Твердое биотопливо: Твердое биотопливо и биомасса | Возобновляемая энергия

Твердое биотопливо и биомасса | Возобновляемая энергия

Широкая популярность дров, угля и пеллет в качестве альтернативных источников энергии обусловлена доступностью сырьевой базы, экологичностью, простотой обслуживания твердотопливного оборудования. Достаточно низкие цены, по сравнению с газом, являются сущесвенным фактором, свидетельствующем о высокой экономичности твердого биотоплива перед традиционными видами энергии.

Твердое биотопливо

Следует отметить, что биотопливо не является новинкой и производится давно. По своему составу твердое топливо представляет собой органическое соединение биомасс или отходов, выделяющих при сгорании тепловую энергию. Скомпанованные брикеты являются веществами животного и растительного происхождения, а также органические отходы, полученные при потреблении и производстве продукции.

Розжиг твердотопливного котла на дровах и угле

Переход на твердое топливо – экономически обоснованный процесс

Отопление пеллетой и отопление дровами

достаточно эффективно и безвредно, а сам процесс обеспечивается экологически чистыми видами толпива. Дрова, при сжигании, выделяют CO₂, который не приносит вреда окружающей атмосфере, и по своему химическому составу является нейтральным. Следует отметить, что тепловая энергия сжигания биомассы разрешает существующие проблемы утилизации отходов. Дровяные отопительные котлы, представленные в магазине ТЕТАН, обеспечивают высокий комфорт теплоснабжения

Экологическая чистота и доступная стоимость

Отопление древесным топливом также способствует повышению эффективности энергосбережения, так как произведенное тепло производится из возобновляемых природных ресурсов. Являясь местным энергоресурсом, твердое топливо не зависит от добычи или поставок нефти и природного газа.

Преимущества использования тепловой энергии сжигания биомассы:

• Низкая стоимость
• Энергетическая автономность
• Экологическая чистота и безопасность
• Доступность топлива

Твердотопливный котел на дровах для частного дома

Твердотопливные котлы

Твердотопливные котлы от компании ТЕТАН широко применяются для отопления и теплоснабжения горячей водой не только коттеджей и частных домов, но также небольших промышленных и административных зданий. В нашем государстве очень много негазифицированных мест, поэтому надежные твердотопливные котлы и эффективные системы отопления на твердом топливе, вполне востребованы и актуальны.

Также востребованы твердотопливные котлы там, где существует возможность применения дешевого твердого топлива и экономически невыгодно приобретение дизельного топлива.

Современные технологии позволяют с помощью твердотопливных котлов создать полностью автономную твердотопливную систему отопления. Для эффективной работы не требуются вспомогательные источники энергии, а твердотопливное оборудование может эксплуатироваться даже при отсутствии электрообеспечения.

Особенно востребованы котлы на дровах, угле и пеллете в сельской местности и в районах, где постоянно возникают проблемы с электроснабжением.

Возобновляемая альтернативная энергия для отопительных котлов

Древесное топливо – возобновляемая альтернативная энергия

Как уже отмечалось, древесное топливо составляет значимую альтернативу традиционным ископаемым и данный потенциал не исчерпан. Например, при сжигании древесных гранул образуется то же количество оксида азота (CO₂), которое было потреблено фотосинтезом дерева во время своего роста. Таким образом, сжигание древесных пеллет является CO₂ нейтральным. Также важно учитывать предсказуемую среднесрочную и долгосрочную перспективу роста цен на такие виды топлива как газ и электроэнергия, резкие колебания цен из-за различных внешних факторов. Использовании современных котлов длительного горения и пиролизных котлов, которые работают на дровах, дает возможность получать дешевое и эффективное отопление и горячее водоснабжение (ГВС).

Альтернативные источники энергии, такие как дрова, уголь и пеллета, достаточно востребованы во всем мире и пользуются огромной популярностью. С полной уверенностью можно констатировать тот факт, что их применение и постепенный отказ от природных сырьевых ресурсов, таких как газ и нефть, окажет прямое влияние на Вашу энергетическую независимость.

Дрова

Традиционное отопление древесным топливом достаточно эффективно и надежно. Древесина как вид топлива имеет высокий уровень эмиссий – до 85%, при этом с незначительным содержанием золы – до 1%, а также отсутствии серы. Данный факт весьма выгоден для эффективной эксплуатации. С экологической точки зрения, сжигание дров наименее вредно для атмосферы, а при использовании современных дровяных, пеллетных и пиролизных котлов, дает возможность получать дешевое и эффективное отопление, а также водоснабжение.

Уголь

Наиболее популярными фракциями каменного угля и антрацита, предназначенного для сжигания в котлах малой мощности, являются «орех», «горошек» и угольная крошка. Все большую популярность и востребованность приобретает «эко-горошек» – каменный уголь фракции од 5 до 25 мм, с низким содержанием серы (до 1%) и пепла (до 10%), который поступает в продажу в мешках из фольги. Помимо высокой теплоотдачи, он имеет низкое содержание серы. Данный фактор позволяет увеличивать срок эксплуатации элементов котла и дымохода, которые подвержены коррозии при длительном воздействии серной кислоты, возникающей в результате реакции серы и водяного пара. Низкое содержание пепла и влаги ведет к увеличению продуктивности топлива, а следовательно к уменьшению расходу твердого топлива и большей эффективности отопления углем.

Пеллета – топливо будущего

Во всем мире принято считать, что древесные пеллеты – топливо будущего. Энергия, получаемая на основе потребления пеллет, самая доступная и самая экономически выгодная. А современное отопительное оборудование показывает отличные результаты при сжигании пеллеты.

Основные преимущества использования пеллет, перед углем и дровами:

• Удобство транспортировки – пеллеты фасуются как в биг-беги весом 1 т для промышленных нужд, так и в мешки 25 кг для бытовых пользователей.
• Простота эксплуатации – для загрузки пеллет в бункер не требуется специальных навыков.
• Длительность горения от 3 до 7 дней на одной загрузке топлива.
• Теплотворная способность пеллеты обеспечивает высокий КПД твердотопливного котла и низкий расход топлива.
• Экономический эффект – окупаемость вложений по установке пеллетного котла составляет от 2 до 4 лет.
• Полная автономность и энергетическая независимость.
• Высокий уровень безопасности
  – современные котлы на древесных гранулах оснащены системами пожаротушения.
• Экологичность – низкий уровень эмиссий.
• Доступность топлива – доставка пеллет осуществляется по всей территории Украины.

У данного продукта много названий. В нашей стране распространены такие виды названия как «топливные гранулы», «древесные гранулы», «европеллеты». Наиболее правильны названия — «древесные топливные гранулы» или «пеллета».

Древесные пеллеты относятся к возобновляемым источникам энергии — это прессованное высококачественное биотопливо, удобное в обработке, использовании и транспортировке, с оптимальным содержанием влаги. Пеллету получают методом компрессии сухих опилок и древесной стружки. Источником сырья для пеллет служат побочные продукты деревообработки. В состав пеллет входят кора, опилки, щепа. В конечном состоянии имеют форму топливных гранул, диаметром от 6 до 8 мм и влажностью менее 10%.

Древесные брикеты

Древесные брикеты по своим индивидуальным качествам довольно сходны с пеллетами, но имеют гораздо больший размер. Благодаря этому, а также высокой температуре сгорания, древесные брикеты подходят для работы котельных всех мощностей. Влажность древесного брикета соответствует показателю менее 10 %.

Щепа

Щепа – это расщеплённая древесная стружка или древесина. Сырьём для щепы является древесина, отходы деревообработки или другие древесные отходы. Влажность щепы составляет от 30 до 50 % в зависимости от сорта перерабатываемой древесины.

Кора, опилки

Опилки образуются при распиле древесины разных сортов, имеют влажность от 45 до 55 %. Кора является также отходами древесины. Влажность в диапазоне от 40 до 65 %.

Система обогрева на твердом топливе

Котлы на дровах, угле и пеллете в магазине ТЕТАН рассчитаны на все виды перечисленного твердого топлива. Однако, надлежащая система обогрева, должна отвечать всем потребностям и поставленным задачам, работать надежно и эффективно. Специалисты компании помогут сделать правильный выбор в планировании новой

отопительной системы на твердом топливе.

Это Вас может заинтересовать:

Твердотопливные котлы

Пеллетные котлы

твердое биотопливо — это… Что такое твердое биотопливо?

твердое биотопливо

4.1.13 твердое биотопливо (solid biofuel): Твердое топливо, произведенное прямо или косвенно из биомассы.

Примечание — Гармонизировано с ГОСТ Р 54219.

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.

• Твердение цементного теста
• твердое покрытие

Смотреть что такое «твердое биотопливо» в других словарях:

• Биотопливо — Биотопливо  топливо из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол,… …   Википедия

• Биотопливо — (Biofuel) Содержание Содержание Определение Твердое Энергетический лес Топливные гранулы Жидкое биотопливо Биоэтанол Сырьё для производства биоэтанола Методы производства Гидролизное производство Этанол как топливо Топливные смеси этанола этанола …   Энциклопедия инвестора

• Биотопливо — топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, путем переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои и др. Различают жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания этанол, биодизель), твердое (дрова,… …   Официальная терминология

• биотопливо — Твердое, жидкое или газообразное топливо, получаемое из биомассы термохимическим или биологическим способом. [ГОСТ Р 52808 2007] Тематики энергетика биоотходов EN biofuel …   Справочник технического переводчика

• биотопливо — 3.2 биотопливо : Смесь навоза, торфа или соломы, имеющая способность «самовозгораться изнутри», повышая температуру почвенного слоя и воздуха сооружения. Источник: СП 107.13330.2012: Теплицы и парники 89 биотопливо: Жидкое, твердое или… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ГОСТ Р 54235-2010: Топливо твердое из бытовых отходов. Термины и определения — Терминология ГОСТ Р 54235 2010: Топливо твердое из бытовых отходов. Термины и определения оригинал документа: q) (calorific value, heating value): Количество энергии, полученной в результате полного сгорания топлива твердого из бытовых отходов,… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ГОСТ Р 54217-2010: Биотопливо твердое. Отбор проб. Часть 1. Методы отбора проб — Терминология ГОСТ Р 54217 2010: Биотопливо твердое. Отбор проб. Часть 1. Методы отбора проб оригинал документа: 3.3 аналитическая проба: Часть лабораторной пробы, измельченная до размера частиц 1 мм и менее, используемая для определения… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ГОСТ Р 54218-2010: Биотопливо твердое. Отбор проб. Часть 2. Методы отбора проб зернистых материалов, перевозимых грузовыми автомобилями — Терминология ГОСТ Р 54218 2010: Биотопливо твердое. Отбор проб. Часть 2. Методы отбора проб зернистых материалов, перевозимых грузовыми автомобилями оригинал документа: 3.3 аналитическая проба: Часть лабораторной пробы, измельченная до размера… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ГОСТ Р 54185-2010: Биотопливо твердое. Определение зольности — Терминология ГОСТ Р 54185 2010: Биотопливо твердое. Определение зольности оригинал документа: 3.1 зольность, сухое состояние (Ash content, dry basis): Отношение массы твердого неорганического остатка, образующегося после полного сгорания топлива… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ГОСТ Р 54212-2010: Биотопливо твердое. Методы подготовки проб — Терминология ГОСТ Р 54212 2010: Биотопливо твердое. Методы подготовки проб оригинал документа: 3.3 аналитическая проба: Часть лабораторной пробы, измельченная до размера частиц 1 мм и менее, используемая для определения показателей химического и… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Биотопливо — Что такое Биотопливо?

Биотопливо — это топливо из растительного или животного сырья.

Биотопливо (Biofuel)- топливо из растительного или животного сырья. Самый древний вид биотоплива – это обыкновенные дрова.
Выделяют:

• жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания — этанол, метанол, биодизель), 
• твердое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга),
• газообразное (синтезированный газ, биогаз, водород)

Использование

Биотопливные культуры выращивают в странах с мощным сельскохозяйственным потенциалом. В их числе США, Бразилия, Индия, Китай. В Украине под биотопливо выращивают рапс, некоторые виды «энергетических» растений. Потребителями биотоплива обычно являются те страны, в которых оно и производится. 

Кукуруза, соевые бобы и сорго являются единственными культурами, которые оказались экономически выгодными для промышленного производства биотоплива в США (большое количество этанола из сахарного тростника производится в тропических странах, таких как Бразилия)

В каких сферах применяют 

биотопливо?

• В промышленности. Огромное количество заводов и фабрик мира используют альтернативные источники энергии для их деятельности.
• В сельском хозяйстве.
• Транспортные средства. 
• В коммунальном хозяйстве.

Вред и польза

Тут мнения разделились, одни считают что биотопливо снижает выбросы парниковых газов до 65 процентов. Кроме того, при выращивании культур для биотоплива они частично поглощают оксид углерода, что делает систему использования биотоплива ещё более устойчивой, другие же обратное, что биотопливо может наносить серьёзный ущерб окружающей среде. В частности, исследователи заявили, что пальмовое или соевое масло, которое используют для получения энергии, выделяет в атмосферу больше углекислого газа, чем любое ископаемое топливо.

ИСО — СТАВКА НА БИОМАССУ

УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ В ИННОВАЦИЯХ

Стандарты ИСО способствуют инновациям и бизнесу, а также устойчивому развитию. «Стандарты являются добровольными и поддерживают законодательство, где критерии устойчивости указаны также и для твердого биотоплива, например, в европейских законах», — объясняет Эйя Алакангас (Eija Alakangas ) из Финляндии, которая также является членом ИСО/ТК 238. Алакангас 34 года проработала в Техническом исследовательском центре VTT в Финляндии в качестве эксперта по твердому биотопливу, десять лет возглавляла Европейскую сеть биоэкономики и все это время занималась стандартизацией.

Но как твердое биотопливо приносит пользу бизнесу и инновациям? «Древесная щепа — это местное твердое биотопливо, которое используется в небольших установках. Использование древесной щепы поддерживает местное предпринимательство, а также увеличивает использование древесины, полученной в результате прореживания, что способствует росту лесов, а также помогает предотвратить лесные пожары», — добавляет она.

Стандарты для твердого биотоплива, такие как стандарты серии ISO 17225 , поощряют использование древесных отходов. «Крупноствольная древесина не используется для получения энергии, а новые целлюлозные заводы производят энергию из 100% возобновляемых источников, таких как древесные отходы», — описывает Алакангас.

Стандарт ISO 17225 Твердое биотопливо — спецификации и классы топлива определяет допустимое содержание влаги в твердом биотопливе, что впоследствии стимулирует инновации, такие как автоматический отбор проб топлива из биомассы и измерение его влажности. «Содержание влаги является наиболее важным свойством для твердого биотоплива», — объясняет она. «Стандарты ИСО, такие как серия ISO 17225, устанавливают требования к качеству топлива, что поможет гарантировать чистоту сгорания для каждой  из технологий», — добавляет Алакангас. Кроме того, когда в стандартах ИСО указывается происхождение сырья и его источники, это, в свою очередь, способствует устойчивому развитию».

КРУТОЙ ПОДЪЕМ

Однако, путь к коммерческой разработке топлива из биомассы не так уж прост. «На мой взгляд, есть две большие проблемы. Во-первых, мы должны убедиться, что биотопливо явно отличается от ископаемого топлива с точки зрения повышения эффективности сгорания, снижения углеродного следа и выбросов углекислого газа. Поэтому очень важно продолжать разработку новых, усовершенствованных технологий для достижения этих целей», — объясняет Дуек.

«Во-вторых, мы должны убедительно продемонстрировать, что твердое биотопливо оказывает значительно меньшее воздействие на окружающую среду, чем ископаемое топливо», — добавляет он. Поэтому необходимы соответствующие инструменты для проведения анализа жизненного цикла древесной продукции; для оценки влияния изменения земель или землепользования, связанного с лесным хозяйством; а также надежная методология для проведения расчетов углеродного баланса, чтобы точно определить сокращение выбросов парниковых газов и связанные с этим преимущества для замедления изменения климата.

экономика развития и инвестиции в будущее – тема научной статьи по промышленным биотехнологиям читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка

УДК 338:621.9

А.Е. Мороховец*, Н.В. Попов**

ПРОИЗВОДСТВО ТВЕРДОГО БИОТОПЛИВА В РОССИИ: ЭКОНОМИКА РАЗВИТИЯ И ИНВЕСТИЦИИ В БУДУЩЕЕ

Мороховец А.Е., Попов Н.В. Производство твердого биотоплива в России: экономика развития и инвестиции в будущее. — Статья.

В связи с истощением мировых запасов топлива, а соответственно и ростом цен, возобновляемые виды топлив начинают играть большую роль в топливном балансе большинства стран. Использование биотоплива открывает значительные перспективы для развития общества, экономики и преодоления экологических проблем, поэтому вопросы развития производства этих энергоносителей все чаще занимают достойное место в правительственных программах по энергетике, экологии, землепользованию, водоснабжению и развитию сельского хозяйства. В статье проведен анализ производства биологического топлива, преимущественно твёрдого, а также обсуждаются возможные пути экономического развития сотрудничества в сфере биоэнергетики в России и странах Европейского союза.

Ключевые слова: биоэнергетика, твердое биотопливо, экономическая эффективность, экологическая безопасность, инвестиции.

Morokhovets A.E., Popov N.V Solid biofuel production in Russia: business development and investment in the future. — Article.

Due to the depletion of world reserves of fuel, and therefore higher prices, the renewable fuels are beginning to play a greater role in the fuel balance of most countries. Biofuels offer significant prospects for the development of the society, economy and overcoming environmental problems that’s why the development of this energy production occupies the worthy place in government programs on energy, environment, land use, water supply and agricultural development. The production of biofuels, mostly solid, is analyzed in the article. The possible ways of economic development of cooperation of Russia and the European Union in the bioenergy sector are discussed.

Keywords: bioenergy, solid biofuels, economic efficiency, environmental safety, investments.

Мороховець А.Є., Попов Н.В. Виробництво твердого біопалива в Росії: економіка розвитку та інвестиції в майбутнє. — Стаття.

Через виснаження світових запасів палива, а відповідно і ростом цін, поновлювані види палива починають відігравати більш суттєву роль у паливному балансі більшості країн. Використання біопалива відкриває значні перспективи для розвитку суспільства, економіки та подолання екологічних проблем, тому питання розвитку виробництва цих енергоносіїв усе частіше займають гідне місце в урядових програмах з енергетики, екології, землекористування, водопостачання та розвитку сільського господарства. У статті наведено аналіз виробництва біологічного палива, переважно твердого, а також обговорюються можливі шляхи економічного розвитку співробітництва в сфері біоенергетики в Росії та країнах Європейського союзу.

Ключові слова: біоенергетика, тверде біопаливо, економічна ефективність, екологічна безпека, інвестиції.

* Мороховец Андрей Евгеньевич — Ярославский государственный технический университет, автомеханический факультет, кафедра двигателей внутреннего сгорания. г. Ярославль, Россия.

** Попов Николай Васильевич — заведующий кафедрой государственно-правовых дисциплин Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева, кандидат юридических наук, доцент, г. Москва, Россия.

Использование человеком биологического топлива уходит в далекое прошлое. Сначала это были дрова, солома, навоз, затем древесный уголь и торф. Постепенно их вытесняли уголь и нефть. Однако еще во времена первого нефтяного кризиса в 1970-х гг. человечество задумалось о поисках альтернативных источников энергии, способных заменить традиционное углеводородное топливо.

Современный биотопливный рынок начал формироваться в последнее десятилетие. Практически во всех странах мира приняты биоэнергетические программы. Особенно бурное развитие получает биоэнергетика в Европейском союзе, вероятность того, что к 2020 году биомасса превысит в энергетическом балансе Европы 10 %, очень велика [1].

Биотопливо (англ. — Ыо/ив!) — это твердое, жидкое или газообразное топливо, получаемое из биомассы термохимическим или биологическим способом.

Существуют различные классификации данного вида топлива, получаемого из биологического сырья.

Выделяют три поколения растительных биотоплив. Первыми начали использовать традиционные сельскохозяйственные культуры с высоким содержанием жиров, крахмала, сахаров. Растительные жиры хорошо перерабатываются в биодизель. Растительные крахмалы и сахара перерабатываются на этанол. Однако такое сырье оказалось крайне неудобным: его изъятие с рынка прямо влияет на цену пищевых продуктов. Экономические, экологические и социальные последствия использования биотоплива первого поколения оказались в центре внимания широкой общественности, получили неоднозначную оценку в средствах массовой информации и явились предметом политических дебатов и кампаний гражданского общества.

Непищевые остатки культивируемых растений, травы и древесины стали вторым поколением сырья. Его получение гораздо

менее затратно, чем у культур первого поколения. Такое сырье содержит целлюлозу и лигнин. Его можно прямо сжигать (как это традиционно делали с дровами), газифицировать (получая горючие газы), осуществлять пиролиз. Основные недостатки второго поколения сырья — относительно невысокая отдача с единицы площади.

Третье поколение сырья — водоросли. Не требуют земельных ресурсов, могут иметь большую концентрацию биомассы и высокую скорость воспроизводства.

Биологическим топливом является горючее животного или растительного происхождения. Как и традиционное углеводородное горючее, биотопливо бывает жидким, газообразным и твердым.

Жидкие топлива — это спирты (метанол, этанол, бутанол), эфиры, биодизель и биомазут. Наибольший практический интерес проявляется к жидкому биологическому топливу, производимому из биомассы, семян и плодов пищевых и технических масличных культур, а также отходов пищевых масел. Используется оно в основном в дизелях и котельных установках. Широкое применение это горючее получило в странах Европейского союза, на Украине, в Белоруссии, в Северной и Латинской Америке.

Газообразные топлива — различные газовые смеси с угарным газом, метаном, водородом, получаемые при термическом разложении сырья в присутствии кислорода (газификация), без кислорода (пиролиз) или при сбраживании под воздействием бактерий.

Твердые топлива — это традиционные дрова (часто в виде отходов деревообработки) и топливные гранулы и брикеты (прессованные мелкие остатки деревообработки). Также в эту группу входят: щепа, солома, лузга.

Переработка отходов лесопромышленного комплекса. Методы биотехнологии позволяют полностью переработать отходы агропромышленного комплекса, и в ряде стран само понятие «отходы» для этого сектора уже перестает существовать [2].

Дерево — древнейшее топливо, используемое человечеством. В настоящее время в мире для производства дров или биомассы выращивают энергетические леса, состоящие из быстрорастущих пород (тополь, эвкалипт и др.).

В России на дрова и биомассу в основном идет балансовая древесина, не подходящая по качеству для производства пиломатериалов, за счет использования своих ресурсов страна имеет возможность стать одним из лидеров мирового рынка биоэнергетики.

Российская Федерация располагает огромными запасами биоресурсов. Количество органических отходов разных отраслей народного хозяйства РФ составляет более 390 млн. т в год; отходы же лесо- и дере-вопереработки — 700 млн. т, энергетическая ценность которых превышает 300 млн. МВт.ч. на каждые 100 млн т. При этом утилизируется не более 10 % из них [2].

Биоэнергетика на древесных отходах (брикеты и пеллеты) — одна из самых молодых и самых быстрорастущих отраслей российской экономики [3, с. 171].

К древесной биоэнергетической отрасли относятся: производство биотоплива, выработка тепловой и электрической энергии с использованием биотоплива, изготовление и поставка оборудования для производства и сжигания биотоплива. Развитие данного направления способствует росту производства электрической и тепловой энергии, полученной из дешевых источников, а также обеспечивает эффективную утилизацию отходов лесопереработки. Дополнительным эффектом реализации данного комплекса мероприятий является развитие энергетического машиностроения.

Твердое гранулированное биотопливо из древесины и ее отходов изготавливают в виде пеллет или брикетов [4].

Топливные гранулы (пеллеты) (англ. pellets) — биотопливо, получаемое из торфа, древесных отходов и отходов сельского хозяйства, представляют собой прессованные цилиндры диаметром 4-10 мм, длиной

2-5 см. Топливные брикеты: «круглые» -имеют диаметр 40-100 мм, длиной 15-25 см; «кирпичики» — 150 х 90 х 60 мм, весом около 1 кг.

Древесные гранулы высокого качества (белые и серые) используют для отопления жилых домов путём сжигания в гранульных котлах, печах и каминах. Тёмные гранулы с большим содержанием коры сжигают в котлах большей мощности с целью получения тепла и электроэнергии для населённых пунктов и промышленных предприятий. Тёмные гранулы могут быть большего диаметра. Качество и вид гранул зависят от сырья и технологии производства. В основе технологии производства топливных гранул, как и топливных брикетов лежит процесс прессования измельченных отходов древесины, соломы, лузги и др.

Сырьем для производства гранул (или брикетов) могут быть торф, балансовая (некачественная) древесина и древесные отходы: кора, опилки, щепа и другие отходы лесозаготовки, а также отходы сельского хозяйства: отходы кукурузы, солома, отходы крупяного производства, лузга подсолнечника и т.д. Выбор сырья для производства биотоплива, чаще всего, определяется имеющимися ресурсами. Например, типичная лесопилка превращает около 60 % древесины в доски, при этом 12 % уходит в опил, 6 % -в концевые обрезки и 22 % — в горбыль и в обрезки кромок. Объем опила и стружки на этапе деревообработки достигает 12 % от исходного сырья. На производство одной тонны гранул уходит около 5 м3 древесных отходов.

Готовые изделия поступают в продажу в различной упаковке:

— насыпью: идет на крупные ТЭЦ, для котлов небольшой мощности или дальнейшей фасовки в мелкую тару;

— фасовка в биг-бэги применяется для индустриальной транспортировки сыпучих продуктов. Биг-бэги изготавливаются из прочного полимера, имеют петли

для механизации погрузо-разгрузочных работ, а также позволяют сохранять постоянную требуемую влажность при открытом складировании;

— мелкая расфасовка, обычно в небольших пакетах 2-20 кг, очень удобна для тех заказчиков, кто не может иметь склада для хранения в насыпном виде. Идёт на продажу в розничные сети непосредственно клиентам. Перевозится на паллетах (поддонах) в автотранспорте. Для транспортировки крупных партий продукции удобно использовать железнодорожный транспорт или комплектовать по 20003000 т для отправки судовыми партиями в порты Европы, т.к. промышленные пел-леты для электростанций — это большие объемы.

Одно из важнейших преимуществ гранул — высокая и постоянная насыпная плотность, позволяющая относительно легко транспортировать этот сыпучий продукт на большие расстояния. Благодаря правильной форме, небольшому размеру и однородной консистенции продукта гранулы можно пересыпать через специальные рукава, что позволяет автоматизировать процессы погрузки-разгрузки и также сжигания этого вида топлива. Плюс ко всему, они удобны в складировании, так как не нуждаются в складских помещениях больших объемов.

Топливные гранулы имеют прямое назначение — отопление. Главная отрасль их применения — использование в качестве топлива. Для отопления частного жилого сектора подходят не только специальные пеллетные котлы, но также камины и печи. Применяются топливные гранулы не только в жилом секторе, но и в жилищнокоммунальном хозяйстве как источник тепла и электроэнергии.

Для каждого вида топлива существует своя технология сжигания, обоснованная, как технически, так и экономически. Топливную гранулу можно сжигать на различном оборудовании. Однако максималь-

ной эффективности можно добиться лишь с помощью котлов и горелок, специально для этого предназначенных.

Процесс получения тепловой энергии из гранул можно назвать горением только с большой натяжкой, т.к. гранулы не горят в прямом смысле этого слова, а тлеют. При этом котел, исчерпав топливо в контейнере, может продолжать снабжение теплом в течение 24 часов за счет малой скорости протекания процесса. В Европе больше половины котлов на древесных гранулах имеют среднюю мощность от 100 кВт до 1 МВт. Обычно такие печи устанавливаются в больших частных домах, школах, на небольших предприятиях. Кроме котельных, существуют также камины на гранулах и брикетах. Подобные камины работают не как котлы, а как воздухонагреватели, поэтому не требуют системы трубопроводов. Чаще они используются (как и традиционные камины) в качестве дополнительного средства обогрева.

Существуют также нетрадиционные способы применения пеллет. Например, применяются как наполнитель для туалетов домашних животных и грызунов, а также и в аварийных ситуациях как впитывающий материал, например, на автомобильных заправках вместо песка и стружки.

Гранулы отличаются от обычной древесины высокой сухостью (влажность всего 8-12 %, а влажность сырых дров — 30-50 %) и большей — примерно в полтора раза — плотностью, чем дрова. Эти качества обеспечивают высокую теплотворную способность по сравнению со щепой или дровами — при сгорании тонны гранул выделяется приблизительно 3 500 кВт ч тепла, что в полтора раза больше, чем у обычных дров.

Топливные гранулы — экологически чистое топливо с содержанием золы не более 3 %, причем золу можно применять в качестве удобрения. Пеллеты не вызывают аллергическую реакцию у людей, так как не содержат пыли и спор. Топливные гранулы мало подвержены самовоспламене-

нию в отличие от других видов горючего, поэтому это безопасный вид топлива, который также более удобен в транспортировке в плане рисков.

Актуальность разработки и использования биотоплива. Новые рабочие места, скорейшее восстановление экономик, рост производства, новые инвестиционные возможности — положительные эффекты, отмечаемые в качестве потенциальных последствий развития индустрии биотоплива в мире. Рост рынка биотоплива способствует созданию новых рабочих мест и доходов по всей цепочке производства и распределения: от биотехнологов до дистрибьютеров [5].

Тенденция перехода к использованию биотоплива и возобновляемых источников энергии вызывает все больший интерес во всем мире. Согласно данным International Centre for Trade and Sustainable Development, за последние 15 лет объем производства биотоплива превысил 60 млн. тонн в год. Предполагается, что к 2020 г. около 15 % топлива для транспортных средств в мире будет производиться из биологического сырья.

Хотя Россия обладает значительным запасом полезных ископаемых, тем не менее, замена обычного топлива на биологическое также весьма выгодна для нашей страны, поскольку имеются огромные ресурсы возобновляемых источников энергии.

Как отмечают специалисты биото-пливной сферы [6], электроэнергия из отходов лесопромышленного комплекса может быть даже дешевле атомной при определенных обстоятельствах.

Получение готовой продукции из древесины сопряжено с огромными потерями, которые принято называть отходами. Отходы на этапе заготовки леса могут достигать нескольких десятков процентов (пни, сучья, хвоя и т.д.). В настоящее время всё еще активно используется технология сжигания опилок, щепы, старой древесины. Этот процесс прямого использования

отходов лесопиления и деревообработки имеет ряд недостатков. Во-первых, для повышения эффективности сгорания опилки и щепа должны быть сухими, что требует дополнительных технологических процессов. Во-вторых, требует решения проблема складирования. Помимо необходимости больших складских площадей, свежие опилки и щепа подвержены самовоспламенению. В-третьих, мелкофракционные древесные отходы ввиду их малой насыпной плотности экономически невыгодно перевозить на расстояния более 20-40 км. Удачной альтернативой прямого использования древесных отходов в виде топлива является изготовление и применение топливных брикетов и пеллет.

После подписания Россией международного соглашения по сокращению выбросов парниковых газов (Киотский протокол*), доля гранулированного биотоплива в топливном балансе страны должна будет повышаться. Это связано с тем, что пеллеты (и брикеты) являются экологически наиболее безопасным топливом.

Во-первых, пеллеты в противоположность ископаемым энергоносителям, СО2-нейтральны. Это означает, что сгорание пеллет освобождает такую массу диоксида углерода, которое раньше при росте дерева было взято из атмосферы (замкнутая циркуляция углерода). При сгорании ископаемых топлив, напротив, высвобождается диоксид углерода, который был накоплен ранее. Это высвобождение ведет к повышению СО2-содержания в нашей атмосфере и, как следствие, к увеличению парникового эффекта.

Во-вторых, наряду с уменьшением выбросов диоксида углерода при сжигании пеллет уменьшаются выбросы диоксида серы SO2. Так как этот газ образует кислотные дожди, то применение пеллет в качестве топлива позволяет защитить природу от повреждений, наносимых кислотой.

* Киотский протокол к рамочной конвенции Организации Объединенных наций об изменении климата. Подписан в г. Киото 11.12.1997 г.

В-третьих, экологические транспортные риски для пеллет крайне малы. Загрязнение окружающей среды, вследствие аварий танкера или прорывов в трубопроводе, отсутствует при использовании пел-лет как топлива. Также опасность взрывов, пожаров и загрязнений подземных вод на складах пеллет существенно меньше, чем на складах углеводородного топлива.

Таким образом, при использовании топливных гранул решаются проблемы повышения теплотворности материала и уменьшения необходимых складских площадей. При хранении пеллеты не самовоспламеняются. Увеличивается коэффициент полезного действия котельных.

Об актуальности применения топливных гранул свидетельствует увеличение использования древесных и сельскохозяйственных отходов в индустриальном производстве тепловой энергии в Европе, Скандинавских странах и Северной Америке на 15 % ежегодно [7].

Рост потребителей альтернативного топлива из различных стран ежегодно увеличивается. Например, в 2002 году Швеция 20 % всех своих потребностей (это около 100 ТВт) покрыла за счет использования биотоплива.

Спрос на древесные брикеты и гранулы, оборудование для их сжигания и производства растёт пропорционально ценам на традиционные виды топлива, такие как нефть и газ. В некоторых странах Европы, где рынок альтернативных источников энергии наиболее развит, гранулами отапливается до 2/3 жилых помещений.

Инвестиции в будущее биотопливных элементов. До недавнего времени производство топливных гранул в России велось на мелкомасштабных производствах для целей снабжения пеллетами частных заказчиков — домохозяйств и предприятий. Заинтересованность региональных министерств в развитии этого сектора биоэнергетики и благоприятная конъюнктура европейского рынка привлекли в

отрасль крупный капитал. Сегодня Россия является одним из глобальных лидеров в производстве древесных пеллет и их крупнейшим экспортером. При этом сохраняется впечатляющая динамика ввода мощностей — вплоть до удвоения производственного потенциала каждый год. Среди более чем 100 существующих заводов выделяются заводы-гиганты: ОАО «Выборгская целлюлоза» с производством 1 млн. т в год, красноярский «ДОК Енисей» и архангельский «Лесозавод 25» с производством 100 тыс. т в год, а также завод «Талион Терра» в Торжке мощностью 80 тыс. т в год. В начале 2011 года открылись мини-пеллетный завод в Архангельской области, г. Няндом и завод топливных брикетов АВМЫо в Ярославской области, г. Углич.

В некоторых регионах РФ разработаны программы, связанные с производством и использованием древесного топлива:

— Перевод котельных на биотопливо во многих областях страны.

— Шведская компания «Swedwood» планирует в ближайшее время наладить выпуск 75000 тонн древесных гранул в год в Ленинградской области, г.Тихвин.

— В Псковской области планируется реализовать одновременно два инвестиционных проекта производства биотоплива, уже получивших одобрение в местной администрации, налоговые льготы и другую поддержку. Это комплексное производство лиственных пиломатериалов, целлюлозной и топливной щепы в Дедовичах и организация производства древесных топливных гранул в Плюссе.

Мелкие производители топливных гранул в России занимают 70 % экспортного рынка. К такому мнению пришли аналитики «Национального Биоэнергетического Союза». При этом 30 % приходится на долю 10 крупных компаний [8].

Как сообщает информационное агентство «Инфобио», в десятку лидеров по объемам экспорта топливных гранул из древесины вошли компании из Ленинградской,

Архангельской, Тверской, Новгородской областей, Хабаровского и Красноярского краев и Республики Карелия.

Официальная статистика 2013 г. свидетельствует о том, что средние и мелкие производители занимают все большую и большую долю на экспортном рынке биотоплива. Если в 2012 году при экспорте пеллет из РФ в Европу доминировала ООО «Выборгская лесопромышленная корпорация» (по итогам 2012 г. около 60 % экспорта), то сегодня на долю уже 10 крупных производителей остается всего 30 % от экспортируемого объема топливных гранул; 70 % приходится на тех, кто за полгода вывез от 10 000 т до 20 т. При этом количество мелких экспортеров, вывозящих по 20-100 т гранул один раз в полгода увеличивается.

У экспертов есть четкое представление о том, как должна выглядеть отечественная биотопливная промышленность в будущем. Так, Ольга Ракитова, исполнительный директор НП «Национальный Биоэнергетический Союз», считает, что отрасль, ориентированная на рынок Евросоюза, прежде всего, должна жить по таким же законам, как в ЕС: «Этот вопрос нужно решить на государственном уровне. Если отрасль нужна нашей экономике, то изменения в законодательстве спасут десятки предприятий от банкротства и ухода с рынка. Если нет — то небольшие отечественные компании столкнутся с европейскими конкурентами и новыми сильными игроками рынка, которые будут стремиться их вытеснить» [8].

Спрос на биотопливо быстрее всего растет в странах, сделавших ее использование одним из приоритетов национальной энергетической политики. Именно государство выступает основным инициатором запуска производства и жестко регламентирует состояние отрасли, как со стороны предложения, так и со стороны спроса.

Развитие биоэнергетики связано с постоянным ростом цен на невозобновляе-

мые виды энергоресурсов, вступлением в действие Киотского протокола и обеспечением энергобезопасности стран. Мировой рынок производства биотоплива постоянно развивается благодаря государственным программам по развитию бионергети-ки. В ближайшие десятилетия вклад биоэнергетики в мировое производство топлива и энергии будет постоянно повышаться.

Рост производства биотоплива второго поколения во многом будет зависеть от таких факторов, как особенности экологической политики государств и наличие или отсутствие ограничений в торговле биотопливом. Страны могут сделать упор либо на собственную энергетическую независимость и безопасность, стимулируя внутреннее производство биотоплива, либо на увеличение общемировых объемов производства биотоплива и связанные с этим экологические выгоды.

Вопрос производства и использования биотоплива ныне относится к наиболее важным для многих стран планеты. Это связано и с «парниковым эффектом», и прогнозируемым в связи с этим кардинальным изменением климата на планете. Очень важно, чтобы парниковый эффект и биоэнергетика воспринимались серьезно. От этого во многом зависит будущее современной цивилизации. К тому же традиционные виды топлива — нефть, газ, уголь — относятся к невосполнимым источникам энергии. Рано или поздно, но придется искать им замену. Мировой рынок производства биотоплива постоянно развивается благодаря государственным программам по развитию бионергетики.

Список литературы

1. Кокошин А.А. Международная энергетическая безопасность / А.А.Кокошин. -М.: Европа, 2009. — 180 с.

2. Баранов Н.Н. Нетрадиционные возобновляемые источники и методы преобразования их энергии / Н.Н. Баранов. — М.: МЭИ, 2011. — 356 с.

3. Попов. Н.В., Мороховец А.Е. Перспективы развития биоэнергетики в России / Н.В. Попов, А.Е. Мороховец // Новые реальности и будущее человечества: Сб. материалов Третьей Международной научно-практической конференции (14 мая 2013 г.) — Краснодар, ЦНТИ, 2013.426 с.

4. Древесные топливные гранулы в России и СНГ: справочник под ред Ракитиной О.С., Овсянко А.Д., Александровой С.Е. -СПб., 2005.

5. Медведкова И., Трудаева Т. Рынок биотоплива: проблемы и перспективы / И. Медведкова, Т. Трудаева // Аналитический журнал «Мосты», авторское издание ICTSD. — 2013. Выпуск 3.

6. Формирование основ нормативноправового регулирования альтернативной энергетики как фактор укрепления энерге-

тической безопасности Российской Федерации (по материалам круглого стола, состоявшегося в государственной Думе Федерального Собрания Российской Федерации 23 марта 2010 года // М.: Экономическая политика, Аналитический вестник. — 2010. Выпуск 9. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://gisee.ru/news/technology_

Ьр/1536/.1т1.

□ □ □

Новосибирские ученые заменят растительным сырьем твердое биотопливо

​В Институте химии твердого тела и механохимии СО РАН ученые занимаются разработкой твердого биотоплива из растительного сырья. Исследование выиграло грант на XII Общероссийском конкурсе «Энергия молодости».

«Наша работа заключается в том, чтобы получить новое порошковое топливо из отходов сельского хозяйства для специальных горелок, разработанных Институтом теплофизики им. С.С.Кутателадзе СО РАН», — говорит старший научный сотрудник ИХТТМ СО РАН, кандидат химических наук Алексей Леонидович Бычков. Например, солому можно сжечь просто так, но при этом она выделит немного энергии, однако, изменяя ее химический состав, ученые способны повысить теплотворность. Другой важный момент заключается в следующем: использовать обыкновенные печи неэффективно, гораздо результативнее измельчать продукт до мелкодисперсного состояния и сжигать его в факельных горелках, как газ.

«Этим проектом мы начали заниматься четыре года назад, два года спустя получили опытные партии топлива и испытали их совместно с ИТ СО РАН. В настоящее время работа ведется факультативно, в эксперименте задействованы три человека: я и две моих аспирантки», — рассказывает Алексей Леонидович. Одна из них, Екатерина Подгорбунских, производит модификацию растительного сырья: рассматривает варианты изменения структуры, чтобы в ней появилось больше горючего вещества — лигнина, обладающего повышенной теплотворной способностью, или меньше целлюлозы. Вторая — Татьяна Уразова — изучает химию угля и его практическое применение.

«До нас твердым биотопливом практически никто не занимался. Были большие исследования по угольной пыли, по водо-угольной суспензии, но все работы имели один ключевой недостаток — в них использовался уголь, а это невозобновляемый материал, в отличие от растительного сырья. Кроме того, некоторая часть лесного хозяйства и побочных продуктов земледелия не используется и идет в отходы. Вот их мы и способны сжигать», — говорит Алексей Бычков. Например, есть зерноперерабатывающие фабрики, элеваторы, где зерно очищается или перемалывается, и в процессе производства остается шелуха. Ее можно перевести в топливо и для этого же предприятия, частично покрыв затраты электро- или тепловой энергии.

В США в опытном производстве уже существует несколько биотопливных заводов, они получают биоэтанол, извлекая его из целлюлозы. Та часть, которая остается неиспользованной, содержит много лигнина. Если ее сжечь, таким образом можно замкнуть энергетический цикл предприятия. Получается: практически не нужно затрачивать внешнюю энергию, утилизируя отходы, завод сам себя обеспечивает. «У нас в стране пока таких предприятий нет, но мы надеемся, что они скоро появятся. До недавнего времени в законодательстве топливный биоэтанол ничем не отличался от обычного и облагался акцизами, как на водку. Это делало горючее совершенно неконкурентоспособным, по-хорошему, оно должно быть не дороже бензина», — говорит ученый.

Для создания твердого биотоплива в ИХТТМ СО РАН изготовлены специальные мельницы — механоактиваторы, которые предназначены именно для дробления растительного сырья. В них из соломы получается мелкий реакционноспособный порошок, потом его можно модифицировать, чтобы улучшить теплоту сгорания, например, увеличив количество лигнина или «вытащив» из последнего углеводы — целлюлозу, из нее и производится биоэтанол. Путей превращения много, но ключевое во всем процессе — это механическая активация, ведь частицы «пылевого» топлива должны иметь определенные характеристики, позволяющие специалистам по горению сформировать нужный факел. Кроме соломы в мельницах можно перемалывать лесосечные остатки, образующиеся при заготовке леса, или опилки на деревообработке, шелуху, некондиционную древесину.

Цель, которую преследуют ученые — сделать материал с теплотой сгорания, близкой к бурому углю, повысив содержание лигнина. Это вещество можно найти в отходах целлюлозно-бумажных комбинатов, оно там накапливается в огромных кучах. Разумеется, не весь он пригоден, некоторая часть может быть загрязнена серой, ее сжигать нельзя. Кроме этого, существует такая идея: смешать бурый уголь с растительным сырьем. «Сo-firing» — перспективное направление, развивающееся на Западе, с одной стороны позволяет экономить твердое горючее вещество, а с другой — утилизировать отходы.

«Альтернативная энергетика способна значительно потеснить традиционную, в Германии уже около 30% занимает не только биотопливо, но и энергия ветра, и солнечная, приливная и тд. Нашим «порошком», безусловно, полностью заменить привычное сырье сложно, но мы способны заместить некоторую часть, например, мазут: насколько хватит растительного сырья — столько и сжечь, а потом снова использовать нефтепродукты. Просто немного сэкономить и одновременно утилизировать отходы», — говорит ученый.

Дарина Муханова

Твердое биотопливо оптом

Альтернативное топливо — это возможность использовать возобновляемые природные ресурсы или источники энергии из вторсырья для отопления бытовых и производственных помещений. И если энергия из восстанавливаемых природных источников доступна не во всех регионах мира и является дорогим удовольствием, то твердое биотопливо станет решением для тех, кто хочет сэкономить и заботится об окружающем мире.

Помимо низкой себестоимости топлива из вторичных материалов, можно существенно снизить затраты на отопление, купив биотопливо оптом. Украинские компании поставляют твердое биотопливо оптом во все регионы страны, а также в ближнее зарубежье. Приобретение альтернативных видов горючих материалов несет в себе ряд преимуществ, о которых пойдет речь ниже.

Виды биологического топлива

Различают несколько основных видов топлива, вырабатываемого из вторичного сырья и отходов производств. К ним относят:

• брикеты;

• пеллеты.

В производстве этих видов отопителей применяют исключительно натуральные, растительные компоненты. Для этого используются отходы деревообрабатывающих и пищевых предприятий. Производство брикетов и пеллетов имеет одну технологию. Различие между продуктами заключается в размере: пеллеты поставляются в виде мелких гранул, а брикеты в виде цилиндров с диаметром 5-9 см и длинной 5-10 см.

Продукция компаний по производству биотоплива представлена двумя моделями пеллет и тремя видами брикетов.

Преимущества твердого биотоплива

Горючие изделия из вторичного сырья обладают рядом стратегических преимуществ, которые делают биотопливо приоритетным выбором для отопления частных домов и объектов промышленного назначения. Среди главных достоинств продукта особенно выделяются:

• приемлемая стоимость готового продукта;

• отсутствие вредных выбросов при сгорании;

• годится для применения в любых твердотопливных котлах и печах;

• продукция сохраняет изначальную плотность на протяжении длительного срока;

• удобство перевозки и хранения;

• КПД составляет 90-95%;

• образовавшаяся в процессе горения зола может быть использована в качестве натурального удобрения.

Применение

Представленная продукция относительно новый вид топлива. И если его появление было воспринято покупателями без особого энтузиазма и с некоторым недоверием, то на данный момент древесные брикеты и пеллеты набирают популярность среди пользователей. Сегодня можно с уверенностью говорить, что новые виды отопительных материалов получили широкое применение как в частном секторе, так и на производстве. Активный переход на альтернативные источники энергии наблюдается не только в Украине и странах СНГ, но и в Европе. Приобретение возобновляемых отопительных материалов позволяет в значительной степени снизить затраты на отопление. Особенно актуально это в свете постоянно растущей цены на газ и уголь.

Украинские покупатели активно используют топливо из вторичного сырья для отопления частных домов, в коммунальном хозяйстве, на предприятиях промышленного комплекса.

Увеличение доверия к альтернативным видам топлива в Украине стало возможным благодаря появлению производителей, способных предоставлять качественные товары и обеспечивать заказчиков необходимым количеством топлива в месяц. Покупая твердое биотопливо оптом, заказчики не только экономят денежные средства, но и обеспечивают себя надежным отопительным материалом наперед.

Биотопливо — Типы биотоплива

Термин «твердое биотопливо» может вводить в заблуждение, потому что многие люди ассоциируют биотопливо с передовыми технологиями очистки и химическими процессами. Фактически, биотопливо может быть любым возобновляемым биологическим материалом, используемым в качестве топлива. С этим определением становится ясно, что такие вещи, как древесина, опилки, листья и даже высушенный навоз животных, представляют собой биотопливо. Фактически, твердое биотопливо — это то, как люди с самого начала нагревали себя и свою пищу… ну … люди!

Производство

В большинстве случаев производство твердого биотоплива не требуется, потому что оно часто находится в удобной форме. С другой стороны, опилки и щепа не так удобны, поэтому их часто подвергают процессу, известному как «уплотнение». Все это означает, что биомасса спрессована в форму, с которой легче обращаться, или смешана с каким-либо связующим веществом (например, деготь или древесный сок), чтобы удерживать ее вместе для облегчения транспортировки, хранения и использования.Пеллеты и кирпичи представляют собой обычные «уплотненные» формы твердой биомассы.

Воздействие на окружающую среду

Исследования показали, что твердое биотопливо оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем твердое ископаемое топливо, такое как уголь. Министерство энергетики США изучило влияние биомассы и ископаемого топлива на глобальное потепление в течение жизненного цикла электростанции. Когда все аспекты приняты во внимание, использование биотоплива вместо угля, даже когда углерод от сжигания угля улавливается, приводит к снижению на 148% потенциала глобального потепления для электростанции.

С обратной стороны уравнения окружающей среды, сырая биомасса, как известно, выделяет ряд твердых частиц, а также полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Сжигание твердой биомассы напрямую способствует снижению качества воздуха, часто в большей степени, чем нефть или другие углеводороды. При сжигании отходов животноводства образуется больше загрязнителей диоксина и хлорфенола, чем при сжигании древесины. Это особенно опасно, когда его сжигают в помещении без вентиляции.

ПАУ — хорошо известные канцерогены, способные повредить ДНК и вызвать врожденные дефекты.Диоксины являются производными ПАУ и, как известно, очень токсичны для рыб и диких животных. Уровень диоксина всего 0,5 мкг / кг (около 0,0000005% по массе) является смертельным для некоторых видов. Хлорфенол также является ароматическим соединением. Он обычно используется в пестицидах, гербицидах и дезинфицирующих средствах. Это один из основных компонентов нафталина. Хлорфенол менее токсичен, чем указанные выше соединения, со смертельными дозами в диапазоне 600 миллиграммов / килограмм или около 50% по массе. Длительное воздействие относительно высоких уровней может привести к повреждению эритроцитов и иммунной системы.

Дерево

Древесина составляет большую часть биомассы, которая сжигается в качестве топлива и поступает в виде дров, древесного угля, щепы, пеллет и опилок. Использование древесины в качестве топлива для приготовления пищи, отопления и других применений возникло задолго до появления человека, когда неандертальцы были преобладающим видом гоминидов. На самом деле, самый неприятный аспект использования дерева в качестве топлива — это искра, чтобы разжечь огонь. В противном случае древесина легко доступна, в изобилии и может быть даже собрана с земли, если режущие инструменты недоступны.Сегодня древесина даже используется в некоторых приложениях для выработки электроэнергии.

Древесина достаточно энергоемкая. Плотность энергии лиственных пород составляет около 14-15 МДж / кг при сжигании со 100% -ной эффективностью. Однако, как и с любым топливом, КПД имеет тенденцию к снижению. Древесина на самом деле более эффективна, чем многие виды топлива, в среднем около 70% энергии (10 МДж / кг) может быть извлечено.

Обратной стороной древесины является загрязнение. Он не только производит больше углекислого газа, чем такое топливо, как метан, но также производит другие загрязнители, такие как сажа, дым и ПАУ.Исследования привели к созданию печей, которые горят при очень высоких температурах (более 600 градусов по Цельсию). Такая высокая температура фактически позволяет дыму загореться, что снижает выбросы.

Навоз животных

Более 2 миллиардов человек на планете сжигают высушенный навоз животных для получения энергии. Его преимущества заключаются в том, что он дешев, его можно найти в районах с дефицитом древесины, он является возобновляемым и содержит разумное количество энергии. Коровий навоз, например, состоит примерно на 50% из метана и 30% из двуокиси углерода при преобразовании в биогаз.Конечно, сжигать его напрямую — другое дело, и можно извлечь меньше энергии. Плотность энергии коровьего навоза составляет приблизительно 12 МДж / кг при сжигании со 100% -ной эффективностью.

К сожалению, эффективно сжигать навоз животных даже труднее, чем эффективно сжигать дрова. Он также производит ряд загрязняющих веществ и представляет серьезную опасность для здоровья в странах, где его сжигают в закрытых помещениях с ограниченной вентиляцией. Как объяснялось выше, в навозе животных обычно намного больше диоксинов и хлорфенолов.

Бытовые отходы

Это биотопливо, иначе известное как мусор, мусор или отходы, включает в себя практически все, что люди выбрасывают ежедневно. Как правило, эти отходы не сжигаются напрямую, а преобразуются с помощью ряда различных процессов в пригодное для использования более чистое топливо.

Метан можно собирать со свалок с помощью процесса, известного как «улавливание свалочного газа». Отходы также можно газифицировать непосредственно при высоких температурах и с контролируемыми концентрациями кислорода и пара для получения синтез-газа.Наконец, отходы можно подвергнуть процессу, известному как пиролиз. В этой реакции разложение усиливается за счет применения более высоких температур и анаэробных условий. Это процесс, используемый для изготовления угля, который похож на древесный уголь. Наконец, отходы можно сжигать напрямую, что обычно недопустимо в большинстве развитых стран, так как при этом образуется большое количество загрязняющих веществ и токсичных газов.

Энергетические культуры

Последняя основная категория твердого биотоплива включает культуры, выращиваемые специально для сжигания.Хотя некоторые люди включают преобразование этих культур в биотопливо, они уже не являются твердыми и поэтому не включены в это обсуждение.

Большинство культур, выращиваемых для прямого сжигания, являются древесными. В большинстве случаев эти культуры сушат и превращают в гранулы для облегчения транспортировки. Затем они сжигаются либо отдельно, либо на когенерационных установках, где они комбинируются с другими видами топлива. Многие домашние отопительные горелки используют пеллеты. Зерновые культуры, которые выращивают для преобразования в жидкое биотопливо, обычно имеют высокое содержание масла или производят липиды, которые можно преобразовать в различные жидкие топлива.К культурам, выращиваемым для прямого сжигания, относятся просо и слоновая трава, хотя в некоторых условиях они также превращаются в этанол.

Комплексный обзор индустрии уплотненного твердого биотоплива в Китае

https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.09.096 Получить права и содержание

Аннотация

Биомасса — это устойчивый и возобновляемый источник энергии с относительно низкими выбросами загрязняющих веществ . Его можно преобразовать в газообразное, жидкое и / или твердое биотопливо, а также в другие химические сырьевые материалы и продукты.Среди технологий преобразования биомассы уплотненное твердое биотопливо является одним из средств, которые можно хранить и транспортировать с низкими затратами на отопление. Для достижения цели по сокращению количества выбросов углекислого газа на единицу валового внутреннего продукта (ВВП) на 40–45% до 2020 года, установленной Рамочной конвенцией Организации Объединенных Наций об изменении климата (РКИК ООН), и реализации цели В 12-м пятилетнем плане Китая (2011–2015 гг.) По развитию энергии биомассы, учитывая, что выбросы углерода достигнут пика в 2030 г., по оценке 2014 г. во время Конференции Азиатско-Тихоокеанского экономического сотрудничества, Китаю следует энергично разрабатывать уплотненное твердое биотопливо, чтобы резко минимизировать неорганизованное сжигание пожнивных остатков.В этом документе представлено текущее состояние уплотненного твердого биотоплива в Китае и отрасли в следующих аспектах: (а) классификация уплотненного твердого биотоплива; (б) развитие индустрии уплотненного твердого биотоплива; (в) технология формования уплотненного твердого биотоплива; (d) характеристики сжигания уплотненного твердого биотоплива; (e) проблемы, возникающие при формовании, погрузочно-разгрузочных работах, транспортировке и хранении; (f) существующие китайские стандарты для уплотненного твердого биотоплива и оценка уплотненного твердого биотоплива; и (g) анализ рынка и перспективы уплотненного твердого биотоплива и промышленности.Более того, в этом исследовании дается всесторонний обзор развития уплотненного твердого биотоплива в Китае и связанной с ним отрасли, а также предлагаются некоторые рекомендации по дальнейшему развитию отрасли для отечественных и международных исследователей энергии биомассы.

Ключевые слова

Уплотненное твердое биотопливо

Технология формования

Процесс формования

Характеристики горения

Оценка уплотненного твердого биотоплива

Относительные стандарты

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Производство твердого биотоплива — жизнеспособное

Lifeasible предлагает качественные технические консультации, разработку проектов и услуги по оптимизации процессов для двух видов технологий производства твердого биотоплива — технологии отверждения биомассы и технологии пиролиза. Эти технологии производства почвенного биотоплива могут преобразовывать материалы биомассы в почвенное биотопливо, что делает их более удобными в использовании.

В связи с быстрым потреблением угольной энергии во всем мире существующие твердые невозобновляемые источники энергии постепенно истощаются. В этой ситуации существует острая необходимость в развитии твердой возобновляемой энергии, чтобы уменьшить зависимость от традиционного твердого топлива и смягчить воздействие традиционного использования твердого топлива на окружающую среду. Твердое биотопливо — это возобновляемая, экологически чистая энергия и один из основных компонентов возобновляемой энергии с перспективой индустриализации и крупномасштабного производства.Поэтому Lifeasible стремится помочь клиентам повысить уровень технологий в производстве твердого биотоплива, а также помочь им ускорить технологические инновации и получить доступ к высококачественной продукции.

Твердое биотопливо, по сравнению с жидким биотопливом или газообразным биотопливом, часто дешевле, легче извлекается и более стабильно при транспортировке. Вообще, древесина, ветки, солома и опилки тоже относятся к твердому биотопливу, их удобно использовать в качестве топлива, но не удобно переносить из-за разной формы.Кроме того, при их непосредственном сжигании может возрасти нагрузка на окружающую среду. Следовательно, чтобы получить экологически чистое твердое биотопливо, эти материалы биомассы необходимо переработать. Способы производства твердого биотоплива обычно включают технологию отверждения биомассы и технологию пиролиза.

Технология отверждения биомассы

Материалы биомассы, такие как солома сельскохозяйственных культур, опилки, сосновые ветки и опилки, обычно имеют разные формы с относительно небольшой плотностью, поэтому они всегда громоздки и неудобны в транспортировке и использовании, и их необходимо обрабатывать, чтобы их было удобно использовать.Технология отверждения биомассы решает проблему низкой плотности биомассы, а также неудобства транспортировки и хранения. Рациональное использование производственных процессов и оборудования для отверждения биомассы повышает энергоэффективность биомассы.

Технология пиролиза

Прямое сжигание древесины и других побочных продуктов лесного хозяйства не только приводит к образованию загрязняющих газов, но и имеет низкую энергоэффективность. Чтобы решить эти проблемы, можно использовать процесс пиролиза, чтобы увеличить удельную энергию твердого биотоплива.Пиролиз — это процесс разложения органического материала при высоких температурах без кислорода. Из-за бескислородного состояния органическое вещество разлагается на биоразлагаемый брусок, а не сгорает. В последние десятилетия пиролиз привлекает все большее внимание как эффективный метод преобразования биомассы в биотопливо, Lifeasible обладает богатым опытом, помогающим клиентам использовать технологию пиролиза для производства твердого биотоплива из материалов биомассы с высоким соотношением топлива к сырью.

Lifeasible предлагает услуги опытной технической поддержки в производстве твердого биотоплива, мы можем не только помочь решить проблемы клиентов в технологии производства, но также предложить услуги по разработке производственных проектов, которые будут соответствовать вашим потребностям с точки зрения типов материалов биомассы и продукты.Кроме того, мы предлагаем услуги, оптимизированные для некоторых процессов, чтобы клиенты могли получать продукты, отвечающие их требованиям. Если вы ищете высококачественные технические консультации, услуги по разработке проектов и оптимизации процессов для производства твердого биотоплива, Lifeasible может стать для вас отличным выбором. Пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам.

Наши продукты / услуги предназначены только для исследовательского использования. Не для клинического использования!

Твердое биотопливо — SCA

Лесное биотопливо

Лесозаготовка дает сырье для целлюлозно-бумажной и лесопильной промышленности.Сырье, непригодное для промышленности, используется для производства биотоплива для нашей собственной промышленности и для внешних заказчиков, таких как теплоэлектростанции.

Валочные остатки

Браш (Ветви и венцы). Добыча налетов в лесу в основном проводится после сбора в лесу с преобладанием ели на здоровых лесных землях. Сбору урожая предшествует вырубка, адаптированная для кустарника, при которой мы складываем ветви и кроны в кучу на обочине пути комбайна по мере вырубки деревьев.Мы доставляем нашим клиентам солому в виде лесной щепы или в виде опалубки (без щепы).

Топливная древесина и щепа стволовой древесины

Топливная древесина включает деревья и части деревьев, которые не подходят для процессов целлюлозной и лесопильной промышленности. Это могут быть деревья с корневой гнилью или другими дефектами. Топливная древесина поставляется нашим покупателям в виде круглого леса или колотой (стволовой щепы).

Торф

Торфяные активы на наших торфяных болотах постоянно расширяются и в течение многих лет хранят углекислый газ.С экологической точки зрения, то, что энергия наших осушенных болот используется, является положительным моментом, поскольку они выделяют большое количество углекислого газа. Энергетический торф заготавливается летом либо в виде фрезерного торфа, либо в виде блоков. Совместное сжигание торфа и древесного топлива увеличивает мощность и эффективность работы котлов. Добавление торфа также приводит к стабильному сжиганию, сокращению выбросов и снижает риск поломки. И позволяет заменять ископаемые источники энергии.

Переработанное биотопливо

Переработанная древесная щепа. Переработанная древесная щепа производится путем дробления или измельчения старой упаковки, опалубки или переработанного строительного материала, а также отходов от ремонтных или восстановительных работ.

Промышленное биотопливо

Древесное сырье, которое нельзя использовать в промышленности, становится биотопливом. Побочные продукты лесопиления, такие как кора, опилки и сухая щепа, становятся топливом, а целлюлозная крошка используется в качестве сырья для промышленности.

Побочные продукты лесопиления:

• Опилки
• Стружка
• Кора
• Сухие стружки
• Брикеты
• Пеллеты

Границы | Валоризация пищевых потерь и отходов: сырье для биотоплива и ценных химикатов

Введение

Для разработки эффективных стратегий предотвращения и / или сведения к минимуму таких потерь необходима всесторонняя оценка количества или стоимости пищевых отходов или потерь.Такие меры направлены на управление спросом и предложением в пищевой цепи. Это становится все более настоятельной необходимостью в связи с быстро растущим населением мира, которое, в свою очередь, требует больше ресурсов для обеспечения продовольственной безопасности. Для устойчивого развития необходимо установить тонкий баланс между увеличением производства продуктов питания и общим минимальным воздействием на окружающую среду. В качестве продолжения этой задачи Организация Объединенных Наций в 2015 году (Задача 12.3) приняла определенные цели в своих «Целях устойчивого развития (ЦУР)», чтобы сократить потери и отходы продовольствия во всем мире до «половины на душу населения как у потребителей, так и в точках распределения и, следовательно, , продовольственные потери в производственной цепочке к 2030 году.«Достижение этих целей требует надлежащей количественной оценки потерь со стороны поставок, включая производственные, розничные и потребительские уровни. Тем не менее, несколько исследований и растущий объем доступной сегодня литературы различаются по общей структуре определений и методологическим подходам для количественной оценки FLW (De Laurentiis et al., 2018; Corrado et al., 2019).

Интересно, однако, что управление пищевыми отходами под эгидой Продовольственной и сельскохозяйственной организации (ФАО) активно способствует установлению рамок определения ППО.Это относится к потере пищи как «пища, произведенная для потребления человеком, но не съеденная человеком». Он пошел дальше и определил потерю пищевых продуктов как «уменьшение количества или стоимости продуктов питания», в то время как пищевые отходы рассматриваются как компонент потери продуктов питания, который упоминается как «удаление или непищевое использование продуктов питания, предназначенных для потребление по всей цепочке производства и распределения пищевых продуктов, то есть от производства до потребителя l. С другой стороны, пищевые отходы — это уникальная и отдельная часть потерь продовольствия, поскольку причины пищевых отходов и стратегии их предотвращения отличаются от причин пищевых потерь (FAO, 2013).

Количество пищевых потерь и отходов во всем мире оценивается как «примерно 33% пищевых продуктов, предназначенных для потребления» (FAO, 2011). В дальнейшем этот показатель был разбит по регионам мира и на душу населения пищевых отходов на уровне потребителей: 98–115 кг / год в Северной Америке и Европе и «6–11 кг / год в Африке к югу от Сахары и Южной / Юго-Восточной Азии. »(ФАО, 2011 г.). В другом исследовании, проведенном De Laurentiis et al. (2018), которые оценивали потери продуктов питания и отходы, относящиеся к производству до стадии конечного потребления, было определено, что «только в Европе ежегодно тратится около 180 кг продуктов питания на человека в год» Isah et al., 2019. Большая часть этих потерь приходится на уровень потребителей: «чуть более 100 кг на человека в год образуется на уровне потребителей, из которых 76 кг приходится на индивидуальные дома и 25 кг на рестораны и пищевую промышленность. ” Таким образом, потребление в индивидуальных домах в значительной степени связано с потерей и расточительством пищевых продуктов. В Китае «органические отходы» имели прямое отношение к потреблению овощей, орехов и свежих фруктов. Смысл этих выводов заключается в том, что индустриализация и растущее улучшение уровня жизни могут привести к увеличению потребления фруктов и овощей и, таким образом, «высокому соотношению органических отходов».Аналогичная картина наблюдалась в Австралии в отношении фруктов и овощей, где это было признано одной из причин потерь и пищевых отходов, достигающих 286 тонн в год (Zhang et al., 2010; Ghosh et al., 2017). Значительное количество пищевых продуктов и отходов происходит в местах распределения и потребления людьми.

Измерение и классификация пищевых отходов

Не существует согласованного на глобальном уровне определения FLW. Большинство существующих количественных оценок FLW имеют различные системные границы, которые учитывают различные сообщаемые значения FLW по всей цепочке поставок.Плохо определенные границы системы в литературе — одно из основных ограничений в классификации FLW. Предыдущая исследовательская работа Gustavsson et al. (2011), потеря пищи в отношении животных, захваченных «стадией выращивания потерь при определении границ системы». В аналогичной работе Barrett et al. (2013); Stenmarck et al. (2016) потери пищи исключают эти потери, и граница системы начинается с точки убоя животных. Измерение FLW от производства, проведенное Hartikainen et al. (2018) определили границы системы как включающие всю сельскохозяйственную деятельность (растениеводство, аквакультура и рыболовство), начиная с сбора урожая растений, вылупления рыб, рождения животных, производства молока и момента откладывания яиц.Граничная система заканчивается в точке обработки или рыночного распределения.

Это отсутствие единообразия в границах системы привело к разной структуре определений и, следовательно, к разным значениям FLW. Рамки определений «Использование продуктов питания для социальных инноваций путем оптимизации стратегий предотвращения образования отходов» (FUSIONS) сосредоточены на стоимости пищевых отходов, регистрируемых в каждой стране Европейского союза. С другой стороны, «Стандарты учета и отчетности FLW» (Стандарт FLW) позволяют «различным организациям определять количество и сообщать» независимо, сколько отходов они производят, и определять место возникновения.«Программа действий в отношении отходов и ресурсов» (WRAP) предложила классифицировать отходы на «отходы, которых нельзя полностью избежать, отходы, которых можно избежать, и отходы, которых нельзя избежать» (WRAP, 2019). Отходы, которых можно полностью избежать, определяются как обычно потребляемые продукты питания, в то время как отходы, которых, вероятно, можно избежать, как продукты питания, которые, вероятно, пригодны для потребления человеком, такие как кожура, и отходы, которых нельзя избежать, как продукты питания, которые не подходят для потребления человеком, такие как листья. Эти три категории отходов были количественно определены с использованием «интенсивности отходов, которых нельзя избежать» (NWI), «интенсивности отходов, которых можно полностью избежать» (TWI) и «интенсивности отходов, которых можно избежать» (PWI) продукта.NWI, TWI или PWI определяется как отношение массовой доли отходов, которых нельзя избежать / полностью избежать / возможно избежать, к общему количеству закупленных продуктов питания. Они показаны в уравнениях (1–3), соответственно, ниже:

NWI (%) = неизбежные отходы [Mt], общие закупки [Mt] (1) TWI (%) = полностью предотвращаемые отходы [Mt], общие закупки [Mt] (2) PWI (%) = Потери, которых можно избежать [млн т], общее количество закупок [млн т] (3)

В соответствии с этим NWI, TWI и PWI в уравнениях 1, 2 и 3 представляют собой долю продукта, которую нельзя избежать, полностью или, вероятно, можно избежать, соответственно.«Общее количество покупок» в каждом выражении относится к общему количеству приобретенных продуктов питания. NWI пищевых потерь или отходов считается равным несъедобной части пищи. Различные количества несъедобных фракций продуктов питания представлены в таблице 1 для скоропортящихся продуктов. Некоторые переменные были приняты во внимание для различий в двух наборах данных. Например, определение съедобной спаржи Общественным здравоохранением Англии (2015) полностью исключает основу, измеряющую съедобную фракцию, и, следовательно, несъедобная фракция значительно ниже по сравнению с другими данными.

Характеристики некоторых продуктов связаны с уровнем образования отходов, которых можно избежать / возможно избежать. Время, необходимое для того, чтобы определенный продукт питания погиб или считался непригодным для употребления в пищу, а также цена на сырье являются факторами, влияющими на значения интенсивности отходов, которых можно «полностью избежать» и «вероятно, избежать». Это основано на том факте, что покупка более дешевых товаров может быть больше, чем необходимо, и, как следствие, некоторые продукты остаются портиться по сравнению с продуктами питания высокого класса.Точно так же определенные продукты питания, подверженные высокой степени скоропортимости, с большей вероятностью останутся в виде отходов, если они хранятся в течение длительного периода времени или при неправильном хранении. Скоропортимость некоторых товаров обычно связана со сроком их хранения. Время, в течение которого скоропортящийся продукт становится «непригодным для употребления во время хранения, часто относится к его сроку хранения». Рыба, свежие фрукты и орехи состоят из живых клеток по всей цепочке поставок до момента их употребления, а срок годности зависит от условий хранения, условий созревания, времени сбора урожая, условий роста и типа упаковки продуктов ( Демирель, 2018).Классификация пищевых отходов как полностью предотвращаемых или неизвлекаемых является показателем тщательного понимания причин ППО, что неизбежно приводит к вероятной разработке соответствующей модели предотвращения и учету отходов, которых нельзя полностью избежать, в анализе потока отходов.

Определение пищевых отходов в производственной цепочке сосредоточено на потоке пищевых продуктов, которые изначально были предназначены для потребления людьми, но перенаправлены в цепочку поставок пищевых продуктов (примеры включают убой, оптовую торговлю, упаковку и розницу) и, скорее, использовались в качестве сырья или перенаправлялись для очистное сооружение.«Несъедобные» части отходов / потерь, такие как апельсиновая корка и мясные кости, не учитываются или намеренно не включаются в определение. FWL в соответствии с этим определением рассматриваются как «побочные потоки» (SF).

Способы утилизации пищевых отходов

При производстве пищевых продуктов и пищевых отходов часто образуется большое количество сточных вод и твердых отходов (Valta et al., 2017). К ним относятся пищевые кожуры и семена, остатки пищевых мембран и несъедобные части пищи. С другой стороны, сточные воды обычно состоят в основном из жидких отходов, представляющих собой промышленные стоки, промывочный раствор, чистящую жидкость и другие системы промышленных растворителей.Чаще всего фракции твердых отходов подвергаются биологической очистке (включая анаэробное сбраживание), сжиганию, захоронению, вспашке полей, сбросу в море и открытому сжиганию. Традиционная практика гарантирует, что жидкие отходы предварительно обрабатываются и, наконец, обрабатываются в автономных прудах в дополнение к городским сточным водам (Nasr et al., 2014; Valta et al., 2015). Утилизация твердых отходов, возникающих в результате потерь пищевых продуктов и пищевых отходов, осуществлялась с течением времени с использованием нескольких биологических обработок, среди которых анаэробное сбраживание оказалось очень рентабельным из-за присущей ему «высокой рекуперации энергии», ограниченного воздействия на окружающую среду и производства биогаза ( Альварес и др., 2010). Двухфазная система сбраживания особенно подходит для обработки «твердых отходов, богатых твердыми веществами, и органических твердых бытовых отходов, отсортированных по источникам», связанных с фруктовыми и овощными отходами, такими как очищенный от картофеля яблоко, стручковая фасоль, зеленый салат и морковь. Процесс включает несколько гидролизных варочных котлов для обработки каждого типа твердых пищевых отходов и, в конечном итоге, связан с центральным метаногенетическим реактором с неподвижным слоем (Álvarez et al., 2010).

Иногда жидкие отходы сначала предварительно обрабатывают раствором перекиси водорода, чтобы окислить низшую степень окисления серы и тем самым довести значение pH до нейтрального путем добавления гидроксида натрия.Следуя этому протоколу предварительной обработки, твердая биомасса в конечном итоге разлагается путем окисления с использованием обычной биологической обработки.

Удаление и обработка пищевых отходов и их потерь на свалках или свалках пищевых отходов, а также предварительная обработка (включая биологическую очистку) жидких отходов экономически неэффективна в дополнение к введению токсичных и вредных химикатов при очистке сточных вод (H ₂ O ₂ и NaOH) и CO ₂ выбрасываются в окружающую среду.Альтернативное использование этой органической биомассы, такое как переработка в биотопливо, биосмазку и другие биопродукты, является не только экономически обоснованной, но и экологически безопасной альтернативой. Это сырье из отходов в качестве источника биотоплива и других биопродуктов имеет огромные преимущества с точки зрения экономии за счет альтернативного использования земли вместо захоронения отходов, выработки электроэнергии и экономии затрат на сырье для производства биотоплива.

Сжигание твердых пищевых отходов предназначено для горючих пищевых отходов, что подходит для густонаселенных городов, где свалки и другие методы удаления не рентабельны.Это связано с высокими затратами на строительство и эксплуатацию. Конструкция включает первичную камеру для облегчения быстрого обезвоживания влажных пищевых отходов, что обычно требует использования уступа или сушильного пода. Вторичная камера работает при температурах выше 700 ° C для полного сгорания всех несгоревших или полусгоревших отходов. Эта практика также является не только дорогостоящей, но и неустойчивой с точки зрения спроса на энергию и загрязнения окружающей среды.

Влияние существующих методов утилизации на окружающую среду

Основной движущей силой поиска альтернативных способов утилизации пищевых потерь и отходов, таких как преобразование в биотопливо в качестве устойчивой альтернативы, является общий вклад биомассы в «изменение климата».«Центральная тема изменения климата заключалась в сокращении выбросов парниковых газов (ПГ): газов, удерживающих тепло в атмосфере. К основным компонентам парниковых газов относятся следующие:

Двуокись углерода (CO

₂ )

Этот газ попадает в атмосферу в результате разложения биомассы. Хорошая новость заключается в том, что CO ₂ также может улавливаться или поглощаться растениями из атмосферы во время биологического фотосинтеза. В Соединенных Штатах (США) на CO ₂ приходится около 81.6% от общего количества парниковых газов в 2016 году (Агентство по охране окружающей среды США, 2017). Некоторые виды деятельности, связанные с людьми, отрицательно влияют на «углеродный цикл», увеличивая содержание CO в атмосфере ₂ ° r, изменяя эффективность естественных поглотителей углерода, таких как лес, для улавливания углекислого газа из окружающей среды. Общие преимущества биотоплива в сокращении CO ₂ требуют полных данных оценки жизненного цикла для всестороннего определения потребностей биотоплива в природных ресурсах и «воздействия жизненного цикла биотоплива на окружающую среду».Для этого требуется большой объем данных и полная сеть информации о повторном использовании, переработке и возможной утилизации (The Royal Society, 2008).

Метан (CH

₄ )

На его долю приходится около 10% всех парниковых газов. Основные источники выбросов метана включают производство угля, природного газа, ископаемого топлива, разложение биомассы в городских отходах и свалках, а также другие связанные с этим методы ведения сельского хозяйства. Время жизни метана в окружающей среде значительно меньше, чем у CO ₂ из-за его удаления в результате естественных химических процессов в почве и некоторых других химических реакций в атмосфере.Тем не менее считается, что метан улавливает радиацию более эффективно, чем CO ₂ , что в настоящее время считается имеющим большее сравнительное воздействие, то есть примерно «в 25 раз больше, чем CO ₂ за 100-летний период» (US EPA, 2017). В целом, природный газ и ископаемое топливо вносят наибольший вклад в выбросы CH ₄ .

Закись азота (N

₂ O)

Вклад закиси азота в выбросы парниковых газов в США в 2016 году составил около 6%. Основные источники N ₂ O включают деятельность человека, такую ​​как сельское хозяйство, сжигание топлива, удаление бытовых отходов (от пищевых потерь и отходов) и другие промышленные процессы.N ₂ O остается в атмосферной среде дольше «в течение ~ 114 лет, прежде чем он будет удален путем поглощения или разложен в результате химических процессов» (US EPA, 2017). Так, для сравнения, N ₂ O влияет на глобальное потепление почти в «300 раз сильнее, чем углекислый газ (IPCC, 2007). Сельскохозяйственные методы, такие как внесение удобрений (синтетических или органических) и другие виды сельскохозяйственной деятельности », имеют большое значение в системе выбросов N ₂ O. Вклад промышленного производства азотной кислоты и сжигания ископаемого топлива также значительный.

Фторированные газы

Некоторые промышленные процессы выделяют «фторированные углеводороды (ГФУ), перфторуглероды (ПФУ), трифторид азота (NF ₃ ) и гексафторид серы (SF ₆ )», которые считаются мощными парниковыми газами из-за их высокого потенциала глобального потепления (ПГП). . Фторированные газы попали в окружающую среду через несколько производственных процессов, включая производство алюминия и обработку полупроводников. Они считаются газами, способствующими глобальному потеплению атмосферы, которые сохраняются в атмосфере в течение тысяч лет.Многие фторированные газы трудно удалить из атмосферы, если они не разложены в результате некоторых фотохимических реакций в дальних верхних слоях атмосферы. Основным источником фторированных газов является их использование в качестве охлаждающих газов в системах охлаждения домов, офисов и транспортных средств (Управление энергетической информации США, 2013 г., 2018 г.). Они были разработаны как альтернатива хлорфторуглеродам и гидрохлорфторуглеродам, которые в настоящее время заменяются в соответствии с Монреальским протоколом международного соглашения. Последующая поправка Кигали к Монреальскому соглашению призывает к сокращению производства и применения наиболее вредных гидрофторуглеродов.Это привело к недавней разработке гидрофторолефинов (ГФО), которые характеризуются «более коротким временем жизни в атмосфере и низким потенциалом глобального потепления». Относительный вклад этих газов в парниковые газы в целом показан на Рисунке 1.

Стратегии минимизации и сокращения пищевых потерь и пищевых отходов можно рассматривать с двух сторон: потенциальное сокращение выбросов парниковых газов как регулируемых, так и нерегулируемых загрязнителей и возможность будущего развития альтернативного использования пищевых потерь и отходов.Сюда входит оценка общего воздействия на окружающую среду и здоровье в течение жизненного цикла (LCA).

С первого взгляда можно сказать, что биотопливо легко разлагается и представляет минимальную опасность для здоровья при воздействии на человека. Однако исследования показали, что добавление биоэтанола к бензину искажает естественное ослабление «бензола, толуола, этилбензола и ксилола» (BTEX) в грунтовых водах и почве. При контакте с этими химическими веществами BTEX существует потенциальный риск для здоровья (Управление энергетической информации США, 2013 г., 2018 г.).

Аналогичным образом, усиление сельскохозяйственной деятельности по производству биотоплива из сельскохозяйственных культур (этанол на основе кукурузы) может привести к эвтрофикации с пагубным воздействием на окружающую среду для экосистемы и устья реки. Чистые выбросы CO ₂ от преобразования земель крупных поглотителей углерода для производства биотоплива составляют «~ 1,5 гигатонны кабона в год (ГтС / год)» (Grace, 2004; Baker, 2007). Осушение и выжигание кустов являются некоторыми факторами, способствующими выбросу CCO ₂ в лесах, в основном поглотителей углерода, как это наблюдается на торфяниках в Юго-Восточной Азии.Такие выбросы CO ₂ из почвы во всем мире не зависят от «причины изменения земель для выращивания сельскохозяйственных культур». Таким образом, причина увеличения выбросов CO ₂ не может быть связана исключительно с удалением биомассы, содержащейся в пищевых потерях и отходах.

Сжигание биотоплива приводит к увеличению выбросов в атмосферу загрязнителей, таких как CO ₂ и других оксидов азота и серы, в дополнение к некоторым вредным окислительным углеводородным соединениям и летучим органическим соединениям (ЛОС).Некоторые из этих загрязнителей воздуха увеличиваются при использовании биотоплива, в то время как выбросы других газов уменьшаются при использовании биотоплива, что связано с молекулярной архитектурой биотоплива и сырья.

Выбросы парниковых газов и связанных с ними загрязнителей, включая CO и оксид азота, при производстве биотоплива не обязательно меньше, чем выбросы от традиционных ископаемых видов топлива с точки зрения всестороннего анализа жизненного цикла. Когда в дополнение к выбросам «менее распространенных, но более мощных парниковых газов», таких как N ₂ O, проводится тщательный анализ всего жизненного цикла углерода, включая использование земли, то преимущества биотоплива, заключающиеся в том, что они выделяют меньше парниковых газов в атмосферу. более ранние исследования необходимо пересмотреть.Это еще более верно, когда общий объем выбросов парниковых газов рассматривается в результате сжигания топлива и на всех этапах жизненного цикла топлива, включая переработку, транспортировку и использование в качестве сырья для гербицидов и удобрений, а также при распределении биотоплива.

Развитие альтернативного использования пищевых продуктов и отходов, таких как сырье для биотоплива, имеет прямые социальные последствия в сельских общинах, где это сырье производится. Исследования показали, что конверсионные технологии расположены рядом с источником сырья и, таким образом, создают рабочие места для сельских жителей, а также распределяют богатство среди сельских сообществ посредством корпоративной социальной ответственности и социальной справедливости (Demirel, 2018).Сельские фермеры в развивающихся странах, которые участвуют в сельскохозяйственной деятельности, с большей вероятностью выиграют от более высоких цен на сырьевые товары и динамики развития, стимулируемой биотопливом. Однако необходимо учитывать тяжелое положение городской бедноты, которая, вероятно, будет нести тяготы увеличения производства сельскохозяйственных продовольственных товаров, если только улучшение качества жизни не повысится во всем спектре общества в целом и не появится достаточная добавленная стоимость, связанная с биотопливо сохраняется на месте (Королевское общество, 2008 г .; Демирель, 2018 г.).

Текущая политика США в отношении импорта биоэтанола весьма благоприятна для поставщиков из стран Центральной Америки, включая Карибский бассейн, в рамках «Центральноамериканского соглашения о свободной торговле» (CAFTA). Эта политика привела к импорту до 7% внутреннего спроса на биоэтанол в США, «без применения обычного тарифа в 0,54 доллара за галлон». В таблице 2 показан импорт топливного этанола из отдельных стран Карибского бассейна и Центральной Америки в период с 2002 по 2008 годы.

Социально-экономические последствия и местное процветание Нампулы (Мозамбик) и Иньямбане (Газа) от выращивания и цепочки поставок биоэтанола, полученного из эвкалипта и свиткграсса, как показали положительные улучшения во всех регионах в отношении экономической жизнеспособности, местного процветания, социальное благополучие, продовольственная безопасность и земельные права (Wicke et al., 2015).

Валоризация пищевых отходов

В прошлом почти все нефтехимическое сырье для производства ценных химикатов и товарных продуктов было основано на ископаемом топливе, таком как алканы (этан и бутан), олефины («этилен, пропилен и 1,3-бутадиен») и ароматические углеводороды, такие как БТК. которые в основном считались платформенными химикатами. В настоящее время мир переживает географический сдвиг и изменение исходного сырья платформенных химикатов для производства ценных химических веществ из жиров, масел и жиров (FOG) и органических веществ, состоящих из «целлюлозных, гемицеллюлозных и лигниновых веществ», которые являются основным составом пищевых потерь и отходов во всем мире. Страны Северной Америки, Европы и Юго-Восточной Азии.В результате интенсивных исследований в области синтетической органической химии за последние несколько лет, совершенствования разработки катализаторов и развития биотехнологии были признаны следующие соединения отходов растений и животных в качестве потенциальных строительных блоков для ценных химикатов и потребительских товаров:

• Жирные кислоты и триацилглицериды

• Карбоновые кислоты (уксусная, гликолевая, щавелевая, 3-гидроксипропионовая, фумаровая, янтарная, аспериновая, яблочная, масляная, левулиновая, итаконовая, глутаминовая, адипиновая, лимонная и глюконовая кислоты)

• Олефины (этилен и ненасыщенные жирные кислоты)

• Спирты (этанол, глицерин, пропандиолы, 1,2,4-бутантриол, 2,3-бутандиол, 1-бутанол и сорбитолы)

• Производство ферментов и карбоновых кислот: протеаза, липаза, целлюлоза, фитаза, амилаза, лигнисаза, ксиланаза, L-глутаминаза, лимонная кислота, молочная кислота, галловая кислота и гибберелловая кислота

• Прочие, такие как сахароза, фурфурол, ацетон, лизин, антибиотики, полигидроксиалканоаты, полигаммаглутамат и ароматизаторы.

Эти и многие другие химические вещества получены в основном из растительных и животных источников, включая жиры и масла, гемицеллюлозу целлюлозы и лигнин. Промышленное использование этого сырья, в основном используемого в пищу для людей и животных, замедлилось из-за возобновления усилий по возобновляемым видам топлива (биоэтанол и биодизель) и недавних дебатов о соотношении продуктов питания и топлива. С развитием исходного сырья второго поколения (передового биотоплива) становится все более очевидным, что биомасса может быть произведена в достаточном количестве для промышленного химического производства и возобновляемых видов топлива «с небольшим негативным воздействием на цепочку поставок пищевых продуктов для потребления человеком» навсегда. растущее население мира (Biermann et al., 2011). Применение технологии твердофазной ферментации открыло новый рубеж ценных химикатов, ферментов, антибиотиков, поверхностно-активных веществ и промышленных ароматизаторов (Bhargav et al., 2008). Изучение ценных химикатов из биомассы идет в тандеме с концепцией зеленой химии, которая фокусируется на преобразовании обычных химических реакций в более экологически безопасные производственные процессы. Анастас и Уорнер (1998) определили зеленую химию как «эффективное использование возобновляемого сырья из растительных и животных источников, устранение отходов» и недопущение «использования вредных и / или токсичных реагентов при производстве и использовании химических соединений.Это привело к 12 принципам экологически чистой или возобновляемой химии:

1. Атомный КПД

2. Предотвращение образования отходов

3. минимизировать количество вредных и / или токсичных реагентов

4. Безвредные растворители

5. Более безопасный дизайн продукта

6. Энергоэффективность

7. Использование возобновляемых материалов

8. Меньшее количество синтетических маршрутов

9. Катализ вместо стехиометрии

10. Дизайн биоразлагаемого продукта

11. Более безопасные процессы

12.Методики предотвращения загрязнения.

Эти принципы сосредоточены на разработке новых механизмов реакции, которые являются экологически безопасными, способствуют укреплению здоровья населения в целом, энергоэффективности и повышенной селективности продукта. Это считается более устойчивым для растущего населения мира и промышленного использования химических ресурсов. Основное внимание уделяется возобновляемому сырью (растительным и животным источникам) как предпочтительным химическим веществам платформы для разработки ценных химикатов и побочных продуктов.В следующих разделах обсуждаются некоторые ценные химические вещества и продукты, полученные из жиров и масел, лигнина и целлюлозы / гемицеллюлозы пищевых отходов и потерь.

Сырье для производства биотоплива

Биотопливо можно определить как энергию (рабочую, тепловую или электрическую), получаемую из биомассы и продуктов ее переработки. Биотопливо подразделяется на твердое, жидкое и газообразное биотопливо в зависимости от физического состояния используемого биотоплива. Это включает; биоэтанол, биодизель, биокеросин, природный газ (синтез-газ) и т. д.Биотопливо использовалось для человеческой деятельности, такой как обогрев жилой среды, приготовление пищи и освещение наших домов, с самого начала человеческой цивилизации. «Ежегодно из сельскохозяйственных культур производится около 83 миллиардов литров топливного этанола, в то время как биодизельное топливо из растительного и животного жира продолжает расти, по оценкам, при нынешней мощности в 21 463 миллиона литров в год» (Guo et al., 2015). Прогнозируется, что рост мирового рынка биотоплива составит «~ 30% мирового спроса на энергию до 2050 года.«Бензин и другие формы энергии из ископаемых запасов по-прежнему занимают значительно более высокое место в наших источниках энергии сегодня, оцениваясь более чем в 80% от общего мирового потребления энергии (Управление энергетической информации США, 2013 г .; Гуо и др., 2015 г.) .

Однако запасы окаменелостей ограничены и не поддаются биологическому разложению. Еще одной серьезной проблемой является огромное количество выбросов парниковых газов от ископаемого топлива. Это побудило большинство развитых стран мира вкладывать значительные средства в исследования и разработки и соответствующие технологии для применения возобновляемых источников энергии, включая биотопливо и побочные продукты, чтобы минимизировать экологические последствия (IPCC, 2013).Производство этанола из пищевых отходов можно использовать в качестве альтернативы ископаемому топливу для двигателей автомобилей.

Автомобили, путешествующие по дорогам по всему миру, исчисляются миллионами и «потребляют почти 930 миллионов галлонов бензина в день» (US EIA, 2013). Такой уровень потребления вызвал некоторые экологические и социально-экономические проблемы. Еще одна серьезная проблема при нынешнем уровне потребления заключается в том, что «запасы ископаемого топлива будут серьезно скомпрометированы еще через 45 лет» (Управление энергетической информации США, 2013 г.).Следовательно, потребность в возобновляемых источниках энергии невозможно переоценить. Может возникнуть необходимость в корректировке существующих процессов ферментации, чтобы произвести адекватный биоэтанол из лигноцеллюлозных материалов (передовое биотопливо) в качестве отдельного сырья для биоэтанола из пищевых культур.

В настоящее время во всем мире проводится корректировка технологии анаэробного сбраживания органических отходов для производства синтез-газа (CH ₄ + CO ₂ ) через пути метаногенеза и ацетогенеза (Álvarez et al., 2010). Это очень ценное газообразное биотопливо. Коммерческие биогазовые установки по всему миру включают биогазовую установку для картофельной суспензии в Бельгии мощностью 150 000 т / год и биогазовую установку совместного сбраживания в Вогере, Италия, с годовой производительностью 27 000 т / год.

Были идентифицированы некоторые виды целлюлазы (термостабильная разновидность), способные к сильному разрушению целлюлозы при> 70 ° C. Применение таких ферментов в производстве целлюлозного биоэтанола снижает производственные затраты.Точно так же были разработаны некоторые дрожжи для ферментации этанола более эффективным способом и эффективными процессами для оптимизации и коммерциализации этой технологии. Термохимический процесс — еще одна развивающаяся технология производства биоэтанола из целлюлозы и лигнина, получаемых из пищевых отходов. Отходы нескольких категорий пищевых продуктов, включая зерновые, овощи и фрукты, могут быть подвергнуты пиролизу для получения газообразного биотоплива (синтез-газа) (смеси H ₂ и CO), которое может подвергаться некоторой микробной активности в специальном ферментере для производства биоэтанола. ориентировочной доходности 50%.

Твердое биотопливо

Биотопливо, полученное из сельскохозяйственных культур, лесных и твердых отходов, называется твердым биотопливом. Сюда входят лесной мусор, древесина, уголь и другие древесные материалы. За несколько лет до открытия и коммерциализации бензина и бензинового дизельного топлива древесина из леса в виде пеллет или щепы была основным источником энергии для отопления домов, приготовления пищи и производства света. Твердое биотопливо из различных источников, включая древесные и недревесные, можно легко преобразовать в огонь (или тепловую энергию) путем термического сжигания органических углеродов при высоких температурах (~ 260 ° C) с использованием атмосферного кислорода.В 2008 году «органические вещества растений и животных стали предпочтительным сырьем для возобновляемых источников энергии, производя около 1200 миллионов тонн нефтяного эквивалента».

Твердая биомасса проходит предварительную обработку, чтобы минимизировать затраты на транспортировку, хранение и транспортировку, а также улучшить качество сгорания конечного продукта. Методы предварительной обработки обычно соответствуют выбранной технологии сжигания, которую в широком смысле можно разделить на уплотнение и тепловую сушку. Компактирование или брикетирование предназначено для улучшения биоэнергетического уплотнения биомассы за счет уменьшения общего объема биомассы.Метод уплотнения зависит от источника твердой биомассы. Например, выжимание и стабилизация соломы сельскохозяйственных культур отличается от уплотнения макулатуры или опилок. Чем выше давление брикетирования, тем плотнее становится топливо (Демирель, 2018).

Брикеты из опилок получены экспериментальным путем при прессовании шнековым прессом и гидравлическим поршнем. Плотность конечного продукта 1400 кг / м 3 ³ и мощность 22 кВт были получены после прессования.

Плотность энергии древесного материала в целом составляет около 15 МДж / кг, что эквивалентно половине энергоемкости топлива из ископаемых запасов (IPCC, 2013; Guo et al., 2015). Деревянные обрезки и щепа с деревьев и веток используются для отопления домов и выработки электроэнергии. Например, котел, установленный в Университете Колгейт, использующий древесную щепу в Гамильтоне, штат Нью-Йорк, обеспечивает около 75% потребностей в отоплении и горячей воде за счет использования 20 000 тонн древесной щепы (Guo et al., 2015). Другой вариант древесной щепы — это древесные гранулы, которые часто называют очищенной древесной щепой. Древесные гранулы могут генерировать около 18 МДж м ⁻³ энергии. Биомасса от FLW и другие сельскохозяйственные отходы от пищевых культур и деревьев также могут быть эффективно преобразованы в древесную щепу и гранулы или уплотнены в солому, как показано на Рисунке 2.

Древесина мангового завода использовалась для производства возобновляемой энергии (биотоплива) на типовой установке топливных элементов (Paul and Kumar, 2016). Другие растительные материалы, включая апельсиновые растения, яблони и кокосовые пальмы, могут быть преобразованы в твердое биотопливо. Энергетический потенциал этих растительных материалов достигает 19 100 000 МДж / квадратный километр (Winzer et al., 2017). Древесина пальм (включая пальмовую ветвь) считается эффективным сырьем для биоэнергетики. Это твердое биотопливо используется для отопления дома в виде печи на гранулах.Некоторые конструкции позволяют автоматически запитывать эти печи, обеспечивая почти 80% энергоэффективности (Министерство энергетики США, 2013 г.). Высокий энергетический потенциал древесного угля, который составляет почти 35%, генерирует расчетное энергосодержание до 28–33 МДж кг ^{−1 ″} .

Древесный уголь известен тем, что подвергается сгоранию «без образования пламени и газообразного дыма при высокой температуре нагрева ~ 2700 ° C» (Antal and Grønli, 2003). Ежегодное мировое производство древесного угля достигает 51 миллиона тонн (Van Gerpen, 2005).

Жидкое биотопливо

Наиболее распространенной энергетикой в ​​транспортном секторе является жидкое биотопливо. К ним относятся биоэтанол, полученный в результате ферментации, биодизельное топливо из жиров, масел и смазок, а также возобновляемое углеводородное топливо, полученное из растительных и животных источников. Доступность возобновляемого сырья для биоэтанола была впервые подчеркнута Александром Грэмом Беллом в 1917 году, который описал биоэтанол как «любое растительное вещество, способное к ферментации, пожнивные остатки, травы, сельскохозяйственные отходы и городской мусор.«Биоэтанол был испытан в качестве автомобильного топлива в 1913 году, задолго до производства и коммерциализации бензина из ископаемых запасов. Американский изобретатель Сэмюэл Мори «в 1826 году разработал и произвел двигатель внутреннего сгорания, работающий на 100% на биоэтаноле». Общее мировое производство биоэтанола в 2013 году составило 23,4 миллиарда галлонов, при этом вклад США, Европы, Бразилии, Канады и Китая составил примерно 57, 27, 6, 3 и 2% соответственно. Соединенные Штаты инвестировали «114 миллионов тонн в год, что составляет около 42% урожая кукурузы, в производство биоэтанола, чтобы удовлетворить 10% -ную смесь бензинового топлива» (U.С. EIA, 2013). Экспоненциальный рост производства биотоплива за последнее десятилетие, при этом подавляющая часть этого роста приходится на биоэтанол, который производится преимущественно в США, Бразилии и Европейском союзе (Управление энергетической информации США, 2012 г .; US EIA, 2014 г.). Крупнейшим производителем биоэтанола в мире являются США, которые начали свою деятельность в начале 1980 г. с производственной мощностью 60% от мирового производства 1 493 000 баррелей в сутки в 2011 г. (Karatzos et al., 2014). Основной движущей силой производства биоэтанола в США является озабоченность по поводу энергетической безопасности, вызванная колебаниями, а также быстрым ростом цен на нефть в 1970-х годах.

Бразилия, второй по величине производитель биоэтанола, запустила свою деятельность в 1975 году в ответ на повышение цен на нефть в 1970-х годах и получила название «Протокол национальной программы по алкоголю», призванный сделать Бразилию независимой от иностранного импорта нефти и стабилизировать ее растущий рынок сахарного тростника. В этот период правительство Бразилии заключило соглашение с производителями автомобилей, согласно которому в 1985 году автомобили в Бразилии работали на 100% этаноле.

Термин «биотопливо» обычно используется для жидкого биотоплива, который можно дифференцировать по ряду ключевых характеристик.Типичные используемые характеристики включают тип исходного сырья, технологию переработки и технические характеристики биотоплива, а также его конечное использование. Классификация по типу исходного сырья является одним из общепринятых правил, по которым создаются биотопливо первого, второго и третьего поколения (Королевская инженерная академия, 2017), как показано в таблице 3, которая также показывает альтернативную классификацию на «обычное, неоднозначное или усовершенствованное биотопливо».

Биодизель из растительного и животного жира является не менее важным жидким биотопливом, полученным из возобновляемого сырья.Нефтяное дизельное топливо — это фракция «C8 ^-C 25», полученная в результате фракционной перегонки нефти при 200–300 ° C. Энергетическая ценность дизельного топлива в целом оценивается в ~ 38 МДж л ^{-1 ″} , что выше, чем 34,7 МДж л ^-1 энергии бензина. Рекомендуется для транспортных средств с дизельными двигателями, а также сельскохозяйственных машин и оборудования, включая тракторы, военные автомобили, тяжелую строительную технику и горнодобывающую технику. Другие применения дизельного топлива включают отопление домов, офисов и промышленных предприятий, а также производство электроэнергии (U.С. DOE, 2015). Биодизельное топливо предназначено для частичной или полной замены ископаемого дизельного топлива, возникающего в результате дефицита и поставок из источников нефти. Биодизель — это коричневато-желтая жидкость, полученная из растительных и животных жиров, масел и жиров (Van Gerpen, 2005). Биодизельное топливо по химическому составу представляет собой более или менее сложный моноалкиловый эфир (обычно метиловый эфир жирной кислоты). Это «катализируемый трансэтерифицированный продукт жиров, масел и смазок» (FOG) и подходящего спирта. Топливные свойства биодизеля зависят от типа используемого сырья, спирта и катализатора.Он включает диапазон удельного веса 0,87–0,88, самую низкую температуру начала кристаллизации, называемую точкой помутнения (CP), равной −4–14 ° C, диапазон температур вспышки (FP) 110–190 ° C, внешнее сопротивление потоку, относящееся к как кинематическая вязкость 4,8 мм ² с ^-1 , и центановое число 50–62. Его энергосодержание ~ 45 МДж кг ^-1 , что составляет почти 90% теплотворной способности дизельного топлива, полученного из ископаемых запасов (Hoekman et al., 2012).

Пиролизное биомасло также представляет собой жидкое биотопливо, которое получают в результате высокотемпературного (300–900 ° C) пиролиза биомассы при ограниченном притоке воздуха.Пиролиз растительной биомассы обычно приводит к трем продуктам, а именно к твердому биоугля, жидкому конденсату паров био-масла и газофазному синтетическому газу. Практически любую биомассу можно использовать для производства бионефти. Сырье включает лесные деревья, пожнивные остатки, жмых, остатки арахиса, подстилки животных или просо. Сырая бионефть состоит из более чем 300 химических соединений, таких как твердые частицы угля и молекулы воды.

Другие компоненты сырых бионефти включают ряд спиртов, карбоновых кислот, карбонильных соединений, органических сложных эфиров, углеводов, фенольных соединений, ненасыщенных соединений, ароматических углеводородов и азотсодержащих соединений.Нерафинированное биомасло обычно является нестабильным и агрессивным продуктом. Он очень вязкий, нерастворимый в углеводородном топливе с минимальной энергетической ценностью и менее воспламеняющийся (Czernik, Bridgwater, 2004; Ringer et al., 2006; Junming et al., 2008; Vamvuka, 2011).

Рафинированное биомасло является заменителем мазута в качестве биодизельного или нагревательного топлива для статических механизмов, включая котлы, статические двигатели, печи и производство электроэнергии. Неочищенное бионефть часто используется в промышленных целях непосредственно для обогрева с использованием таких методов, как распыление.В целом бионефть является важным возобновляемым сырьем для «платформенных химикатов, биосмазок, красок, связующих, стабилизаторов, загустителей и консервантов».

Зеленое биотопливо, иногда называемое возобновляемым биотопливом, также представляет собой жидкое биотопливо с такими же химическими и физическими свойствами, что и существующий бензин. Исследования продолжаются, чтобы соответствовать спецификациям бензина без повреждения существующей инфраструктуры транспортных средств и компонентов двигателей при высоких соотношениях компонентов смеси. Капельное биотопливо часто считается передовым биотопливом или возобновляемым дизельным топливом и бензином, полученным из липидов, водорослей или целлюлозных материалов.По химической структуре они похожи на дизельное топливо и бензин на основе ископаемого топлива. У этих видов топлива нет проблем совместимости с двигателями или транспортной инфраструктурой, характерными для биодизеля и биоэтанола, что делает их готовыми к замене ископаемых видов топлива в недалеком будущем (Araújo et al., 2017).

Содержание молекулярного кислорода в биоэтаноле и биодизеле выше, чем в бензиновом топливе, а также более высокая способность к растворению. При смешивании со скоростью> 20% часто приводит к повреждению инфраструктуры транспортных средств, включая двигатели транспортных средств и эластомерные компоненты (Araújo et al., 2017).

Подходящее сырье для зеленого биотоплива включает биомассу, бутанол, комплекс синтез-газа и другие подходящие моносахариды / дисахариды. Лигноцеллюлозные сахара можно перерабатывать в бензин с использованием катализатора переходного металла, такого как рутений, для процессов циклизации и дегидрирования (Dowson et al., 2013; Duan et al., 2013). В настоящее время ведутся исследования по коммерциализации этого процесса, а также по соответствующей модернизации существующей установки по производству этанола для преобразования в биобутанол. У биотоплива есть несколько преимуществ перед обычным биоэтанолом или биодизелем.Среди его превосходных характеристик — высокое отношение водорода к углероду, высокое насыщение углеродных связей и, следовательно, большая стабильность и низкая растворимость в воде. В частности, это связано со следующими преимуществами:

и. Высокое октановое число и, следовательно, уменьшенная задержка воспламенения Низкое содержание серы и уменьшение выбросов оксидов серы, оксидов азота и твердых частиц

ii. Низкое содержание ароматических веществ

iii. Отсутствие добавок или оксигенатов и, как следствие, большая стабильность.

Возобновляемое или заменяемое биотопливо получают в результате термохимических, биохимических процессов, гидроочистки и газификации. Термохимический путь включает контролируемое нагревание кислорода при высокой температуре, обычно выше 700 ° C, в результате чего биомасса превращается в жидкое биотопливо. Термохимический процесс может осуществляться как быстрый пиролиз (короткое время пребывания), медленный пиролиз (длительное время пребывания) или при газификации при более высокой температуре и коротком времени пребывания. Спектр продуктов термохимического преобразования биомассы в каплю биотоплива.

Газообразное биотопливо

Газообразное биотопливо — это еще одно возобновляемое топливо в газообразном состоянии, которое рассматривается как замена природного газа или сжиженного природного газа (СНГ). Энергетическая ценность оценивается в 53 МДж кг ^-1 и состоит в основном из газообразного метана на ~ 95%, за которым следуют газообразный этан, оцененный на 5%, и некоторые следовые количества пропана, бутана, азота и диоксида углерода. СНГ используется в качестве газа для приготовления пищи, отопления, автомобильного топлива, электричества и важной энергии для промышленности.Иногда его называют биогазом, который образуется в результате анаэробного разложения органической биомассы и других целлюлозных материалов. Биогаз в неочищенной форме состоит из «~ 65% метана, 35% CO ₂ и небольшого количества газообразной воды, H ₂ и H ₂ S». Обычно CO ₂ H ₂ S и другие примеси удаляются для получения биогаза в качестве возобновляемой замены СНГ (Niesner et al., 2013; Radu et al., 2017).

Синтез-газ или просто синтез-газ — это еще одно газообразное биотопливо, состоящее из CO, H ₂ и CO ₂ в результате высокотемпературного пиролиза органических веществ.Неочищенный синтез-газ на 47% состоит из N ₂ , гудрона и некоторого количества H ₂ S. Применение синтез-газа включает производство электроэнергии и в качестве возобновляемого сырья (очищенная форма) для синтеза автомобильного топлива и других ценных химикатов, включая метан ( углеводороды) или спирты, такие как этанол или метанол и эфир (процесс Фишера-Тропша). Сегодня существует несколько заводов по промышленной газификации синтез-газа в нескольких странах мира. Сюда входят такие коммерческие установки, как 17, 56 и 42 завода по производству синтез-газа в США, Китае и Европе, соответственно, в 2010 г. с общей мощностью 71 205 МВт-т.Хотя примерно 0,5% синтез-газа было получено из органической биомассы, значительно большая доля поступает из угля, нефтяного кокса и сжиженного нефтяного газа (Wang et al., 2009; del Alamo et al., 2012). Производство возобновляемой энергии из органической биомассы посредством анаэробного сбраживания часто включает производство биогаза. Прогнозируется, что потребление биогаза достигнет 25% от нынешнего мирового потребления СПГ, если нынешняя технология процесса будет оптимизирована. Пример пиролиза древесины с получением синтез-газа и сопутствующие химические реакции были представлены Guo et al.(2015) с «степенью конверсии ~ 92%», то есть древесины в CO, CO ₂ и газообразный метан.

Термохимический процесс (пиролиз) преобразует биомассу в уголь и пар в отсутствие или ограниченное количество кислорода с образованием «смеси диоксида углерода и монооксида углерода, в то время как пар далее пиролизуется до диоксида углерода и воды. Дальнейшее сгорание частиц полукокса приводит к окислительной реакции с диоксидом углерода с образованием монооксида углерода или H ₂ O с образованием синтез-газа (смеси монооксида углерода и водорода), как показано выше.Энергетическая ценность синтез-газа составляет около 5 МДж на M ^{−3 ″} (Guo et al., 2015). А топливо можно использовать для выработки электроэнергии.

Биотопливо можно синтезировать и использовать в виде твердого биотоплива, жидкого или газообразного топлива. Однако конкретное применение определяется несколькими факторами, такими как плотность энергии, топливная эффективность и удобство. В целом твердое биотопливо часто применяется у источника и достаточно эффективно для выработки энергии, но имеет низкую плотность энергии.

Таким образом, это относится только к твердотопливным горелкам.С другой стороны, жидкое биотопливо относительно плотнее по энергии, чем твердое биотопливо, и находит подходящие применения в качестве замены бензина и бензинового дизельного топлива почти во всех стационарных и автомобильных двигателях. Жидкое биотопливо второго поколения (усовершенствованное) имеет ряд преимуществ, таких как низкий уровень выбросов при сгорании, использование возобновляемых источников энергии и простая технология преобразования. Они получены из органической биомассы и отходов, что считается положительным воздействием на окружающую среду. Это предназначено для смягчения последствий еды vs.Топливные дебаты — производство жидкого биотоплива первого поколения.

Наконец, газообразное биотопливо производится из разнообразного сырья, такого как органическая биомасса и остатки. Биогаз «вписывается в существующую природную сеть», в то время как синтез-газ может производиться существующим зрелым производством, он также может служить подходящим сырьем для биотоплива и других промышленных химикатов.

Возобновляемые источники для ценных химикатов и биоперерабатывающих заводов

Благодаря устойчивым усилиям по созданию более экологически чистых химикатов, мы наблюдаем сдвиг как географических, так и сырьевых химикатов платформы для производства ценных химических веществ из жиров, масел и смазок (FOG), целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина в Северной Америке, Европе и Юго-Восточной Азии. страны.Исследования и разработки в области органической химии, катализа и биотехнологии внесли огромный вклад в производство следующих ценных химикатов и соединений растительного и животного происхождения в качестве потенциальных строительных блоков для потребительских товаров и развития биоперерабатывающих заводов:

и. Жирные кислоты и триацилглицериды из масел семян и орехов

ii. Карбоновые кислоты (уксусная, гликолевая, щавелевая, 3-гидроксипропионовая, фумаровая, янтарная, аспериновая, яблочная, масляная, левулиновая, итаконовая, глутаминовая, адипиновая, лимонная и глюконовая кислоты) из биомассы растений

iii.Олефины (этилен и ненасыщенные жирные кислоты) на основе олеохимических продуктов

iv. Спирты (этанол, глицерин, пропандиолы, 1,2,4-бутантриол, 2,3-бутандиол, 1-бутанол и сорбитолы)

v. Прочие (сахароза, фурфурол, ацетон и лизин).

Эти и многие другие химические вещества получены в основном из растений и животных, включая жиры и масла, целлюлозные материалы, а также гемицеллюлозу и лигнин (основные компоненты пищевых отходов и пищевых потерь). Промышленное использование этого сырья на основе пищевых отходов — путь для развития биоочистки и производства ценных химикатов и потребительских товаров.

По химическому составу жиры, смазки и масла представляют собой триглицериды длинных жирных алканов и / или алкенов, присоединенные к основной цепи глицерина (триол). Основной функциональной группой остается сложный эфир триглицерида, и наиболее традиционные и хорошо известные химические превращения этих молекул происходят в основном по функциональной группе сложного эфира.

Общие химические реакции жиров и масел включают гидролиз и этерификацию / переэтерификацию до свободных кислот, сложных алкиловых эфиров или, более конкретно, метилового эфира жирных кислот (FAME), которым является современное биодизельное топливо.Другие распространенные реакции включают превращение жирных кислот в карбоксильных функциональных группах в детергенты и мыла, амиды, сложные эфиры, ацилгалогениды и жирные спирты (Biermann et al., 2011). Основные платформенные химикаты на основе жиров и масел для преобразования в ценные потребительские товары:

и. Карбоновые кислоты с длинной цепью (52%)

ii. Сложные эфиры, такие как FAME (11%)

iii. Амины с длинной цепью (9%) и

iv. Жирные спирты (25%).

Химический состав и распределение этих важных функциональных групп изобилуют жирами и маслами (Biermann et al., 2011). Эти возобновляемые химические вещества для платформ, полученные из жиров и масел, используются для производства мыла, поверхностно-активных веществ, полиэфиров, полиамидов, смазок и покрытий (Elvers et al., 2011). В последние годы производство «1,2- и 1,3-пропандиола, акриловой кислоты» и эпихлоргидринов в больших объемах было основано на глицерине, побочном продукте производства FAME. Это развитие быстро меняет ландшафт массового химического производства от нефтехимической промышленности к возобновляемому сырью. Наличие двойных связей в некоторых жирах и маслах позволяет повысить реакционную способность, такую ​​как гидрирование, эпоксидирование и окислительное расщепление.Эти платформенные химикаты на основе жиров и масел предлагают важные синтетические применения, которые будут обсуждаться в следующем разделе.

Окисление диена до диацетата и триена может быть достигнуто путем анодного окисления (Biermann et al., 2011). Триен является важным химическим веществом для нанесения водостойких лаков.

Линолевая кислота и конъюгированные линолевые кислоты (и их соответствующие метиловые эфиры) могут быть просто гидроксилированы диоксидом селена (SeO ₂ ).В то время как реакция с линолевой кислотой дает моногидроксилированные производные, когда SeO ₂ взаимодействует с конъюгированными линолевыми кислотами, дегидроксилированные производные, такие как «12,13-дигидрокси-10E-октадеценовая кислота, 11,12-дигидрокси-9E-октадеценовая кислота и 10 , 11-дигидро-12E-октадеценовая кислота »(Li et al., 2009). Эти реакции с использованием диоксида селена применялись для введения гидроксильных групп в соседнем атоме углерода в положения ненасыщенных двойных связей в одностадийном процессе реакции (Li et al., 2009).

Abbot и Gunstone (1971) сообщили о превращении длинноцепочечных жирных кислот и их соответствующих эфиров в 1,4-эпоксиды (2,5-дизамещенные тетрагидрофураны посредством катализируемой кислотой циклизации полигидроксистеариновых кислот. Другие механизмы включают свободнорадикальную циклизацию некоторых гидроксиловых эфиров, оксимеркурация-демеркурация и эпоксидирование некоторых гидроксистеаратов. Метилрицинолеат, который представляет собой β-гидроксиалкен, реагирует с м-хлорпербензойной кислотой с образованием «метилцис-9,10-эпокси-12-гидроксистеарата», который легко перестраивается при обработке бором. трифторид с образованием гидрокси-1,4-эпоксида, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3 . Превращение метилрецинолеата в цис-10,12-эпокси-12-гидроксистеарат и продукт его перегруппировки, гидрокси-1,4-эпоксиды.

Некоторые другие важные химические вещества могут быть получены из жирных кислот. Химическое галогенирование может быть осуществлено путем хлорирования, бромирования и йодирования с использованием, например, дигалогенидов, содержащих монохлорид метил рецинолеата, в дополнение к галогенсодержащему циклическому эфиру (Gunstone and Perera, 1973).

Пищевые отходы представляют собой остатки сельскохозяйственных культур, включая растения и животных, и в целом описываются как биомасса, состоящая в основном из лигнина, целлюлозы и гемицеллюлозы.Эти характеристики делают пищевые отходы превосходным возобновляемым источником ценных химикатов, энергии и потребительских товаров (Lucas, 2015).

Лигнин получают из растительного материала в виде аморфного полимера, который действует как важный клей и придает растению структурную целостность и единственную биомассу, основанную на ароматических звеньях: метоксилированные фенилпропановые структуры, такие как спиртовые производные кумарила, синапиловый спирт и хвойный спирт. Лигнин включает фракции целлюлозы и гемицеллюлозы в качестве клея, скрепляющего эти единицы.С другой стороны, целлюлоза представляет собой линейный полисахарид, состоящий из 1,4-гликозидных связей мономеров D-глюкопиронозы. Количество мономерных единиц в биомассе растений варьируется от 10 000 до 15 000 единиц глюкопиронозы. Гемицеллюлоза, с другой стороны, представляет собой разветвленный полимерный материал из пяти различных сахарных единиц: ксилозы и арабинозы (пентозы) и галактозы, глюкозы и маннозы (гексозы). Лигноцеллюлозные пищевые отходы можно превратить в ценные химические вещества (Lucas, 2015).

Эффективное преобразование этих лигноцеллюлозных пищевых отходов в ценные химические вещества включает деполимеризацию лигнина, ферментативный и кислотный гидролиз целлюлозы.Платформенные химические вещества от соединений C2 до C6 легко доступны из гексоз и пентоз компонентов целлюлозы и гемицеллюлозы, в то время как широкий спектр ценных ароматических соединений на основе бензола, толуола и ксилола может быть получен из лигниновых мотивов (Holladay et al., 2007).

Платформенные химические вещества из целлюлозы и гемицеллюлозы

Целлюлоза и гемицеллюлоза, являющиеся потенциальными источниками очень ценных химических веществ, могут быть классифицированы по количеству углерода в каждой молекуле следующим образом:

C2: Кислоты (уксусная, гликолевая, щавелевая), этанол, этилен.

C3: Кислоты (3-гидроксипропионовая, молочная, пропионовая, акриловая), ацетонглицерин и пропандиолы.

C4: Кислоты (фумаровая, янтарная, аспериновая, яблочная, аспериновая, масляная), 1,2,4-бутантриол, 1-бутанол, ацетоин и 2,3-бутандиол.

C5: Кислоты (левулиновая, итаконовая, глутаминовая), фурфурол и сахара (ксилоза и арабиноза).

C6: Кислоты (адипиновая, лимонная, глюконовая), сахароза, сорбит, 5-гидроксиметилфурфурол и лизин.

Селективная деполимеризация лигнина может дать множество ценных химикатов, которые трудно получить традиционными способами нефтехимии в дополнение к другим очень полезным продуктам (Holladay et al., 2007). Повышение ценности пищевых отходов (биомассы) для биоперерабатывающих заводов — это изучение химической энергии, хранящейся в этих растениях и отходах животноводства, для синтеза ценных химикатов и биотоплива в дополнение к производству электроэнергии. «Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии» (NREL) определила биоперерабатывающий завод как систему для эффективного преобразования процессов биомассы в интегрированной последовательности для производства биоэнергии и ценных химикатов.Таким образом, некоторые химические вещества и побочные продукты могут быть получены из этих пищевых отходов, если их правильно направить на биоперерабатывающий завод.

Ценные товары и потребительские товары, полученные из этих продуктов, включают, среди прочего, антифризы, термопластические волокна, контактные линзы, адсорбенты, фенольные смолы и ароматизаторы. Коммерческое применение продуктов на основе лигнина весьма разнообразно, но достаточно перечислить следующие важные применения (Holladay et al., 2007):

1. Лигносульфонатные соли используются в цементной и бетонной промышленности для повышения пластичности и текучести бетона.

2.Корма для животных в качестве добавок к кальциевой и натриевой соли мелассы.

3. Обеспечьте желаемую реологию; свойства к нефтяным скважинам.

4. Полиэлектролитный диспергатор и смачивающее / эмульгирующее средство

5. Средство для обработки кожи от гниения.

6. Расширители и средство для модификации поверхности свинцовых аккумуляторов

7. Производство чернил, технического углерода и красителей.

8. Оксоаминированные азотные удобрения.

Надлежащая интеграция этих процессов химической конверсии в биоперерабатывающий завод требуется путем выявления синергизма в отдельных операциях установки.Большинство лигноцеллюлозных компонентов биомассы фруктовых и овощных отходов, зерновых, зерновых и сахарного тростника легко превращается в подходящие химические продукты и энергию на биоперерабатывающем заводе (Martin and Crossmann, 2013).

Значительный прогресс в разработке промышленных и потребительских товаров на основе биоперерабатывающих заводов включает биосмазочные базовые масла на широкой основе, содержащие фурановое кольцо и алканы с разветвленной цепью из олеиновой кислоты, масло молочая, масло семян хлопка, масло канолы, рицинолевую кислоту из соевых бобов.Химическая и ферментативная модификация этих возобновляемых материалов привела к промышленному производству возобновляемого базового масла смазочного материала, присадок для улучшения текучести на холоде, «зеленого дизельного топлива», поверхностно-активных веществ и ингибиторов ржавчины и коррозии (Adhvaryu et al., 2000; Seo et al., 2012; Yasa et al., 2017; Dunn et al., 2019; Liu et al., 2019).

Процесс биопереработки

ставит особые задачи, включая необходимость оптимизировать теплоту реакции, благоприятную для биологического катализатора, дезактивацию ферментов химическими продуктами реакции (такими как высокая концентрация спирта и глицерина), потребность в большом количестве энергии и воды в дистилляционных колоннах и необходимо минимизировать общее воздействие на окружающую среду.

Заключение

Повышение ценности пищевых отходов и потерь путем комплексного преобразования биоперерабатывающего завода в ценные химические вещества, энергию и потребительские товары является жизнеспособной альтернативой как с точки зрения экономики, так и с точки зрения устойчивости, социального и экологического воздействия. Все это связано с серьезными проблемами, которые требуют систематического и усовершенствованного проектирования и оптимизации процессов биопереработки, чтобы гарантировать, что процессы химического преобразования являются энергоэффективными, экономически жизнеспособными и способны создавать рабочие места для сельских общин и с минимальным воздействием на окружающую среду.Это требует междисциплинарного подхода с привлечением экспертов в области технологий пищевой промышленности, включая ученых в области пищевых продуктов, инженеров-химиков, химиков, инженеров-механиков и инженеров-технологов, чтобы найти подходящую конструкцию с минимальными затратами и максимальной выгодой. В ближайшей перспективе, в среднесрочной / долгосрочной перспективе необходимо провести соответствующие исследования и разработки, чтобы найти подходящий каталитический производственный процесс для преобразования лигноцеллюлозной биомассы, которая является основным составом пищевых отходов.

Авторские взносы

SI: разработал и организовал тело рукописи.ГО: руководил написанием, вносил исправления на каждом этапе дизайна и разработки рукописи.

Финансирование

Этот проект частично финансируется грантом GNE19-203 по исследованиям и образованию в области устойчивого развития сельского хозяйства (SARE) на устранение связанных с качеством ограничений для роста рынка биодизеля и возобновляемого углеводородного дизельного топлива, произведенного из малоценного сырья, и Министерства сельского хозяйства США, Национального института энергетики США. Продовольствие и сельское хозяйство (USDA-NIFA) Грант 2017-38821-26439 на многопрофильное экспериментальное обучение студентов с помощью информационно-просветительского тренинга по проблемам воды, климата, продовольственной безопасности и устойчивого сельского хозяйства.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Список литературы

Эббот, Г. Г., и Ганстон, Ф. Д. (1971). Жирные кислоты, Часть 31. Образование некоторых замещенных вик-эпоксиоктадеканоатов и их превращение в 1,4-эпоксиды и другие соединения. Chem. Phys. Липиды J. 7, 290–302. DOI: 10.1016 / 0009-3084 (71)

-7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Адхварью, А., Эрхан, С. З., Лю, З. С., и Перес, Дж. М. (2000). Кинетика окисления масел, полученных из немодифицированных и генетически модифицированных овощей, с использованием PDSC и ЯМР-спектроскопии. Thermochim Acta 364, 87–97. DOI: 10.1016 / S0040-6031 (00) 00626-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Альварес, П., Буркен, Дж. Г., Коан, Дж. Д., Де Оливейра, М. Э., Домингес-Фаус, Р., Гомес, Д. Э. и др. (2010). Основы устойчивой политики США в области биотоплива . Хьюстон, Техас: Джеймс А.Институт государственной политики им. Бейкера III, Гражданская и экологическая инженерия Университета Райса. 134. Доступно в Интернете по адресу: https://www.bakerinstitute.org/research/; https://scholarship.rice.edu/bitstream/handle/1911/91401/EF-pub-BioFuelsWhitePaper-010510.pdf?sequence=1

Google Scholar

Анастас П. Т. и Уорнер Дж. К. (1998). Зеленая химия: теория и практика , 1-е изд. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. 135.

Google Scholar

Антал, М.Дж. Мл. И Грёнли М. (2003). Искусство, наука и технология производства древесного угля. Ind. Eng. Chem. Res. 42, 1619–1640. DOI: 10.1021 / ie0207919

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Араужо, К., Махаджан, Д., Керр, Р., и да Силва, М. (2017). Глобальное биотопливо на перекрестке: обзор технических, политических и инвестиционных сложностей в обеспечении устойчивости развития биотоплива. Сельское хозяйство 7:32. DOI: 10.3390 / сельское хозяйство7040032

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Барретт, Дж., Петерс, Г., Видманн, Т., Скотт, К., Лензен, М., Релих, К. и др. (2013). Учет выбросов парниковых газов на основе потребления: пример Великобритании. J. Климатическая политика 13, 451–470. DOI: 10.1080 / 14693062.2013.788858

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бхаргав, С., Панда, Б. П., Али, М., и Джавед, С. (2008). Твердотельное брожение: обзор. Chem. Biochem. Англ. J. 22, 49–70.

Google Scholar

Biermann, U., Bornscheuer, U., Мейер, М.А.Р., Мецгер, Дж. О. и Шафер, Х. Дж. (2011). Масла и жиры как возобновляемое сырье в химии. Angew. Chem. Int. J . 50, 3854–3871. DOI: 10.1002 / anie.201002767

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Коррадо С., Калдейра К., Эрикссон М., Ханссен О. Дж., Хаузер Х. Э., ван Холстейн Ф. и др. (2019). Методологии учета пищевых отходов: проблемы, возможности и дальнейшее развитие. Глобальная продовольственная безопасность 20, 93–100.DOI: 10.1016 / j.gfs.2019.01.002

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Черник С., Бриджуотер А. В. (2004). Обзор применений масла быстрого пиролиза биомассы. Energy Fuels 18, 590–598. DOI: 10.1021 / ef034067u

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Де Лаурентис В., Коррадо С. и Сала С. (2018). Количественная оценка бытовых отходов свежих фруктов и овощей в ЕС. Управление отходами. 77, 238–251.DOI: 10.1016 / j.wasman.2018.04.001

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

дель Аламо, Г., Харт, А., Гримшоу, А., и Лундстрем, П. (2012). Характеристика синтез-газа, полученного в результате газификации ТБО на промышленных заводах ENERGOS. Управление отходами. 32, 1835–1842.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Демирель Ю. (2018). Биотопливо. В: Комплексные энергетические системы . (Нью-Йорк, Нью-Йорк: Эльзевир) 875–908. DOI: 10.1016 / B978-0-12-809597-3.00125-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Доусон, Г. Р. М., Хаддоу, М. Ф., Ли, Дж., Вингад, Р. Л., и Васс, Д. Ф. (2013). Каталитическое превращение этанола в современное биотопливо: беспрецедентная селективность по н-бутанолу. Angewwandte Chemie — International Edition 52, 9005–9008. DOI: 10.1002 / anie.201303723

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дуань, П., Бай, X., Сюй, Ю., Чжан, А., Ван, Ф., Zhang, L., et al. (2013). Некаталитический гидропиролиз микроводорослей для производства жидкого биотоплива. Биоресурсы. Technol. 136, 626–634. DOI: 10.1016 / j.biortech.2013.03.050

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Данн, Р. О., Вятт, В. Т., Вагнер, К., Нго, Х., и Хумс, М. Э. (2019). Влияние алкиловых эфиров жирных кислот с разветвленной цепью на свойства хладотекучести биодизельного топлива. J. Am. Oil Chem. Soc. 96, 805–823. DOI: 10.1002 / aocs.12226

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Элверс, Б. (2011). Энциклопедия промышленной химии Ульмана, 7-е изд. . Вайнхайм: Wiley-VCH, 706.

Google Scholar

ФАО (2011 г.). Статистическая статистика ежегодного производства сельскохозяйственных культур . Рим: Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций.

Google Scholar

ФАО (2013 г.). Смягчение пищевых отходов: социальные издержки и выгоды . Рим: ФАО.

Google Scholar

Гош, П. Р., Фосетт, Д., Перера, Д., Шарма, С. Б., и Пойнерн, Г. Э. Дж. (2017). Убытки для садоводства, вызванные оптовыми торговцами: тематическое исследование рынков консервированных фруктов и овощей в Западной Австралии. Horticulturae 3:34. DOI: 10.3390 / horticulturae3020034

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Грейс, Дж. (2004). Понимание и управление глобальным углеродным циклом. J. Ecol. 92, 189–202. DOI: 10.1111 / j.0022-0477.2004.00874.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ганстон, Ф. Д., и Перера, Б. С. (1973). Жирные кислоты, Часть 41. Галогенирование некоторых длинноцепочечных гидроксиалкенов с особым упором на возможность участия соседних групп, приводящих к циклическим эфирам или лактонам. Chem. Phys. Липиды J. 11, 43–65. DOI: 10.1016 / 0009-3084 (73)

-0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Го, М., Сун, В., и Бухайн, Дж.(2015). Биоэнергетика и биотопливо: история, состояние и перспективы. Возобновляемая устойчивая энергия Rev. 42, 712–725. DOI: 10.1016 / j.rser.2014.10.013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Густавссон, Дж., Седерберг, К., Сонессон, У., ван Оттердейк, Р., и Мейбек, А. (2011). Глобальные продовольственные потери и пищевые отходы: масштабы, причины и меры предосторожности . Рим: ФАО.

Google Scholar

Хартикайнен, Х., Могенсен, Л., Сванес, Э., и Франке, У.(2018). Количественная оценка пищевых отходов в первичном производстве — пример стран Северной Европы. Управление отходами. 71, 502–511. DOI: 10.1016 / j.wasman.2017.10.026

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хукман, С. К., Брох, А., Роббинс, К., Сенисерос, Э., и Натараджан, М. (2012). Обзор биодизельного состава, свойств и технических характеристик. Возобновляемая устойчивая энергия Rev. 16, 143–169. DOI: 10.1016 / j.rser.2011.07.143

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Международное энергетическое агентство (2016). IEA — Отчет: Международный журнал исследований в области возобновляемых источников энергии (IJRER).

Google Scholar

IPCC (2007). Обобщающий отчет об изменении климата, 2007 г. . Четвертый оценочный отчет, Межправительственная группа экспертов по изменению климата.

Google Scholar

Исах, С., Аканби, Т. О., Вятт, В., и Арье, А. Н. А. (2019). Использование отходов фруктов, орехов, злаков и овощей для производства биотоплива. John Wiley & Sons Ltd. doi: 10.1002 / 9781119383956.ch40

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цзюньминь, Х., Цзяньчунь, Дж., Юньцзюань, С., и Яньцзю, Л. (2008). Обогащение бионефти путем производства этилового эфира при реактивной дистилляции для удаления воды и улучшения характеристик хранения и топлива. Биомасса Биоэнергетика 32, 1056–1061.

Google Scholar

Ли З., Тран, В. Х., Дюк, К. Р., Нг, М. К. Х., Янг, Д. и Дюк, К. С. (2009). Синтез и биологическая активность гидроксилированных производных линолевой кислоты и конъюгированных линолевых кислот. Chem. Phys. Липиды J. 158, 39–45. DOI: 10.1016 / j.chemphyslip.2008.12.004

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю С., Джозефсон Т. Р., Этали А., Чен К. П., Нортон А., Лерапетриту М. и др. (2019). Возобновляемые смазочные материалы с индивидуализированной молекулярной архитектурой. AAAS Sci. Adv. 5, 1–8. DOI: 10.1126 / sciadv.aav5487

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лукас, Н. (2015). Преобразование углеводной биомассы в химикаты с добавленной стоимостью. (докторская диссертация), Университет Савитрибай Фуле Пуна, Индия.

Google Scholar

Малетта, Х., Малетта, Э. (2012). Изменение климата, сельское хозяйство и продовольственная безопасность в Латинской Америке. Am. J. Agric. Экон . 94, 1236–1237.

Google Scholar

Мартин М., Кроссманн И. Э. (2013). Систематический синтез устойчивых биоперерабатывающих заводов: обзор. J. Am. Chem. Soc. 52, 3044–3064. DOI: 10.1021 / ie2030213

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Наср, М., Элриди, А., Абдель-Кадер, А., Эльбарки, В., и Мустафа, М. (2014). Экологические аспекты очистки сточных вод молочных предприятий с использованием гибридного последовательного реактора периодического действия. Устойчивая окружающая среда. Res. 24, 449–456.

Google Scholar

Niesner, J., Jecha, D., and Stehlík, P. (2013). Обзор современного состояния технологий повышения качества биогаза: обзор современного состояния в европейском регионе. Chem. Engin. Пер. 35, 517–522. DOI: 10.3303 / CET1335086

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пол, С., и Кумар, У. (2016). Изучение ферментативного осахаривания и ферментации гидролизованной древесины манго для производства биотоплива для электрохимической возобновляемой энергии в топливных элементах. SCIREA J. Sci. Technol. Источники энергии 1, 39–59.

Google Scholar

Раду Т., Бланшар Р. Э. и Уитли А. Д. (2017). «Биогаз для устойчивых сельских сообществ: тематические исследования», Устойчивая энергетика в Казахстане: переход к более чистой энергии в стране, богатой ресурсами, 1-е изд., ред. Ю. Калюжнова и Р. Помфрет (Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Routlege, Taylor and Francis Group), 304. doi: 10.4324 / 9781315267302

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рингер М., Путше В. и Скахилл Дж. (2006). Крупномасштабное производство пиролизного масла: оценка технологии и экономический анализ . Технический отчет, NREL / TP-510-37779. Министерство энергетики США, Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии, Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. DOI: 10.2172/894989

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Со, М. Х., Ким, К. Р. и О, Д. К. (2012). Получение нового соединения, 10,12, -дигидроксистеариновой кислоты из рицинолевой кислоты олеатгидратазой из lysinibacillus fusiformis. Прил. Microbiol. Biotechnol. 97, 8987–8995. DOI: 10.1007 / s00253-013-4728-x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Королевское общество (2008). Устойчивое биотопливо: перспективы и проблемы. Королевское общество, Лондон 1-90.

Google Scholar

US EIA (2014). Годовой энергетический обзор 2011 . Управление энергетической информации США.

Google Scholar

Управление энергетической информации США (2013 г.). International Energy Outlook. Outlook 2013 .

Google Scholar

Управление энергетической информации США (2018). Electric Power Monthly: с данными за май 2018 года . Независимая статистика и анализ.

Google Scholar

Валта, К., Дамала, П., Панарету, В., Орли, Э., Мустакас, К., и Лоизиду, М. (2017). Обзор и оценка очистки сточных вод предприятий по переработке фруктов и овощей в Греции. Утилизация отходов биомассы 8, 1629–1648.

Google Scholar

Валта К., Косанович Т., Маламис Д., Мустакас К. и Лоизиду М. (2015). Обзор использования воды и управления сточными водами в пищевой промышленности и производстве напитков. Средство для опреснительной воды. 53, 3335–3347 DOI: 10.1080 / 19443994.2014.934100

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вамвука Д. (2011) Бионефть, твердое и газообразное биотопливо из процессов пиролиза биомассы — Обзор. Intl. J. Energy Res. 35, 835–862. DOI: 10.1002 / er.1804.

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван З., Янг Дж., Ли З. и Сян Ю. (2009). Исследование состава синтез-газа. Перед. Energy Power Engin.Китай 3, 369–372. DOI: 10.1007 / s11708-009-0044-7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Wicke, B., Van Der Hilst, F., Daioglou, V., Banse, M., Beringer, T., Gerssen-Gondelach, S., et al. (2015). Моделирование сотрудничества для улучшенной оценки предложения, спроса и воздействия биомассы. Gcb Bioenergy 7, 422–437. DOI: 10.1111 / gcbb.12176

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Винцер, Ф., Краска, Т., Эльзенбергер, К., Коттер, Т.и Пуд Р. (2017). Биомасса фруктовых деревьев для комбинированного производства энергии и продуктов питания. Биомасса Биоэнергетика 10, 279–286. Доступно в Интернете по адресу: https://pubag.nal.usda.gov/catalog/5848749

Google Scholar

Яса Р. С., Чегуру С., Кришнасами С., Корлипара П. В., Раджак А. К. и Пенумарти В. (2017). Синтез сложных эфиров C22-димерной кислоты на основе 10-ундеценовой кислоты и их оценка в качестве потенциальных базовых компонентов смазочных материалов. Журнал «Промышленные культуры и продукты» 103, 141–151.

Google Scholar

Чжан Д. К., Тан С. К. и Герсберг Р. М. (2010). Управление твердыми бытовыми отходами в Китае: состояние, проблемы и вызовы. J. Environ. Manag. 91, 1623–1633. DOI: 10.1016 / j.jenvman.2010.03.01

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Определение биотоплива

Что такое биотопливо?

Биотопливо — это тип возобновляемого источника энергии, получаемого из материалов микробного, растительного или животного происхождения.Примеры биотоплива включают этанол (часто производимый из кукурузы в США и сахарного тростника в Бразилии), биодизель (получаемый из растительных масел и жидких животных жиров), зеленое дизельное топливо (полученное из водорослей и других растительных источников) и биогаз (метан, полученный из навоз и другой переваренный органический материал).

Биотопливо может быть твердым, жидким или газообразным. Они наиболее полезны в двух последних формах, так как это упрощает транспортировку, доставку и аккуратное сжигание.

Ключевые выводы

• Биотопливо — это класс возобновляемой энергии, получаемой из живых материалов.
• Наиболее распространенными видами биотоплива являются кукурузный этанол, биодизель и биогаз из органических побочных продуктов.
• Энергия из возобновляемых источников снижает нагрузку на ограниченные запасы ископаемого топлива, которые считаются невозобновляемыми ресурсами.

Понимание биотоплива

Ожидается, что глобальный спрос на энергию продолжит существенно расти, и широко признано, что для удовлетворения этих потребностей необходимо найти альтернативные, устойчивые решения. Многие люди в энергетической отрасли считают, что биотопливо может быть ответом, считая его жизненно важным для будущего производства энергии из-за его чистых и возобновляемых свойств.

Биотопливо действует аналогично невозобновляемому ископаемому топливу. Оба горят при воспламенении, выделяя энергию, которую можно использовать для питания автомобилей или обогрева домов. Основное различие между ними заключается в том, что биотопливо можно выращивать бесконечно долго и, как правило, наносить меньший ущерб планете.

Многие крупнейшие нефтяные компании мира сейчас вкладывают миллионы долларов в передовые исследования в области биотоплива, в том числе Exxon Mobil Corp. (XOM). Крупнейшая нефтяная компания Америки фокусируется на передовом биотопливе, которое не конкурирует с продуктами питания или водой, при этом большая часть выделенных ею средств направлена ​​на преобразование водорослей и растительных отходов в топливо, которое можно использовать для транспортировки.

ExxonMobil инвестировала более 300 миллионов долларов в исследования биотоплива за последнее десятилетие.

Однако, несмотря на энтузиазм, ExxonMobil предупредила, что фундаментальные технологические усовершенствования и научные открытия по-прежнему необходимы как для оптимизации биомассы, так и для переработки биомассы в жизнеспособное топливо.

Ограничения биотоплива

Лица, обеспокоенные энергетической безопасностью и выбросами углекислого газа, рассматривают биотопливо как жизнеспособную альтернативу ископаемому топливу.Однако у биотоплива есть и недостатки.

Например, для производства того же количества энергии требуется больше этанола, чем бензина, и критики утверждают, что использование этанола чрезвычайно расточительно, поскольку производство этанола фактически приводит к чистым потерям энергии, а также к увеличению цен на продукты питания.

Биотопливо также стало предметом спора для природоохранных групп, которые утверждают, что биологические культуры лучше использовать в качестве источника пищи, а не топлива. Особые опасения связаны с использованием больших площадей пахотных земель, необходимых для выращивания биологических культур, что приводит к таким проблемам, как эрозия почвы, обезлесение, сток удобрений и засоление.

Альтернатива водорослям

Чтобы помочь смягчить проблему использования крупных пахотных земель, такие компании, как ExxonMobil, обращаются к решениям на водной основе в форме выращивания водорослей. Exxon утверждает, что водоросли можно выращивать на земле, непригодной для других целей, с водой, которую нельзя использовать для производства продуктов питания.

Помимо использования непахотных земель и отсутствия необходимости использования пресной воды, водоросли потенциально могут давать большие объемы биотоплива на акр, чем другие источники.Другое преимущество использования водорослей перед другими биоисточниками заключается в том, что их можно использовать для производства биотоплива, аналогичного по составу сегодняшнему транспортному топливу. Это будет иметь большое значение для замены традиционных ископаемых видов топлива, таких как бензин и дизельное топливо.

(PDF) Приблизительный и элементный анализ твердого биотоплива и его влияние на процесс горения

CYSENI 2012, 24-25 мая, Каунас, Литва

ISSN 1822-7554, www.cyseni.com

подача воздуха, геометрия печь, температура горения и тип применяемой технологии сжигания

являются основными факторами, влияющими на образование NOx [4].

Сера, содержащаяся в твердом биотопливе (см. Таблицу 1), образует в основном газообразный SO2 (в определенной степени

также SO3) и щелочные, а также щелочноземельные сульфаты. Из-за последующего охлаждения

дымовых газов в котельной части установки для сжигания SOx образует сульфаты и конденсируется

на поверхностях теплообменника или образует мелкие частицы золы-уноса, или непосредственно реагирует с частицами золы-уноса

, осевшими на поверхности. поверхности теплообменников (сульфатирование).Исследования показали, что 40–

70% или 60–90% топлива S было интегрировано в золу в случае сжигания древесной щепы или коры

. В случае сжигания соломы (пшеницы) или злаков (установки, оборудованные рукавными фильтрами

) только 40–55% было интегрировано в золу. Эффективность фиксации S в золе зависит от

концентрации щелочных и щелочно-земельных металлов (особенно Ca) в топливе (такие виды топлива, как древесина

щепа и кора могут содержать высокое содержание Ca и, следовательно, вызывать высокую фиксацию S) .Остаточный S

остается в дымовых газах в виде аэрозолей и в газообразной форме в виде SO2 (в незначительных количествах в виде SO3).

Выбросы SO2 обычно незначительны для сжигания древесины из-за обычно низких концентраций S в топливе

, и, особенно в случае использования древесной щепы и коры,

из-за относительно высокого содержания в золе [4].

3.2 Зольность, второстепенные и основные элементы в биомассе

Зольность топлива имеет важное значение для выбора подходящей технологии сжигания и

газоочистки.Кроме того, образование летучей золы, образование отложений золы, а также логистика

, связанная с хранением золы и ее утилизацией / удалением, зависит от содержания золы в топливе.

Поэтому предпочтительнее топливо с низким содержанием золы. Древесина обычно содержит относительно небольшое количество золы (

), в то время как значительно более высокие значения обычно встречаются в травяной биомассе. Решетка

или сжигание в псевдоожиженном слое — подходящие технологии для топлива с высоким содержанием золы.Топки с недостаточной подачей

не подходят для топлива с высоким содержанием золы из-за образования слоев золы на поверхности топливного слоя, которые

могут вызывать нерегулярные прорывы газа и воздуха для горения, что приводит к увеличению выбросов.

На состав, плотность, размер и количество образующихся выбросов летучей золы влияет количество золообразующих элементов в топливе

, а также применяемые технологии сжигания и контроль процесса

[4].

Основные (Al, Ca, Fe, K, Mg, Na, Ti) и второстепенные (As, Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, Pb,

Sb, V, Zn) элементы вместе с Cl и S образуют компоненты золы. Эти элементы имеют значение

для плавления золы, образования отложений, летучей золы и выбросов аэрозолей, а также коррозии

(вместе с S и Cl) и утилизации / захоронения золы. Типичные концентрации основных

и второстепенных элементов в различных твердых биотопливах приведены в таблице 2.В этой таблице показаны диапазоны концентраций

для выбранных основных и второстепенных элементов в твердом биотопливе. Основные и второстепенные элементы

и

влияют на плавление золы. Ca и Mg обычно повышают температуру плавления золы,

, в то время как K снижает ее [8]. Хлориды и легкоплавкие щелочи и алюмосиликаты также могут значительно снизить температуру плавления золы [10]. Это может вызвать спекание или образование шлака в камере сгорания

(снижение эксплуатационной готовности и срока службы установки).Кроме того, расплав частиц золы

может вызвать образование твердых отложений на охлаждаемых стенках печи или трубах теплообменника.

Образование твердых отложений из-за липких частиц летучей золы может быть ускорено смесями щелочных металлов и тяжелых

солей металлов (смесей хлоридов и сульфатов щелочных металлов с хлоридами Zn и Pb) [4].

Травяная биомасса, которая содержит низкие концентрации Ca, Mg и высокие концентрации

и K (Таблица 2), начинает спекаться и плавиться при значительно более низких температурах, чем древесное топливо

.