Биотопливо и перспективы его использования в России

В процессе пиролиза образуются пиролизные газы, при конденсации которых образуется жидкость, содержащая смесь горючих углеводородных соединений — бионефть. При завершении процесса пиролиза остаeтся обезвоженный остаток — полукокс, который является ценным сырьeм для химической промышленности. При этом важно оценить, насколько плантации водорослей будут служить эффективным стоком антропогенного вещества, конвертируя его в энергию высокой плотности. С введением новых технологий одна и та же биомасса может служить источником различных видов топлива. Так, масло или жиросодержащая биомасса идет на получение дизеля — жидкого топлива, получаемого путем перегонки (ТАГ). Но дизель по своему химическому составу не имеет ничего общего с минеральным дизелем из нефти Исходя из известных по литературным источникам данных о влиянии низких концентраций азота на биосинтез липидов зелеными водорослями, были проведены эксперименты по культивированию ее с уменьшенным содержанием KNO3 в питательной среде с сохранением остальных параметров выращивания, она является галофильной культурой, благодаря чему она может выращиваться. Это является ее преимуществом перед другими видами водорослей.

Но есть культура не менее ценная по содержанию липидов (до 40%) и природного антиоксиданта. Эту водоросль нельзя выращивать открытым способом, так как она быстро подвергается контаминации и замещается другой флорой. Одним из возможных способов избежать этого и получить биомассу с высоким содержанием липидов является использование так называемого метода культивирования, при котором на первой стадии биомасса водорослей выращивается в стерильных и строго контролируемых условиях в реакторах. Еще во время Второй мировой войны немцы искали способы снизить свою зависимость от нефти как источника получения энергии. Уголь измельчали, заливали водой и нагревали до 800 °C, после чего проводили каталитическую реакцию и конденсировали газообразные углеводороды в ректификационной трубе. Кроме того, биомасса водорослей содержит много ценных сопутствующих веществ, зачастую превышающих по стоимости целевой энергетический продукт, вследствие чего происходит удешевление произведенного топлива.

Изъятие специально выращиваемой биомассы водорослей для нужд энергетики не нарушает естественную консервацию органического вещества в биосфере. При этом важно оценить, насколько плантации водорослей будут служить эффективным стоком антропогенного вещества, конвертируя его в энергию высокой плотности. С введением новых технологий одна и та же биомасса может служить источником различных видов топлива. Так, масло или жиросодержащая биомасса идет на получение дизеля — жидкого топлива, получаемого путем перегонки (ТАГ). Но дизель по своему химическому составу не имеет ничего общего с минеральным дизелем из нефти Исходя из известных по литературным источникам данных о влиянии низких концентраций азота на биосинтез липидов зелеными водорослями, были проведены эксперименты по культивированию ее с уменьшенным содержанием KNO3 в питательной среде с сохранением остальных параметров выращивания, она является галофильной культурой, благодаря чему она может выращиваться. Это является ее преимуществом перед другими видами водорослей. Но есть культура не менее ценная по содержанию липидов (до 40%) и природного антиоксиданта. Эту водоросль нельзя выращивать открытым способом, так как она быстро подвергается контаминации и замещается другой флорой.

Одним из возможных способов избежать этого и получить биомассу с высоким содержанием липидов является использование так называемого метода культивирования, при котором на первой стадии биомасса водорослей выращивается в стерильных и строго контролируемых условиях в реакторах. Затем выращенная биомасса переносится в открытые культиваторы с обедненной по основным биогенным элементам питательной средой и высокой освещенностью. При этом культура искусственно подвергается физиологическому стрессу, который способствует кратковременному быстрому нарастанию биомассы и последующей аккумуляции липидов. Было получено значимое увеличение концентрации биомассы и содержания липидов в ней, тогда как при одностадийном выращивании содержание липидов было значительно меньшим.

Технология пиролиза является эффективным методом термохимической переработки биомассы, промышленных и бытовых отходов и одновременно одной из наименее распространенных технологий энергетического использования биомассы. Пиролиз представляет собой процесс термического разложения органических соединений без доступа кислорода и происходит при относительно низких температурах (500−800 °С) по сравнению с процессами газификации (800−1300 °С) и горения (900−2000 °С). Способность гранул конкурировать на топливном рынке поддерживается проводимой в Европе энергетической политикой через налоговые механизмы, субсидии, торговлю квотами на выбросы, рынок «зеленой» энергии. Они делятся на разновидности: для использования в частном секторе и промышленные. Они отличаются характеристиками используемых отходов и соответственно внешним видом. Для частных нужд они производятся из более качественных отходов. Их поверхность должна быть твердой и Технология гранулирования известна давно и «зародилась» при промышленном производстве кормовых продуктов для животноводства в Северной Америке. Производство брикетированного топлива начиналась с прессования полезных ископаемых типа угольной пыли и торфа.

В нашей стране заводы по производству топлива из отходов древесины начали строиться в начале этого века. Сейчас стремительно растет число малых деревоперерабатывающих предприятий, объемы перерабатываемой древесины увеличиваются с каждым годом. Также растет число заводов, перерабатывающих отходы древесины в топливо. Однако, специализированное оборудование, предназначенное для переработки сыпучих древесных отходов в топливо, как правило зарубежное, весьма дорогостоящее и требует так же дополнительных затрат, связанных с его обслуживанием. Такие вложения рентабельны для большинства средних и мелких деревоперерабатывающих предприятий.

В настоящее время наметилась тенденция переоборудования линий, применяемых в сельском хозяйстве для производства гранулируемых комбинируемых кормов, в целях получения древесного топлива. В их состав обычно входят: барабанная сушилка с конвейером загрузки, мельница для измельчения, накопитель, пресс, охладительная колонка. Первичными продуктами пиролиза могут быть жидкость, твердое углистое вещество и газы в зависимости от вида и параметров процесса пиролиза. Газификация (т.е. перевод в газообразное состояние) — жесткий метод переработки биомассы, в ходе которого при воздействии высокой температуры в молекулах рвутся все ковалентные связи углерод — углерод. В результате образуется смесь СО (угарного газа) и H2 (водорода), известная как синтез-газ.

Из синтез-газа на металлических катализаторах получают углеводороды насыщенного и ненасыщенного рядов, которые используются как синтетическое топливо или смазочные масла (процесс Фишера-Тропша). В качестве побочного продукта выделяется вода. Быстрый пиролиз позволяет превратить биомассу в жидкость, которую несложно и дешево транспортировать, хранить и использовать для производства автомобильного топлива или топлива для электростанций. Несомненно, что низкокачественная древесина и отходы деревообработки являются одним из основных возобновляемых источников энергии для России. Энергетическое использование данного нереализованного потенциала древесной массы уже сейчас позволяет заменить более 10% внутреннего энергопотребления без нарушения баланса экосистемы. Ежегодное количество только отходов деревообрабатывающих предприятий России составляет более 70. Кроме того, в нашей стране примерно 22−25 миллионов людей живут в отдалённых районах, не связанных с центральной энергетической системой, или в местах, где централизованное электроснабжение ненадёжно.

Также следует отметить, что, несмотря на значительные ресурсы природного газа, средний уровень газификации некоторых регионов не превышает 10%. Квалифицированное использование невостребованного ресурса древесной массы в качестве топлива позволит обеспечить экономию традиционных видов топлив и получить дополнительный доход в местные бюджеты. Однако использование данных объёмов отходов в качестве топлива для существующей энергетической инфраструктуры затруднительно по ряду причин. Отсутствует система логистики топлива и технические средства для сбора хранения и транспортировки сырья. Весьма перспективно также использование жидких продуктов пиролиза древесины хвойных пород. Например, смесь 70% живичного скипидара, 25% метанола и 5% ацетона, то есть фракций сухой перегонки смолистой древесины сосны, с успехом может применяться в качестве замены бензина марки А-80. Кроме того, биомасса водорослей содержит много ценных сопутствующих веществ, зачастую превышающих по стоимости целевой энергетический продукт, вследствие чего происходит удешевление произведенного топлива.

Изъятие специально выращиваемой биомассы водорослей для нужд энергетики не нарушает естественную консервацию органического вещества в биосфере. При этом важно оценить, насколько плантации водорослей будут служить эффективным стоком антропогенного вещества, конвертируя его в энергию высокой плотности. С введением новых технологий одна и та же биомасса может служить источником различных видов топлива. Так, масло или жиросодержащая биомасса идет на получение дизеля — жидкого топлива, получаемого путем перегонки (ТАГ). Но дизель по своему химическому составу не имеет ничего общего с минеральным дизелем из нефти Исходя из известных по литературным источникам данных о влиянии низких концентраций азота на биосинтез липидов зелеными водорослями, были проведены эксперименты по культивированию ее с уменьшенным содержанием KNO3 в питательной среде с сохранением остальных параметров выращивания, она является галофильной культурой, благодаря чему она может выращиваться. Это является ее преимуществом перед другими видами водорослей. Но есть культура не менее ценная по содержанию липидов (до 40%) и природного антиоксиданта.

Эту водоросль нельзя выращивать открытым способом, так как она быстро подвергается контаминации и замещается другой флорой. Одним из возможных способов избежать этого и получить биомассу с высоким содержанием липидов является использование так называемого метода культивирования, при котором на первой стадии биомасса водорослей выращивается в стерильных и строго контролируемых условиях в реакторах. Затем выращенная биомасса переносится в открытые культиваторы с обедненной по основным биогенным элементам питательной средой и высокой освещенностью. При этом культура искусственно подвергается физиологическому стрессу, который способствует кратковременному быстрому нарастанию биомассы и последующей аккумуляции липидов. Было получено значимое увеличение концентрации биомассы и содержания липидов в ней, тогда как при одностадийном выращивании содержание липидов было значительно меньшим. Бионефть является промежуточным продуктом для производства разных видов автомобильного топлива. Современные технологии переработки углеводородов позволяют производить синтетическое дизельное топливо и синтетический бензин.

В качестве сырья используются отходы деревообрабатывающей промышленности, сельского хозяйства и даже бытовой мусор.

Заключение

.

Сокращение запасов и нестабильность цен на ископаемые виды топлива, которые являются также и ценным сырьём для химического синтеза, делают всё более актуальной тему использования возобновляемых ресурсов. Несомненно, что низкокачественная древесина и отходы деревообработки являются одним из основных возобновляемых источников энергии для России. Энергетическое использование данного нереализованного потенциала древесной массы уже сейчас позволяет заменить более 10% внутреннего энергопотребления без нарушения баланса экосистемы. Ежегодное количество только отходов деревообрабатывающих предприятий России составляет более 70. Кроме того, в нашей стране примерно 22−25 миллионов людей живут в отдалённых районах, не связанных с центральной энергетической системой, или в местах, где централизованное электроснабжение ненадёжно. Также следует отметить, что, несмотря на значительные ресурсы природного газа, средний уровень газификации некоторых регионов не превышает 10%. Квалифицированное использование невостребованного ресурса древесной массы в качестве топлива позволит обеспечить экономию традиционных видов топлив и получить дополнительный доход в местные бюджеты.

Однако использование данных объёмов отходов в качестве топлива для существующей энергетической инфраструктуры затруднительно по ряду причин. Отсутствует система логистики топлива и технические средства для сбора хранения и транспортировки сырья. Текущая энергетическая инфраструктура, ориентированная на газообразное и жидкое топливо, не позволяет использовать твёрдое топливо, а переоборудование существующих котельных капиталоёмкое мероприятие и требует дополнительной инфраструктуры 3. логическая активность и сосредоточенность отходов не позволяет создать стратегические запасы топлива, необходимые для сезонного использования. Поэтому актуальной задачей является переработка неликвидной массы в продукты и топливо, которое может быть использовано как можно более эффективно в существующей инфраструктуре.

Термические методы, в зависимости от условий реализации процесса, позволяют обеспечить переработку массы в жидкое, твёрдое, либо газообразное топливо с улучшенными свойствами. Одним из эффективных термических способов переработки массы в жидкое топливо является процесс быстрого пиролиза. Физическая сущность процесса быстрого пиролиза заключается в термическом разложении органических соединений массы в отсутствии окислителя при относительно низких температурах, высокой скорости нагрева и незначительном времени пребывания продуктов в реакционном пространстве. В результате процесса при охлаждении парогазовой смеси образуются жидкие продукты (нефть) с выходом до 80% масс в зависимости от режимных параметров и вида сырья. Специалистами компании и сотрудниками кафедры химической технологии древесины Казанского национального исследовательского университета проводились исследования процесса быстрого пиролиза различных видов массы: древесины, торфа, иловых осадков сточных вод, отходов элеватора, куриного помёта. Результаты исследования показали, что вид исходного сырья существенно влияет на материальный баланс процесса. Особенности разработанных технологических процессов заключаются в том, что из одного и того же сырья можно получать различные виды топлива.

Однако увеличение использования земельных ресурсов для производства биоэнергии приводит к сокращению их использования для производства продовольствия и нарушает некоторые виды балансов, обеспечивающих защиту окружающей среды. При этом расход сельхозпродукции на производство биотоплива все возрастает, а доля самого биотоплива в общем потреблении топлива остается незначительной. Производство брикетированного топлива начиналась с прессования полезных ископаемых типа угольной пыли и торфа. В нашей стране заводы по производству топлива из отходов древесины начали строиться в начале этого века. Сейчас стремительно растет число малых деревоперерабатывающих предприятий, объемы перерабатываемой древесины увеличиваются с каждым годом.

Также растет число заводов, перерабатывающих отходы древесины в топливо. Однако, специализированное оборудование, предназначенное для переработки сыпучих древесных отходов в топливо, как правило зарубежное, весьма дорогостоящее и требует так же дополнительных затрат, связанных с его обслуживанием. Такие вложения рентабельны для большинства средних и мелких деревоперерабатывающих предприятий. Россия может наладить масштабное производство биотиплива из незернового сырья, сохраняя свои экспортные возможности по пшенице и не рискуя собственной продовольственной безопасностью.

Список литературы

Арутюнов В. С. Биотопливо: новая энергетика или модное увлечение//Химия и жизнь. 2008. № 5. С. 27−31.Благутина В. В. Биоресурсы//Химия и жизнь.

2007. № 1. С. 36−39.Валетминский И. Энергетика торга/И. Валетминский//Российская газета. — 2007.

-№ 20 (4283). — С. 5. Варфоломеев С. Д., Ефременко Е. Н., Крылова Л. П. Биотоплива//Успехи химии. 2010. Т. 79.

№ 6. С. 544−564. Варфоломеев С. Д., Калюжный С. В., Медман Д. Я. Химические основы биотехнологии топлив//Успехи химии.

1988. Т. 57. № 7. С. 1201−1227.

Варфоломеев С.Д., Моисеев И. И., Мясоедов Б. Ф. Энергоносители из возобновляемого получения сырья. Химические аспекты//Вестник РАН. 2009. Т. 79.

№ 7. С. 595−604.Дебабов В. Г. Паутина прочнее стали. Как преодолеть отставание в биотехнологии//Экология и жизнь. 2012. № 1.

С. 50−54.Дзецкер Н. Н. К концепции энергетической безопасности [Электронный ресурс]/Н.Н. Дзецкер, Е. В. Ерофеева. — Электрон. дан. -Режим доступа:

http://energoacademy.ru. — Загл. с экрана. Каныгин П. Энергетическая безопасность Европы и интересы России/П. Каныгин//Мировая экономика и международные отношения. — 2007.

-№ 5. — С. 3.

Миркин Б.М., Наумова Л. Г. Биотопливо: за и против//Биология в школе. 2008. № 8. С.

3−5.Моисеев И. И., Платэ Н. А., Варфоломеев С. Д. Альтернативные источники органических топлив//Вестник РАН. 2006. Т. 76. № 5. С.

427−437Моисеев И.И., Тарасов В., Трусов Л. Эволюция биоэнергетики. Времяводорослей//The Chemical Journal. 2009.

Декабрь. С. 24−29Назаренко Л. В. Биотопливо: история и классификация видов биотоплива//Вестник МГПУ. Серия «Естественные науки». 2012.

№ 2 (10).Новые химические технологии Аналитический портал химической продукции [Электронный ресурс]. — Электрон. дан. — Режим доступа: www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=108. — Загл.

с экрана. Панцхава Е. С., Пожарнов В. А. В перспективе Россиякрупнейший поставщик биотоплива на мировой рынок//Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология». www.cbio.ru.Храменков С., Козлов М. и др. Ресурс особого назначения. Использование потенциала очищенной воды городов для производства биотоплива//Вода Magazine. 2011. №.

1 (41). C. 18−22.