Сведения о биотопливе

Несколько слов о самом биотопливе. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, солома) и газообразное (биогаз, водород). Самое древний вид биотоплива — это дрова.

Твердое биотопливо.

Самый распространенный представитель вида — дрова. Опустив историю возникновения и эволюцию процесса сжигания древесины, отметим, что в настоящее время для производства дров или биомассы используются, так называемые, энергетические леса. В их составе включают быстрорастущие породы древесины, кустарников и трав (ива, тополь, эвкалипт, акация, сахарный тростник, кукуруза и др.). Посадку производят квадратно-гнездовым способом или в шахматном порядке. В междурядьях из деревьев часто высаживают сельскохозяйственные культуры (так называемые, комбинированные посадки). Период ротации энергетического леса (от срезания до срезания) составляет 4−6 лет. Экологические достоинства энергетической биомассы:

• — предупреждение эрозии почвы;
• — при сжигании биомассы, в атмосферу выделяется только CO₂, поглощенный при ее росте.

Ярким примером использования биомассы является электростанция, находящаяся в Зиммеринге (Австрия). Ее мощность — 66 МВт. Ежегодное потребление биомассы — 190 тысяч тонн.

Другим, пока несколько меньше распространенными видом твердого биотоплива, являются древесные топливные гранулы (ДГТ). Это топливный продукт, полученный прессованием древесных отходов (опилок, щепы, коры, некондиционной древесины и др.), соломы, отходов сельского хозяйства (навоза, куриного помета, лузги подсолнечника, ореховой скорлупы,) и другой биомассы.

ДГТ — экологически чистое биотопливо, зольность которого не превышает 3%.

Упрощенно, процесс производства ДГТ (или, как их еще называют, пеллет) выглядит следующим образом. Биосырье поступает в дробилку, где измельчается до консистенции муки. Данная мука передается в сушилку, а уже из неё — в специальный пресс-гранулятор. Сжатие во время прессовки повышает температуру муки, при этом лигнин, содержащийся в древесине, становится клейким, что позволяет получать на выходе плотные цилиндрики. Готовые гранулы охлаждают, пакуют в стандартную упаковку или доставляют потребителю россыпью. Наиболее распространенное применение пеллет — отопление объектов индивидуального строительства (частные дома, коттеджи), а также небольших производственных помещений. Самый динамично развивающийся рынок потребления пеллет — страны Европейского Содружества. По разным оценкам, в некоторых странах Европы до 2/3 жилых помещений отапливаются с помощью пеллет. Также необходимо отметить, что в США и европейских странах действует ряд стандартов на топливные гранулы. Ознакомиться с ними Вы можете в нашем разделе «Библиотека».

Также, среди видов твердого биотоплива необходимо упомянуть топливные брикеты (высушенные и брикетированные энергоносители биологического происхождения, например, навоз) и биологические отходы с минимальной степенью подготовки к сжиганию (опилки, щепа, кора, лузга, солома, шелуха и т. д.). В Европетопливные брикеты, наряду с пеллетами, используют для отопления жилых и производственных помещений, а щепу в основном сжигают на крупных теплоэлектростанциях мощностью до нескольких десятков мегаватт.

Жидкое биотопливо.

Весьма и весьма перспективный класс биотоплива, основное применение которого — двигатели. Его получают из самых разнообразных растений — от пшеницы и сахарной свеклы, до рапса и отходов деревообработки.

Жидкое, или как его еще называют, моторное биотопливо — вещество, получаемое в ходе переработки растительного сырья (кукурузы, рапса, сахарной свеклы, сахарного тростника), средствами технологий, в основе которых лежит использование естественных биологических процессов (например, брожения).

Биоэтанол Большая доля мирового производства жидкого (моторного) биотоплива приходится на биоэтанол (этанол, получаемый из сахарного тростника, зерна и сахарной свеклы, а также рапсового метилового эфира из семян рапса). Причина популярности биоэтанола кроется в экономической эффективности его производства, т.к. при урожайности семян рапса 2−4 т/га с 1 гектара можно получить 1−1,5 тонны биоэтанола и 2−2,5 тонны высококачественных растительных кормов. Характеристики моторного топлива, получаемого из растений, близки к показателямдизельного топлива. При этом вредные выбросы при использовании биодизельного топлива существенно меньше (подробнее в технико-химических и аналитических материалах нашего сайта).

Производство биоэтанола во всем мире составляет около 40 млрд литров (на 2006 г.). Самый активный «игрок» на рынке производства биоэтанола — Бразилия (48,5% общего объема). Этанол в Бразилии производится из сахарного тростника. В декабре 2007 года MnCAR (Центр Автомобильных Исследований Миннесоты) опубликовал результаты своих исследований по теме энергоэффективности применения биоэтанола в автомобильном транспорте.

Наибольший интерес исследования представляет результат эксплуатации обычных автомобилей. Исследованию подверглись смеси от 2% до 85% содержания этанола в бензине.

Для обычных автомобилей с ДВС самой оптимальной оказалась смесь Е30 (30% этанола и 70% бензина). На этой смеси потребление топлива снизилось на 1% (немного, но гораздо важнее экологические показатели) по сравнению с бензином (октановое число 95). Одной из важнейших характеристик биоэтанола является топливный баланс (соотношение энергии выделяемой топливом к энергетическим затратам на его производство). В настоящее время, наилучший результат составляет 1,24 (энергия, полученная из этанола, на 24% превышает энергию, затраченную на его производство). Но это не рекорд… так, например, в Бразилии, багасса сахарного тростника нашла применение в качестве топлива для электростанций.

В этих условиях топливный баланс этанола, достигает коэффициента 8 — очень хороший результат! Топливный баланс бензина ощутимо хуже — для его производства требуется большое количество энергии (разведка нефти, её добыча и транспортировка, переработка и доставка).

Экологический эффект применение биоэтанола в качестве топлива — снижение выбросов диоксида углерода (т.н. парниковый газ). Разумеется, сокращение его выброса зависит от многих факторов — используемое растительное сырье, климатическая зона, накладные расходы на выращивание, транспортировку и переработку. Снижение выбросов CO2 при производстве этанола из зерна по состоянию на 2008 г. в США составляло в среднем 21%.

Однако, при модернизации спиртового производства, заключающегося в переводе его на природный газ, возможно снижение выбросов углекислого газа на 29−35%.

Биометанол Биометанол — метанол, получаемый посредством биологического преобразования морского фитопланктона. Производство этого вида биотоплива начало зарождаться в конце 70-х, начале 80-х годов, когда несколько европейских стран объединили свои усилия по разработке проекта промышленного культивирования и переработки биомассы фитопланктона. Проектом предусматривалось создание промышленных зон в пустовавших, на тот момент, прибрежных районах.

Однако, развития тот проект не получил, чему в большой мере способствовало существенное снижение мировых цен на нефть. Прошли десятилетия… специалисты и компании, занятые вбиотопливной отрасли, вновь вернулись к вопросам культивирования фитопланктона и производства метанола.

Сейчас данное направление производства биотоплива считается одним из самых перспективных, т.к. отличается от других более высокой выработкой биомассы (до 110 т/га фитопланктона в год), отсутствием серьезных требований к производственной площадке (не требуются плодородные почвы и пресная вода, т. е. процесс не создает конкуренции сельскому хозяйству) и высоким уровнем энергоотдачи (11−14 на стадии получения метана и до 9 на стадии выработки метанола).

Биодизель Биодизель — вид биотоплива, для производства которого используются жиры растительного, микробного и животного происхождения (а также получаемых из них эфиров).

Сырьем для производства биодизеля может выступать пальмовое, рапсовое, соевое и другие масла, отходы пищевой промышленности, а также морские водоросли. Биодизель находит применение в автомобильных двигателях, причем использовать его можно как в чистом виде, так и в виде смесей с традиционном дизельным топливом. Обычно такие смеси маркируют, указывая процентное содержание биодизеля, так в США для обозначения смесей дизельного топлива с биодизелем используется буква B, после которой следует число, означающее процентное вхождение биодизеля (В2 — 2%, В100 — 100%). Применение таких смесей не требует внесения конструктивных изменений в двигатели.

Экологический эффект от использования биодизеля доказан достаточно давно и не подвергается сомнению:

• — попадание биодизеля в воду не причиняет вреда животному и растительному миру;
• — в почве и воде биодизель практически полностью распадается за 25−30 дней;
• — при сгорании биодизеля выделяется точно такой же объем углекислого газа, который был потреблен растениями, являющимися сырьем для его производства, за весь период — жизни;
• — в отличие от классического дизельного топлива, биодизель почти не содержит серы.

Из практико-технических достоинств биодизеля можно выделить следующие:

• 1. Полученный в ходе производства биодизеля жмых можно использовать в качестве корма для скота, что позволяет наиболее полно использовать сырьевую биомассу;
• 2. Производство биодизеля способствует вводу оборот низкокачественных неиспользуемых сельскохозяйственных земель;
• 3. Биодизель обладает исключительными смазочными характеристиками, несмотря на гораздо меньшее содержание серы, в то время как обычное минеральное дизельное топливо при исключении из состава сернистых соединений теряет смазочные способности. Это преимущество биодизеля определяется его особенным химическим составом и, в частности, содержанием в нём кислорода. Результаты различных независимых исследований влияния биологического дизельного топлива на двигатели показывают, что при использовании биодизеля в серийных, не модернизированных двигателях, срок службы двигателя и топливного насоса увеличивается в среднем не менее чем на 50%.

Высокие показатели значения технико-экономических показателей биодизеля и его неоспоримые экологические преимущества обусловливают постоянный рост в разных странах числа государственных программ (как обязующе-декларативного, так и стимулирующего характера) направленных на увеличение объемов производства и потребления биодизеля.

Разумеется, производство и использование биодизеля имеет определенную специфику и недостатки, о которых Вы можете узнать в других публикациях на нашем портале. Однако, общемировоепроизводство биодизеля в последние годы только увеличивается, что характеризует данный вид биотоплива как один из наиболее востребованных и перспективных.

Газообразное биотопливо.

Газообразное биотопливо (биогаз, биоводород) — продукт, получаемый в результате брожения биомассы или использования иных термои биохимических процессов, направленных на ее переработку. Наиболее распространенные вид газообразного биотоплива — биогаз, одной из разновидностей которого является биоводород.

Биогаз — газ, получаемый в ходе брожения биомассы (органических отходов) посредством воздействия различных видов бактерий. Современная технология производства биогаза последовательно используются три вида бактерий, каждый из которых питается продуктами жизнедеятельности предыдущего:

• — гидролизные бактерии;
• — кислотообразующие бактерии;
• — метанобразующие бактерии.

Перечень сырья, пригодного для получения биогаза, весьма широк. В основном, это органические отходы, такие как фекальные осадки, навоз, птичий помёт, пивная дробина, свекольный жом, трава, бытовые отходы, а также отходы рыбных и забойных производств (кровь, жир, кишки) и т. д. Кроме того, биогаз можно производить из энергетических культур — силосной, а также водорослей.

Выход газа может достигать до 350 мі из 1 тонны отходов и зависит от, собственно, вида сырья и применяемых технологий (из тонны навоза крупного рогатого скота получают до 70 мі биогаза, до 400 мі биогаза можно получить из различных видов растений, до 1400 мі метана получают из жира — это своеобразный «биогазовый рекорд»).

Экологический эффект от использования биогаза — неоспорим. Его производство предотвращает выбросы в атмосферу метана, провоцирующего развитие парникового эффекта. Кроме того, переработанный навоз, барда и другие растительные и органические отходы находят применение в сельском хозяйстве в качестве удобрений. Это снижает потребность в химических удобрениях, что уменьшает загрязнение грунтовых вод. Практическое применение биогаза возможно во всех сферах, где используется обычный природный газ. После обогащения (очистки) биогаза до состояния биометана (полный аналог природного газа с концентрацией метана до 99%) газ может использоваться как моторное топливо, подаваться в общую систему газоснабжения в трубопроводы среднего или низкого давления, использоваться на технологические нужды в качестве полной замены природного газа.