Топливо из масла и опилок
: 29 Сен 2010 , Чарлз Дарвин — великий популяризатор эволюционной идеи , том 34, №4
Мировую экономику уже не первый год лихорадит от панических прогнозов насчет истощения запасов нефти и скачков цен на «черное золото». Недаром проблемы в области производства биотоплива, обсуждавшиеся вчера узким кругом специалистов, сегодня выплеснулись на страницы массовых изданий. Наряду с серьезными разработками публике представляют и откровенно спекулятивные проекты, так что разобраться в реальных перспективах «зеленых» технологий порой бывает непросто.
Россия — крупнейший экспортер «черного золота» — сегодня не числится среди лидеров рынка биотоплива, однако работы в этом направлении ведутся и в нашей стране. Специалисты новосибирского Института катализа СО РАН уже создали серию эффективных катализаторов для производства топлива из доступного растительного сырья, включая отходы деревообрабатывающей промышленности
Идея биотоплива не нова – растительное сырье в том или ином виде веками обеспечивало энергетические потребности человечества.
Всего 70—80 лет назад даже автомобили ездили на дровах! Машины оснащали газогенераторами, принцип действия которых был основан на газификации древесного топлива.
Такой транспорт появился в Европе уже в начале ХХ в. В нашей стране работы над автомобильными и тракторными газогенераторами начались в 1920-е гг. В основном ими оснащались грузовики, ведь подобный автомобиль должен был везти достаточно тяжелую и объемную газогенераторную установку и целую поленницу дров.
Однако на Западе существовали «дровяные» варианты легковых фиатов и ситроенов, а советские инженеры сумели установить небольшие газогенераторы на легковые ГАЗ-А и «эмку». Последнюю подобную модель «Урал-352» выпускали в Миассе вплоть до 1956 г.
После Второй мировой войны эра биотоплива практически закончилась: резкое увеличение добычи нефти вело к неуклонному снижению стоимости бензина и дизельного топлива. Однако нельзя сказать, что переход к ископаемым углеводородам был окончательным и бесповоротным.
То здесь, то там разработчики предлагали альтернативу «черному золоту», в качестве которой чаще всего выступал этиловый спирт, получаемый, как известно, из растительного сырья. Даже первая советская баллистическая ракета Р-1 работала на 75 %-м водном растворе этилового спирта, который сгорал в жидком кислороде. Правда, топливо оказалось низкокалорийным, а сама система – неэффективной.
При таком раскладе к этанолу вернулись бы, скорее всего, не раньше, чем после истощения основных нефтяных месторождений. Однако в дело вмешалась политическая конъюнктура.
Не пить, а ездить
В США работы по биотопливу начались сразу же после введения эмбарго на арабскую нефть в 1973 г. Одним росчерком пера президент Джимми Картер перепрофилировал новый завод по производству спиртных напитков на производство топливного этанола. С тех пор на протяжении последних 30 лет колебания цен на нефть неизменно подогревали интерес ведущих стран к альтернативному горючему.
Настоящим пионером биотоплива стала Бразилия, где заправлять автомобили спиртом начали с 1970-х гг. Основная причина – отсутствие собственных нефтяных месторождений и наличие огромных плантаций сахарного тростника. Сегодня биоэтанол обеспечивает до 40 % потребностей страны в горючем. В Бразилии уже давно покупают в основном так называемые flexible fuel vehicles (FFV) – автомобили, которые могут ездить как на этаноле, так и на бензине. Такой автомобиль дороже обычного всего на 200—300 долл. – в эту цену входит стоимость кислородного датчика, специальных прокладок, рассчитанных на этиловый спирт, да небольшой модернизации бортового компьютера.
К бразильскому результату стремятся все развитые страны мира. США уже сейчас производит почти столько же топлива на основе биоэтанола, сколько и Бразилия, однако его доля на огромном американском топливном рынке пока не превышает 3 %. В ближайшее время здесь планируется построить дополнительно 132 завода по производству топливного этанола из кукурузы, благодаря чему его производство удвоится.
Евросоюз планирует к 2015 г. довести потребление биотоплив до уровня около 6 % от общего объема.
Нужно заметить, что сегодня топливный биоэтанол намного более распространен в мире, чем принято думать. Около 80 % всего этилового спирта производится для использования именно в качестве горючего, 12 % – для технических целей, и лишь 8 % имеет пищевое предназначение.
«Зеленый» дизель
Если этанол – частичный заменитель бензина, то для дизельного топлива также имеется возобновляемый заменитель – биодизель. Его получают из метанола и растительных масел, в первую очередь рапсового, пальмового и соевого, методом переэтерефикации.
Безусловным лидером по производству биодизеля являются страны ЕС. В 2009 г. здесь было произведено более 6 млн т биодизельного топлива, и объемы его производства устойчиво растут. Более того, в 2008 г. успешно совершил экспериментальный перелет из Лондона в Амстердам Боинг-747, баки которого были заправлены смесью из кокосового и пальмового масел и авиационного керосина.
Насколько полноценной заменой станут биоэтанол и биодизель традиционному топливу? У этанола есть несомненные преимущества – высокое октановое число (108 против 92—98 у бензина), что позволяет двигателям развивать гораздо более высокую мощность. Процесс сгорания этанола – кислородсодержащего соединения – гораздо эффективнее по сравнению с бензином, что среди прочего уменьшает токсичность выхлопных газов. Однако теплотворная способность этанола почти на 40 % ниже, чем у бензина, что приводит к более высокому расходу топливной смеси. Другим недостатком этанола является его способность поглощать большие количества воды, что приводит к расслоению топлива и ухудшению его качества.
В традиционной технологии получения биодизеля переэтерификация метанолом жиров происходит при относительно невысоких (50—80 °С) температурах с использованием либо щелочей (NaOH или KOH), либо минеральных кислот (H2SO4, HCl, H3PO4) в качестве катализаторов.
Кроме этого, иногда в качестве катализаторов переэтерификации триглицеридов используют более сложные основания, такие как производное угольной кислоты гуанидин HNC(NH2)2 и другие амины, которые позволяют достигать за одну стадию высокой (до 98%) степени превращения вещества.
Такая гомогенная технология получения биодизеля, несмотря на простоту, имеет ряд недостатков: полученную смесь продуктов необходимо разделять, нейтрализовать и тщательно промывать. В результате образуются большие количества солей, мыла и сточных вод, которые необходимо утилизировать. Сам же катализатор при этом безвозвратно теряется. Получаемый при этом полезный побочный продукт – глицерин – загрязнен раствором солей и требует дополнительной очистки. Все это повышает себестоимость биодизеля и уменьшает конкурентоспособность этой технологии.
За последние пять лет резко возросло число работ, посвященных более экологически чистому способу получения биодизеля с применением так называемых гетерогенных катализаторов основной и кислотной природы.
Отличие гетерогенных катализаторов от гомогенных в том, что они находятся не в одной фазе с реагирующими веществами, а образуют самостоятельную фазу, и реакция идет на границе фаз. Преимущества гетерогенных катализаторов не только в том, что их можно использовать многократно, но и в том, что биодизель получается гораздо более высокого качества. При этом исключается стадия предварительной обработки масла, минимизируется объем жидких отходов, не образуются соли и мыла.
Однако к гетерогенным катализаторам переэтерификации предъявляются особые требования. В частности, они должны быть устойчивы к воде, содержащейся в исходных продуктах.
Все эти требования были учтены в Институте катализа СО РАН при разработке гетерогенных катализаторов переэтерификации. Понимание целевых реакций на молекулярном уровне позволило подойти к процессу разработки осознано и целенаправленно.
В результате было установлено, что одними из наиболее перспективных катализаторов для получения биодизеля являются гексаалюминаты бария, кальция и лантана.
Гексаалюминаты характеризуются относительно низкой активностью по сравнению с другими каталитическими системами, но у них есть важное достоинство: они обладают высокой устойчивостью к выщелачиванию. Особенно это относится к катализаторам, прокаленным при температуре 1200 °С
Биодизель, как и биоэтанол, обладает как недостатками, так и достоинствами. В отличие от обычного дизельного топлива он почти не содержит серы. При попадании в почву или воду полностью разлагается уже через три недели. Кроме того, он обладает хорошими смазывающими характеристиками и более высоким цетановым числом – не менее 51. Однако более высокая вязкость не позволяет использовать его в холодное время года.
Поэтому в США и Европе сегодня проводится политика «мягкой» интеграции биотоплив: в основном, используется топливная смесь, содержащая 10 % этанола и 90 % бензина (стандарт Е10).
Значительно реже встречается горючее с более высоким содержанием этанола – Е85.
Топливо, содержащее десятую часть этанола, не требует переделки двигателя машины и сегодня разрешено к применению всеми автопроизводителями. Поскольку в Америке в большинстве мегаполисов федеральный закон обязывает продавцов топлива применять кислородсодержащие добавки (норма – 2,7 % кислорода в бензине), то этанол сегодня практически заменил использовавшийся ранее метил-трет-бутиловый эфир. Для автомобилей, работающих на дизельном топливе, применяется смесь, состоящая на 20 % из биодизеля и на 80 % из солярки (марка В20).
Поэтому можно уверенно говорить, что топливные смеси – это уже стандарт сегодняшнего дня.
Такой компромиссный вариант одновременного использования традиционного моторного топлива и биотоплива позволяет использовать все достоинства первого и нивелировать недостатки последнего. Однако имеется другой подход интеграции биотоплив в существующую инфраструктуру потребления – налаживание производства более качественного биотоплива второго поколения.
ОКТАНОВОЕ ЧИСЛО топлива для двигателей внутреннего сгорания – условная величина, характеризующая меру его детонационной стойкости. Детонационная стойкость н-гептана принимается равной 0, а изооктана – 100. Октановое число топлива равно процентному содержанию изооктана в эталонной смеси с н-гептаном, которая ведет себя так же, как и исследуемое топливо.
ЦЕТАНОВОЕ ЧИСЛО – характеристика воспламеняемости дизельных топлив, определяющая промежуток времени от впрыска топлива в цилиндр до начала горения. Воспламеняемость α-метилнафталина принимается за 0, гексадекана (цетана) – за 100. Цетановое число дизельного топлива равно объемной доле цетана в модельной смеси. Чем оно выше, тем более спокойно и плавно горит топливная смесь. Оптимальную работу обеспечивают топлива с цетановым числом равным 40—55
Альтернативным процессу переэтерификации триглицеридов жирных кислот и их производных для получения биодизеля может быть каталитический крекинг (разложение углеводородов сырья под действием высокой температуры в присутствии катализаторов), а также гидрокрекинг (крекинг в присутствии водорода).
В результате каталитического крекинга эфиров и триглицеридов жирных кислот образуются углеводороды дизельной, бензиновой и керосиновой фракций. Основным недостатком этого процесса является быстрая коксуемость катализатора – образование на его поверхности углеродных отложений.
В процессе гидрокрекинга используются катализаторы на основе переходных металлов, в присутствии которых происходит целый ряд разнообразных реакций. Основными продуктами гидрокрекинга триглицеридов являются легкие н-алканы С15—С17, которые получили название грин-дизель (Green diesel) или «суперцетан» (Supercetane).
Грин-дизель имеет более высокое цетановое число, чем биодизель и дизельное топливо, а также более высокую стабильность благодаря отсутствию кислородсодержащих функциональных групп. Поэтому сегодня данный процесс привлекает внимание исследователей в большей степени, чем получение биодизеля.
Горючее «из табуретки»
Чем активнее биотопливо входит в нашу жизнь, тем громче голоса скептиков.
Так ли экологически безупречно «зеленое горючее»? Не загрязняет ли его производство планету сильнее, чем все автомобильные выхлопы, вместе взятые? И главное – не поставит ли увлечение экотопливом человечество на грань голодной смерти?
Известно, что с одного гектара можно получить не более 0,3 т соевого масла, 1 т – рапсового и 5 т – пальмового. С пальмой – «топливным рекордсменом» среди наземных растений – связывают свои планы на будущее многие азиатские государства. Так, власти Малайзии намерены в ближайшее время полностью перейти на биодизель из пальмового масла. А японская фирма «Toyo» собирается построить на Филиппинах завод по производству биосолярки из кокосовых орехов. Россия же и Европа, по понятным причинам, в первую очередь ориентируются на выращивание рапса.
Одно из преимуществ технологии гидрокрекинга перед переэтерификацией в производстве биотоплив – возможность реализации этого процесса на существующем стандартном нефтеперерабатывающем оборудовании.
Кроме того, продукты гидрокрекинга по своему составу и свойствам подобны углеводородам, входящим в состав дизельной и бензиновой нефтяных фракций, поэтому могут быть использованы совместно с ними в двигателях внутреннего сгорания.
Для гидрокрекинга растительных масел и жирных кислот, в основном, используются промышленные сульфидированные катализаторы нефтепереработки (NiMo/Al2O3 и CoMo/Al2O3 при температурах 310—360 °С и давлениях водорода 7—15 МПа). Получающиеся продукты – н-алканы – имеют такую же длину углеводородной цепи, что и исходные жирные кислоты; кислород при этом удаляется в виде воды, а глицериновая группа превращается в пропан.
Однако что хорошо для нефти, не очень подходит для растительных масел: из-за низкого содержания серы в исходном сырье катализаторы быстро десульфидируются и дезактивируются. Добавление соединений серы спасает положение, но целевой продукт в результате загрязняется.
Поэтому более перспективными являются катализаторы несульфидной природы.
В Институте катализа СО РАН была разработана серия катализаторов на основе никеля и меди, позволяющих эффективно превращать растительные масла и их производные в углеводороды топливного назначения при тех же температурах и давлении водорода, что и промышленные катализаторы.
Следует отметить, что сама по себе медь не обладает каталитической активностью в реакции гидрокрекинга, но она через дополнительную активацию водорода способствует восстановлению оксида никеля при более низкой температуре, а также препятствует побочной реакции метанизации продуктов гидрокрекинга
Вследствие биотопливного бума во всем мире действительно выросли цены на кукурузу и все виды масляничных культур, в том числе даже на те, которые не используются при производстве биодизеля. И если в России по состоянию на 2005 г. пустовало более 15 млн га пашни, потенциально пригодной для выращивания рапса топливного назначения, то большинство других стран не может себе позволить такое «расточительство».
В поисках альтернативного источника биотоплива исследователи все чаще отказываются от использования сельскохозяйственных культур. Например, обращаются к идее переработки органических отходов. Пока акции по использованию отходов носят скорее рекламный характер, однако среди них есть удачные проекты. Например, на аризонском курорте Фаирмонд в биотопливо превращают… отработанный кулинарный жир.
Один из наиболее перспективных источников биодизельного топлива – микроскопические водоросли, такие как известная хлорелла. Микроводоросли обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционно используемыми масленичными культурами: они способны накапливать большие (до 75 % сухого остатка) количества жиров; растут быстрее любых других растений; могут жить как в морской, так и в пресной воде. Но главное – они не конкурируют с сельскохозяйственными культурами за посевные площади. Более того, микроводоросли можно выращивать даже в загрязненных нитратами и фосфатами сточных водах, попутно их очищая.
А отходы от производства биотоплива из микроводорослей также могут быть переработаны в ценные продукты (биополимеры, пигменты, удобрения).
Впрочем, можно и вовсе не заниматься разведением чего бы то ни было, ведь ценное сырье в буквальном смысле валяется под ногами. Речь идет о переработке отходов деревообрабатывающей промышленности, которая уже сегодня может быть достаточно эффективна не только в экологическом, но и в экономическом плане.
Традиционный продукт переработки древесных отходов – гидролизный спирт (вспомним знаменитую «табуретовку» Остапа Бендара). Однако отходы деревообрабатывающей промышленности можно использовать в качестве сырья для получения топлива более эффективно, если отойти от традиционного выбора между этанолом и бензином. В самом деле, если каждое из этих топлив имеет свои недостатки, нельзя ли создать из опилок новое горючее?
Такие работы уже ведутся во всем мире. С помощью быстрого пиролиза из древесины можно получить продукт, условно названный «бионефтью», – жидкость, похожую на разбавленный деготь.
Из-за высокого (до 45 %) содержания кислорода бионефть не пригодна для использования напрямую в качестве моторного топлива. Из нее нужно удалить кислород и насытить водородом, т. е. провести реакцию гидродеоксигенации. И сегодня одна из важнейших задач в этой области – разработка соответствующих катализаторов.
Быстрый пиролиз – термический процесс, протекающий без доступа воздуха, при котором происходит моментальный (1000—10000 °С/сек.) нагрев и быстрое (буквально за пару секунд) охлаждение получаемых продуктов. При пиролизе древесины все ее компоненты – целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин частично разлагаются, образуя сложную смесь кислородсодержащих органических соединений.
Следующая стадия – гидродеоксигенация полученной таким образом бионефти. В рамках международного проекта BIOCOUP специалисты ИК СО РАН разрабатывают катализаторы нового типа, которые могли бы эффективно справиться с такой задачей.
Здесь были предложены несульфидированные никельсодержащие катализаторы гидродеоксигенации.
Серия никелевых и биметаллических медь-никелевых катализаторов, где в качестве носителей использовался ряд оксидов (Al2O3, SiO2 и др.) была протестирована на модельном соединении бионефти – анизоле (метильном эфире обыкновенного фенола) при температуре 300 °С и давлении водорода 0,5 МПа.
Оказалось, что предложенные катализаторы по основным показателям превосходят коммерческие аналоги. Тестирование лучших образцов катализаторов гидродеоксигенации на реальной бионефти в университете Гронингена (Нидерланды) подтвердило их перспективность
Продукты деоксигенации бионефти могут использоваться для дальнейшей переработки на стандартном нефтеперерабатывающем оборудовании совместно с нефтяными фракциями.
Вне зависимости от того, удастся ли разработать эффективные технологии производства биотоплива или нет, остается открытым вопрос: в состоянии ли биоресурсы в принципе обеспечить энергетические потребности человечества?
Любой используемый на Земле вид энергии (кроме атомной) имеет в своей первооснове энергию Солнца.
Ежегодно на Землю обрушивается 1012 Вт солнечной энергии, и хотя все наземные растения с помощью фотосинтеза способны аккумулировать менее 1 %, речь идет об огромной величине!
С учетом современных возможностей переработки доступного растительного сырья эксперты прогнозируют, что в ближайшие десятилетия биоэнергетика обеспечит не более одной пятой от общего объема энергопотребления. Это немало, особенно если учесть, что в первую очередь речь идет о замене автомобильного горючего. Что касается содержимого бензобаков, то современные технологии позволят к 2020 г. заменить каждый десятый литр горючего традиционного на горючее, полученное напрямую из растительного сырья. Более того, новые научные разработки, вероятно, скорректируют этот прогноз в сторону увеличения доли биодизеля и биоэтанола.
Что касается России, то хотелось бы, чтобы наша страна стала не столько потребителем смесевых топлив, сколько крупнейшим экспортером биотоплива.
При этом предпочтительно, чтобы биотопливо производилось в непосредственной близости от сырьевой базы и с использованием современных отечественных технологий. Безусловно, также необходима корректировка ряда нормативных актов, например, по поводу акцизов на топливный биоэтанол.
Первые шаги уже делаются в обоих направлениях. Так, введен в действие ГОСТ Р 52368—2005 «Топливо дизельное евро», который предусматривает применение биодизеля. Растут посевные площади для выращивания рапса; начато или планируется строительство около двадцати заводов по производству топливного биоэтанола из злаковых культур и т. д. Интенсивность усилий, направленных на создание производств биотоплива из возобновляемого сырья, дает основание надеяться, что наша страна в обозримом будущем будет занимать заметное место в мировом топливном балансе не только благодаря своим запасам ископаемого топлива.
Резюмируя, скажем, что если сравнивать прогресс в биоэнергетике и производстве биотоплив с полетом самолета, то можно считать, что человечество уже прошло точку невозврата и должно двигаться только вперед.
И дело теперь лишь за учеными и технологами, которые должны сделать все, чтобы биотоплива стали конкурентными на топливном рынке. В свое время великий Менделеев заметил, что «сжигать нефть все равно, что топить печку ассигнациями». Так не пора ли вернуться к дровам?
Литература
Дундич В. О., Яковлев В. А. Гидродеоксигенация биодизеля в присутствии катализаторов на основе благородных металлов // Химия в интересах устойчивого развития. 2009. Т. 17. С. 527—532.
Яковлев В. А., Хромова С. А., Ермаков Д. Ю. и др. Катализатор, способ его приготовления (варианты) и процесс гидродеоксигенации кислородорганических продуктов быстрого пиролиза биомассы, Патент РФ, 2 335 340, от 10.10.2008, пр. 22.08.2007.
Дундич В. О., Хромова С. А., Ермаков Д. Ю. и др. Исследование никелевых катализаторов реакции гидродеоксигенации биодизеля // Кинетика и катализ. 2010. Т. 51, № 5. С. 728—734.
Yakovlev V.
A., Khromova S. A., Sherstyuk O. V. et al. Development of new catalytic systems for upgraded bio-fuels production from bio-crude-oil and biodiesel // Catalysis Today. 2009. V. 144 P. 362—366.
В публикации использованы фото М. Кошелевой
: 29 Сен 2010 , Чарлз Дарвин — великий популяризатор эволюционной идеи , том 34, №4
Что можно сделать из опилок: идеи использования © Геостарт
Рубрика: Полезно
Опилки – отходы, которые остаются при обработке древесины. Материал относят к 5 классу опасности, поэтому обязывают фабрики и пилорамы утилизировать остатки. Грамотно подобранная бизнес-идея позволит не только минимизировать расходы, но и начать зарабатывать. Разберем актуальные способы использования сырья.
Что лучше сделать
Древесные отходы – недорогой материал, который можно применять в любой сфере жизни.
Мелкая стружка сама по себе энергетической или строительной ценности не представляет. После предварительной обработки вещество приобретает новые свойства.
Топливо
Опилки – материал, который часто применяют для создания биологического горючего. При гидролизе целлюлозу из древесных отходов превращают в глюкозу. Вещество распадается на простые сахара, что приводит к сбраживанию. После дистилляции получают спирт. У технической жидкости высокое октановое число и меньшая температура горения.
Если не знаете, что можно сделать из опилок, рекомендуем остановить выбор на топливе для пиролизного оборудования. При сжигании из древесных остатков выделяется летучее вещество. По теплопроводности газ уступает природным видам, но при производстве элемента минимальные затраты. Ингредиент получил популярность при обогреве помещений.
Паллеты – твердое топливо, которое можно сделать из опилок. Древесные гранулы в форме цилиндров в длину едва достигают 5 см.
Сырье дробят, сушат до состояния 12% влажности, потом обрабатывают на специальных станках. Материал сжимают под высоким давлением, в итоге из него выделяется вяжущий лигнин.
Паллеты, сделанные из опилок, занимают места меньше, чем традиционные дрова или уголь. КПД у пиролизных котлов на 85% выше, чем у обычного твердотопливного оборудования, при этом остается меньше золы. Гранулы можно использовать в специальных моделях с автоматической загрузкой.
Если нужно сделать топливо для работы в обычной нагревательной технике или камине, то лучше отдать предпочтение брикетам. В состав евродров входят не только опилки, но и:
- шелуха злаковых, масличных культур;
- солома;
- более мелкая стружка;
- торф.
В топливо не добавляют связующие компоненты. В результате сильного прессования и сушки материал набирает прочность, хорошо держит форму. У брикетов низкая влажность (до 8%) и высокая плотность.
Евродрова горят дольше, равномернее и выделяют больше энергии, чем традиционные виды твердого горючего. По строению бывают в форме цилиндров и прямоугольников, по размеру крупнее, чем паллеты.
Качественные опилки для топлива можно сделать из дуба и липы. Хорошее тепловыделение у березового сырья. Остатки хвойных пород содержит смолу, которая загрязняет дымоход в котле. Нейтрализовать минусы поможет предпроизводственная очистка от примесей.
Стройматериалы
Если не знаете, что можно сделать из опилок, то рекомендуем остановить выбор на растворе с глиной для утепления кирпичных стен и потолка. Мелкая стружка с цементом подходит для выравнивания пола. Если соединить остатки деревообработки с жидким стеклом, бетоном и ПВА, то получится недорогая теплая шпаклевка для уличных перегородок.
Опилкобетон можно сделать из опилок мелких. У блоков низкий вес и теплопроводность. Конструкции возводят очень быстро, без посторонней помощи. Строения не теряют тепло, что снижает расходы на дополнительное утепление.
Древесина в составе увеличивает паропроницаемость перегородок. В помещениях сохраняется подходящая влажность.
Арболит – популярное сырье, которое одновременно является строительным материалом и утеплителем, что актуально в регионах с суровым климатом. Блоки можно сделать из опилок с щепой, песка и вяжущего компонента. Плотность и теплопроводность зависит от соотношения ингредиентов. Готовую массу закладывают в формы, трамбуют и сушат.
Долговечный, легкий арболит прост в монтаже. Материал используют для малоэтажного строительства (не выше 3 этажей). Крепкие элементы снижают физические затраты при возведении, избавляя от необходимости создания мощного фундамента.
Из опилок можно сделать древесностружечные и древесноволокнистые плиты. Популярная отделка и утеплитель уместна для теплоизоляции помещений. ДВП используют для потолков, стен и пола. Если нанести на поверхность декоративный слой, то легко получить мебельный оргалит.
Применение в домашнем и сельском хозяйстве
Из опилок можно сделать мульчу для растений.
Древесные остатки облегчают уход за культурами. Если засыпать землю измельченным сырье, то легко защитить посадки от неблагоприятных погодных условий. У грунта увеличивается аэрация, при этом почва медленно теряет влагу, не остывает и не перегревается.
Из опилок можно сделать высокую грядку. Древесные остатки в многослойной конструкции помогают земле греться, поэтому ускоряется развитие растений. Измельченная стружка удобна для проращивания картофеля перед посадкой.
Из опилок можно сделать декоративную (окрашенную) мульчу для ландшафтного дизайна. Через слой измельченного материала не пробиваются сорняки, поэтому дачники засыпают простаивающие участки древесными остатками. Если покрыть дорожки мелкими отходами, то можно не облицовывать тропинки плиткой или камнем. Вещество поглощает влагу и не дает конструкции раскиснуть под ногами.
В опилках выращивают грибы. Измельченная стружка и щепа станет субстратом для мицелия. Культуры получают много питательных элементов, поэтому быстро растут и размножаются.
Масса долго удерживает влагу, что уменьшает вмешательство человека в процессы.
Из опилок можно сделать наполнитель для домашних питомцев. Гранулированное сырье подходит для кошачьих туалетов. Мелкий рассыпной вариант применяют в клетках грызунов и экзотических птиц. Чтобы масса не травмировала лапы, берут сырье от:
- яблони;
- осины;
- тополя.
Из опилок можно сделать подстилки для животных. Вещество поглощает не только жидкость, но и посторонние запахи. При использовании настила легко создать благоприятные условия в местах обитания скота и птиц, упрощают уход за вольерами.
Опилки из коры хвойных деревьев применяют в качестве минеральной подкормки для животных. У сырья вываривают ароматные смолы, измельчают в муку. Концентрат уместен в фармакологической и косметической промышленности.
Средства для копчения
Из опилок можно сделать набор для домашнего производства.
Понадобятся стружки лиственных и плодовых пород. Идеально подойдут отходы от груши и вишни, ольхи и осины. Запрещены для копчения хвойные и березовые виды. Во время горения древесина выделяет едкий дым, поэтому у готовых продуктов будет невзрачный вид и горький привкус.
Как создать бизнес-план
В среднем, на переработку опилок в России уходит не более 35-40% от общего объема производства. Если организовать небольшое предприятие, то можно получить доход от древесных остатков. Сырье берут на пилорамах, в столярных мастерских или у мебельщиков. Материал часто покупают за символическую плату. При самовывозе крупные компании отдают бесплатно отходы.
Оборудование
В домашних условиях дешевле всего производить коптильные наборы. Понадобятся только фасовочные пакеты и этикетки. Небольшое количество бирок можно распечатать на обычном принтере. Если объемы увеличатся, то выгодней заказать печатную продукцию в полиграфии.
Чтобы делать декоративные опилки для мульчирования, нужны красители и бетономешалка.
Если объем заказов увеличивается, тогда понадобятся щепорубильная машина и техника для окрашивания. Сушильное оборудование ускоряет выпаривание влаги из сырья. Сортировочная и фасовочная установки облегают упаковку готовой продукции.
В промышленном масштабе опилки сортируют или вымешивают, прессуют или гранулируют при помощи техники. В домашних условиях самостоятельно приходится просеивать от мусора и создавать раствор. При производстве евродров понадобится ручной станок для опрессовки. Часто функцию пресса выполняет домкрат, а измельченную массу кладут в форму.
Паллеты делают в специальном грануляторе. Принцип работы напоминает технику для комбикорма, но вместо зерна засыпают опилки. В конструкции предусмотрели миксер для смешивания, увлажнитель и насадки для резки. В процессе производства в массу добавляют связующее вещество для увеличения плотности.
Альтернативные строительные материалы можно создать в условиях небольшой компании. В качестве оборудования для опилкоблоков и арболита понадобится бетономешалка и вибрационный уплотнитель.
Десятки форм легко сделать самостоятельно из опалубки или сварить из листа оцинкованной стали. В производстве важно соблюдать пропорции раствора и время сушки после заливки матриц.
Наполнители для клеток в домашних условиях очищают от мусора, расфасовывают в коробки или пакеты. Субстрат для туалетов создают при помощи специальной машины-гранулятора для паллет. Сырье обязательно измельчают, обрабатывают паром и сушат.
Затратным в производстве считается технический спирт из опилок. Профессиональное оборудование для гидролиза стоит дорого, а в домашних условиях процедура занимает несколько месяцев. У ДВП и ДСП сложная технология создания, которая недоступна без специальной техники (раскатка, сушка) и подготовленного цеха.
Куда продавать
Перед тем, как наладить производство из опилок, нужно изучить спрос и наполненность рынка. Если товар в избытке, то придется снижать цену, привлекая к себе внимание. Стоимость блока опилкобетона должна быть ниже, чем другое сырье такого типа.
В Москве и Санкт-Петербурге доходы выше, поэтому жители могут купить дорогие строительные материалы. Спрос на альтернативную отделку и доступное утепление актуален в небольших городах и поселках. Из-за того, что в деревне животные ходят в туалет на улице, в сельской местности не получится продать наполнитель для кошачьих лотков.
Евродрова и паллеты лучше предлагать продавцам твердотопливных котлов или выйти на крупную компанию, у которой установлено отопительное оборудование под брикеты или гранулы. Опилкоблоки и арболит рекомендуем реализовывать через строительные сети. Наборы для копчения продвигают через социальные сети или сайт.
Сбыт декоративной мульчи организовывают через садовые маркеты или обратившись напрямую в фирму, занимающуюся ландшафтным дизайном. Если договориться с фермерами-животноводами, то древесные остатки для скота можно сдавать оптом. Наполнители для лотков и для клеток продают через зоомагазины или рынки.
Заключение
Опилки – полезное сырье, которое можно использовать в домашнем хозяйстве.
При правильной переработке измельченная древесина способна кардинально изменить характеристики, став крепким строительным материалом или практичным топливом для котла. Если увеличить мощность, то избыток производства превращают в вариант дополнительного заработка.
автор Рыбаков Семён |
Ученые выяснили, какая форма опилок поможет создать дешевое и экологичное топливо — Газета.Ru
Ученые выяснили, какая форма опилок поможет создать дешевое и экологичное топливо — Газета.Ru | НовостиПризер Олимпийских игр объявила об отъезде из России 00:53
Трамп назвал сумасшествием просьбы США к другим странам о производстве нефти 00:47
Посол в США Антонов заявил, что не знает о предупреждении советника Байдена… 00:43
Минцифры 6 октября опубликует документ о направлениях, которые относятся… 00:43
США пообещали «не сидеть сложа руки» в случае прямой угрозы со стороны.
..
00:42
Глава AMC Fight Nights Global Гаджиев дал пощечину Уткину перед матчем… 00:42
Зеленский предупредил о сложной зиме для Украины 00:34
Посол Антонов назвал неоправданными рассуждения о возможном ударе США по России 00:29
Посол РФ в США прокомментировал заявление Пентагона о возможных ударах… 00:22
Тренер «Ак Барса» Знарок после поражения от «Автомобилиста» грубо подвинул… 00:21
Наука
close
100%
Российские технологи изучили горение отходов лесозаготовительного производства разной формы и степени измельчения. Создание канавок позволило увеличить поверхность частиц на 30%. Оказалось, что по сравнению с гладкими опилками изрезанные сгорают на 30–40% быстрее. Результаты работы представлены в журнале Fuel. Исследования поддержаны Президентской программой исследовательских проектов Российского научного фонда.
«Стоит отметить, что использование древесной биомассы решает сразу несколько проблем теплоэнергетики. Кроме снижения концентраций опасных оксидов серы и азота, обычно выделяющихся при горении угля, продлевается срок службы оборудования, повышается надежность и безопасность технологического процесса. Это связано со снижением загрязнения поверхностей топки при сжигании древесины», – поясняет Семен Сыродой, кандидат технических наук, сотрудник Томского политехнического университета.
Проблема нехватки топлива стоит сегодня наиболее остро. Ископаемые источники заканчиваются, поэтому древесина приобретает все большее значение в качестве энергоносителя. Однако использование традиционных источников энергии, таких как уголь и газ, ведет к загрязнению окружающей среды. По этой причине необходимо искать новое, дешевое топливо. При заготовке леса образуются тонны отходов: стружка, опилки и кора. Вместо того чтобы просто оставлять древесную биомассу размокать и гнить в почве, ученые из Томского политехнического университета предложили использовать ее для получения топлива.
В отличие от угля древесина не содержат соединений серы и при горении не выделяет вредных газов. Таким образом, новое топливо окажется более экологичным.
Измельчение биомассы приводит к увеличению площади поверхности и, соответственно, улучшает доступ кислорода к ней. Поэтому горение таких опилок проходит быстрее. Но дробление древесных частиц до оптимального размера – около нескольких тысячных долей миллиметра – стоит довольно дорого и требует использования специальных мельниц. Ученые заметили, что в процессе измельчения на поверхности древесных частиц образуются мелкие трещины и каналы, которые могут значительно увеличить площадь поверхности и ускорить горение.
Чтобы доказать, что разные поверхностные углубления влияют на процесс сгорания опилок, ученые помещали образцы в специальную высокотемпературную цилиндрическую камеру, заполненную окислителем. Частицы древесины предварительно нарезали в форме кубиков со сторонами 4 миллиметра, а на их грани наносили от одной до четырех канавок.
Весь процесс зажигания и горения фиксировали высокоскоростной видеокамерой. По результатам серии экспериментов ученые установили время горения кусочков древесины каждого типа. Так, частицы с четырьмя канавками сгорали быстрее остальных.
Кроме того, ученые разработали математическую модель, описывающую воспламенение частиц древесной биомассы. Она учитывает комплекс процессов распространения тепла, протекающих совместно с испарением воды и термическим разложением топлива. Также авторы рассчитали распределение температур и концентраций кислорода и углекислого газа в малой окрестности частиц в момент их воспламенения. В отличие от уже существующих, новая модель учитывает влияние поверхностных дефектов на горение топлива.
Подписывайтесь на «Газету.Ru» в Новостях, Дзен и Telegram.
Чтобы сообщить об ошибке, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
Новости
Дзен
Telegram
Картина дня
Минцифры расширит список специальностей на отсрочку от частичной мобилизации
NYT: разведка США считает, что к убийству Дугиной причастна Украина
По словам источников, США не знали о готовящемся покушении
«ОПЕК+ встала на сторону России»
Страны ОПЕК+ сократят добычу нефти на 2 млн баррелей в сутки с ноября
Посол РФ: отношения России и США подошли к опасной черте
Глава МИД Греции назвал открытым вопрос о репарациях со стороны Германии
Глава Орловской области сообщил о приостановке призыва в рамках частичной мобилизации
Депутат Госдумы Роднина призвала РФС включить крымские команды во все соревнования
Новости и материалы
Призер Олимпийских игр объявила об отъезде из России
Трамп назвал сумасшествием просьбы США к другим странам о производстве нефти
Посол в США Антонов заявил, что не знает о предупреждении советника Байдена руководству РФ
Минцифры 6 октября опубликует документ о направлениях, которые относятся к ИТ
США пообещали «не сидеть сложа руки» в случае прямой угрозы со стороны КНДР
Глава AMC Fight Nights Global Гаджиев дал пощечину Уткину перед матчем в Медиалиге
Зеленский предупредил о сложной зиме для Украины
Посол Антонов назвал неоправданными рассуждения о возможном ударе США по России
Посол РФ в США прокомментировал заявление Пентагона о возможных ударах по Крыму
Тренер «Ак Барса» Знарок после поражения от «Автомобилиста» грубо подвинул журналиста, чтобы пройти
Yonhap: КНДР выпустила баллистическую ракету в сторону Японского моря
Посольство РФ осудило осквернение мемориала советским воинам в Литве
Пушков связал с завершением «произвола Запада» решение ОПЕК+ о сокращении добычи нефти
Посол РФ: Россия и США еще не достигли пика напряженности, похожего на Карибский кризис
Ученые научились прогнозировать инсульт по сосудам в глазах
Форвард «ПСЖ» Месси обновил рекорд в Лиге чемпионов
Посол Антонов спрогнозировал дальнейшее ослабление США
«Реал» одержал победу над «Шахтером» в матче третьего тура Лиги чемпионов
Все новости
«Народу не хотят говорить даже часть правды об СВО»
Глава комитета ГД по обороне Картаполов призвал «перестать врать» о спецоперации
Кадыров попал в Книгу рекордов России в день рождения
Кадырова включили в Книгу рекордов РФ из-за числа введенных санкций
Военная операция РФ на Украине. День 224-й
Онлайн-трансляция военной спецоперации РФ на Украине — 224-й день
«Газета.Ru» приняла участие в акции «Доброшрифт»
Российские бренды на день сменили логотипы в поддержку людей с ДЦП
Кадыров стал генерал-полковником. Какие еще награды и звания у него есть
Кадыров сообщил о повышении в звании до генерал-полковника Росгвардии
«Может, и не было бы конфликта». Путин рассказал о нацизме на Украине и мобилизации
Путин подписал документы о присоединении к России новых территорий
Ноги в грязи, руки в презервативах: чем запомнились Недели моды в Милане и Париже
В сети появилось фото израильского паспорта Пугачевой
Украинские СМИ опубликовали фото израильского паспорта Аллы Пугачевой
«Определенные территории будут возвращены». Песков рассказал о планах Москвы
Песков назвал «фейками» публикации о превращении СВО в КТО
Лекарство в один клик: за что присудили «Нобеля» по химии
Химик Сухоруков объяснил суть метода, удостоенного «Нобелевки» по химии
Что Россия может делать с иностранными спутниками
Минобороны РФ сообщило, что проводит эксперименты с иностранными спутниками на орбите
«Схватил за голову и тряс». Джоли обвинила Питта в нападении на борту самолета
Анджелина Джоли обвинила Брэда Питта в домашнем насилии
«Попал в трудные времена». В Москве покончил с собой бывший ректор ВГИКа
Бывший ректор ВГИКа Александр Новиков совершил самоубийство в Москве
Марина Ярдаева
К станку, не отходя от колыбели
О том, что такое самореализация в декрете
Юлия Меламед
И желает вам приятного полета
О последней волне отъезда из РФ
Георгий Бовт
Невыученный урок истории
О том, как октябрьские события 1993 года «замели под ковер»
Мария Дегтерева
Паникеры паникуют
О том, как спастись от истерики в соцсетях
Дмитрий Воденников
Кошенька, это очень важно
О двух таких разных судьбах
—>
Читайте также
Найдена ошибка?
Закрыть
Спасибо за ваше сообщение, мы скоро все поправим.
Продолжить чтение
Fuel From Sawdust
Майк Браун
(из Acres, США, 19 июня 1983 г.)
ПРИМЕЧАНИЕ. Не существует установленного показателя того, сколько серной кислоты требуется на количество опилок — существует слишком много различных видов опилок, а их состояние и содержание воды сильно различаются. Чтобы определить правильное количество опилок, которые вы используете, сначала приготовьте небольшие тестовые партии в скобках, варьируя количество используемой кислоты, пока не получите наилучший результат.
Это старый способ получения этанола из целлюлозы. Это работает, но не эффективно и не экономично.
Новые способы сделать это получают широкую огласку, но они еще не совсем готовы — см. Этанол из целлюлозы .
Обычная дистилляция работает хорошо, используя крахмал или сахарные культуры или отходы. МНОГО хороших отходов будет потрачено впустую!
В библиотеке Biofuels есть онлайн-руководства по изготовлению этанола своими руками, а также дополнительные инструкции здесь:
Ресурсы по этанолу в Интернете
— Путешествие в вечность
ВНИМАНИЕ
В этой процедуре используются опасные материалы, и любой, кто пытается ее выполнить, делает это исключительно на свой страх и риск.
Серная кислота – ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНОЕ ХИМИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО. Примите все меры предосторожности, наденьте защитные очки, перчатки и фартук. Посоветуйтесь со своим поставщиком химикатов по поводу стандартного промышленного защитного оборудования, отвечающего требованиям безопасности. Рядом должен быть водопровод. Не вдыхайте пары! Рабочее место должно тщательно проветриваться. Дети и домашние животные не допускаются. Сначала попробуйте небольшие тестовые партии, чтобы ознакомиться с процессом.
Превращение целлюлозы, такой как опилки, стебли кукурузы, газеты и другие вещества, в спирт представляет собой довольно простой и простой процесс. На данный момент это немного дорого; но вряд ли это проблема, которую нужно решать здесь. Всего несколько лет назад мысль о том, чтобы двигатель автомобиля работал на спирте, казалась нелепой — это было слишком дорого. Конечно, тогда бензин стоил меньше 50 центов за галлон. То, что может быть неэкономичным на момент написания этой статьи, может стать выгодной сделкой к тому времени, когда вы будете это читать.
Допустим, вы хотите сделать спирт из опилок. Есть два типа спирта, которые можно получить из дерева — метанол и этанол. Метанол можно получить из древесины методом деструктивной перегонки при высокой температуре. Метанол также известен как древесный спирт. Другой метод, используемый для получения этанола, включает преобразование опилок в простые сахара, обычное дрожжевое брожение и обычную дистилляцию сброженного раствора. Есть несколько других шагов, предшествующих дистилляции, которые отличаются от стандартных процессов, с которыми знаком почти каждый. Чтобы избавить вас от необходимости вспоминать, чью книгу вы читали на прошлой неделе или где в этой вам нужно порыться в поисках вспомогательной информации, я приведу обычные инструкции из поваренной книги.
Первый шаг включает в себя получение нашего стандартного химического оборудования — выброшенной 55-галлонной бочки. Вам понадобится больше, чем один.
Вещества, которые вам понадобятся для проведения химической фазы этой операции, это опилки (например), серная кислота, вода и, возможно, немного гидроксида натрия, NaOH.
Для механического сегмента вам потребуются стандартные оконные сетки, которые можно купить в хозяйственном магазине, водопроводные трубы, отводы, муфты, ниппели, фланцы и сварочное оборудование.
Я опишу это так, как мы с напарником делали это в лаборатории, за исключением некоторых сантехнических соединений. Это необходимо, потому что вы не можете взять 55-галлонную бочку между большим и указательным пальцами, как мы делаем пробирку или химический стакан в лаборатории.
Обязательно прочтите до конца, прежде чем прикасаться к химикатам. Вы можете быть неприятно удивлены.
ПОШАГОВЫЕ ПРОЦЕДУРЫ
Насыпьте в барабан опилки, которые вы собираетесь превратить в спирт. Не заполняйте барабан более чем на одну треть, иначе вы рискуете, что часть процесса выльется на края барабана.
Затем вылейте на опилки то, что химики называют 18-молярной серной кислотой h3SO4. Коммерческое обозначение, если вы заказываете его в магазине химикатов, будет 100% серная кислота.
Тем не менее, всего 91% будет работать. Мы попробовали 9,2 Molar, или 51%, в лаборатории, и это просто не сработало. Он просто сидел и смотрел на нас.
Не забудьте сначала положить опилки. Если вы этого не сделаете, опилки будут плавать поверх кислоты, если только вы не насыпете больше опилок, чем может поглотить кислота. В этом случае вам все равно придется влить больше кислоты. Легче сделать это правильно с первого раза.
Когда вы поливаете опилки серной кислотой, реакция происходит почти мгновенно. Опилки и кислота реагируют таким образом, что почти сразу становятся черными. Он напоминает уродливую сборку каменноугольной смолы или ойча. Пузыри поднимаются вверх через раствор. Пузырение происходит в первую очередь из-за воздушных карманов внутри опилок. Несмотря на то, что реакция кажется мгновенной, вы должны оставить смесь на день или два, чтобы дать возможность любой реакции, которая не происходит сразу, протекать сама по себе.
Когда реакция завершится, вы можете просто добавить дрожжи и ожидать, что смесь начнет бродить.
рН смеси настолько низок, что вещество настолько кислое, что любые микроорганизмы, такие как дрожжи, которые вы бросите туда, просто взорвутся. Конечно, это будут очень маленькие взрывы.
Надлежащая процедура здесь заключается в подаче достаточного количества воды, чтобы поднять уровень pH до уровня, необходимого для брожения или размножения дрожжей — от 5,0 до 6,0. В Кентукки, где вода слегка кислая, разбавление раствора на 50% добавлением равного объема воды повысит рН примерно до 3,0. В районах, где вода имеет тенденцию к щелочности (или является щелочной, с химической точки зрения), pH будет выше. Если вы не хотите продолжать добавлять воду, добавьте немного гидроксида натрия, NaOH, чтобы поднять pH до оптимальных условий.
Хитрость здесь в том, что эту смесь нужно наливать в воду, которой ее разбавляли. Если вы выльете воду на кислоту, что является естественной склонностью, то вы услышите громкий шипящий звук, за которым последует пар кислоты, поднимающийся из раствора и атакующий вас.
Если вы добавите кислоту в воду, коэффициент разбавления будет намного больше. Будет иметь место та же самая реакция, но в гораздо меньших, более безопасных масштабах.
Происходит экзотермическая реакция. То есть выделяется большое количество тепла. Вы можете получить хорошее представление о том, сколько тепла высвобождается, просто положив руку на контейнер на разных этапах процесса. Ненадолго положите руки на барабан, когда серная кислота льется на опилки, и вы испытаете такой же дискомфорт, как если бы вы поместили руку в середину горячей сковороды. Вы обожжетесь.
После того, как раствор будет доведен до нужного уровня pH, пора вносить дрожжи. Небольшой пакет Fleischman’s, доступный в местном супермаркете, вполне подойдет. Следите за появлением пузырьков углекислого газа. Их может быть трудно распознать, когда они пробираются через черную грязь; 72 часов или 3 дней должно быть достаточно, чтобы он полностью перебродил.
Предостережение. Вы можете подумать, что простое разбавление кислоты наполовину водой перед тем, как вылить ее на опилки, избавит вас от многих проблем.
В некотором смысле это так. Вам не нужно беспокоиться о дистилляции, если вы делаете это так, потому что 50%-ная серная кислота не превратит целлюлозу в сахар, а дрожжи не будут сбраживать ничего другого. Мы попробовали это в лаборатории, и это просто не работает.
ЛИГНИН
Перед тем, как заливать раствор в перегонный аппарат, нужно удалить из раствора как можно больше черной дряни, большие куски. Удалите как можно больше. Материалом является лигнин или вещество, которое связывает молекулы сахара вместе, чтобы сделать из них целлюлозу. В химической лаборатории вы используете воронку Бюхнера и фильтровальную бумагу. Воронка Бюхнера имеет крошечные отверстия в основании. Фильтровальную бумагу кладут на дно, закрывая отверстия, пропуская жидкость и задерживая практически весь лигнин. Для работы на скотном дворе вы можете пробить отверстия для гвоздей в нижней части 55-галлонной бочки и закрыть их газетой.
Учитывая тот факт, что куски лигнина при работе на открытом воздухе будут намного больше, чем в лаборатории, вы, вероятно, захотите установить ряд экранов из проволочной сетки между ферментером и возможной модифицированной воронкой Бюхнера.
Размер ячеек сита по направлению к ферментеру должен увеличиваться, а размер ячеек по направлению к воронке должен уменьшаться.
Жидкость, просачивающаяся сквозь газету, должна быть желтого цвета. Фильтр не все поймает. В лаборатории мы заметили кольцо из мелких коричневых хлопьев, осевших на дно нашей перегонной колбы. Эта жидкость содержит этанол и готова к перегонке.
В этот момент вернитесь назад, соскребите лигнин с экранов и удалите пропитанную лигнином бумагу из воронки. Это топливо, которым можно зажечь свой дистиллятор. Этого будет недостаточно, чтобы выполнить всю работу, но это поможет и устранит проблему, что делать со всей этой черной дрянью. Просто убедитесь, что вы даете всему высохнуть, прежде чем пытаться зажечь его.
Спирт, получаемый при перегонке желтой жидкости, идентичен спирту, получаемому из сахара или крахмала. Мы получили 190 спирта первый раз через ректификационную колонну. Урожайность на фунт оказалась довольно хорошей. Согласно большей части химической литературы, которую мы прочитали до проведения этого эксперимента, коммерческий выход целлюлозы намного ниже, чем у кукурузы или другого обычного сырья.
Тем не менее, тонна целлюлозы (опилок) предоставляется бесплатно по запросу
Вместо гидроксида натрия, NaOH, который мы использовали в лаборатории, вы можете заменить обычный садовый щелок, чтобы отрегулировать pH. Если вы прольете на себя серную кислоту — это сильная кислота, и она обожжется, — разбавьте ее водой и потрите с мылом. Однако мыло должно быть очень хорошо пенящимся, потому что кислота является очень сильной кислотой, а мыло — очень слабым основанием или нейтрализатором. Хорошо вспеньте мыло и используйте его в больших количествах.
После перегонки спирта можно поднять температуру под колонной и выпарить воду. Поскольку серная кислота имеет гораздо более высокую температуру кипения, чем вода, вы просто повторяете процесс дистилляции, чтобы восстановить всю неиспользованную серную кислоту, доступную со дна вашего перегонного куба. Вы не можете восстановить большую его часть, потому что h3SO4 теряет два атома водорода, или протона, в начальной реакции и больше не является серной кислотой.
На коммерческой установке элементы, участвующие в реакции, могут быть извлечены следующим образом. Это слишком долгий и сложный процесс, чтобы вдаваться в подробности здесь:
S02 + h30 —- h3S04
Назад в библиотеку Биотопливо
Biofuels
Biofuels Library
Biofuels supplies and suppliers
Biodiesel
Make your own biodiesel
Mike Pelly’s recipe
Two-stage biodiesel process
FOOLPROOF biodiesel process
Biodiesel processors
Biodiesel in Hong Kong
Nitrogen Oxide emissions
Glycerine
Биодизельные ресурсы в Интернете
Есть ли будущее у дизелей?
Выход и характеристики растительного масла
Стирка
Биодизель и ваш автомобиль
Еда или топливо?
Натуральное растительное масло в качестве дизельного топлива
Этанол
Ресурсы этанола в Интернете
Энергоэффективен ли этанол?
Химический прорыв превращает опилки в биотопливо
Колин Баррас
Более широкий спектр растительного материала может быть превращен в биотопливо благодаря прорыву, который превращает растительные молекулы, называемые лигнином, в жидкие углеводороды.
Реакция надежно и эффективно превращает лигнин в отходах, таких как опилки, в химические прекурсоры этанола и биодизеля.
В последние годы двойная угроза глобального потепления и нехватки нефти привела к росту производства биотоплива для транспортного сектора.
Но, как подтвердит пищеварительная система человека, расщепление сложных растительных молекул, таких как целлюлоза и лигнин, — дело непростое.
Реклама
Продовольственный кризис
Вместо этого биотопливная промышленность полагалась на крахмалистые пищевые культуры, такие как кукуруза и сахарный тростник, в качестве сырья для их реакций. Но это ставит отрасль в прямую конкуренцию с голодающими людьми, и в результате цены на продукты выросли.
Второе поколение биотоплива может снизить нагрузку на растениеводство за счет разрушения более крупных растительных молекул. В настоящее время сотни миллионов долларов тратятся на исследования по снижению стоимости производства этанола из целлюлозы.
Но целлюлоза составляет лишь около трети всех растительных веществ. Лигнин, важный компонент древесины, является еще одним важным компонентом, и его преобразование в жидкое транспортное топливо повысит урожайность.
Однако лигнин представляет собой сложную молекулу и с помощью современных методов непредсказуемым образом распадается на множество продуктов, лишь некоторые из которых можно использовать в биотопливе.
Уравновешивание
Теперь Юань Коу из Пекинского университета в Пекине, Китай, и его команда придумали реакцию распада лигнина, которая более надежно производит алканы и спирты, необходимые для биотоплива.
Лигнин содержит углерод-кислород-углеродные связи, которые соединяют более мелкие углеводородные цепи. Разрушение этих связей C-O-C является ключом к разблокировке более мелких углеводородов, которые затем можно подвергнуть дальнейшей обработке для получения алканов и спирта.
Но в более мелких углеводородах также существуют связи С-О-С, которые необходимы для производства спирта и должны сохраняться неповрежденными.
Разрушение связей C-O-C между цепями, оставляя неповрежденными связи внутри цепей, является трудным балансирующим действием.
В горячей воде
Команда Коу использовала свой предыдущий опыт селективного разрыва связей С-О-С, чтобы определить горячую воду под давлением, известную как почти критическая вода, как лучший растворитель для реакции.
Вода становится почти критической при нагревании примерно до 250-300 °C и под высоким давлением около 7000 килопаскалей. В этих условиях и в присутствии подходящего катализатора и газообразного водорода он надежно расщепляет лигнин на более мелкие углеводородные единицы, называемые мономерами и димерами.
Исследователи экспериментировали с различными катализаторами и органическими добавками, чтобы оптимизировать реакцию. Они обнаружили, что комбинация платино-углеродного катализатора и органических добавок, таких как диоксан, обеспечивает высокие выходы как мономеров, так и димеров.
В идеальных условиях теоретически возможно производить мономеры и димеры с выходами от 44 до 56 мас.
% (мас.%) и 28-29 мас.% соответственно. Весовой % — это доля веса раствора, которая состоит либо из мономеров, либо из димеров.
Легкое извлечение
Впечатляет, что практические результаты исследователей приблизились к этим теоретическим идеалам. Они дали выход мономера 45% по массе и выход димера 12% по массе, что примерно в два раза больше, чем было достигнуто ранее.
Удалить углеводороды из водного растворителя после реакции легко – просто снова охладив воду, маслянистые углеводороды автоматически отделяются от воды.
Затем относительно просто преобразовать эти мономеры и димеры в полезные продукты, говорит Нинг Ян из Федеральной политехнической школы Лозанны, Швейцария, и член команды Коу.
Это приводит к трем компонентам: алканы с восемью или девятью атомами углерода, подходящие для бензина, алканы с 12-18 атомами углерода для использования в дизельном топливе и метанол.
Эффективный процесс
«Впервые мы получили алканы, основной компонент бензина и дизельного топлива, из лигнина, и стал доступен биометанол», — говорит Ян.
«Большой процент исходного материала превращается в полезные продукты», — добавляет он. «Но эта работа все еще находится в зачаточном состоянии, поэтому другие аспекты, связанные с экономическими вопросами, будут оценены в ближайшем будущем».
Джон Ральф из Висконсинского университета в Мэдисоне считает, что это увлекательная работа. Он отмечает, что ранее предпринимались попытки превратить лигнин в жидкое топливо. «Тем не менее, выходы мономеров [в новой реакции] поразительны», — говорит он.
Ричард Мерфи из Имперского колледжа Лондона, Великобритания, также впечатлен работой Коу. «Я считаю, что подобные подходы помогут нам извлечь ценные молекулы, включая топливо, из всех компонентов лигноцеллюлозы», — говорит он.
Дополнительная информация по этим темам:
- энергия и топливо
Исследователи разработают возобновляемые топливные добавки из опилок
Министерство энергетики США (DOE) выделило трехлетний грант в размере 1 млн долларов группе исследователей из UMass Lowell, Университета штата Мэн и компании Mainstream Engineering из Флориды.
Corp. для разработки возобновляемых присадок к топливу из «древесной биомассы», в частности опилок с лесопильных заводов.
«Добавки, получаемые из экологичного сырья, помогут компенсировать использование традиционного ископаемого топлива в двигателях внутреннего сгорания легковых и грузовых автомобилей, а также в паровых турбинах для выработки электроэнергии», — говорит Хантер Мак, доцент UML. в Департаменте машиностроения и главный исследователь проекта (PI). «Цель нашей лаборатории — повысить энергоэффективность, сократить выбросы и определить другие потенциальные экологичные виды топлива и химикаты будущего».
В этом проекте термин «добавка» не обязательно означает «в малых количествах» и не предназначен для повышения производительности двигателя.
«Точно так же, как неэтилированный бензин, которым вы заправляете свой автомобиль, который может содержать до 10 процентов этанола по объему, присадка предназначена для смешивания с традиционным топливом на нефтяной основе, таким как дизельное топливо, чтобы заменить часть дизельного топлива чем-то возобновляемым и помогают сократить углеродный след автомобиля», — говорит Мак.
«Эта смесь биотоплива будет обеспечивать такие же характеристики двигателя, но, надеюсь, ее будет проще и экологичнее производить».
Присоединившись к нему в проведении исследований в UML, доцент химического машиностроения. Профессор Си-Ву Вонг, соруководитель проекта, вместе с аспирантами Мартией Шахсаван и Мохаммадом Мороватианом.
«Мы сосредоточены на транспорте, потому что транспортный сектор очень сильно зависит от топлива на основе нефти», — говорит Вонг.
Фото Эдвина Л. Агирре
Машиностроение доц. Проф. Хантер Мак (слева) и ассистент химического машиностроения. Профессор Си-Ву Вонг с настройкой камеры сгорания в Лаборатории исследований энергии и горения в Университете Массачусетса в Лоуэлле.
Этот проект является частью инициативы Co-Optima Министерства энергетики США по разработке инновационных топлив и двигателей, которые работают вместе, чтобы максимизировать производительность автомобиля и экономию топлива.
«Министерство энергетики хочет совместно оптимизировать двигатели и топливо, чтобы сделать транспортный сектор более чистым, эффективным и устойчивым», — говорит Мак.
Проект, возглавляемый UMass Lowell, является одним из 42 проектов, недавно выбранных Министерством энергетики по всей стране в рамках своих инвестиций в размере 80 миллионов долларов США для поддержки ранних исследований передовых автомобильных технологий, которые могут «обеспечить более доступную мобильность, повысить внутреннюю энергетическую безопасность, снизить зависимость страны от иностранных источников важнейших материалов и способствовать экономическому росту США».
Новая роль побочных продуктов леса
Древесная биомасса относится к лесным деревьям и древесным растениям, а также к их побочным продуктам производства и обработки древесины, которые не подходят для покупки или продажи и не имеют существующего местного рынка.
«Мы выбрали древесную биомассу в качестве сырья благодаря нашему сотрудничеству с Университетом штата Мэн и его Научно-исследовательским институтом лесных биопродуктов», — объясняет Мак. «В штате Мэн есть крупная лесная промышленность с долгой историей производства бумаги. На лесопилках осталось много оставшейся биомассы, которую необходимо утилизировать, поэтому мы предлагаем способ превратить ее во что-то полезное и даже прибыльное».
Добавка предназначена для смешивания с традиционным топливом на нефтяной основе, таким как дизельное топливо, чтобы заменить часть объема топлива чем-то, что является возобновляемым, и помочь сократить выбросы парниковых газов автомобиля.
Он говорит, что отходы строительной отрасли могут быть полезны, но в данный момент они не могут их использовать. «Мы применяем точную технологию химических реакций в процессе производства добавок, поэтому важен состав сырья», — отмечает Мак. «В строительной древесине могут быть смешаны другие химические вещества, например те, которые используются в обработанных под давлением пиломатериалах, и это изменит ход реакции. Так что, по крайней мере, в краткосрочной перспективе мы сосредоточимся исключительно на опилках, которые представляют собой четко определенный поток биомассы».
Вонг говорит, что имеется достаточно древесных отходов биомассы, чтобы сделать процесс экономически выгодным. Он добавляет, что бумажная промышленность в целом находится в упадке, и одним из экономических преимуществ этого проекта является то, что он может предоставить бумажной промышленности новый источник дохода для ее опилок — в данном случае для производства биотоплива, биополимеров и других материалов. биопродукты. «Это направление, в котором изучается деревообрабатывающая промышленность Новой Англии, и именно в этом направлении движется Министерство энергетики, поэтому мы получаем финансирование», — говорит Вонг.
По словам Мака, общая стоимость проекта, включая долю затрат UML и ее субподрядчиков, составляет 1,45 миллиона долларов.
Среди других победителей грантов Министерства энергетики Пенсильванского университета, Калифорнийского университета в Сан-Диего и Калифорнийского университета в Ирвине, Техасского университета в Остине, Политехнического института и государственного университета Вирджинии, Политехнического института Вустера, Университета Карнеги-Меллона, Университета Пердью и Университета штата Нью-Йорк.