Топливо из растений

10 растений, из которых Украина может производить топливо

Константин Кирпач Июн 04, 2018 Химик, менеджер по развитию компании Innovative Fuel Solutions

Украинские аграрии уже выращивают культуры, пригодные для производства биоэтанола и биодизеля. Как использовать весь потенциал таких растений?

Пока Tesla во главе с Илоном Маском наращивает производство электрокаров , двигатели внутреннего сгорания удерживают свои позиции. Для работы им, как и раньше, нужно топливо.

Обычно горючее изготавливают из нефтепродуктов. Но есть альтернатива: биоэтанол и биодизель, сырьем для которых служат растения. Это возобновляемые источники энергии, к тому же производят их из сырья, которое буквально растет у нас под ногами.

В Украине есть все предпосылки для производства экотоплива. Во-первых, у нас аграрная страна с большими объемами выращивания культур для пищевых нужд. По данным Государственной службы статистики, в 2017 г. под зерновые и зернобобовые культуры было отведено 14,6 млн га земель, под технические — 9,16 млн га, под кормовые — 1,8 млн га.

Во-вторых, Украина энергетически зависима: мы импортируем бензин, дизель, газ, ядерное топливо и даже уголь. Своих энергетических ресурсов нам не хватает, чтобы удовлетворить внутренние потребности.

Итак, вместо того чтобы лишь экспортировать растительные продукты, можно было бы изготавливать альтернативные виды жидкого топлива — как на экспорт, так и для потребления на внутреннем рынке. Именно так поступают европейские страны, импортирующие растительные масла и перерабатывающие импортные продукты в биотопливо. Внешнеэкономическая служба сельхоздепартамента США посчитала , что более 5% всего топлива, которое ЕС использует в транспортной сфере, — это биотопливо. Согласно директиве о возобновляемых источниках энергии 2009/28/EC , к 2020 г. доля возобновляемого топлива в транспортной сфере каждой страны ЕС должна составить не менее 10%. Следовательно, США видят рост спроса на жидкое биотопливо и потенциал для его экспорта в Европу.

В Украине производство альтернативного жидкого топлива фактически отсутствует. Работают лишь мини-производства для удовлетворения собственных нужд. Но мы делаем первые шаги на законодательном уровне для развития внутреннего производства биотоплива. В Верховной раде находится законопроект № 7348 , который должен улучшить ситуацию с изготовлением возобновляемого топлива. В апреле этого года в парламенте также появился проект постановления о принятии этого законопроекта за основу.

«Дом инноваций» разобрался, какие растения по своим свойствам оптимальны для производства биотоплива. Большинство из них уже растет в Украине.

Люди веками используют рапсовое масло для приготовления пищи и освещения своих домов. Сегодня рапс превратился в полноценное сырье для производства биодизеля, особенно в Европе. Поэтому неудивительно, что в Украине с ее плодородными почвами, достаточным количеством осадков и умеренным климатом рапс довольно популярен и занимает 789 100 га (2017). При этом он отлично подходит для производства экологического топлива. Более того: масло из этого растения имеет почти идеальный жирнокислотный состав для изготовления качественного биодизеля. Высокая урожайность рапса позволяет поддерживать рентабельность его выращивания, а также производства рапсового масла, которое непосредственно превращается в биодизельное топливо. Биодизель, изготовленный из рапса, очень эффективен, особенно для тяжелой техники, и фермерские хозяйства могут его производить сами для себя.

Подсолнечник

Подсолнечник выращивают в основном для пищевых нужд. Это и масло, и семена, которые содержат витамины и много питательных веществ. Подсолнечник может быть выращен в различных грунтовых условиях, но дает наибольшие урожаи в хорошо дренированных почвах с высоким содержанием влаги. Хоть и меньше, чем рапс, но он также истощает плодородные земли. Поэтому использование этого растения для производства горючего долго было неинтересным. Однако подсолнечное масло — это прекрасное сырье для изготовления биодизельного топлива, оно фактически имеет такой же качественный состав, как и рапсовое.

Украина — ведущий мировой экспортер подсолнечного масла. Учитывая высокие показатели экспорта масел (как подсолнечного, так и рапсового) и то, что производство биодизеля не требует сложного оборудования, целесообразно было бы использовать современные технологии изготовления такого топлива в нашей стране. Ведь в Европе из украинского масла уже производят биодизель с неплохой рентабельностью. Кроме того, подсолнечное топливо экологичнее дизеля нефтяного происхождения, поскольку выделяет меньше монооксида углерода при сгорании в двигателе.

По площади посевов соя опережает другие масличные культуры в США, позволяя изготовлять огромное количество соевого масла. Неудивительно, что Соединенные Штаты стали крупнейшим в мире производителем соевого масла — свыше 10 млн т в год. Это делает сою доступным сырьем для изготовления биотоплива. Соя — основная культура в большей части Северной Америки, Южной Америки и Азии.

В 2017 г. посевные площади сои в Украине составили почти 2 млн га, что делает эту культуру перспективной в нашей стране для получения биотоплива. Само растение содержит сравнительно немного масла — до 20%, тогда как рапс и подсолнечник могут содержать более 40%. Но это не мешает успешно использовать сою как один из основных источников для производства биодизельного горючего.

Ятрофа

Возможно, вы никогда не слышали о ятрофе, но в последние годы популярность этого растения бешеными темпами растет среди производителей биодизельного горючего. Ятрофа — тропический кустарник, ядовитый для людей и скота, но самое важное, что семена вида Jatropha curcas содержат до 40% масла. Растение, продолжительность жизни которого может достигать нескольких десятилетий, быстро растет и дает урожай даже на землях, пострадавших от засухи или вредителей. Но несмотря на такую ​​неприхотливость, для получения максимального количества масла все же нужны плодородная почва и периодическое орошение.

Крупнейшие производители ятрофы — Индия и страны Африки. Сегодня индийская биодизельная промышленность рассматривает это растение как едва ли не главный ресурс для изготовления экотоплива, при этом используются земли, непригодные для выращивания пищевых культур. В то же время ученые продолжают выводить лучшие сорта, с большей урожайностью, а ряд африканских стран финансирует такие исследования, поскольку связывает свою будущую энергетическую независимость именно с ятрофой.

Пшеница

Пшеница — широко известная культура, особенно в Украине. Прежде всего она ассоциируется у нас с душистым и вкусным испеченным хлебом. Также пшеница является одним из многих растений, из которых можно получить этиловый спирт. И не только для производства водки, а и для работы бензиновых моторов . Конечно, использовать чистый этиловый спирт как полноценное топливо для двигателей внутреннего сгорания пока нельзя. Но это и не нужно, потому что этиловый спирт можно добавлять к обычному бензину, с которым он прекрасно смешивается и образует композицию со свойствами полноценного бензина, например, марки А95.

Биоэтанол получают в результате спиртового брожения с последующей ректификацией. В отличие от пищевого спирта, топливный биоэтанол почти не содержит воды (менее 0,1%). Основную его массу составляет этиловый спирт с незначительным количеством других спиртов (например, метилового), что делает его непригодным для пищевого применения, но эффективным в топливных смесях для автомобильных двигателей.

Кукуруза

Альтернативой пшенице как сырью для получения этанола считается кукуруза. Это одна из древнейших культур, которую выращивали племена майя и ацтеков в Центральной Америке для своих пищевых нужд. С тех пор кукуруза широко распространилась в Северной Америке. Сегодня основным производителем кукурузы в мире стали США с объемом более 350 млн т в год. Поэтому неудивительно, что технологии производства этанола из кукурузы в Соединенных Штатах играют важную роль и отрасль постоянно развивается.

Для получения спирта в процессе брожения используют лишь зерна кукурузы, потому что это выходит дешевле, чем использование всего растения. Ведь в стеблях и листьях кукурузы содержится целлюлоза, которую труднее и дороже превратить в этиловый спирт. Однако исследователи пытаются сделать этот процесс более экономичным. Ученые из Университета штата Мичиган (США) вывели штамм кукурузы с особыми ферментами, облегчающими превращение целлюлозы в сахар, из которого затем получают этанол. По словам исследователей, их достижение удешевит производство этанола из растительных отходов и сделает его менее трудоемким.

Свекла

Сахарная свекла более пригодна для производства этанола, чем кукуруза. Свекла не так чувствительна к климату и требует меньше воды и посевных площадей для выращивания. Кроме того, важное преимущество изготовления этанола из свеклы — простота обработки корнеплодов. Чтобы получить этанол, скажем, из кукурузы, надо сначала расщепить крахмал до сахара, а с сахарной свеклой такая стадия не нужна . Это снижает себестоимость производства этанола. Кроме того, в ходе переработки свеклы в сахар и этанол она дает мало отходов, поскольку значительную часть исходного сырья можно превратить в топливо и удобрения.

За прошлый год Украина переработала в сахар более 14 млн т свеклы. При этом внутренние потребности в сахаре полностью удовлетворяются. То есть имеются реальные перспективы переработки сахара в этиловый спирт, который можно будет использовать как топливо. Кроме того, сахарное производство дает отходы ( мелассу , жом), которые также задействуют как сырье для топливного этанола . Поэтому в наших условиях (множество сахарных заводов, большинство которых не функционирует) сахарная свекла — одно из самых выгодных сырьевых растений для производства альтернативного экологического спиртового бензина.

Сахарный тростник

Эту богатую сахаром культуру массово выращивают в Южной Америке, в частности, для производства биоэтанола. Климат материка чрезвычайно благоприятен для сахарного тростника, и такие страны, как Бразилия, не упустили свой шанс. Когда в 1970-х гг. цена нефти поднялась, правительство страны призвало своих фермеров высаживать больше сахарного тростника. Бразилия вложила миллиарды долларов, чтобы осуществить переход от топлива из нефтепродуктов к этиловому спирту, и в результате этанол из сахарного тростника стал дешевле бензина. К середине 1980-х гг. каждый водитель в Бразилии управлял автомобилем, который работал на смеси этанола с бензином. Сегодня почти все автомобили в этой стране имеют двигатели, которые могут работать на бензине и этаноле. Изготовление этилового спирта из сахарного тростника в шесть раз дешевле, чем производство из кукурузы. Выращивание тростника требует меньше химикатов, в частности пестицидов и удобрений, поэтому экономически целесообразно, особенно в странах Южной Америки.

Исследователи на этом не останавливаются. Ученые из Иллинойского университета (США) создали генно-модифицированный сорт сахарного тростника, который можно выращивать на малоплодородных землях, непригодных для пищевых культур. Кроме того, новый сорт содержит больше масла по сравнению с немодифицированными сортами и при этом сохраняет почти такое же количество сахара. Это позволяет одновременно добывать из растения два вида биотоплива — биоэтанол и биодизель, что делает процесс еще более рентабельным и технологичным.

Сахарное сорго

Сахарное сорго — отличная альтернатива кукурузе, сахарному тростнику и сахарной свекле. Выращивание этого растения для получения биотоплива чрезвычайно привлекательно, поскольку сахарное сорго можно успешно культивировать в засушливых районах , чтобы не занимать лучших сельскохозяйственных земель.

Ученые не так давно заинтересовались этим растением как источником этилового спирта. Сахарное сорго имеет высокие показатели урожайности (130 т/га) и содержания сахара (15–25%). Отечественные исследователи из Института пищевой биотехнологии и геномики НАН Украины уже начали разработку эффективной и экономичной технологии производства топливного этанола из сорго. Поэтому можно надеяться, что сахарный сорго станет реальной альтернативой сахарной свекле в Украине.

Водоросли

Самый большой недостаток упомянутых выше растений — потребность в больших площадях земли для выращивания. Водоросли лишены этого недостатка и могут давать больше жидкого топлива с квадратного метра занятой площади, чем наземные посевные растения. Для быстрого роста водорослям нужен постоянный доступ к солнечным лучам и большое количество углекислого газа. Это возможно реализовать, если располагать установки для выращивания водорослей у промышленных объектов с постоянными выбросами CO₂ в атмосферу, — тем самым будет утилизирован вредный парниковый газ, который не успеет подняться даже на пару метров от земли.

Интересно, что водоросли в зависимости от их вида могут производить различные химические компоненты биотоплива: этиловый спирт для бензиновых двигателей, растительное масло для изготовления биодизеля, даже «бионефть» , которую можно превратить в несколько видов горючего. Это дает основания говорить о богатом энергетическом потенциале водорослей, и сегодня ученые упорно работают, чтобы создать энергоемкие водные растения и рентабельные технологии производства жидкого топлива из них.

Виды биотоплива и его экологические характеристики

Дата публикации: 4 марта 2019

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

Биотопливо: сырье и технологии

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

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

Существует классификация биотоплива по типу исходного сырья:

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

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

Виды биотоплива

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

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

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

Твердое биологическое топливо

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

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

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

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

Жидкое биологическое топливо

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

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

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

Газообразное биологическое топливо

Основными типами газообразного биотоплива являются:

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

Плюсы и минусы биотоплива

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

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

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

К этому все и идет, если сейчас не искать альтернативные источники топлива, в том числе и био, то будет туго. Надо искать новые подходы, пусть где-то не выгодно или происходит урон окружающей среде. Методом проб и ошибок мы должны прийти к разумному компромиссу.

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Биотопливо. Растения выручат, когда закончится нефть

Репост

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

Что такое биотопливо и его виды

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Почему биотоплива нет в России

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

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

Биотопливо

Биотопливо – это источник энергии, который получается из растительного или животного сырья. Бывает в жидком, твердом и газообразном состояниях.

Что это такое биотопливо и его виды

Само слово биотопливо у многих людей на слуху, но что это конкретно, мало кто знает, тем более мало кто сможет объяснить, как и из чего его производят.

Биотопливо – это источник альтернативной энергии, который производится из биологического сырья.

Существует несколько видов подобного топлива, которые отличаются по своему физическому состоянию, это:

  1. Жидкое биотопливо;
  2. Твердое биотопливо;
  3. Газообразное биотопливо.

Твердое биотопливо

Более широкое распространение в жизни человека получило твердое биотопливо. Этот вид топлива известен людям с древних времен – это обыкновенные дрова. В связи с развитием технологий и совершенствованием процессов обработки древесины, в данном сегменте твердого биотоплива появились новые участники, это топливные брикеты и топливные гранулы (паллеты), которые, по сути своей, похожи, отличаются лишь в технологии производства и способам использования.

Кроме древесных отходов, для изготовления брикетов и гранул используют отходы сельского хозяйства (солому, шелухи ветки и т.д.) и продукты жизнедеятельности животных (навоз, помет и т.д.).

Жидкое биотопливо

Данный вид биотоплива менее распространен, из-за малого производимого количества и необходимости конструктивных изменений в агрегатах, привычно работающих на бензине и дизельном топливе.

Существует несколько видов жидкого биотоплива, полученных путем переработки растительного сырья, это:

  • Биоэтанол – этиловый спирт;
  • Биометанол – метиловый спирт;
  • Биобутанол – бутиловый спирт;
  • Диметиловый эфир – простой эфир;
  • Дизельное биотопливо — жидкое моторное топливо для дизельных двигателей, состоит из смеси эфиров жирных кислот.

Газообразное биотопливо

Оно также пока не получило широкого распространения, к данному виду относятся:

  • Биогаз – газ, получаемый в результате брожения веществ растительного или животного происхождения. Процесс брожения, в этом случае, происходит под воздействием бактерий;
  • Биоводород – это водород, полученный из биомассы;
  • Метан – газ из семейства углеводородов.

Распространение данного вида энергоресурсов

В настоящее время биотопливо, во всех своих состояниях, разве лишь за исключением твердых видов, не нашло широкого распространения в повседневной жизни. Но в связи с тем, что запасы привычных видов энергии постоянно сокращаются, а запасы биомассы, которая может послужить сырьем для получения жидкого и газообразного видов биотоплива, колоссальны, то и работы по применению в повседневной жизни этих видов топлива, продолжаются.

Биотопливо, кроме различия по физическим свойствам, различаются еще по двум типам, это:

  1. Биотопливо первого поколения – производится из сельскохозяйственных культур (кукуруза, сахарный тростник, рапс, соя и т.д.),что создает конкуренцию прочим сельскохозяйственным культурам, используемых для пищи человека.
  2. Биотопливо второго поколения – в этом случае используется сырье, которое не используется человеком в качестве пищи. Это отработанные жиры и масла, деревья, трава.
Читайте также:  Как прививать растения

Распространение данных видов топлива напрямую связано с использованием биодизеля и биоэтанола, который является хоть и не в полной мере, но все же заменителем бензина.

В настоящее время объемы биомассы, которые могут быть переработаны, используются лишь на 5 – 6%, это обусловлено

финансовыми тратами для внедрения существующих технологий, инвестиций в эти исследования и технологии.

Разработчики проекта «Стратегии развития топливно-энергетического комплекса России до 2020 года» учли существующий потенциал нашей страны, который состоит из двух составляющих, это:

  • Технический потенциал, который характеризуется приростом биомассы;
  • Экономический потенциал, целесообразный объем сбора биомассы.

В рамках стратегии развития страны, разработки новых технологий и способах их внедрения, роста цен на традиционные энергоносители, привлекательность биотоплива неукоснительно растет и процесс внедрения этих технологий будет продолжаться.

Применение биотоплива для автомобилей

Как уже выше писалось, для современного топлива автомобилей есть замена в виде биотоплива, это:

  • Для дизельных двигателей – биодизель;
  • Для двигателей внутреннего сгорания – биоэтанол.

Биодизель получают из растительных масел (рапсовое, соевое, пальмовое) и метанола.
Биодизель второго поколения производят из микроводорослей и масленичных культур. Отдельный вид биодизеля – грин-дизель, который является смесью углеводородов и представляется на рынке, как улучшающая добавка к обычному топливу.
Как правило, биодизель для заправки автомобилей используют в смеси с обычным дизельным топливом (соляркой) в соотношении 20/80%, где биодизеля 20%. Недостаток такого смешивания – повышенный расход топлива и снижение мощности.
Биоэтанол в чистом виде для заправки автомобиля использовать нельзя, т.к. это окислитель и растворитель. Для его использования требуется реконструкция авто с заменой элементов топливной системы на узлы, изготовленные из нержавеющей стали и стойкого пластика.

В мире созданы автомобили с двигателями внутреннего сгорания, которые работают на смеси биоэтанола и бензина в соотношении:

  • 85/15% — в США;
  • 10/90% — в странах Европы;
  • 20/80% — в Бразилии,

Считается, что при данных пропорциях (кроме США, там автомобили были реконструированы), такое соотношение топлива не вредит системам автомобиля, что позволяет использовать биоэтанол уже при существующих технологиях.

Биотопливо для камина

По общепринятому мнению – лучшим топливом для камина являются спиртосодержащие жидкости. В связи с этим можно с уверенность сказать, что в качестве биотоплива для камина можно использовать:

  • Биоэтанол – этиловый спирт;
  • Биометанол – метиловый спирт;
  • Биобутанол – бутиловый спирт;
  • Демитиловый эфир – простой эфир;
  • Дизельное биотопливо.

Эти вещества можно использовать как в чистом виде, так и в составе с прочими составляющими.

Биотопливо для каминов производят в разных странах, это США, Канада, ЮАР и страны Европы. Наиболее известные в России польские компании «Kratki» и «Planika».

В России биотопливо для каминов производят: компания «БИОТЕПЛО», Мастерская биокаминов BioKer и еще ряд компаний.

Цены на биотопливо для каминов находятся в диапазоне от 500 («Planika») до 2000 рублей (BioKer) за 5 литров топлива.

Биотопливо из водорослей

Разработана и успешно используется технология получения биотоплива из водорослей.

Плюсом использования водорослей для промышленного применения, является то, что для их выращивания не требуется занимать части суши, они растут в любой воде и не требуют особого ухода, с одной стороны, а с другой – способны осуществлять значительный прирост биомассы за малые промежутки времени.

Имея в своем составе простые химические элементы, водоросли легко перерабатываются.

Как сделать своими руками

Человек в повседневной жизни периодически пользуется биотопливом, это с полной уверенностью можно отнести к твердым видам топлива – дрова, опилки, солома и т. д. Для изготовления топливных брикетов не нужно специальных приспособлений и механизмов, это может сделать каждый, у кого есть продукты переработки дерева и желание.

Более сложный процесс, это получение биотоплива из навоза, являющимся продуктом жизнедеятельности сельскохозяйственных животных. В этом случае получается биогаз, который можно использовать для сжигания, тем самым нагревать воду в системах горячего водоснабжения или теплоноситель, в системах обогрева зданий и сооружений.

Вначале следует определиться с местом, где будет располагаться установка. Выбранный участок должен быть удален от жилых строений, дабы не создавать неудобства запахами, выделяющимися в процессе брожения биомассы.

На выбранном участке выкапывается яма, в которой делается гидроизоляция и сооружается емкость накопитель. Емкость может быть из железобетонных колец с герметизацией стыков, кирпичной с оклейкой гидроизоляцией, металлической. В верхней части устраивается люк и крышка. Монтируются трубопроводы для отвода образовавшегося газа.

В построенную емкость загружается навоз, картофельная ботва и прочие растительные отходы, после чего все заливается водой. В емкости начнется процесс брожения, и как следствие, начнет выделяться биогаз.

В состав получаемого таким образом газа будет входить — метан, углекислый газ и примеси других газов.

С 1 кг органического вещества можно получить около 0,5 кг биогаза.


Биодизель. Необходимый шаг в будущее

Рудольф Дизель считал, что производство топлива из биомассы является настоящим будущим для его двигателя. Он хотел дать фермерам возможность производить собственное топливо. К сожалению вскоре после этого изобретатель дизельного двигателя скончался, а быстро развивающаяся нефтяная промышленность начала выпуск своего нефтяного топлива, известного теперь как дизельное. Вскоре мысли, одолевавшие Рудольфа Дизеля, были забыты. Однако теперь необходимость найти альтернативу солярке приводит к тому, что весь мир интенсивно развивает биодизельное производство.

Из чего состоит биодизель?

Биодизель представляет собой экологически чистое, альтернативное топливо, которое может быть произведено из внутренних, возобновляемых источников – соевого, рапсового или растительного масла, а также животных жиров. Биодизель не содержит нефти, но его можно смешивать с любой маркой солярки. Смеси из 20% биодизеля и 80% дизельного топлива могут использоваться почти во всех типах дизельных установок. Такие низкоуровневые смеси обычно не требуют каких-либо модификаций двигателя (за исключением топливных фильтров, топливных шлангов и уплотнений на некоторых старых марках дизельных двигателей) , однако смеси, содержащие более высокий процент биотоплива (включая и чистый биодизель) уже потребуют незначительной модификации.

Биодизель прост в использовании, биоразлагаемый, экологически чистый и практически не содержит серы и ароматических соединений.

Фактическим мировым стандартом в отношении рассматриваемого вида топлива считается евростандарт EN 14214. Согласно ему, в состав биодизеля входят:

  1. Растительное (кукурузное, соевое, рапсовое, подсолнечное) или животное масло. Неприемлемо применение пальмового и арахисового масла, поскольку получаемый из них биодизель не годится в качестве зимнего дизельного топлива.
  2. Триглицериды.
  3. Моноалкиловые сложные эфиры или метиловые эфиры жирных кислот.
  4. Спирты (этанол или изопропанол; в ограниченных количествах, вследствие своей токсичности, используют также метанол).
  5. Неизбежные добавки в виде консервантов -третичного бутилгидрохинона, диметилполисилоксана или лимонной кислоты, которые всегда содержатся в жирах животного происхождения. На качество биодизеля они не оказывают влияния.

Технология производства

Биодизельное топливо может быть изготовлено из новых или отработанных растительных масел и животных жиров. Технологии производства биодизеля различны. Масла и жиры фильтруются и предварительно обрабатываются для удаления воды и загрязнений. После обработанные масла и жиры смешивают со спиртом и катализатором. Молекулы масла разрушаются, и превращаются в метиловые эфиры и глицерин, которые затем отделяются друг от друга и очищаются.

Наиболее сложная ступень получения биотоплива — расщепление молекул длинноцепочечных жирных кислот, соединённых молекулой глицерина. В ходе этого процесса используется катализатор (щёлочь), которая разрушает молекулы глицерина и объединяет каждую из жирнокислотных цепей с молекулой спирта. В результате происходит создание моноалкиловых или этиловых сложных эфиров, либо эфиров жирных кислот. В ходе этого процесса – переэтерификации — глицерин опускается на дно и удаляется.

Примерно половина производства биодизельного топлива может использовать любое углеводородное сырьё, содержащее жиры, даже переработанную смазку на растительных или органических компонентах. Другая половина выпускает биодизель исключительно из растительных масел. Соевое масло является в этом ряду преобладающим: в мире существует его перепроизводство, а излишки продукции способствуют снижению цены на это топливо. Цена биодизеля за литр – от 50 до 100 руб.

Как сделать биодизель в домашних условиях?

Самый простой вариант – смешать некоторое количество растительного масла с обычным дизельным топливом, растворителем или бензином. Используют различные смеси, начиная от 10% растительного масла и 90% нефтепродуктов до диаметрально противоположной пропорции. Растительное масло перед смешиванием нужно подогреть, тогда его вязкость снизится, и смешивание произойдёт быстрее.

В прессе и на специализированных сайтах можно прочесть советы «народных умельцев» по добавке таких веществ, как скипидар, нафталин, ксилол или неэтилированный бензин. Практически ничего не известно о влиянии этих добавок на характеристики горения топлива или об их долгосрочном воздействии на двигатель.

Более приемлемым вариантом является производство биодизеля посредством проведения необходимых химических реакций, тем более, что основные компоненты – спирт, щёлочь, глицерин — можно без проблем приобрести в магазинах.

Процедура производства биодизеля в домашних условиях такова:

  1. Приготовить прозрачную ёмкость объёмом 2 л из химически стойкого пластика с плотно закрывающейся крышкой.
  2. Литр свежего растительного масла, нагретого до 55 0 С, влить в ёмкость и смешать с 200 мл спирта с помощью блендера. Смешивание следует выполнять в течение 20 мин.
  3. Осторожно влить катализатор – гидроксид калия (лучше) или натрия, в количестве 5 гр. (для КОН) или 3,5 гр (для NaОН) на 1 л. Добавлять спирт и катализатор нужно, используя разные воронки.
  4. Плотно закрыть ёмкость и прокрутить её в горизонтальной плоскости 5-6 раз, для ускорения процесса реакции. Растворение щёлочи может продолжаться от 15 мин (для КОН) до 8 часов (для NaОН).
  5. После окончания реакции следует выждать ещё 12-20 часов, пока осадок не скопится на дне ёмкости. Его следует осторожно удалить.

Приготовленный на свежем масле биодизель имеет светло-жёлтый цвет. Некоторое количество мути на качество топлива особо не повлияют.

Жидкое биотопливо из сырья растительного происхождения. Часть 2

Биодизель

Биодизель – это многокомпонентное жидкое топливо, состоящее из метиловых или этиловых эфиров высших ненасыщенных и жирных кислот, получаемых в результате химической реакции, в основном путем этерификации растительных масел (рапсового, соевого, пальмового, подсолнечного, льняного и др.), а также путем переэтерификации жиров (животных и кормовых). В последнее время отрабатываются новые технологии производства биодизеля, такие как обработка растительного сырья генно-модифицированными микроорганизмами (в Калифорнийском университете совместно с компанией LSG, США, разработали генно-модифицированный штамм бактерии E. Coli, обладающий способностью превращать целлюлозу и гемицеллюлозы в биодизель), использование «отработанных» растительных масел, которые собирают в ресторанах и кафе, производство из сырья микробного происхождения и некоторые другие. К примеру, в связи с тем, что ресурсы растительных масел, получаемых из сельскохозяйственных культур, ограниченны, сегодня во всем мире проводятся широкие исследования в сфере использования разных – и имеющихся в природе, и вновь культивированных специальных видов водорослей как перспективного сырья для производства биодизеля.

Биодизель рассматривается в государствах ЕС как основное возобновляемое жидкое биотопливо. Объем его производства растет быстрыми темпами. Объем выпуска биодизеля в мире с 2002 года (1,2 млн т) достиг к 2010 году 18 млн т (в 2009 году – 14 млн т). Согласно прогнозам, при такой тенденции к 2020 году объем производства биодизеля в мире составит 100 млн т в год.

Лидером в изготовлении и использовании биодизеля в Европе является ФРГ – около 3 млн т в 2012 году (в основном из рапса) при технической возможности производства всех заводов 5 млн т в год. Второе место занимает Франция: около 2 млн т в год. Всего в Европе, по аналитическим данным ЕС на 2013 год, в эксплуатации находятся 256 заводов по производству биодизельного топлива. В ЕС с 2008 года, когда неурожай рапса привел к снижению производства биодизеля и, соответственно, росту его импорта, стала актуальной конкуренция европейских и заокеанских производителей этого вида топлива. Производители биодизеля из Аргентины и Индонезии за счет значительных государственных субсидий смогли поставлять его на европейские рынки по цене, которая ниже цены самого сырья (того же пальмового масла). Поэтому в 2012 году в некоторых европейских странах, в частности ФРГ, был принят ряд антидемпинговых законов и повышены импортные пошлины на ввоз биодизеля из этих стран.

В США биодизель получают в основном из соевого масла (оно составляет 30% всего сырья, используемого в мире для производства биодизеля, а рапсовое и пальмовое с незначительным количеством других масел делят остальные 70%). Биодизель в США используется на автотранспорте и как печное топливо. Доля жидкого биотоплива на рынке США составляет более 5%. В связи с тем, что технологии получения перечисленных выше масел высокозатратны, ведутся поиски более дешевых растений. Так, уже успешно начали использовать ятрофу (семейство молочайных), рыжик (семейство капустных).

В последние несколько лет производители биодизеля все больше внимания обращают на клещеви́ну (лат. Rнcinus), растение семейства молочайных. Это масличное лекарственное и декоративное садовое растение. Из клещевины методом холодного прессования получают касторовое масло, среди растительных масел характеризующееся одним из самых высоких цетановых чисел.

Читайте также:  Почему желтеют кончики листьев у комнатных растений

Руководство бразильского агроконцерна Agrakonzern SLG поставило цель производить касторовое масло по новым технологиям себестоимостью $50 США за баррель (для сравнения: баррель соевого масла стоит $170).

Выход биодизеля из различных масличных культур составляет (л/га): из рапса – 1100, из подсолнечника – 690, из сои – 400. В Германии, например, для производства биодизеля используется в основном рапсовое масло. Рапс – неприхотливая культура, и его можно выращивать на выведенных из оборота землях. Он повышает биологическую активность и структуру почвы, очищает ее от азота. Биодизель в ФРГ дешевле обыкновенного дизельного топлива, несмотря на то, что существует налог на биодизельное топливо. Возделывание рапса субсидируется федеральным бюджетом.

Рассмотрим в общих чертах основную на сегодня технологию производства биодизеля методом этерификации растительных масел.

Любое растительное масло – это смесь триглицеридов (эфиров), соединенных с молекулой глицерина с трехатомным спиртом (C3H8O3). Именно глицерин придает вязкость и плотность растительному маслу. Для получения биодизеля необходимо удалить глицерин, заместив его спиртом. Этот процесс (химическая реакция образования сложных эфиров при взаимодействии кислот и спиртов) называется этерификацией.

Исходное сырье (масло) подается в блок этерификации, куда одновременно поступают метанол (при соотношении с маслом от 1:4 до 1:20) и раствор катализатора (гидроксиды натрия или калия, либо метилат натрия, составляющие от 0,3 до 1,5% объема всего перерабатываемого сырья) для осуществления процесса этерификации. По окончании процесса в результате отстаивания смесь, полученная в блоке этерификации, разделяется на два слоя: верхний – смесь метиловых эфиров и метанола, нижний – глицерин (с небольшим количеством метанола). Верхний слой направляется в блок отгонки метанола, из которого метанол возвращается в блок этерификации, а оставшийся сырой продукт – метиловый эфир (биодизель) – поступает последовательно в блок промывки и сушильную камеру.

Процесс этерификации длится от 20 мин. до нескольких часов при рабочей температуре 65°С.

Получаемый из нижнего слоя путем отгонки метанола в блок этерификации побочный продукт – сырой глицерин – широко используется в фармацевтической и лакокрасочной промышленности. Кстати, глицерин можно также переработать в биотопливо – биоэтанол с выходом до 95%.

Применяются еще технологии этерификации без катализатора и при суперкритических режимах. В первом варианте вместо катализаторов в этерификационный реактор вводится специальный растворитель: тетрагидрофуран. За счет этого повышается растворимость компонентов в реакторе, снижается до 30°С температура процесса, сокращается до 10 мин. его продолжительность. Смесь четко разделяется на эфирный и глицериновый слой. Отпадает необходимость в промывке и сушке продукта.

Во втором варианте процесс этерификации проводится при высокой – до 400°С – температуре и давлении до 80 атм., что также позволяет обходиться без катализаторов и сокращает продолжительность процесса в реакторе до 5 мин.

У биодизеля (метилового эфира) теплотворная способность в среднем 37,6 МДж/кг и высокое цетановое число (51-58) в сравнении с нефтяным дизтопливом, у которого оно составляет 50-52. А чем выше цетановое число, тем лучше топливо. Биодизель можно использовать как в чистом виде, так и в качестве добавки к дизельному топливу.

Биодизель биологически безвреден. При попадании в воду он не причиняет вреда водной флоре и фауне. В воде или почве подвергается почти полному биологическому распаду (до 99% в течение месяца), поэтому при использовании биодизеля на речных и морских судах можно существенно минимизировать загрязнение водных ресурсов планеты. При сгорании биодизеля в атмосферу выбрасывается значительно меньше СО2, чем при сгорании обычных видов топлива. Кроме того, преимущества биодизеля перед ними очевидны ввиду низких характеристик продуктов сгорания: монооксида углерода, остаточных частиц, сажи и, что особенно важно, полициклических ароматических углеводородов (известных как канцерогенные вещества). Биодизель в сравнении с минеральным дизтопливом почти не содержит серы (10,0 мг/кг). Поэтому в некоторых государствах на биодизельное топливо переводят муниципальный транспорт, проводятся испытания по использованию биодизеля в качестве авиационного топлива.

У биодизеля хорошие смазочные характеристики. Известно, что дизтопливо при устранении из него сернистых соединений теряет смазочные способности. А вот биодизель, несмотря на малое содержание серы, характеризуется хорошими смазочными свойствами, что обуславливается его химическим составом и содержанием в нем кислорода. За счет этого свойства увеличивается срок службы двигателя: во время работы двигателя одновременно происходит смазка его подвижных частей и топливного насоса.

У биодизеля высокая температура вспышки (выше 100°С), что позволяет называть его более безопасным в сравнении с обычным дизтопливом.

Есть, конечно, у биодизеля и ряд недостатков. Прежде всего это низкая морозоустойчивость, поэтому в холодное время его необходимо прогревать или разбавлять обыкновенным дизтопливом. В неразведенном виде биодизель может повредить резиновые шланги и прокладки, поэтому часто требуется их замена изделиями из более стойких материалов. Биодизель не подлежит длительному хранению. В табл. 1 приведены основные показатели стандартов биодизеля в Европе и нефтяного дизтоплива в России.

Бионефть

Бионефть – это смесь жидких углеводородов и других органических веществ, получаемых из сырья растительного или биологического происхождения. Бионефть – условное название, так как содержание углеводородов в ней всего 5-10%, а остальное – спирты, лигнины, альдегиды и пр. Существуют следующие термические или термохимические способы производства бионефти из растительной биомассы: пиролиз, газификация, парокрекинг, гидрокрекинг.

В результате пиролиза (процесса разложения сырья при нагревании до 450-550°С при отсутствии кислорода) сырье превращается в уголь, а также жидкие и газообразные продукты. При этом жидкие продукты пиролиза могут быть использованы в качестве топлива, которое в последние годы получило название «бионефть», «биомазут» или «пиролизная жидкость». Для увеличения выхода бионефти (до 80% общего объема сухого сырья на входе) применяется так называемый быстрый пиролиз: процесс пиролиза длится несколько секунд при очень высокой температуре – до 1000°С. Теплота сгорания бионефти составляет 16-19 МДж/кг, что значительно ниже теплоты сгорания углеводородного топлива. В Финляндии в этом году финским энергетическим концерном Fortum впервые в мире будет построен завод по производству бионефти из древесной щепы методом пиролиза; производительность предприятия составит 50 тыс. т в год. Для производства бионефти потребуется ежегодно 600 тыс. м 3 древесины. Fortum известен в России по проекту строительства с нуля в г. Нягань (ХМАО – Югра) первой после развала СССР крупной электростанции (Няганской ГРЭС) общей мощностью 1260 МВт.

Бионефть и биоэтанол можно также получать из отходов сахарного производства – мелассной барды.

Биобензин

Биобензин (синтетический бензин) производили в промышленном масштабе еще в 30-40-е годы ХХ века в Германии из синтез-газа (метод Фишера – Тропша) при газификации ископаемых углей. В этом процессе можно также вместо угля использовать твердую биомассу, в том числе древесину. Но в настоящее время такой биобензин не производится, несмотря на то, что у биобензина есть важные экологические преимущества перед обычным бензином, такие как отсутствие соединений серы и азота, а также тяжелых металлов, кроме того, при сжигании биобензина не образуются канцерогенные соединения; главная причина – высокая себестоимость производства.

Растительные масла

Не все знают, что созданный немецким инженером Рудольфом Дизелем в 1897 году первый образец дизельного двигателя работал на растительном (арахисовом) масле.

Растительные масла (теплотворная способность 33-34 МДж/кг) используются в качестве моторного топлива довольно давно; накоплен значительный опыт по использованию подсолнечного, арахисового, соевого, кукурузного, рапсового и других масел. Наиболее широкое применение получило рапсовое масло, поскольку рапс является самой высокопродуктивной из масличных культур (на втором месте по продуктивности подсолнечник, на третьем – соя). Новым перспективным источником сырья для получения топливных масел могут стать водоросли, в которых содержание масла, близкого по составу к известным растительным, доходит до 40% общей массы при значительно большей, чем у последних, продуктивности. Например, при переработке рапса в масло за год с 1 акра пашни можно получить 265 л масла, а при культивировании водорослей с 1 акра водной поверхности – 20 тыс. л масла в год.

Германия является лидером не только в использовании биодизеля, но и в применении растительных масел в качестве моторного топлива (в основном рапсового масла). В США в качестве биотоплива из всех растительных масел используют преимущественно соевое. Масло из семян получают обычным прессованием (или экстракцией), при котором исходное сырье очищают от посторонних примесей, затем смешивают с растворителем – экстрагентом (в качестве которого используют бензин, гексан или этанол) – и перемешивают в течение определенного времени, после чего отделенную от жмыха оставшуюся смесь разделяют на растворитель, который возвращается в блок экстракции, и сырое нерафинированное масло.

Выход масел при использовании технологии прессования составляет 28-29%, а при экстракции – 40-42% по отношению к исходному сырью (при содержании масел в нем 45-50%).

Растительные масла как топливо характеризуются более высокой энергетической плотностью в сравнении со спиртами, но эксплуатационные качества у них хуже, чем у спиртов, в частности: высокая вязкость и большая склонность к образованию нагара. Поэтому предпочтительно использование растительных масел в смеси с дизельным топливом. Смесь рапсового масла с дизельным топливом называют биодизельной смесью, или биодитом.

BTL (Biomass-to-Liquid)

BTL (Biofuel-to-Liquid) – один из видов жидкого биотоплива (теплотворная способность в среднем 33,5 МДж/кг), инновационная технология производства которого была разработана совсем недавно, в 2000-е годы с участием таких компаний с мировым именем, как Shell, Daimler, Volkswagen, и инновационной компании Choren GmbH. Первый завод по производству BTL был построен в немецком Фрайбурге в 2007 году. Сырьевая база производства – более 70 тыс. т отходов деревообрабатывающей промышленности, лесопиления и ландшафтных работ. На сегодня технология BTL считается наиболее перспективной для получения жидкого биотоплива. Для производства BTL подходит любой вид твердой биомассы: древесная щепа, опил, солома, отходы АПК, а также мискантус и другие быстрорастущие плантационные растения, бытовые отходы и многое другое. По­этому производство BTL не нуждается в сырье в виде сельхозпродукции пищевого назначения (зерновые, масличные культуры), в отличие от производства биоэтанола и биодизеля, и таким образом не составляет конкуренцию по сырью пищевой промышленности. Для получения 1 кг BTL необходимо от 5 до 10 кг древесного сырья.

Производство BTL включает в себя комбинацию нескольких давно известных процессов: пиролиза, газификации в потоке при высокой температуре и процессов Фишера – Тропша, или MtG (Methanol-to-Gasoline).

На первой стадии подсушенное сырье (биомасса влажностью до 20%) подвергается низкотемпературному пиролизу при температуре 400-500°С. На выходе получают уголь, кокс и газосодержащую смолу. Смола затем сжигается при температуре выше температуры плавления золы (выше 1400°С) в камере сгорания, и получается газо­образная смесь СО и H2. Остатки золы и кокс поступают обратно в камеру сгорания, а газ проходит через скруббер, очищается от хлора и серы, а потом выполняется синтез Фишера – Тропша: при помощи кобальтового катализатора происходит соединение водорода и углерода и после очистки получается конечный продукт: BTL. BTL не содержит ароматических углеводородов и серы, у него высокое октановое число, при его использовании до 90% сокращаются выбросы СО2 в атмосферу в сравнении с углеводородными видами топлива.

В последние годы во всем мире использование посевных продовольственных культур для производства жидких видов биотоплива считают нерациональным, так как такой вид их использования ведет к повышению цены на продовольствие. По­этому и начали производить жидкое биотопливо так называемого второго поколения: из посевных трав и разных растений, не используемых в пищевой промышленности и возделываемых на не пригодных для основных посевных культур землях, из водорослей, из бытовых отходов, из быстрорастущих плантационных растений, из отходов деревообработки и лесопиления, из соломы. Что касается древесного сырья, то, как уже отмечено выше, в мире существует немало разных технологий получения жидких видов биотоплива из целлюлозосодержащих материалов. Вот только стоимость производства, например, биоэтанола из такого сырья вдвое выше стоимости его производства из зерна. К тому же в ближайшее время вряд ли создадут технологии, которые позволят удешевить процесс. Поэтому будет ли жидкое биотопливо из целлюлозосодержащего сырья конкурентоспособно на рынке, пока сказать трудно.

По мнению автора, в России наибольшей эффективности производства и использования любых видов жидкого биотоплива, полученных из твердой биомассы, можно достигнуть в аграрном секторе. В АПК России ежегодно сжигается свыше 5 млн т дизельного топлива. Только на предприятиях АПК сокращение использования нефтяного дизельного топлива за счет биодизеля на 30% даст ежегодный экономический эффект более 10 млрд руб.

Что же касается древесных отходов, то их, за исключением тех, что используются на гидролизных заводах, лучше направить на производство твердого биотоплива. Недаром в одной из публикаций во влиятельном журнале Science указывается, что прямое сжигание целлюлозосодержащих растений с целью генерации электроэнергии для зарядки аккумуляторов электромобилей обеспечит этим авто более чем на 80% больший пробег, чем при использовании жидкого биотоплива, полученного при переработке этих растений.

Ссылка на основную публикацию