Биотопливо: виды, главные преимущества и недостатки

Содержание

Сырье

Приставка “био” указывает на растительное (биологическое) происхождение, отсутствие отрицательного воздействия на климат и экологические преимущества. Сырьем для производства биотоплива служат:

  • отходы животноводства,
  • масличные растения,
  • зерновые культуры,
  • сахарная свекла или тростник,
  • древесина и ее отходы,
  • энергетические растения.

Выделяют 3 поколения самого экологически чистого топлива, хотя четкой границы между ними не существует. Для производства энергоносителей первого поколения берут растения с высоким содержанием жиров, сахаров, крахмала. Топливо второго поколения получают путем переработки древесины, травы, не пригодных для употребления в пищу остатков сельскохозяйственных культур. Энергоносители из водорослей относятся к третьему поколению. Биологическая продуктивность у водных организмов значительно выше, чем у наземных растений.

Важными критериями оценки потенциала и экологичности биотоплива являются урожайность и цена.

Газ как вид автомобильного топлива

Биогаз

Существует и биотопливо в виде газа. Источником его является биогаз, получаемый как результат анаэробного (без доступа воздуха, метанового) брожения навоза. Однако рассматривать его как достаточно массовый вид горючего для двигателей автомобиля было бы слишком оптимистично.

Хотя, как и обычный природный газ или пропан-бутан, биогаз может использоваться как топливо, но это скорее вариант для стационарных двигателей, установленных в местах, где много отходов животноводства и сельского хозяйства.

Три типа биотоплива

Классификация биологического топлива осуществляется по агрегатному состоянию вещества:

  1. Твердое. Деревья различных пород, торф, продукты жизнедеятельности животных, отходы сельского хозяйства.
  2. Жидкое. Речь идет о биологическом дизеле, этаноле, бутаноле и диметиловом эфире.
  3. Газообразные. В эту категорию входит биологический газ, водород и метан.

Для каждой разновидности характерны свои особенности, о которых будет сказано ниже.

Поколения альтернативного горючего

Культуры, из которых впоследствии производят биологическое топливо, делятся на несколько поколений.

Первое

В это поколения включены сельскохозяйственные культуры, имеющие в своем составе много крахмала, сахара и жиров. Среди наиболее известных представителей первого поколения можно назвать кукурузу, сахарную свеклу, рапс, сою. Учитывая негативное воздействие на климат, вместо них стараются применять менее проблемные виды биомассы.

Второе

Ко второму поколению относят древесину, траву, отходы сельскохозяйственного производства. Для получения итогового результата приходится затрачивать большие усилия. С другой стороны, таким образом решается задача по утилизации непищевых отходов.

Все виды биомассы этого поколения отличаются наличием в составе лигнина и целлюлозы. Такой материал податлив сжиганию, газификации и пиролизу. Это позволяет получать на выходе жидкое топливо. Основной минус такой биомассы – невысокая урожайность. Чтобы получить необходимые объемы сырья, приходится задействовать дополнительные земельные ресурсы.

Третье

В этом случае для изготовления биотоплива используют водоросли, выращиваемые в промышленных масштабах. Для этих целей традиционно задействуют открытые водоемы. Это достаточно перспективное направление, однако на сегодняшний день такие технологии находятся на стадии разработки. Также проводятся исследования по разработке методов получения биотопливо 4-го и 5-го поколения.

Виды биотоплива: разновидности, характеристики, преимущества

Виды топлива по физическому состоянию

По агрегатному состоянию энергоносители бывают твердыми, жидкими, газообразными. К основным видам сырья для получения твердого биотоплива относятся дрова, опилки, щепа, навоз. Реже перерабатываются скорлупа грецкого ореха, оливковые косточки, подсолнечная шелуха, кукурузная мезга. Перед использованием в печах и котлах сырье сушат, измельчают, просеивают, прессуют в гранулы (пеллеты) или брикеты, гомогенизируют. Конечные потребители продукта —теплоэлектростанции и частные дома.

Жидкое

Среди перспективных видов жидкого биотоплива растительные масла, биодизель, биоэтанол, биобутанол и биометанол. В будущем они, возможно, полностью заменят дизтопливо и бензин.

Топливо из растительного масла

Состоит из необработанного или рафинированного растительного масла (чаще всего рапсового) в чистом виде. Применяется вместо дизтоплива, но отличается от него по химическим характеристикам, поэтому требует модификации двигателей. Производится на крупных заводах (экстракция) и на небольших маслоэкстракционных предприятиях (холодное прессование). Главный недостаток рапсового биотоплива — окисление под воздействием кислорода и потеря текучести зимой.

Биобутанол

Известен также как бутиловый спирт, получаемый из биомассы:

  • сахара,
  • крахмала,
  • соломы,
  • древесины.

Если используются материалы с высоким содержанием целлюлозы (солома, древесина), то полученный продукт называют также целлюлозным бутанолом. Как источники энергии особенно важны n-бутанол и изобутанол (i-бутанол). Их добавляют в топливо для карбюраторных двигателей, а n-бутанол даже подмешивают к дизелю или применяют в чистом виде.

Биодизель

Представляет собой метиловые эфиры жирных кислот (МЭЖК), получаемые из растительных масел. Служит экологически чистой альтернативой дизельному топливу и имеет сходные с ним физико-химические характеристики.

Изготавливается биодизель в основном из рапса на крупных установках циклического действия. Производительность современного оборудования составляет около 200 000 т в год.

Биодизель

Биоэтанол

Заменяет бензин, производится путем ферментации биогенного сырья и последующей перегонки. Сырьем для изготовления биоэтанола преимущественно служат:

  • зерновые культуры (пшеница, рожь);
  • сахарная свекла;
  • кукуруза.

Поскольку химические свойства продукта отличаются от характеристик бензина, требуется изменение конструкции двигателей транспортных средств.

Биометанол

Применяется вместо обычного метилового спирта — одного из главных видов сырья в химической промышленности. Бесцветная, легко воспламеняющаяся жидкость с запахом спирта входит в состав топлива. Мировой спрос на метанол в 2015 году составил около 65 млн тонн. Для получения этого вещества, состоящего из монооксида углерода, воды и кислорода, используются невозобновляемые ресурсы: природный газ и уголь.

Поэтому ученые пытаются найти эффективные методы производства биоэтанола из микроскопических водорослей — фитопланктона.

Газообразное

К газообразным видам топлива, получаемым из биологической массы, относятся биогаз, биометан и биоводород. Это будущая альтернатива природному газу, бензину, керосину.

Биогаз и биометан

Биогазом называют газ, который получают из энергетических растений, птичьего помета, канализационных стоков, жидкого навоза и/или органических побочных продуктов. При последующей переработке в биометан из него удаляют диоксид углерода и сероводород, а оставшийся продукт сжимают (уплотняют). Он хорошо подходит для транспортных средств, переоборудованных для работы на природном газе. Биометаном заменяют также бензин.Коровы и биогазовые установки

Биоводород

В основе производства биоводорода лежат биологические или химические процессы. В лабораторных масштабах его получают путем анаэробного сбраживания. Из богатых энергией органических соединений (белки, углеводы, жиры) бактерии наряду с CO2 синтезируют H2.

В промышленных масштабах биоводород получают путем термохимической обработки (газификация или пиролиз) и парового риформинга из:

  • биомассы (древесина, солома, сено и т. д.),
  • других носителей биоэнергии (биогаз, биоэтанол и др.)

Второй способ производства биотоплива — использование живой биомассы (например, цианобактерии, водоросли). В ходе отдельных метаболических процессов (фотосинтез, фиксация азота) водород вырабатывают определенные ферменты, такие как нитрогеназа или гидрогеназа.

Двигатель на биотопливе – немного истории и его варианты

Это для нас сегодня бензин и солярка являются единственными видами топлива, на которых работает всем нам привычный двигатель. Но надо отметить, что далеко не всегда было именно так. На заре своего существования, для ДВС как топливо применялось всё, что только подходило – масло, спирт, эфир, газ, дрова и т.д.

Поэтому должно быть достаточно интересно вспомнить о биотопливе, которое использовалось раньше. В этом случае стоит особо отметить:

  • спирт в различных его видах;
  • масло;
  • газ.

Непривычные, экзотические и забытые виды биотоплива

Здесь стоит коснуться древесины, которая может выступать как биотопливо. В первую очередь надо упомянуть скипидарно-спиртовую смесь, которая ещё в 1826 году использовалась в роли топлива. А ведь скипидар получают при пиролизе древесины. Есть отдельные упоминания, что при так называемом «быстром» высокотемпературном пиролизе сконденсирована жидкость, по своим характеристикам алогичная нефти.

Читайте также:  Расчет отопления по площади помещения

Стоит вспомнить и прямое применение древесины как горючего для моторов. При сгорании древесины образуется окись углерода, которая и служит в качестве топлива. Во время Второй Мировой, Германией достаточно широко использовались машины с такими моторами, в том числе и легковые. В Советском Союзе так же были созданы газогенераторные автомобили, ЗИС 21, ЗИС 13, а также ГАЗ 42.

Работали они на обычных дровяных чурочках. Правда, при замене бензина на газ мощность двигателя падала, скорость движения и грузоподъемность тоже, а одной заправки газогенераторной установки хватало на девяносто километров пробега, но в условиях военного времени при дефиците других видов топлива и в удаленных местах такие автомобили успешно работали. И даже в Москве в военное время ходили автобусы, оснащенные газогенераторными установками.

Несмотря на всеобщее распространение бензина и солярки в качестве топлива для ДВС, постоянно идут поиски альтернативных источников получения горючего. И уже существует несколько самых разных видов биотоплива, способного обеспечить работу ДВС в любых условиях.

Производство экотоплива в России

В Российской Федерации новая отрасль развивается медленно. В основном налажено производство дров, топливных гранул и брекетов. Большая часть пеллет (80%) идет на экспорт. Разрабатываются региональные программы интенсификации использования биодизеля.

Высоким является потенциал развития производства биогаза, особенно в Южном, Приволжском и Центральном округах страны.

Твердое биотопливо в России используется уже давно. Некоторые его виды россияне умеют делать самостоятельно. Например, кизяк (высушенный навоз) в большом количестве заготавливают жители Западной Сибири.

Жиры и биодизель. Как это связано

Основной плюс биодизеля в том, что его можно делать из разных природных источников, например из животного жира. Растительное масло (крупнейший источник биодизеля), подходящее для производства биодизеля, выжимают из сои, рапса, пальмы, хлопка, подсолнечника и арахиса. Биодизель делают даже из переработанного растительного масла, на котором жарили картошку!

Объединяет все источники биодизельного топлива то, что все они содержат жир в той или иной форме. Масла — это простые жиры, которые при комнатной температуре принимают жидкую форму. По-научному эти жиры называют триацилглицеролы, триглицериды или нейтральные жиры — сложные эфиры образованные спиртом, глицеролом и жирными кислотами. Триглицериды состоят из атомов углерода, водорода и кислорода, связанных вместе и расположенных в определенном порядке. Эти триацилглицеролы довольно распространены. Кроме домашнего растительного масла, они также содержаться в сливочном масле, сале, крови, откладывающейся жировой ткани человека.

Чтобы визуализировать триацилглицеролы – думайте о заглавной букве «Е» (смотрите формулу ниже). Вертикальную основу этого «E» формирует молекула, известная как глицерин. Глицерин — распространенный ингредиент, который добавляют в мыло, фармацевтические препараты и косметику. К этому глицериновому остову примыкают и образуют горизонтальные элементы «Е» три длинные цепи, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Они называются жирными кислотами.

Где используется биотопливо

Пока речь в основном идет о потреблении его в домашних условиях. Обычно твердые виды биотоплива используют в бедных странах, где нет других источников энергии, для приготовления пищи, стирки и уборки или для обогрева самого дома. 80% всего потребляемого сегодня биотоплива используется как раз для этих целей. 18% биотоплива задействовано в промышленности как источник энергии и смазочных материалов. Биотопливо часто упоминают в качестве альтернативы бензину для автомобилей, но сейчас только 2% используется в транспортной отрасли.

Зеленые технологии, биотопливо

Биотопливо из навоза

Долгое время отходы сельскохозяйственной и пищевой промышленности использовались исключительно для производства удобрений, однако сегодня эти же отходы позволяют вырабатывать биологическое топливо. В качестве сырья для производства топлива можно использовать навоз скота и птиц, а также пивная дробина, отходы боен, послеспиртовая барда, канализационные стоки, свекольный жмых и так далее.

В результате переработки таких отходов получается газообразное биотопливо, которое получается в результате брожения. Полученный в итоге биогаз может быть использован для производства электроэнергии или в котельных, для отопления жилых домов. Кроме этого такое топливо используется в автомобилях.

Однако стоит отметить, что для получения газообразного биотоплива для автомобилей биогаз, полученный в результате брожения необходимо отчистить от СО2, после чего он преобразуется в метан.

Биотопливо из водорослей

Водорослевое топливо — экзотичный способ получения энергии для автомобиля. Рассматривать водоросли в качестве биотоплива стали, прежде всего, в США и Японии.

Япония не обладает большим запасом плодородных земель для выращивания рапса или сорго (которые используются в других странах для получения биотоплива из растительных масел). Зато Страна Восходящего Солнца добывает огромное количество зеленых водорослей. Раньше их употребляли в пищу, а сейчас на их основе стали делать заправку для современных автомобилей. Не так давно в японском городе Фудзисава на улицах появился пассажирский автобус DeuSEL от компании Isuzu, который передвигается на топливе, часть которого получена на основе водорослей. Одним из главных элементов стала эвглена зеленая.

Сейчас «водорослевые» добавки составляют всего несколько процентов от общей массы топлива в транспортных баках, но в будущем азиатская компания-производитель обещает разработать двигатель, который позволит использовать биосоставляющую на все 100 процентов.

В США тоже плотно занялись вопросом биотоплива на базе водорослей. Сеть заправок Propel в Северной Калифорнии начала продажи биодизеля Soladiesel всем желающим. Топливо получают из водорослей путем их сбраживания и последующего выделения углеводородов. Изобретатели биотоплива обещают двадцатипроцентное уменьшение выбросов углекислоты и заметное снижение токсичности по другим показателям.

Сильные и слабые стороны биотоплива

Как любой другой материал, биологическое топливо имеет свои достоинства и недостатки.

К сильным сторонам относится:

  • Дешевизна. Несмотря на практически идентичные расценки на биотопливо и бензин, биологические разновидности при сжигании выделяют очень мало вредных выхлопов. Это позволяет использовать их в самых разных условиях, адаптируя к двигателям любых моделей. При этом двигатель работает в оптимальном режиме, сохраняя свою чистоту длительное время по причине малого числа сажи.
  • Мобильность. В этом отношении биологическое топливо заметно превосходит другие типы альтернативных энергоресурсов. К примеру, аккумуляторные батареи, используемые при работе солярного и ветрового оборудования, обычно размещают стационарно. Биологическое горючее без проблем можно транспортировать на любое расстояние.
  • Возобновляемость энергии. Как говорят эксперты, имеющихся на данный момент залежей сырой нефти достаточно для работы мировой промышленности еще на сотни лет. Однако рано или поздно этот ресурс все равно иссякнет. Биотопливо, которое получают из растительного и животного сырья, является постоянно возобновляемым источником.
  • Экологическая безопасность. Как известно, топливо на основе углеводородов при сжигании выделяет значительное количество углекислого газа. Это стало причиной парникового эффекта, спровоцировавшего глобальное потепление. Использование биологических веществ дает возможность сократить выбросы углекислоты на 65%. Кроме того, в составе биотоплива есть растительные компоненты, выводящие из воздуха оксид углерода.
  • Экономическая безопасность. Залежами углеводородов могут похвалиться далеко не все страны. Это создает условия, при которых многие государства вынуждены приобретать нефть или газ, вкладывая в это направление значительную часть национальных бюджетов. Что касается биологического горючего, то его производство можно наладить в любой стране. Таким образом появляется хорошая возможность создать новые рабочие места, что положительным образом сказывается на развитии местных экономик.

Технологии производства биотоплива постоянно совершенствуются, поэтому положительный эффект от использования данного вида горючего постоянно увеличивается. К примеру, ряд стран стало применять в качестве сырья планктон и водоросли.

Однако расширение масштабов изготовления биологического топлива встречает серьезные препятствия. В первую очередь это связано с ограничениями по выращиванию растений.

Перечень факторов, требующих учета при выращивании растений для выработки биомассы:

  • Водопользование. Чтобы добиться хорошего урожая, необходим хороший полив. В местностях с засушливым климатом это не всегда возможно.
  • Инвазивность. Растения, используемые для производства топлива, нередко отличаются агрессивностью. Заглушая местную флору, они могут повредить экосистему региона.
  • Удобрения. Выращивание культур под биотопливо предусматривает использование дополнительных питательных веществ для почвы. Это может стать угрозой для других растений.
  • Климатические условия. Не все местности имеют подходящий для выращивания биокультур климат.
Читайте также:  Дизельный котел отопления для частного дома, расход топлива

В ходе активного выращивания растений происходит истощение почв. Если пренебрегать правилами агротехники, содержание полезных компонентов в составе грунта заметно уменьшится. Последствиями может стать обострение продовольственной проблемы и нарушение экосистемы.

Виды биотоплива: разновидности, характеристики, преимущества

Внедрение производства биомассы, как правило, сопровождается расширением сельскохозяйственных территорий. Для этого приходится осваивать новые площади, что чревато нарушением микроэкосистем, вплоть до гибели некоторых видов растений и животных.

Выращивание монокультур также встречает сложности. В целях увеличения урожайности производители засеивают участки определенными культурами. Такой подход негативно влияет на качество сельскохозяйственных угодий из-за изменений окружающей среды.

Поля, где высеян только один вид растений, атакуются обычно конкретными вредителями. Применяя для их уничтожения инсектициды и пестициды, производитель содействует выработку у насекомых иммунитета к этим средствам.

По мнению ученых, лучшим вариантом избежать вышеописанные проблемы является использование биоразнообразие культур. На одном поле желательно высаживать несколько видов растений.

Виды биотоплива: разновидности, характеристики, преимущества

Второе поколение биотоплива

Сложность производства состоит в том, что для него требуется довольно много растительного сырья. И для выращивания его нужны земли, которые при правильном раскладе должны быть использованы для выращивания пищевых растений. Поэтому новые технологии направлены на то, чтобы биотопливо производить не из растения целиком, а из отходов другого производства. Щепки от деревообработки, солома после обмолота зерновых, шелуха от подсолнечника, жмых от масличных и фруктов, и даже навоз и многое другое – вот что становится сырьем для биотоплива второго поколения.

Ярким примером биотоплива второго поколения является «канализационный» газ, то есть биогаз, состоящий из углекислого газа и метана. Чтобы биогаз можно было использовать в автомобилях, из него удаляют углекислый газ, в итоге остается чистый биометан. Примерно таким же способом из биологической массы получают биоэтанол и биодизель.

Биодизель, или как сделать биотопливо

Это другой, не менее известный вид горючего. Он заменяет солярку, а не бензин. Производят его из растительного масла. Сырье в различных районах земного шара может быть разное: рапсовое, пальмовое, кокосовое, соевое масло, водоросли и т.д. Биотопливо подобного типа изготавливается достаточно просто, вплоть до того, что существуют самодельные установки, позволяющие производить биотопливо в домашних условиях.

Технология его получения такова – масло смешивается в определенных пропорциях со спиртом и щелочью, в результате образуется биодизель и высвобождается глицерин, который может использоваться для каких-то других целей. Так что при наличии источников растительного масла, в том числе и его остатков после кулинарной обработки пищи, вполне возможно сделать биотопливо своими руками.

Достоинством биодизеля является отсутствие серы в составе выхлопных газов, и как следствие этого то, что такое биотопливо не теряет смазочных свойств, благодаря чему двигатель может служить гораздо дольше. Надо отметить, что вредного воздействия от такого топлива на окружающую природу нет. К недостаткам биодизеля стоит отнести необходимость его подогрева в холодное время года и то, что он не хранится более трех месяцев.

Наиболее оптимальным признано его использование в смеси с обычной соляркой, выпускаются несколько разновидностей такого топлива, обозначаемых буквой В, а цифры рядом говорят о содержании биодизеля в составе топлива. Например, В5 означает содержание в нем пяти процентов биодизеля и девяноста пяти процентов солярки.

Биоэтанол

Биотопливо
Этот вид биотоплива производится из растительного сырья – из сахарного тростника или кукурузы. Основные производители данного вида биотоплива – США и Бразилия. Биоэтанол вводят в состав обычного бензина. Причем, в названии бензина включено количество процентов биотоплива в составе смеси. Например, Е-10 содержит 90% бензина и 10% биологического этанола. Именно этот вид бензина подходит к любому двигателю автомобилей. А вот смесь Е-85, в которой 85% биотоплива, требует технической доработки двигателя авто.

Изготовление биоэтанола

Брожение сырья, богатого сахарами – вот основа получения биоэтанола. Этот процесс похож на получение спирта или на обычное самогоноварение. Крахмал зерна превращается в сахар, к нему добавляются дрожжи, получается брага. Чистый этанол получают путем отделения продуктов брожения, это происходит в специальных колоннах. После нескольких фильтраций производят осушку, то есть удаляют воду.

Биоэтанол без примесей воды можно добавлять в обычный бензин. Экологическая чистота биоэтанола и его минимальное воздействие на окружающую среду высоко ценится в промышленности, кроме того, цена получаемого биотоплива весьма приемлема.

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.

Плюсы и минусы биотоплива

Преимущества:

  1. Возобновляемость ресурса. Ископаемое топливо — это иссякаемый источник энергии, который со временем закончится. Поскольку биотопливо производится из растительных веществ, оно теоретически является возобновляемым.
  2. Снижение негативного влияния на окружающую среду. При сжигании биотоплива количество углекислого газа снижается до 65%, что сокращает вклад отрасли в изменение климата. Кроме того, биоэтанол и биодизель содержат меньшие концентраций таких химических веществ как хлор и сера. Это означает, что биотопливо помогает снизить выбросы этих загрязнителей в атмосферу.
  3. Экономическая безопасность. Биотопливо можно производить на месте, создавая рабочие места в том же регионе, где оно будет потребляться, тем самым сокращая транспортные расходы и выбросы. Кроме того, производство собственного биотоплива снижает зависимость страны от поставок нефти из других государств.
  4. Долговечность двигателя. Поскольку биотопливо содержит меньше примесей в сравнении с традиционными видами топлива, то и двигатели будут загрязняться меньше и реже выходить из строя.

Недостатки:

  1. Потеря лесов. Производство биотоплива требует огромных территорий под выращивание сырья. Это может привести к массовым вырубкам лесов, чтобы освободить площади.
  2. Продовольственный кризис. Производство биотоплива может повлиять на экономику, связанную с ценами и доступностью продуктов питания, так как пахотные земли будут отводиться под культуры для биотоплива, а не для пищи.
  3. Деградация почвы. Выращивание одних и тех же культур (монокультур) приведет к истощению почвы и росту числа вредителей. Для борьбы с ними будут использовать химические пестициды, как следствие — снижение плодородия почвы и потеря биоразнообразия.
  4. Использование ресурсов. Количество энергии, производимой с помощью биотоплива, значительно меньше, чем от сжигания ископаемого топлива, а это означает, что для удовлетворения энергетических потребностей того же количества людей требуется гораздо больше земли, воды и удобрений.
  5. Энергетические затраты. При оценке экономических выгод от биотоплива необходимо учитывать энергию, необходимую для его производства. Например, в процессе выращивания кукурузы для этанола используются ископаемые виды топлива при производстве удобрений, транспортировке кукурузы и перегонке этанола. В этом отношении этанол, полученный из кукурузы, дает относительно небольшой выигрыш в энергии.

Фото:Bloomberg
Зеленая экономика Энергия из спирта и навоза: преимущества и недостатки биотоплива 4

Применение в Европейских странах

Широкое применение возрастает огромными шагами. Сейчас газоболонных машин, насчитывается 10 миллионов. Россия лидер в поставках газового топлива, на западном рынке.

Современные заводы обязательно занимаются разработкой и выпуском одной или двух моделей газобалонных автомобилей Audi, Honda, Toyota и другие. Все они начинают налаживать производство автомобилей.

Энергетические преимущества были оценены разными странами, с разными экономическими обстановками. Авто, способные использовать газовое топливо, можно встретить от США, до Азии. В России, заводских газоболонных автомобилей очень мало, чаще всего можно встретить переоборудованные под газ, бензинные аналоги.

Автомобили с таким альтернативным видом топлива как газ, хорошо производят в таких странах как Германия и Чехия. Это из-за того что в первой налажена отличная заправочная инфраструктура, во второй, планируют заменить на более экономные аналоги 10% топлива. Страной, в которой уже сейчас широко используются автомобили на газовом топливе, является Италия. Более 779 тыс. ГБА, колеся просторами этой страны.

Недостатки биотоплива

1. Многие методы получения биотоплива все еще находятся в стадии разработки или прототипа. Практический опыт широкомасштабного применения пока отсутствует.

2. Высокие производственные расходы. Согласно немецкому Институту им. Роберта Коха, биоводород обходится в 4-5,5 раз дороже, чем бензин.

3. Выращивание энергетических культур может конкурировать с выращиванием продуктов питания. Увеличение спроса на альтернативные энергоносители считается одним из факторов, спровоцировавших возникновение кризиса цен на продовольствие в 2007-2008 годах.

Читайте также:  Как рассчитать диаметр труб для отопления частного дома - советы инженера

4. По своим физико-химических свойствам биотопливо часто отличается от обычного , поэтому приходится производить адаптацию двигателей.

5. Поскольку производители склонны использовать при выращивании энергетических культур больше пестицидов и удобрений, страдают экология и жители расположенных рядом с полями поселков.

Топливные реалии в России и в мире

Результаты такой активной работы не заставили себя ждать. К примеру, еще в начале второго десятилетия века в Швеции уже работали 300 автозаправок, на которых можно залить в бак экологически безопасный биодизель. Изготавливается он из масла знаменитых сосен, произрастающих в Швеции.

А весной 2013 года произошло событие, ставшее переломным моментом в развитии технологий производства авиационного топлива. Из Амстердама вылетел трансатлантический самолет, заправленный биотопливом. Этот Боинг благополучно приземлился в Нью-Йорке, положив тем самым начало использованию экологически чистого и недорогого топлива.

Россия в данном процессе занимает весьма интересную позицию. Мы являемся производителями различных видов биотоплива, занимаем третье место в рейтинге экспортеров топливных пеллет! Но внутри своей страны мы потребляем менее 20% топлива, продолжая использовать дорогостоящие виды.

27 регионов России стали опытными площадками, где были построены и запущены электростанции, работающие на биогазе. Этот проект стоил почти 76 миллиардов рублей, но экономия от работы станций превосходит эти затраты во много раз.

Что такое биологическое топливо

Наиболее перспективным направлением в энергетике являются технологии, предусматривающие использование возобновляемых ресурсов, к числу которых относится и биологическое топливо.

Наиболее распространенным видом биологического топлива являются обычные дрова. 38% населения Земли используют их для отопления и приготовления пищи

В качестве сырья для его производства можно брать биомассу растительного/животного происхождения, включая отходы промышленных производств либо остатки жизнедеятельности животных.

Обработка таких веществ производится термохимическим или биологическим методом, в последнем случае топливо получают при помощи различных видов микроорганизмов.

Динамика производства биотоплива

Во многих странах действуют специальные программы по расширению доли биотоплива в национальном и региональном энергопотреблении. В ряде государств имеются также обязательные нормы использования этого источника энергии.

Биотопливо первого поколения

Однако и между собой отдельные его виды различаются, скажем так, по значимости источников сырья для биотоплива. Связано это с используемыми ресурсами. Например, чтобы получить биотопливо из рапса, его надо сначала вырастить, а уж потом отправить семена на переработку. Для выращивания такой культуры занимается посевная площадь, и фактически речь идет о выборе приоритетов – а чего мы хотим иметь, продукты питания или биотопливо. Кроме того, получение биомассы, идущей на производство биотоплива, связано с использованием специализированных удобрений, что наносит определённый вред земле и окружающей природе. Такой вид сырья относится к первому поколению.

Второе поколение

Однако биотопливо можно получить из иных источников, таких как отходы других производств. Его делают, например, из опилок, а также остатков стеблей, шелухи, остающейся после обработки зерновых, и многого другого. Все это дает так называемое биотопливо второго поколения, для которого не требуется специально выращивать сырье, а сделать его можно из отходов других производств.

Третье поколение

Следующим этапом развития стало биотопливо третьего поколения. Его источником являются водоросли. Существуют определённые их сорта, содержащие значительное количество растительных жиров, из которых можно сделать тот же самый биодизель. Конечно, чтобы получить биотопливо из водорослей, их надо выращивать, но для этого совсем не требуется занимать посевные площади. Водоросли могут расти в прудах, биореакторах, на морском дне или в специально устроенных заливах, т.е. занимают те участки земной поверхности и морского дна, которые не задействованы в производстве продуктов питания. Так что, биотопливо третьего поколения, хотя и находится еще в стадии отработки технологии производства, надо признать наиболее перспективным.

Биотопливо из опилок или спирт как он есть

Биотопливо подобного типа наиболее известно, и по-видимому, это один из первых вариантов горючего, которое потреблял двигатель. Среди различных его видов стоит отметить биоэтанол, биометанол и биобутанол.

1. Этанол или обычный спирт достаточно хорошо известен в истории автомобилестроения. Достаточно сказать, что в свое время Генри Форд организовывал строительство заводов по производству спирта, предназначенного на роль топлива. Сейчас его изготовление широко развернуто в Бразилии, по оценкам экспертов, сорок процентов автотранспорта этой страны используют этанол в чистом виде, шестьдесят процентов – в смеси с бензином.

Из чего сегодня делают этанол? Чаще всего сырьем служит сельскохозяйственная продукция, в той же Бразилии, чтобы сделать биоэтанол, применяют сахарный тростник, солому, древесные отходы и другое аналогичное сырье. Из опилок на гидролизном производстве так же можно получить этанол. Чем же он так хорош, что это вызывает его всеобщее использование?
Здесь надо обратить внимание на:

  1. детонационную стойкость;
  2. теплоту сгорания;
  3. теплоту испарения.

Из чего бы ни пришлось сделать подобное биотопливо, из опилок или тростника, ему свойственны антидетонационные свойства, они выше, чем у обычного бензина. Благодаря этому можно повысить мощность, двигатель, работающий на этаноле, допускает увеличение степени сжатия. Теплота сгорания спиртовоздушной смеси незначительно отличается от характеристик традиционной топливовоздушной смеси, а за счет хорошей испаряемости спирта обеспечивается лучшее наполнение цилиндров и полное ее сгорание.

биотопливо из опилок

Из недостатков этанола стоит отметить его повышенную агрессивность по отношению к некоторым цветным металлам, пластмассам и резине, вследствие чего может возникнуть необходимость частично дорабатывать двигатель. Однако самым главным минусом такого горючего является его гигроскопичность, оно сильно поглощает воду, а затем смесь расслаивается в баке, в результате чего он окажется заполнен в основном водой. Одним из методов борьбы с этим является использование смесей спирта и бензина, до десяти процентов этанола, добавленного в обычный бензин, только улучшают его характеристики.

Дополнительно стоит отметить, что производство биоэтанола как топлива, хоть из тех же самых опилок, отличается от производства питьевого спирта. Топливный спирт не пригоден для питья, он имеет явно выраженный сивушный запах и повышенное содержание метанола.

2. Метанол, или метиловый спирт, при всех своих достоинствах ядовит. Хотя его можно сделать из отходов, из тех же самых опилок, обычно биометанол не используют в качестве горючего.
3. Биобутанол. Как биотопливо для автомобилей подходит даже в большей степени, чем биоэтанол. Может изготавливаться из биомассы, опилок, и при этом ничем не отличаться от бутанола, полученного по традиционной технологии.

Среди его достоинств необходимо отметить:

  • большую энергетическую ценность;
  • меньшую агрессивность;
  • возможность смешиваться с бензином;
  • возможность прямой и полной замены бензина без переделки автомобиля.

Рассматривая спирт как замену бензину, стоит отметить, что плюсы и минусы биотоплива подобного типа достаточно очевидны, и все недостатки при необходимости могут быть успешно устранены. Однако в настоящее время такое биотопливо чаще всего применяется в смеси с обычным бензином, хотя технологии его получения, например из опилок, позволяют полностью реализовывать используемую биомассу и исключить нефть из употребления.

Преимущества биотоплива

1. При массовом внедрении регенеративных видов топлива ожидается значительное сокращение выбросов углекислого газа (на 50-70%) транспортными средствами. При сжигании биотоплива, в отличие от обычного, выделяется столько же CO2, сколько растения поглощают из воздуха в период роста.

2. Целенаправленное использование отечественного биотоплива в промышленности, сельском, коммунальном, транспортном и лесном хозяйстве приводит к снижению потребления сырой нефти. Это позволит надолго обеспечить сырьем предприятия тех отраслей, где минеральному сырью до сих пор нет альтернативы. Среди них заводы пластмасс и фармацевтические фабрики.

3. Подготовка, транспортировка, хранение и использование биологических видов топлива не связаны с риском возникновения экологической катастрофы, поскольку они легко разлагаются и не наносят вреда воде и почве. Предположение, что разведение энергетических растений приведет к распространению монокультур, считается необоснованным. Рапс, например, растет на одном участке не больше 4 лет подряд. Глубоко укореняясь, он и другие масличные культуры разрыхляют почву, делая ее пригодной для растений с поверхностной корневой системой (зерновые, кукуруза).

4. Производство биотоплива помогает в утилизации отходов сельского хозяйства и промышленных предприятий.

5. Биотопливо отличается низким потенциалом опасности для человека и окружающей среды.

Источники

  • https://cleanbin.ru/terms/bio-fuel
  • https://ZnanieAvto.ru/nuzhno-znat/biotoplivo-dlya-avtomobilej.html
  • https://ghard.ru/vidy-biotopliva-raznovidnosti-xarakteristiki-preimushhestva/
  • https://nefte-gaz.info/biotoplivo-vidy-glavnye-preimuschestva-i-nedostatki
  • https://trends.rbc.ru/trends/green/610a89709a7947d644d231bb
  • https://altenergiya.ru/bio/podarki-ot-prirody-biotoplivo.html

[свернуть]
Ссылка на основную публикацию