую себестоимость и малые риски выращивания, требует незначительных вложений, давая высокие урожаи биомассы даже на непродуктивных землях. Урожайность свитчграс увеличивается постепенно с менее чем 2 т / га первого года использования до 12 т / га - второго и до 18 т / га - третьего года выращивания.

Свитчграс имеет составляющие, типичные для биотопливной биомассы: около 50% углерода, 43 - кислорода и 6% водорода. Растения имеют высокое содержание золы - до 4-6%, что объясняется высокой долей листовой массы. По сравнению низкое содержание калия и натрия в сочетании с повышенным содержанием кальция и магния в биомассе способствуют высокой температуре сгорания, уменьшает вероятность шлакованию при сжигании в котлах. Себестоимость свитчграс в разных странах колеблется от 24 до 62 евро / т сухого вещества.

Энергетические растения — верба

Верба (Salix L.) - род деревьев, кустов или полукустов семейства ивовых (Salicaceae). Энергетическая верба - обычно густоросла, вырастает до 5-6 м высотой  и имеет большое количество побегов. Она довольно легко размножается вегетативными побегами. Насаждения ивы остаются продуктивными в 25-30 лет, а урожай в течение этого периода можно собирать через три-четыре года. С 1 га плантации можно получать до 30-40 т сухой древесной массы в год (биотопливо).

Положительным является то, что ива устойчива к морозам и засухе, к вредителям и болезням, может расти на почвах различного типа, на холмах, в оврагах с повышенным залеганием грунтовых вод, на заболоченных землях, обеспечивающих хорошо водоснабжения, даже на непродуктивных землях, требуют рекультивации, то есть на землях, непригодных для ведения сельского хозяйства. Иву используют для производства топливных брикетов для сжигания в котлах. Одна тонна вербы влажностью 40% обеспечивает 1 Гкал тепла, тогда как такое же количество сухого сырья при влажности 15% дает 2 Гкал тепла.

Примерно после 25 лет использования вербу выкорчевывают, а земли используют для выращивания других культур или проводят новое насаждение энергетических растений.

Культура имеет большой потенциал производительности, особенно на низинных i плодородных землях с хорошим водоснабжением, которые являются приемлемыми. Большой потенциал энергетических плантаций на землях, которые не используют или используют неэффективно.

Площадь должна быть пригодной для проведения механизированных работ, в том числе для механизированной уборки в зимние месяцы. Это позволит создать новые рабочие места и обеспечить работой сотрудников в зимний период. В конце концов, энергетическая верба ( биотопливо) может существенно способствовать решению не только энергетических, но и экологических проблем, связанных с очисткой сточных вод.

Растения С3 (ива и тополь) больше нуждаются в воде во время выработки того же количества биомассы (биотопливо), чем растения С4 (мискантус, свитчграс). Годовое количество воды, транспируеться ивой и тополем, на 40-100 мм больше, чем, например, в мискантуса. В свою очередь, растения типа С4 имеют относительно большую способность образовывать урожай биомассы.

Низшая теплотворная способность абсолютно сухой вербы не отличается от других пород древесины и составляет примерно 18 МДж / кг абсолютно сухого вещества. По сравнению с большинством других пород, древесина ивы довольно легкая. Несмотря на отсутствие каких-либо вредных продуктов выделения во время сгорания, она имеет высокую теплоотдачу: 1 т растений заменяет более 500 м3 природного газа или 700 кг бурого угля. Биомассу, которую получают в процессе производства, можно использовать как первичное топливо (в процессе сгорания) или как вторичное - биометанол и древесный газ.

Собирают иву после окончания вегетации, то есть с октября-ноября по март-апрель, но в основном в зимний период. В первые два года собранную иву используют на посадочный материал, а в последующие годы - на биомассу( биотопливо). Диаметр стеблей растений вербы составляет приблизительно 10-12 мм. Первое сбора осуществляют после трех-четырех лет с момента высадки, когда растения достигают 5-6 м высотой. В следующем году после срезания ива отрастает снова. Сбор ивы проводят с помощью обычных силосоуборочных комбайнов, после чего ее измельчают и делают пеллеты для сжигания в котлах.

Энергетические растения — тополь

Тополь (Populus) - семейство ивовые (Salicaceae). Тополь - близкий родственник ивы, которая также нашла свое применение в биоэнергетике. Как и иву, ее в Западной Европе выращивают для отопления ( биотопливо). В наших климатических условиях среди всех деревьев именно тополь растет быстрее. Она растет  в похожих условиях с вербой. Для своего роста ей нужно много влаги и света. Поэтому наибольший выход биомассы ( биотопливо) будет в условиях, приближенных к тем, которые сложились в долинах рек.
Требовательность тополя к кислотности почвы подобна такого же показателя для ивы, то есть оптимальный уровень рН = 6,5-7,2.

Тополь довольно давно используют как энергокультур учитывая ее быстрый рост и устойчивость к вредителям и возможность выращивания на бедных почвах. В основном она не требует применения пестицидов и удобрений. Обнаружена возможность ее выращивания на загрязненных землях.
В последнее время, в связи со сравнительно быстрым ростом и образованием биомассы, насаждения тополя все активнее используют в качестве регенеративного источника энергии для производства биотоплива. Ее древесина достаточно легкая, широко используется в технических целях.

Четыре кубометра древесины ( биотопливо) заменяют 1000 м3 газа. Такое биотопливо обойдется государству почти в четыре раза дешевле. Тополь впитывает в себя большое количество углекислого газа, благодаря ей можно получить прекрасное экологически чистое топливо. Вредные выбросы по сравнению с дизельным топливом, сократятся на 90%. В промышленных насаждениях выход сухой массы тополя ( биотопливо) составляет до 6-12 т / га. Насаждения тополя остаются продуктивными в 15-20 и более лет, а биомассу в течение этого периода можно собирать каждые три-шесть лет.

Подобно другим энергетических растений, например мискантуса и свитчграс, тополь также может расти на малоплодородных почвах, непригодных для производства продуктов питания, сводя к минимуму конкуренцию между биоэнергетическими и продовольственными культурами.

Европейские ученые уверены в скором триумфе биотоплива, а простая тополь сыграет в этом свою далеко не последнюю роль.

 

А. Хиврич, канд. сельскохозяйственных наук
В. Курило, д-р с.-х. наук
В. Квак, В. Каськив,
ИСС НААН Украины

Кукуруза против «продвинутых»: объективные перспективы применения биотоплива

Экономика биотоплива по сравнению с обычным топливом очень сложная. По  данным международного статистического портала www.statista.com, экономическая конкуренция между биотопливом и обычным топливом возникает при цене $80 за баррель. В то же время желание потребителей авиационной промышленности использовать биотопливо возникает при цене от $100 за баррель и выше. Таких цен нет уже несколько лет и не факт, что будут в горизонте 10 лет. Все это ставит большой вопрос о перспективах этого рынка и динамике инвестиций, которая, как видим, сильно упала за последние 10 лет. Но тем не менее, есть государственная поддержка, и индустрия практически держится именно на ней. На сегодняшний день 64 страны либо уже выпустили определенные протекционистские меры по использованию биотоплива, либо планируют это сделать. К ним относятся страны Евросоюза, США, Азия. Они дают налоговые льготы, субсидии, устанавливают обязательные квоты биотопливного использования в авиационных компаниях. В США, к примеру, с 2015 года действует такой инструмент как  touches credit — субсидии в размере 27 центов за каждый литр, которые выплачиваются производителям биотоплива. Благодаря субсидиям и мерам государственной поддержки, среднемесячное производство биотоплива в США с 2015 на 2016 года выросло на 10%  — до 130 млн галлонов в год.  Соответственно, если субсидии и поддержка отменяются, а это периодически происходит, ситуация на рынке ухудшается. У Европы, например, есть некий лимит – меры поддержки биотоплива — Директивы ЕС по возобновляемым источникам энергии и использованию топлива для транспорта из возобновляемых источников (European Union Renewable Energy Directive, EU Directives for Renewable Energies and Fuel Quality) — действуют до 2020 года, а потом их продление не планируется. Меры государственной поддержки стали причиной роста  производства биодизеля в ЕС в 2000 года по 2007 год – тогда мощности увеличились с 3 млн до 25 млн тонн. Но уже к концу 2008 года мощности в 15 млн тонн оказались не загруженными, и часть европейских биодизельных предприятий была демонтирована и продана, а с  2014 года рост инвестиций и потребления биотоплива остановился. Сворачивание мер поддержки производства биотоплива в ЕС уже сказалось на инвестициях в сектор:  после информации о том, что поддержку не продлевают, инвестиции практически остановились.

Объяснение

видов биотоплива - Управление энергетической информации США (EIA)

Биотопливо - это транспортное топливо, такое как этанол и дизельное топливо на основе биомассы, которое производится из материалов биомассы. Эти виды топлива обычно смешиваются с нефтяными топливами (бензин и дистиллят / дизельное топливо и топочный мазут), но их также можно использовать самостоятельно. Использование этанола или биодизеля снижает потребление бензина и дизельного топлива, производимого из сырой нефти, что может уменьшить количество сырой нефти, импортируемой из других стран.Этанол и биодизель также являются более экологически чистыми видами топлива, чем чистый бензин и дизельное топливо.

Что такое этанол?

Этанол - это горючий спирт, изготовленный из сахаров, содержащихся в зернах, таких как кукуруза, сорго и ячмень.

  • Сахарный тростник
  • Свекла сахарная
  • Шкурки картофельные
  • Рис
  • Садовая вырезка
  • Кора дерева
  • Просо

Большая часть топливного этанола, используемого в Соединенных Штатах, производится из кукурузы.Ученые работают над способами получения этанола из всех частей растений и деревьев, а не только из зерна, и экспериментируют с быстрорастущими древесными культурами, такими как тополь, ива и просо, чтобы увидеть, можно ли их использовать для производства этанола.

Исследователи-генетики Министерства сельского хозяйства США (USDA) изучают просо как источник этанола.

Фото: Бретт Хэмптон, Служба сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США (общественное достояние)

Этанол смешивается с бензином

Почти весь бензин, продаваемый в настоящее время в Соединенных Штатах, содержит около 10% этанола по объему.Любой бензиновый двигатель в Соединенных Штатах может использовать E10 (бензин с 10% этанола), но только определенные типы транспортных средств могут использовать смеси с топливом, содержащим более 10% этанола. Транспортное средство с гибким топливом может использовать бензин с содержанием этанола более 10%. В октябре 2010 года Агентство по охране окружающей среды США постановило, что легковые и легкие грузовики 2007 модельного года и новее могут использовать E15 (бензин с 15% этанолом). E85, топливо, которое содержит 51–83% этанола, в зависимости от местоположения и сезона, в основном продается на Среднем Западе и может использоваться только в транспортных средствах с гибким топливом.

Что такое дизельное топливо на основе биомассы?

Дизельное топливо на основе биомассы включает биодизель и возобновляемое дизельное топливо. Оба они называются дизельным топливом на основе биомассы, потому что они в основном производятся для использования в дизельных двигателях, но их также можно использовать в качестве топлива для отопления. Оба вида топлива производятся из биомассы или материалов, полученных из биомассы, но они различаются по способу производства и физическим свойствам. Дизельное топливо на основе биомассы можно использовать в дизельных двигателях без модификации двигателей.

А биодизель и стандартный бензонасос

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Последнее обновление: 24 августа 2020 г.

Как производится биотопливо?

Биотопливо - это топливо, производимое на заводах и разработанное для замены исторически сложившихся ископаемых видов топлива, таких как авиационное топливо на нефтяной основе, бензин, дизельное топливо и другие. Конечно, биотопливо существует уже давно, и оно включает этанол, который представляет собой спирт, сброженный из крахмалов растений, и биодизель, который очищается из растительных масел, животных жиров и отработанного растительного масла.

Но времена меняются, изменилось и биотопливо. Gevo продолжает расширять границы разработки новых видов биотоплива, которые соответствуют или превосходят стандарты топлива на нефтяной основе.

Экологичное авиационное топливо, отвечающее тем же стандартам, что и реактивное топливо на основе нефти, означает, что самолет в аэропорту с наполовину полным баком нефтяного топлива может заправляться экологически чистым, низкоуглеродным авиационным биотопливом. И наоборот, работает и обратный сценарий - виды топлива взаимозаменяемы.

Возобновляемый бензин, созданный из смеси изооктана и изобутанола на основе кукурузы, можно добавить в бак автомобиля, который затем можно заправить бензином на основе нефти на следующей заправочной станции.

Биодизельное топливо, разработанное Gevo, будет соответствовать тем же стандартам, что и дизельное топливо на нефтяной основе, но обеспечивает пониженные выбросы углекислого газа, отсутствие твердых частиц и более низкий уровень серы, что соответствует требованиям к судовому дизельному топливу в портах по всему миру.

Gevo разрабатывает биотопливо с конечной целью заменить весь галлон соответствующего ископаемого топлива.В настоящее время биотопливо можно смешивать с существующими запасами топлива на основе нефти, но компания сосредоточена на создании топлива, которое когда-нибудь может стать самостоятельным.

Лучше всего то, что биотопливо использует углерод, который уже находится в атмосфере, а не высвобождает секвестрированный углерод, содержащийся в ископаемом топливе, как это происходит при очистке и сжигании ископаемого топлива. Это потому, что биотопливо производится из растений, которые поглощают углекислый газ из атмосферы. Благодаря синтетической биологии и промышленной химии Gevo эти угли превращаются в углеводороды, которые производят энергию в биотопливо.

Как производится биотопливо

В Соединенных Штатах было проведено много исследований, посвященных тому, как производить и использовать возобновляемые виды топлива. Министерство энергетики США руководит исследованиями и разработкой продуктов и технологий биотоплива. Некоторые из распространенных процессов включают термохимические, где используются биомасляные или газообразные соединения, и биохимические, где в процессе преобразования используются сахар или лигнин.

Биотопливо обычно поступает из нескольких общих источников.Идея заключается в том, что энергия, содержащаяся в сырье, таком как растения, изначально исходила от солнца. Фотосинтез сохраняет энергию в клетках растений посредством фотосинтеза и присутствует в следующих материалах:

  • Сахарные культуры: сахарный тростник, сахарная свекла, кукуруза, кукуруза и другие крахмалы можно ферментировать, что дает этанол.

  • Натуральные растительные масла: можно сжечь сою, масличную пальму или даже водоросли. Некоторые дизельные двигатели сжигают их для выработки энергии.Вы также можете смешать их с топливом на нефтяной основе.

  • Древесина / побочные продукты: они часто превращают их в этанол, метанол и другое жидкое биотопливо. Они также образуют древесный газ.

  • Сгоревшая древесина: Вы можете использовать дрова в качестве твердого топлива. Если печь поддерживает это, они используют колотую древесину в качестве топливной биомассы.

Общий обзор конверсии биотоплива

Выбор сырья зависит от рассматриваемого процесса конверсии.Например, они выбирают его по качеству, составу и размеру. Биохимические процессы часто включают травы, сельскохозяйственные и древесные остатки. Общие процедуры преобразования включают деконструкцию для разложения биомассы на химические компоненты. Есть разные процессы деконструкции. Требуемые температуры различают типы, которые дадут надлежащие результаты. Термохимическая деконструкция составляет от 300 до 1000 ° C.

Высокотемпературная деконструкция: Есть три процесса.Они включают пиролиз, который представляет собой термическое / химическое разложение сырья без кислорода. Результат - бионефть с углеводородами. На единицу больше кислородсодержащих соединений, чем в сырой нефти. Прежде чем его можно будет превратить в топливо или переработать на нефтеперерабатывающем заводе, промежуточный продукт необходимо модернизировать. Гидротермальное сжижение производит бионефть за счет добавления тепла и давления к влажной суспензии сырья. После обработки водой он подвергается дальнейшей обработке в реакторе. Термическая деконструкция также осуществляется с газификацией, которая происходит при температурах выше 700 ° C.Вы можете добавить переносчик кислорода или пар перед очисткой и кондиционированием газа.

Низкотемпературная деконструкция: Для облегчения процесса конверсии можно использовать ферменты и другие катализаторы, такие как нагрев. Углеводный материал превращается в промежуточное соединение сахара. Затем они могут сбраживать строительные блоки. Их также можно химически катализировать. Процесс включает предварительную обработку, при которой сырье готовится к гидролизу с использованием механических или химических методов обработки.Они расщепляют этот материал на растворимые и нерастворимые компоненты. Это обнажает сахарные полимеры. Гидролиз дополнительно разрушает полимеры. При этом образуются молекулы, которые используются в качестве топлива или строительных блоков.
Синтез / модернизация: Производство промежуточных продуктов - это не конец процесса производства биотоплива. Начальные фазы дают сахара, сырые биомасла и газообразные смеси или химические вещества. Повышение урожайности - это непостоянный процесс, зависящий от имеющихся материалов.Сложность реализуемого процесса зависит от характера химического распределения. Переменное сочетание соединений может потребовать большей сложности для переработки в конечный продукт. Вы используете бактерии и дрожжи, чтобы ускорить стадию брожения. Для приготовления топливного продукта вам может потребоваться стабилизация, каталитическая обработка и биологическая обработка, среди других промежуточных процедур повышения качества.

В некоторых случаях микроорганизмы могут действовать путем ферментации сахара или газообразных соединений. Производители также могут использовать каталитические процессы для подготовки биотоплива к хранению и транспортировке.Готовая продукция может оказаться в разных местах. Некоторые из них становятся коммерчески жизнеспособными после завершения процесса преобразования. Другие подходят для дальнейшей обработки на химическом производстве или нефтеперерабатывающем заводе.

Этапы производства

Производство биотоплива осуществляется в несколько основных этапов; учитывая использование отработанного растительного масла из стандартной кухни, к ним относятся:

  • Фильтрация: Они фильтруют масло, удаляя все частицы пищи.Более теплые жидкости легче фильтровать. Сделать это можно с помощью кофейного фильтра.

  • Удаление воды: Реакции проходят быстрее, когда вы удаляете воду. Этого можно добиться путем кипячения смеси при температуре около 100 ° C.

  • Титрование: Метод химического анализа для определения концентрации присутствующего аналита. Это помогает определить необходимое количество щелока.

  • Приготовление метоксида натрия: Вы смешиваете метанол в количестве около 20 процентов от используемого растительного масла с гидроксидом натрия.

  • Нагревание / перемешивание: Полученную смесь осторожно нагревают и перемешивают.

  • Отстаивание / разделение: По мере охлаждения смеси биотопливо будет плавать сверху. Вы сливаете оставшийся глицерин и используете чистое биотопливо.

Производство обычного биотоплива

Этанол часто используется в качестве смешивающего агента. Он может повысить октановое число бензина и снизить выбросы в атмосферу. Обычные смеси включают 10 процентов этанола, 90 процентов бензина и, в случае транспортных средств с гибким топливом, от 51 до 83 процентов этанола.В большинстве случаев этанол можно производить из растительных крахмалов и сахаров. Ученые даже работают над разработкой способов переработки целлюлозы и гемицеллюлозы в биотопливо.

После смешивания спирта с такими соединениями, как растительное масло, переработанный кулинарный жир или животный жир, вы можете смешивать биодизельное топливо с традиционными видами топлива. Вы можете смешивать любое процентное содержание с нефтяным дизельным топливом. Диапазон варьируется от чистого биодизеля до смеси на 20 процентов с 80-процентным топливом на нефтяной основе. Вы также можете создать топливо из углеводородов из биологических источников.Поскольку они практически идентичны топливам на нефтяной основе, которые они заменяют, вы можете использовать их с теми же двигателями и другими устройствами.

Источники: Dec.ny.gov, Energy.gov, Biofuel.org.uk, Wikipedia

Разбейте это! Как ученые получают топливо из растений · Границы для молодых умов

Абстрактные

Когда вы утром едете в школу на автобусе, ваша поездка, вероятно, осуществляется на дизельном топливе или бензине, которые производятся из нефти.Нефть - это ископаемое топливо , что означает, что она производится из разложившихся ископаемых организмов, таких как древние растения, планктон и водоросли, которые были погребены под поверхностью Земли на протяжении миллионов лет.

Ископаемые виды топлива, такие как нефть, природный газ и уголь, добываются из недр земли и используются для привода автомобилей, обогрева зданий и выработки электроэнергии. Нефть также можно использовать для производства химикатов на нефтяной основе (нефтехимии), которые встречаются во многих повседневных вещах, например, в подошвах вашей обуви или пластиковом покрытии сиденья школьного автобуса.

Ископаемые виды топлива хороши тем, что они очень энергоемкие, т. Е. Содержат много энергии на единицу объема. Это означает, что ископаемые виды топлива очень хороши для питания автомобилей и выработки тепла. Не очень хорошо в ископаемом топливе то, что на Земле их ограниченное количество. Поскольку ископаемое топливо формируется в течение миллионов лет, мы в конечном итоге израсходуем его, прежде чем будет произведено больше. Кроме того, при сжигании ископаемого топлива или нефтехимии выделяется углекислый газ (CO 2 ).CO 2 известен как парниковый газ, потому что он может задерживать солнечные лучи в атмосфере Земли, действуя так же, как стеклянная крыша теплицы. Сжигание ископаемого топлива увеличивает концентрацию CO 2 в атмосфере, и это может привести к климатическим нарушениям, включая , глобальное потепление (1).

Из-за этих проблем ученые и инженеры усердно работают над поиском новых видов топлива и химикатов, которые не добавляют CO 2 в атмосферу, и которые могут быть возобновлены, когда запасы истощаются.Топливо и химические вещества, отвечающие этим требованиям, обозначаются как «, устойчивое развитие ». С экологической точки зрения материал является экологически безопасным, если его можно использовать в течение длительного времени, без истощения и без общего негативного воздействия на окружающую среду.

Биотопливо - это один из видов топлива, многообещающий для нашего энергетического будущего, поскольку он является возобновляемым и экологически чистым. Другими словами, биотопливо устойчиво.

Биотопливо обычно производится из растительных материалов, которые не могут быть употреблены в пищу людьми, таких как стебли кукурузы, травы и древесная щепа. Биомасса - это еще одно название растительного сырья, которое используется для производства биотоплива. Когда биомасса собирается и обрабатывается, ученые могут расщеплять и преобразовывать растительные клетки в возобновляемое топливо или химические вещества. Поэтому вместо того, чтобы ждать миллион лет, пока природа превратит растения в ископаемое топливо, ученые пытаются ускорить этот процесс, используя хитроумную химию для производства биотоплива из растений, которые сегодня живы.

А теперь подожди секунду. Если при сжигании ископаемого топлива, которое состоит из древнего органического вещества, в атмосферу выбрасывается CO 2 … не создает ли сжигание биотоплива ту же проблему? К счастью, нет.При сжигании биотоплива действительно выделяется CO 2 , но помните, что растения, используемые в биотопливе, не древние - они жили на Земле в то же время, что и мы с вами. И хотя мы, люди, дышим кислородом, чтобы остаться в живых, растения вместо этого дышат CO 2 . Это означает, что поскольку растения, используемые для производства биотоплива, потребляют CO 2 в процессе своего роста, общего увеличения количества CO 2 в атмосфере при их сжигании не происходит. Они только заменяют то, что взяли.Кроме того, в отличие от нефти, мы всегда можем вырастить новые растения для производства биотоплива, когда они нам понадобятся.

Итак, если биотопливо является устойчивым и экологически чистым, то оно должно быть идеальным решением наших энергетических проблем, верно? К сожалению, процессы, которые ученые используют для превращения биомассы в биотопливо, могут быть очень дорогими. Дорогостоящие химические реакции означают дорогостоящее биотопливо и биопродукты, и большинство потребителей предпочтут обычный бензин или пластик более дорогим «зеленым» продуктам.Кроме того, для некоторых реакций с биотопливом требуются агрессивные химические вещества, которые могут создавать собственные экологические проблемы, возвращая нас к тому месту, где мы начали с точки зрения устойчивости (2).

Чтобы увидеть, как растения превращаются в полезное топливо и химические вещества, мы должны сначала понять, из чего они сделаны. Стенки растительных клеток отвечают почти за весь вес растения и состоят из трех сложных молекул, называемых целлюлозой, гемицеллюлозой и лигнином (рис. 1).

  • Рис. 1. На этом рисунке показана базовая структура тканей растения, начиная с уровня листа (вверху: «несъедобные растения») и увеличивая масштаб до клеточного уровня (слева: «клетка растения»).
  • Как видите, на клеточном уровне длинные молекулы целлюлозы (показаны синим) плотно упакованы в пучки, окруженные гемицеллюлозой (оранжевый) и лигнин (зеленый). Эта плотно упакованная структура делает ткани растений прочными и долговечными.

Первые две молекулы, целлюлоза и гемицеллюлоза, разрываются на простые сахарные строительные блоки, связанные вместе в компактную структуру, поддерживаемую третьей молекулой - лигнином (рис. 1). Все три сложные молекулы в растениях должны быть разделены на части, чтобы получить доступ к строительным блокам сахара внутри, которые затем можно превратить в биотопливо.

Один из способов добиться такого разложения биомассы - использовать много агрессивных химикатов для разрушения тканей растений. Однако эти химические вещества могут быть дорогими - даже токсичными (2). В идеале мы хотели бы упростить разрушение растений, чтобы нам не нужно было так сильно полагаться на эти химические вещества.

Одно из возможных решений - использовать растворитель - жидкость с химическими свойствами, позволяющими растворять другие материалы… например, растения. Большинство из нас используют растворители каждый день, даже если мы не подозреваем об этом.Например, вы используете воду в качестве растворителя каждый раз, когда моете руки или готовите горячий шоколад быстрого приготовления.

Иногда с работой можно справиться только с помощью растворителя определенного типа. Например, вода может растворять какао-порошок для приготовления горячего шоколада, но не удаляет лак с ногтей - для этого вам понадобятся химические вещества, называемые ацетон или этилацетат.

К сожалению, до недавнего времени исследователи энергетики не могли найти растворитель, который был бы (а) дешев, (б) устойчив и (в) хорош для разрушения растений.Но теперь мы обнаружили очень интересный новый растворитель под названием γ- валеролактон (для краткости GVL ), который может сделать производство биотоплива намного дешевле и эффективнее (3). GVL - такой интересный растворитель, потому что он не только дешев - он возобновляемый, потому что он сделан из самой биомассы.

Мы обнаружили, что можем использовать GVL для извлечения более 70% исходных сахаров, захваченных в плотной структуре биомассы, для производства простых сахаров, которые намного легче превратить в топливо.Этот процесс проиллюстрирован на Рисунке 2, который показывает химическую реакцию, протекающую внутри реактора биотоплива. Биотопливные реакторы - это металлические сосуды, в которых проходят реакции обработки биотоплива. Они специально разработаны, чтобы выдерживать воздействие тепла, давления и химикатов.

  • Рисунок 2 - Иллюстрация производства сахара на заводах с использованием ГВЛ в качестве растворителя.

Два основных свойства GVL делают его отличным растворителем для экстракции сахара:

(1) GVL дает кислотам большой импульс.

Для начала любой химической реакции участвующие в ней ингредиенты (реагенты) должны сначала собрать достаточно энергии. Наименьшее количество энергии, необходимое для запуска реакции, называется «энергией активации» (рис. 3). В обычных реакциях производства биотоплива большое количество кислот смешивается с водой, чтобы помочь расщепить биомассу. Это может занять некоторое время, особенно для очень жестких или древесных растений, но добавление GVL в реакцию дает кислотам большой прилив энергии. Это ускорение помогает системе быстрее собирать свою энергию активации, поэтому реакция может протекать быстрее (4, 5) (Рисунок 3).

  • Рисунок 3 - Этот график иллюстрирует эволюцию химической реакции.
  • «Свободная энергия» - это причудливый способ обозначить энергию, имеющую отношение к химической реакции. «Ход реакции» представляет собой состояние, через которое реагенты должны пройти, чтобы превратиться в продукты.

Чтобы проиллюстрировать этот феномен, представьте, что две девушки, Джемма и Валери, собираются мчаться друг с другом на вершину крутого холма. Обычно оба бегуна должны стоять за линией старта, чтобы убедиться в честности гонки.Но в этой гонке Джемма действительно имеет большую фору: когда срабатывает зуммер, она начинает бежать на полпути вверх по крутому склону, а Валери должна начинать с самого низа. Как вы думаете, кто победит? Как вы уже догадались - Джемма поднимается на вершину холма раньше Валери. Подобно тому, как форсированный старт приближает Джемму к вершине холма по аналогии с гонкой, GVL приближает кислоту к точке реакции с биомассой, позволяя реакции протекать намного быстрее.

(2) GVL избавляет от лигнина.

Для растений лигнин действительно важен: он придает им форму и структуру и помогает им расти здоровыми и сильными. Но для ученых лигнин - всего лишь неприятность. Это прочная и стойкая молекула, которую очень трудно разрушить, и она мешает получению простых сахаров из молекул целлюлозы и гемицеллюлозы. Однажды ученые надеются, что сумеют расщепить лигнин и получить полезные вещества, но пока они просто не хотят, чтобы он мешал. GVL обладает необычной способностью растворять лигнин и препятствовать тому, чтобы он блокировал главный приз: богатые энергией строительные блоки сахара.

Пожалуй, самое лучшее в этом GVL то, что он может быть переработан. В конце реакции биотоплива жидкий CO 2 может быть добавлен в реактор для разделения каждого реагента на отдельный слой (рис. 2). Представьте себе бутылку с необычной заправкой для салата: масло и уксус, вместо того чтобы смешиваться друг с другом, остаются полностью разделенными, пока бутылку не встряхивают. Точно так же, когда CO 2 добавляется в реактор для биотоплива, ГВЛ и раствор сахара становятся точно такими же, как эта заправка для салата.Все сахара переходят в один слой и становятся концентрированными (см. Рис. 2), в то время как GVL образует свой собственный отдельный слой. Затем GVL можно легко удалить и использовать снова, в то время как раствор сахара, который получают ученые, примерно в пять раз более концентрированный, чем он был бы без GVL. Эта повышенная концентрация очень важна, потому что это означает, что вам нужно тратить меньше энергии на очистку конечного продукта, что делает весь процесс более эффективным и менее расточительным.

После удаления GVL остается концентрированный и очень полезный сахарный раствор.У ученых есть два варианта использования этого энергоемкого раствора:

  • Они могут модернизировать сахара посредством дальнейших химических реакций до других полезных молекул, которые сегодня используются для производства многих продуктов, полученных из нефтехимии. Это означает, что GVL можно использовать для производства экологически чистых альтернатив пластмассам, мылу, краскам и многим другим распространенным материалам.
  • Они могут «кормить» сахаром микроорганизмы, такие как дрожжи или бактерии, которые затем метаболизируют его и производят топливо.Одним из примеров является биотопливный этанол: он может приводить в действие легковые и грузовые автомобили и другие машины почти так же эффективно, как бензин. У некоторых микроорганизмов особенно хороший аппетит к сахару, произведенному с использованием GVL, потому что они не содержат агрессивных химикатов, которые часто используются в других реакциях биотоплива. Тот факт, что микроорганизмы могут не только выживать, но и процветать на сахарах, обработанных GVL, означает, что GVL подходит для использования в других биологических реакциях, а не только в химических. В этой работе микроорганизмы использовались для получения этанола такой высокой концентрации, что очистка этанола до пригодного для использования топлива не стоила очень дорого.

По всем этим причинам использование GVL дает ученым надежду на создание биотоплива и химикатов, которые могут конкурировать с нефтепродуктами на рынке. На протяжении веков люди изобретали новые технологии и развивали промышленность с поразительной скоростью - иногда с серьезной ценой для окружающей среды. Процесс производства биотоплива, отвечающий всем требованиям доступности, возобновляемости и устойчивости, может принести пользу как людям, так и Земле.С открытием роли GVL в переработке биотоплива мы считаем, что на один шаг ближе к устойчивому будущему.

Глоссарий

Биотопливо : Определенные типы растительных веществ (см. Биомассу) можно перерабатывать в жидкое или газообразное топливо, называемое биотопливом. Некоторые виды биотоплива могут быть возобновляемыми альтернативами ископаемым видам топлива, например бензину.

Биомасса : Биомасса - это общий термин, обозначающий любой органический (углеродсодержащий) материал, происходящий из живого вещества, например растений.Биомасса растений состоит из трех основных молекул: целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Типы биомассы, используемые для биотоплива, включают растения и растительные отходы, такие как травы, стебли кукурузы и древесная щепа.

Ископаемое топливо : Ископаемое топливо образуется под землей в течение миллионов лет и состоит из органического вещества тканей древних растений и животных. Ископаемое топливо включает уголь, природный газ и нефть. Нефть может быть переработана в другие виды топлива, такие как дизельное топливо и бензин.

Глобальное потепление : Когда слишком много углекислого газа (CO 2 ) попадает в атмосферу, он может улавливать солнечные лучи внутри атмосферы. Это явление называется парниковым эффектом, и оно может привести к общему повышению глобальной температуры, называемому глобальным потеплением.

GVL : GVL - это сокращение от γ- валеролактона . Это химическое вещество, которое можно легко получить из растений. В нашем эксперименте мы использовали ГВЛ в качестве растворителя для растворения растений.В прошлом GVL использовался в парфюмерной промышленности, потому что он имеет сладкий травяной запах. GVL также использовался в фармацевтических продуктах.

Реакция : Химическая реакция происходит, когда атомы в веществе перегруппировываются, что приводит к химическому изменению вещества. Химическая реакция может начаться только после того, как она накопит достаточно энергии. Это минимальное количество энергии, необходимое для начала реакции, называется энергией активации.

Растворитель : В химии растворитель - это жидкость или газ, способный растворять другое вещество, называемое растворенным веществом.Когда вы добавляете растворитель в растворенное вещество, вы получаете раствор.

Устойчивый : С экологической точки зрения материал является экологически безопасным, если его можно использовать в течение длительного времени, без истощения и без общего негативного воздействия на окружающую среду. Например, возобновляемая энергия является устойчивой, потому что мы можем производить ее больше, не нанося значительного ущерба окружающей среде. В более широком масштабе экологическая система является устойчивой, если она может выжить в течение долгого времени при здоровом уровне биоразнообразия, продуктивности и ресурсов.


Первоисточник Статья

Luterbacher, J. S., Rand, J. M., Alonso, D. M., Han, J., Youngquist, J. T., Maravelias, C. T., et al. 2014. Производство неферментативного сахара из биомассы с использованием γ-валеролактона, полученного из биомассы. Наука 343: 277–280. DOI: 10.1126 / science.1246748


Список литературы

[1] Tester, J. W. 2005. Sustainable Energy. Кембридж, Массачусетс: MIT Press.

[2] Luterbacher, J.С., Мартин Алонсо, Д., Думесик, Дж. А. 2014. Целевое химическое обновление лигноцеллюлозной биомассы до платформенных молекул. Green Chem. 16: 4816–38. DOI: 10.1039 / C4GC01160K

[3] Luterbacher, J. S., Rand, J. M., Alonso, D. M., Han, J., Youngquist, J. T., Maravelias, C. T., et al. 2014. Производство неферментативного сахара из биомассы с использованием γ-валеролактона, полученного из биомассы. Наука 343: 277–80. DOI: 10.1126 / science.1246748

[4] Меллмер, М. А., Сенер, К., Галло, Дж. М. Р., Лутербахер, Дж. С., Алонсо, Д. М., Думесик, Дж. А. 2014. Эффекты растворителя в реакциях конверсии биомассы, катализируемых кислотой. Angew Chem. Int. Эд. 53: 11872–5. DOI: 10.1002 / anie.201408359

[5] Меллмер, М. А., Алонсо, Д. М., Лутербахер, Дж. С., Галло, Дж. М. Р., Дюмесик, Дж. А. 2014. Влияние гамма-валеролактона на гидролиз лигноцеллюлозной биомассы до моносахаридов. Green Chem. 16: 4659–62. DOI: 10.1039 / C4GC01768D

Экономика биотоплива | Агентство по охране окружающей среды США

Замена ископаемого топлива биотопливом - топлива, производимого из возобновляемых органических материалов - может снизить некоторые нежелательные аспекты производства и использования ископаемого топлива, включая выбросы загрязняющих веществ, связанных с традиционными и парниковыми газами (ПГ), истощение исчерпаемых ресурсов и зависимость от нестабильных иностранных поставщиков .Спрос на биотопливо может также увеличить доход фермерских хозяйств. С другой стороны, поскольку многие виды сырья для биотоплива требуют земли, воды и других ресурсов, исследования показывают, что производство биотоплива может вызвать несколько нежелательных эффектов. Потенциальные недостатки включают изменения в схемах землепользования, которые могут увеличить выбросы парниковых газов, давление на водные ресурсы, загрязнение воздуха и воды, а также рост цен на продукты питания. В зависимости от сырья, производственного процесса и временного горизонта анализа биотопливо может выделять даже больше парниковых газов, чем некоторые ископаемые виды топлива, на основе энергетического эквивалента.Биотопливо также, как правило, требует субсидий и других вмешательств на рынок для экономической конкуренции с ископаемым топливом, что создает безвозвратные потери в экономике.

Общие сведения

Биотопливо первого поколения производится из сахарных культур (сахарный тростник, сахарная свекла), крахмальных культур (кукуруза, сорго), масличных культур (соя, рапс) и животных жиров. Посевы сахара и крахмала превращаются в процессе ферментации в биоспирты, включая этанол, бутанол и пропанол. Масла и животные жиры можно перерабатывать в биодизельное топливо.Этанол - наиболее широко используемое биоспиртовое топливо. Большинство автомобилей могут использовать смеси бензина и этанола, содержащие до 10 процентов этанола (по объему). Транспортные средства с гибким топливом могут использовать E85, смесь бензина и этанола, содержащую до 85 процентов этанола. В 2013 году в США было более 2300 заправочных станций E85 (Министерство энергетики США).

Биотопливо второго поколения, или целлюлозное биотопливо, производится из целлюлозы, которую получают из непищевых культур и отходов биомассы, таких как кукурузная солома, кукурузные початки, солома, древесина и побочные продукты древесины.В качестве сырья для производства биотоплива третьего поколения используются водоросли. Коммерческое производство целлюлозного биотоплива началось в США в 2013 году, в то время как биотопливо из водорослей еще не производится в промышленных масштабах.

Потенциальные экономические выгоды от производства биотоплива

Замена ископаемого топлива биотопливом может дать ряд преимуществ. В отличие от ископаемого топлива, которое является исчерпаемым ресурсом, биотопливо производится из возобновляемого сырья. Таким образом, их производство и использование теоретически может продолжаться бесконечно.

В то время как производство биотоплива приводит к выбросам парниковых газов на нескольких этапах процесса, анализ EPA (2010) Стандарта на возобновляемые источники топлива (RFS) прогнозирует, что несколько типов биотоплива могут обеспечить более низкие выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла, чем бензин, в течение 30 лет. горизонт. Академические исследования с использованием других экономических моделей также показали, что биотопливо может привести к сокращению выбросов парниковых газов в течение жизненного цикла по сравнению с обычными видами топлива (Hertel et al. 2010, Huang et al. 2013). Биотопливо второго и третьего поколения обладает значительным потенциалом для сокращения выбросов парниковых газов по сравнению с обычным топливом, поскольку сырье можно производить на малоплодородных землях.Более того, в случае отходов биомассы не требуется никакого дополнительного сельскохозяйственного производства, а косвенные выбросы парниковых газов, опосредованные рынком, могут быть минимальными, если отходы не имеют другого производственного использования.

Биотопливо можно производить внутри страны, что может привести к снижению импорта ископаемого топлива (Huang et al. 2013). Если производство и использование биотоплива сократит потребление импортируемого ископаемого топлива, мы сможем стать менее уязвимыми к неблагоприятным последствиям перебоев в поставках (US EPA 2010). Снижение нашего спроса на нефть также может снизить ее цену, создавая экономические выгоды для американских потребителей, но также потенциально увеличивая потребление нефти за рубежом (Huang et al.2013).

Биотопливо может снизить выбросы некоторых загрязняющих веществ. В частности, этанол может обеспечить полное сгорание, уменьшая выбросы окиси углерода (US EPA 2010).

Важно отметить, что производство и потребление биотоплива само по себе не приведет к сокращению выбросов парниковых газов или обычных загрязнителей, уменьшению импорта нефти или уменьшению нагрузки на исчерпаемые ресурсы. Производство и использование биотоплива должно совпадать с сокращением производства и использования ископаемого топлива для получения этих выгод.Эти преимущества будут уменьшены, если выбросы биотоплива и потребности в ресурсах увеличивают, а не вытесняют выбросы ископаемого топлива.

Потенциальные экономические выгоды и последствия производства биотоплива

Сырье для биотоплива включает многие культуры, которые в противном случае использовались бы для потребления человеком прямо или косвенно в качестве корма для животных. Перенаправление этих культур на биотопливо может привести к увеличению площади земель, отведенных под сельское хозяйство, более широкому использованию загрязняющих факторов производства и повышению цен на продукты питания. Целлюлозное сырье также может конкурировать за ресурсы (землю, воду, удобрения и т. Д.).), которые в противном случае могли бы быть посвящены производству продуктов питания. В результате некоторые исследования показывают, что производство биотоплива может вызвать несколько нежелательных явлений.

Изменения в структуре землепользования могут увеличить выбросы парниковых газов за счет выброса наземных запасов углерода в атмосферу (Searchinger et al. 2008). Сырье для биотоплива, выращиваемое на землях, очищенных от тропических лесов, таких как соя в Амазонке и масличная пальма в Юго-Восточной Азии, генерирует особенно высокие выбросы парниковых газов (Fargione et al.2008 г.). Даже использование целлюлозного сырья может стимулировать рост цен на сельскохозяйственные культуры, что способствует расширению сельского хозяйства на неосвоенных землях, что ведет к выбросам парниковых газов и утрате биоразнообразия (Melillo et al. 2009).

При производстве и переработке биотоплива также могут выделяться парниковые газы. При внесении удобрений выделяется закись азота, мощный парниковый газ. Большинство биоперерабатывающих заводов работают на ископаемом топливе. Некоторые исследования показывают, что выбросы ПГ в результате производства и использования биотоплива, в том числе в результате косвенного изменения землепользования, могут быть выше, чем выбросы от ископаемого топлива, в зависимости от временного горизонта анализа (Melillo et al.2009 г., Mosnier et al. 2013).

Что касается воздействия на окружающую среду, не связанного с парниковыми газами, исследования показывают, что производство сырья для биотоплива, особенно пищевых культур, таких как кукуруза и соя, может увеличить загрязнение воды питательными веществами, пестицидами и отложениями (NRC 2011). Увеличение орошения и очистки этанола может привести к истощению водоносных горизонтов (NRC 2011). Качество воздуха также может снизиться в некоторых регионах, если воздействие биотоплива на выбросы из выхлопных труб плюс дополнительные выбросы, производимые на предприятиях биопереработки, увеличат чистое обычное загрязнение воздуха (NRC 2011).

Экономические модели показывают, что использование биотоплива может привести к повышению цен на урожай, хотя разброс оценок в литературе широк. Например, исследование 2013 года показало, что прогнозы влияния биотоплива на цены на кукурузу в 2015 году варьируются от 5 до 53 процентов (Zhang et al. 2013). Отчет Национального исследовательского совета (2011) о RFS включал несколько исследований, в которых было обнаружено, что цены на кукурузу из биотоплива увеличились на 20-40 процентов в период с 2007 по 2009 год. В рабочем документе Национального центра экономики окружающей среды (NCEE) было обнаружено увеличение на 2-3 процента цен долгосрочные цены на кукурузу на каждый миллиард галлонов увеличения производства этанола из кукурузы в среднем по 19 исследованиям (Condon et al.2013). Более высокие цены на урожай приводят к повышению цен на продукты питания, хотя ожидается, что влияние на розничную торговлю продуктами питания в США будет незначительным (NRC 2011). Более высокие цены на урожай могут привести к более высокому уровню недоедания в развивающихся странах (Rosegrant et al. 2008, Fischer et al. 2009).

Политические подходы США к поддержке производства биотоплива

В Законе об энергетической политике 2005 г. использовались различные экономические стимулы, включая гранты, налоговые льготы, субсидии и займы для содействия исследованиям и разработкам в области биотоплива.Он установил Стандарт возобновляемого топлива, требующий смешивания 7,5 миллиардов галлонов возобновляемого топлива с бензином ежегодно к 2012 году.

Закон об энергетической независимости и безопасности 2007 года (EISA) включал аналогичные экономические стимулы. EISA расширило стандарт возобновляемого топлива, чтобы увеличить производство биотоплива до 36 миллиардов галлонов к 2022 году. Из последней цели 21 миллиард галлонов должен быть получен из целлюлозного биотоплива или передового биотоплива, полученного из исходного сырья, кроме кукурузного крахмала. Чтобы ограничить выбросы парниковых газов, в Законе говорится, что обычные возобновляемые виды топлива (кукурузный крахмал этанол) необходимы для сокращения выбросов парниковых газов в течение жизненного цикла по сравнению с выбросами в течение жизненного цикла от ископаемых видов топлива не менее чем на 20 процентов, биодизельное топливо и современные виды биотоплива должны сокращать выбросы парниковых газов на 50 процентов, а целлюлозное биотопливо должно сократить выбросы на 60 процентов.EISA также предоставляет денежные премии, гранты, субсидии и ссуды для исследований и разработок, биоперерабатывающих заводов, которые заменяют более 80 процентов ископаемого топлива, используемого для работы нефтеперерабатывающего завода, и коммерческого применения целлюлозного биотоплива.

Помимо EISA, в последние десятилетия производство и использование биотоплива в США поощрялось множеством других политик. В настоящее время налоговые льготы поддерживают использование передовых видов биотоплива, включая целлюлозное и биодизельное топливо.

Ссылки по теме

Condon, N., Х. Клемик и А. Вулвертон. 2013. «Влияние политики в отношении этанола на цены на кукурузу: обзор и метаанализ последних данных». Рабочий документ NCEE 2013-05. (Проверено 12 сентября 2013 г.)

Hertel, T., A. Golub, A. Jones, M. O’Hare, R. Plevin, and D. Kammen. 2010. «Влияние кукурузного этанола в США на глобальное землепользование и выбросы парниковых газов: оценка реакции рынка». BioScience 60: 223–231.

Fargione, J., et al. 2008. «Расчистка земель и углеродная задолженность по биотопливу.” Наука 319: 1235–1238.

Фишер Г., Э. Хизснык, С. Прилер, М. Шах и Х. ван Велтуйзен. 2009. Биотопливо и продовольственная безопасность. Фонд международного развития ОПЕК.

Хуанг Х., М. Кханна, Х. Онал и Х. Чен. 2013. «Укладка низкоуглеродной политики в стандарт на возобновляемые виды топлива: последствия для экономики и выбросов парниковых газов». Энергетическая политика 56 (май 2013 г.): 5-15.

Мелилло Дж., Дж. Рейли, Д. Киклигер, А. Гургель, Т. Кронин, С. Пальцев, Б.Фельцер, X. Ван, А. Соколов, C.A. Шлоссер. 2009. «Косвенные выбросы от биотоплива: насколько важно?» Наука 326 (5958): 1397-1399.

Mosnier, A. P. Havlik, H. Valin, J. Baker, B. Murray, S. Feng, M. Obersteiner, B. McCarl, S. Rose, and U. Schneider. 2013. «Чистые глобальные эффекты альтернативных мандатов США на биотопливо: вытеснение ископаемого топлива, косвенное изменение землепользования и роль роста производительности сельского хозяйства». Энергетическая политика 57 (июнь 2013 г.): 602-614.

Национальный исследовательский совет. 2011. Комитет по экономическим и экологическим последствиям увеличения производства биотоплива. Стандарт возобновляемого топлива: потенциальные экономические и экологические последствия политики США в области биотоплива. Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press.

Rosegrant, M.W, T. Zhu, S. Msangi, T. Sulser. 2008. «Глобальные сценарии для биотоплива. Воздействие и последствия ». Обзор экономики сельского хозяйства , 30 (3), 495-505.

Searchinger, T., et al. 2008. «Использование пахотных земель в США для производства биотоплива увеличивает выбросы парниковых газов в результате изменений в землепользовании.” Наука 319: 1238-1240.

Министерство энергетики США, Центр данных по альтернативным видам топлива. Расположение станций заправки этанолом. http://www.afdc.energy.gov/fuels/ethanol_locations.html (дата обращения 10 сентября 2013 г.)

Агентство по охране окружающей среды США. 2010. Анализ регулирующего воздействия стандартной программы возобновляемых источников топлива (RFS2). (Проверено 10 сентября 2013 г.).

Zhang, W., E. Yu, S. Rozelle, J. Yang, S. Msangi. 2013. «Влияние роста производства биотоплива на сельское хозяйство: почему такой широкий разброс оценок?» Продовольственная политика 38: 227–239.

Биотопливо - Биотопливо для детей

Следующие ниже факты предлагают увлекательное и интересное представление о мире биотоплива.

Что такое биотопливо?

Биотопливо предназначено для замены бензина, дизельного топлива и угля, которые называются «ископаемыми видами топлива», потому что они производятся из животных и растений, погибших миллионы лет назад. Биотопливо производится в основном из только что собранных растений.

Существует три основных типа биотоплива.Этанол, биодизель и биотопливо. Этанол используется в двигателях, работающих на бензине, как и в большинстве автомобилей. Биодизель используется в двигателях, работающих на дизельном топливе, например в больших грузовиках и тракторах. Топливо Biojet используется в самолетах.

Является ли биотопливо возобновляемой энергией?

Чтобы быть возобновляемой, энергетическая сила должна иметь возможность легко и быстро восполняться и не иметь конечного предела. Другими словами, если можно исчерпать источник энергии, то он не возобновляемый. Такие вещи, как ископаемое топливо, не являются возобновляемыми источниками, потому что они формируются так долго, что мы могли бы использовать их все гораздо быстрее, чем они могли бы быть восполнены.Биотопливо считается возобновляемым, поскольку его можно восполнять так же быстро, как и использовать. Другими словами, при нормальных обстоятельствах у нас не закончится энергия, полученная из биотоплива.

Биотопливо лучше для окружающей среды?

Жюри еще не принято. Некоторые люди говорят, что биотопливо лучше, потому что производимый им углекислый газ поглощается при выращивании новых культур для производства биотоплива. Таким образом, чистого увеличения выбросов углекислого газа, который является парниковым газом, нет.

Другие люди указывают на то, что энергию необходимо вкладывать в выращивание биотоплива. Например, земля должна быть вспахана и внесены удобрения. Если принять во внимание все эти факторы, биотопливо на самом деле производит больше углекислого газа, чем ископаемое топливо. Эти люди обеспокоены тем, что слишком много земель будет очищено для производства биотоплива, что поставит под угрозу среду обитания и приведет к исчезновению некоторых растений и животных.

Прямо сейчас люди пытаются выяснить, как сделать производство биотоплива более эффективным, чтобы мы получали больше энергии, чем вкладываем в выращивание сельскохозяйственных культур.Это должно быть возможно, потому что большая часть энергии исходит от солнца, поэтому, если мы сократим объем подготовки, мы сможем сделать биотопливо экологически чистым.

Биотопливо лучше для качества воздуха?

По большей части да. Биотопливо производит меньше твердых частиц, таких как дым и сажа. Они также производят менее опасные химические вещества, такие как сера, которая является основной причиной кислотных дождей. Биотопливо также производит меньше озона, который является одним из основных компонентов смога.

Используется ли много воды для биотоплива?

В зависимости от культуры, используемой для производства биотоплива, они используют от 2 до 84 раз больше воды, чем ископаемое топливо. Ученые в настоящее время очень много работают над сокращением водных потребностей биотоплива.

Угрожает ли биотопливо поставкам продуктов питания?

Это еще один сложный вопрос. Короткий ответ: да. Каждый раз, когда продовольственные культуры не выращиваются из-за выращивания культур для биотоплива, наблюдается чистое сокращение количества доступных продуктов питания.Это уже вызвало проблему в некоторых бедных странах, поскольку более широкое использование сельскохозяйственных земель для выращивания биотопливных культур означает, что для выращивания продовольственных культур остается меньше земли, и это приводит к росту цен на продукты питания. В некоторых странах это повысило цены настолько, что некоторые люди не могут позволить себе столько еды.

Если мы сможем найти способ выращивать биотопливные культуры, которые не используются для производства продовольственных культур, то мы решим угрозу, которую биотопливо представляет для продуктов питания. Однако это может непреднамеренно увеличить воздействие биотоплива на окружающую среду.

Что такое этанол?

Этанол - это другое слово, обозначающее спирт, приготовленный из зерен. Это тот же алкоголь, который пьют люди, и его можно производить из кукурузы, ячменя, пшеницы, травы, сахарного тростника и многих других продуктов.

Этанол часто используется в качестве биотоплива. В большинстве стран его смешивают с бензином для создания смеси, которую иногда называют газоголом. В Соединенных Штатах смесь обычно состоит из 10 процентов этанола и 90 процентов бензина. Он обозначается как E10, и его можно использовать в любом автомобиле, который сжигает бензин.Некоторые автомобили известны как автомобили с гибким топливом или сокращенно с гибким топливом. Эти автомобили могут использовать бензин, содержащий до 80 процентов этанола. В Бразилии некоторые автомобили могут работать на 100-процентном этаноле, который широко доступен в этой стране благодаря обильным поставкам сахарного тростника.

Что такое биодизель?

Биодизель - это термин, применяемый к любому дизельному топливу, которое производится путем очистки масла, жира или жира, собранных с растений и животных. Наиболее распространенным маслом, используемым для производства биодизеля, является растительное масло.Как и бензин, стандартное дизельное топливо часто смешивают с биодизелем. Наиболее распространенная смесь - это 20 процентов биодизеля и 80 процентов обычного дизельного топлива. Эта смесь известна как B20. Хотя B20 является наиболее распространенным, его смеси могут варьироваться от 2% биодизеля до 100% биодизеля.

Как производится биотопливо?

Метод, используемый для производства этанола, отличается от метода, используемого для производства биодизельного топлива. Что их объединяет, так это первый шаг для обоих - вырастить растение, которое в конечном итоге будет использоваться для производства топлива.

Что касается этанола, то после сбора урожая (например, кукурузы или сахарного тростника) бактериям разрешается его переваривать. Когда они делают это в особых условиях, когда уровень кислорода остается низким, это называется брожением. Ферментация производит этанол.

Для биодизеля процесс требует химических реакций. Существует несколько различных химических реакций, которые можно использовать для производства биодизеля, наиболее распространенная из которых называется переэтерификацией. Это просто причудливое слово для описания процесса расщепления жиров в присутствии метанола (другого типа алкоголя).

Из каких материалов можно производить биотопливо?

Источник, используемый для производства биотоплива, называется сырьем.

Этанол может быть получен из любого из следующего сырья:

  • Кукуруза
  • Сахарный тростник
  • Свекла сахарная
  • Пшеница
  • Трава
  • Несъедобные части большинства растений (части, которые нельзя есть)

Биодизель можно производить из любого из следующих видов сырья:

  • Ятрофа - кактусоподобное растение
  • Камелина - Цветущее растение
  • Соевые бобы
  • Рапс - сорт семян
  • Масло канолы
  • Пальмовое масло
  • Арахисовое масло
  • Масло растительное
  • Животный жир
  • Масло водорослей - масло, вырабатываемое водорослями, живущими в воде

Сколько биотоплива производится каждый год?

Около 25 миллиардов галлонов этанола ежегодно производится для использования в качестве топлива.Ежегодно производится около 1 миллиарда галлонов биодизеля.

видов биотоплива: 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 можно произвести?

1.1 Что такое биоэнергетика?


Традиционная биомасса широко используется в развивающихся странах для приготовления пищи и нагрева
Кредит: Роберто Файдутти

Биоэнергетика - это энергия, получаемая из биотопливо.Биотопливо топливо, произведенное прямо или косвенно из органического материала - биомасса - включая растения материалы и отходы животноводства.

В целом биоэнергетика покрывает 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 количества людей в развивающихся страны, которые используют его в основном для приготовления пищи и обогрева.

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

Биотопливо может быть получено из сельскохозяйственных культур, включая обычные пищевые растения или из специальных энергетических культур.Биотопливо также может быть получено из продукты лесного, сельскохозяйственного или рыбного хозяйства или бытовые отходы, а также из агропромышленного комплекса, пищевой промышленности и общественного питания побочные продукты и отходы.

Различают первичный и вторичный биотопливо. На случай, если первичное биотопливо , такое как дрова, щепа и пеллеты, органические материалы используются в необработанном виде, в первую очередь для отопления, приготовления пищи или производства электроэнергии. Вторичное биотопливо в результате переработки биомасса и включает жидкость биотопливо, такое как этанол и биодизель, который может быть используется в транспортных средствах и промышленных процессах.

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

Хотя производство жидкости биотопливо для транспорта быстро рос в последние годы, в настоящее время составляет лишь 1% общий транспортный расход топлива и всего 0.От 2 до 0,3% от общей суммы потребление энергии во всем мире. Подробнее ...

1.2 Какие существуют виды жидкого биотоплива для транспорта?

Самая распространенная жидкость биотопливо для транспорта этанол и биодизель.

этанол это тип алкоголя, который может производиться с использованием любых сырье, содержащее значительное количество сахара, например сахарного тростника или сахарной свеклы, или крахмал, такой как кукуруза и пшеница.Сахар можно непосредственно сбраживать до спирта, а крахмал сначала нужно преобразовать в сахар. В процесс ферментации аналогично тому, что используется для изготовления вина или пива, а чистый этанол получают перегонкой. Основными производителями являются Бразилия и СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ.

Этанол можно смешивать бензином или сжигается почти в чистом виде в слегка модифицированном Двигатели с искровым зажиганием. В литре этанола содержится примерно две трети энергии, обеспечиваемой литром бензин.Однако при смешивании с бензином он улучшает производительность сгорания и снижает выбросы углерода монооксид и оксид серы.

Биодизель производится, в основном, в Европейском Союзе, путем комбинирования растительное масло или животный жир с алкоголь. Биодизель может быть смешивают с традиционным дизельным топливом или сжигают в чистом виде в двигателях с воспламенением от сжатия. Его энергетическая ценность несколько меньше, чем у дизеля (от 88 до 95%).Биодизель можно получить из широкого спектра масел, включая рапсовое, соевое, пальмовое, кокосовое масло или масло ятрофы и, следовательно, получаемое в результате топливо может проявляют большее разнообразие физических свойств, чем спирт этиловый.

Дизельные двигатели также могут работать на растительных маслах и животных жиров , например отработанные масла для жарки из ресторанов и жир из мясоперерабатывающих производств.

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

1.3 Что такое биотопливо второго поколения?

Используемая в настоящее время жидкость биотопливо, которое включает этанол, произведенный из сельскохозяйственных культур содержащие сахар и крахмал и биодизель из масличные, называются Биотопливо первого поколения . Эти виды топлива используют только часть энергии, потенциально доступной в биомасса.

Большая часть растительного вещества состоит из целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин, и « биотопливо второго поколения » технологии относятся к процессам, способным преобразовать эти компоненты на жидкое топливо.Когда они были коммерчески жизнеспособными, они могли значительно расширить объем и разнообразие источников, можно использовать для производства биотоплива.

Потенциально целлюлозный источники включают бытовые отходы и отходы от сельское хозяйство, лесное хозяйство, перерабатывающая промышленность, а также новая энергия сельскохозяйственные культуры, такие как быстрорастущие деревья и травы. В результате второй поколение биотоплива производство может иметь серьезные преимущества с точки зрения относящийся к окружающей среде устойчивость и сокращение конкуренция за 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 производства биотопливо второго поколения. Однако неизвестно, когда такие технологии появятся. производство в значительных коммерческих масштабах.

В преобразование целлюлозы в этанол включает в себя два шага. В целлюлозный и гемицеллюлозные компоненты растительного материала сначала разрушаются вниз на сахара, которые затем ферментируются с получением этанола.Первый шаг технически сложен, хотя исследования продолжает разрабатывать эффективные и рентабельные способы выполнение процесса. Лигнин не превращается в этанол, но он может обеспечить необходимую энергию для преобразования процесс.

Газификация - это технология, которая преобразует твердая биомасса, такая как древесина в топливный газ. Газификаторы работают, нагревая биомассу до высокой температуры в среде с низким содержанием кислорода, высвобождая богатый энергоресурсами газ.Этот газ можно сжигать в котле, использовать в газовая турбина для выработки электроэнергии. Подробнее ...

1,4 Сколько жидкого биотоплива можно произвести?

Текущий мировой спрос на нефть составляет около 4000 миллионов тонн. нефтяного эквивалента (Мтнэ) при производстве жидких биотопливо составляет 36 Мтнэ что составляет менее 1% мирового спроса.

Около 85% жидкости биотопливо в настоящее время производится в виде биоэтанола, основными производителями являются Бразилия и США.Производство биодизеля в основном сосредоточен в Европейском Союзе.

Таблица 1: Производство биотоплива по странам, 2007 г.

Масштабное производство биотопливо из сельскохозяйственных культур требует больших земельных площадей для их выращивания, что порождает растущая конкуренция за природные ресурсы, особенно за землю и Урожайность с гектара сильно различается в зависимости от сорта. урожая, страны и производственной системы.В настоящее время, производство этанола из сахарный тростник и сахарная свекла дают самые высокие урожаи на га.

Таблица 2: Выходы биотоплива для разных видов сырья и стран

В «Перспективе развития мировой энергетики за 2006 год» МЭА прогнозирует увеличение доли плодородных земель в мире, используемых для выращивания установки для жидкого биотоплива производство с 1% в 2004 г. до примерно 4% в 2030 г., если допустить благоприятная государственная политика и разумные технические разработка.

Использование обычных биотопливные технологии, это землепользование позволит 5% удовлетворение потребности в транспортном топливе.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *