Виды биотоплива: сравнение характеристик твердого, жидкого и газообразного топлива

Виды биотоплива и его экологические характеристики

Дата публикации: 4 марта 2019

  • Биотопливо: сырье и технологии
  • Виды биотоплива
  • Плюсы и минусы биотоплива

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.

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.

Биотопливо

ВЛК — крупнейший в России завод по производству древесных пеллет мощностью до 1 млн тонн в год.

Биотопливо (англ. Biofuel) — топливо из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов.

Выделяют три вида биотоплива:

  • жидкое (биоэтанол, метанол, биодизель);
  • твёрдое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга);
  • газообразное (синтез-газ, биогаз, водород).

Биотопливо может быть углеродно-нейтральным [1] , поскольку все растительные культуры в определенной степени изолируют углерод из воздуха. Некоторые из них являются углеродно-нейтральными или даже углеродно-отрицательными, особенно многолетние культуры.

Содержание

  • 1 Поколения биотоплива
  • 2 Виды биотоплива
    • 2.1 Твёрдое биотопливо
    • 2.2 Жидкое биотопливо
    • 2.3 Газообразное топливо
  • 3 Биотопливо в альтернативном будущем
  • 4 Примечания

Поколения биотоплива

Растительное сырьё разделяют на поколения.

Сырьём первого поколения являются сельскохозяйственные культуры с высоким содержанием жиров, крахмала, сахаров. Растительные жиры перерабатываются в биодизель, а крахмалы и сахара — в этанол. С учётом непрямых изменений в землепользовании такое сырьё часто наносит больший ущерб климату, чем тот, которого удаётся избежать за счёт отказа от сжигания ископаемого топлива. Кроме того, его изъятие с рынка прямо влияет на цену пищевых продуктов. Почти всё современное транспортное биотопливо производится из сырья первого поколения, использование сырья второго поколения находится на ранних стадиях коммерциализации либо в процессе исследований.

Непищевые остатки культивируемых растений, траву и древесину (пеллеты) называют вторым поколением сырья. Его получение гораздо менее затратно, чем у культур первого поколения. Такое сырьё содержит целлюлозу и лигнин. Его можно прямо сжигать (как это традиционно делали с дровами), газифицировать (получая горючие газы), осуществлять пиролиз. Основные недостатки второго поколения сырья — занимаемые земельные ресурсы и относительно невысокая отдача с единицы площади.

Третье поколение сырья — водоросли. Не требуют земельных ресурсов, могут иметь большую концентрацию биомассы и высокую скорость воспроизводства. Кроме выращивания водорослей в открытых прудах существуют технологии выращивания водорослей в малых биореакторах, расположенных вблизи электростанций. Сбросное тепло ТЭС способно покрыть до 77 % потребностей в тепле, необходимом для выращивания водорослей.

Виды биотоплива

Биотопливо разделяют на твёрдое, жидкое и газообразное.

Твёрдое биотопливо

Дрова — древнейшее топливо, используемое человечеством. В настоящее время в мире для производства дров или биомассы выращивают энергетические леса, состоящие из быстрорастущих пород (тополь, эвкалипт и др.) [2] .

Альтернативной им являются топливные гранулы и брикеты — прессованные изделия из древесных отходов (опилок, щепы, коры, тонкомерной и некондиционной древесины, порубочные остатки при лесозаготовках), соломы, отходов сельского хозяйства (лузги подсолнечника, ореховой скорлупы, навоза, куриного помета) и другой биомассы.

Энергоносители биологического происхождения (главным образом навоз и т. п.) брикетируются, сушатся и сжигаются в каминах жилых домов и топках тепловых электростанций, вырабатывая дешёвое электричество.

Жидкое биотопливо

Основная статья: Биоэтанол

Биоэтанол — обычный этанол, получаемый в процессе переработки растительного сырья для использования в качестве биотоплива. Биоэтанол относят к биотопливу первого поколения, и производят из биомассы, такой как кукуруза, сахарный тростник или пшеница.

Биоэтанол является формой возобновляемой энергии, которая может быть получена из сельскохозяйственного сырья. Существует множество споров о том, насколько эффективен биоэтанол в качестве замены бензина. Опасения по поводу его производства и использования связаны, в первую очередь, с повышением цен на продовольствие из-за потребности в большом количестве пахотных земель, необходимых для выращивания сельскохозяйственных культур, а также объемов загрязнения при производстве биоэтанола, особенно из кукурузы.

Промышленное культивирование и биотехнологическая конверсия морского фитопланктона в настоящее время не достигли стадии коммерциализации, но рассматриваются как одно из перспективных направлений в области получения Биометанола. Потенциальными преимуществами использования микроскопических водорослей являются следующие:

  • высокая продуктивность фитопланктона (до 100 т/га в год);
  • в производстве не используются ни плодородные почвы, ни пресная вода;
  • процесс не конкурирует с сельскохозяйственным производством;
  • энергоотдача процесса достигает 14 на стадии получения метана и 7 на стадии получения метанола.

Биобутанол (C4H10O) — бутиловый спирт, который производился в начале XX века с использованием бактерии Clostridia acetobutylicum, а с средины века — из нефтепродуктов. Сырьём для производства биобутанола могут быть сахарный тростник, свёкла, кукуруза, пшеница, маниока, а в будущем и целлюлоза.

Диметиловый эфир (C2H6O) может производиться как из угля, природного газа, так и из биомассы. Большое количество диметилового эфира производится из отходов целлюлозно-бумажного производства. Диметиловый эфир — экологически чистое топливо без содержания серы, содержание оксидов азота в выхлопных газах на 90 % меньше, чем у бензина.

Биодизель — топливо на основе жиров животного, растительного и микробного происхождения, а также продуктов их этерификации. Для получения биодизельного топлива используются растительные или животные жиры. Сырьём могут быть рапсовое, соевое, пальмовое, кокосовое масло, или любого другого масла-сырца, а также отходы пищевой промышленности.

Газообразное топливо

Биогаз — продукт сбраживания органических отходов (биомассы), представляющий смесь метана и углекислого газа. Разложение биомассы происходит под воздействием бактерий класса метаногенов.

Биоводород — водород, полученный из биомассы термохимическим, биохимическим или другим способом, например водорослями. Метан синтезируется после очистки от всевозможных примесей так называемого синтетического природного газа из углеродосодержащего твёрдого топлива, такого как уголь или древесина. Этот экзотермический процесс происходит при температуре от 300 до 450 °C и давлении 1−5 бар в присутствии катализатора. В мире уже имеется несколько введённых в эксплуатацию установок получения метана из древесных отходов.

Онлайн помощник домашнего мастера

Биотопливо – что это такое? Обзор популярных видов и типов биотоплива. Методы производства в домашних условиях + инструкция

Большая часть современных машин, установок, механизмов и систем, функционируют используя нефть, уголь или природный газ в качестве топлива. Но не стоит забывать, что их запасы быстро уменьшаются и со временем вообще иссякнут. Уже в наше время возникают военные конфликты за право обладания территориями, богатыми природными ресурсами. Поэтому все более актуальным становится поиск другого, «неиссякаемого» источника энергии.

Многие исследователи в области энергетики считают, что именно биотопливо в будущем заменит использование нефти и газа. Сама идея использования биологических отходов в качестве топлива появилась относительно недавно, но уже показала эффективность биотоплива, как источника энергии. Поэтому, на данный момент, исследователи придумывают все новые и новые способы добычи биологического топлива.

Краткое содержимое статьи:

Где применяется биотопливо?

Фактически биотопливо на 100% заменяет обычное топливо. Оно может использоваться для обогрева помещений (брикеты, пиллеты, биогаз), как горючее для автомобильных двигателей (биодизель), или как другой вид топлива. Правда в таком случае, необходима замена некоторых механизмов. Например, биодизель более вязкий чем обычная солярка.

Использование биодизеля в качестве горючего, требует установки двигателя способного работать с более вязким топливом. Другим решением будет использовать смесь из биодизеля и классического дизеля. Такое топливо воспринимают все дизельные двигатели

По какой технологии производится биотопливо?

Прежде всего, необходимо заметить, что бывает твердое, жидкое и газообразное биологическое топливо. Для производства твердого биотоплива (брикетов и пиллетов), используются растительные отходы сельского хозяйства (стебли подсолнухов, листья кукурузу, солому…), отходы деревообрабатывающей промышленности (щепки, опилки, кора…), и другие растительные отходы.

На первом этапе, сырье измельчается. Затем просушивается и прессуется в блоки (в форме цилиндра или параллелепипеда). Для производства жидкого биотоплива используют специальные технические культуры (чаще всего рапс).

Первоначально сырье отжимается для получения растительного масла. Затем протекает химическая реакция с одноатомными спиртами, в результате которой получается биодизель.

Для производства биогаза подходят практически любые отходы животного и растительного происхождения. Сырье помещается в герметичный резервуар и заливается водой. В процессе брожения выделяется газ с высоким содержанием метана.

Добыча биотоплива своими руками

Для получения биотоплива в домашних условиях, не нужно обладать специализированным образованием или вкладывать огромные суммы денег. В данном разделе, мы подскажем вам как самостоятельно произвести «домашнее» биотопливо всего за несколько шагов.

Твердые виды биотоплива

Находим поставщика сырья. Это может быть владелец лесопилки, у которого много остатков производства (стружка, щепки, опилки), или крупный фермер, который рад будет избавиться от стеблей и листьев растений. Главное обеспечить постоянный источник сырья для вашего производства.

Подготавливаем помещение для производства вдали от жилых помещений (производство довольно шумное), и сухое складское помещение. Закупаем оборудование (измельчитель сырья, сушилка и машину для прессовки и нарезки). Оно не дешевое! Но оно быстро окупится, если производить брикеты не только для собственных нужд, но и для продажи.

Находим потенциальных покупателей (соседи, знакомые или небольшие предприятия). Это поможет не только обеспечить обогрев вашего дома, но и получить хорошую материальную прибыль.

Жидкое топливо на биологической основе

Высаживаем большие площади рапса, подсолнечника или сои. Это необходимое для производства сырье.

Подготавливаем помещение для производства топлива (большое и хорошо вентилируемое) и место складирования. Закупаем оборудование. Пресс для отжима масла, емкости для хранения (не металлические!), фильтры для очистки масла от примесей. Также понадобится метанол и гидроксид натрия.

Будьте внимательны! Для производства качественного топлива необходимо соблюдать все пропорции при изготовлении.

Находим покупателей. Биодизельное топливо хорошо подходит для неприхотливых двигателей тракторов. Попробуйте заключить контракт с тракторной бригадой или крупным агропредприятием.

Читайте также:  Всё о поливинилацетатной краске: достоинства и недостатки, ГОСТ и цена. Разница между ПВА водоэмульсионной и дисперсионной краской

Экологически чистые виды топлива

Проблематика использования современных энергоносителей часто основывается на низкой эффективности топлива и большого объема выбросов в конце жизненного цикла. Человечество продолжает оставаться на массовых источниках потребления, принимая во внимание еще один критерий – экономичность. Вместе с этим существующие виды энергоносителей совершенствуются, снижается вредное воздействие на окружающую среду после их использования. Именно поэтому экологически чистое топливо — это прежде всего сырье, имеющее минимальное количество посторонних веществ и присадок. В процессе использования, например, при сгорании, должно использоваться не менее 95 процентов активного состава.

Биотопливо, достоинства и недостатки

Исходным сырьем для получения этого типа энергоносителя является животная или растительная среда, промышленные отходы, продукты жизнедеятельности человека. Активная переработка начинается до того, как биомасса попадет в природный ареал, что уже позволяет делать вывод о снижении негативного влияния на окружающую среду.

Из поступающего на заводы биотоплива сырья получают этанол. Как альтернативный вид этот вид энергоресурса известен достаточно давно. При этом в настоящее время биоэтанол забыт ввиду начала массовой добычи «черного золота» и последующей переработки и получения нефтепродуктов. С фиксацией роста выбросов углекислого газа в атмосферу снова стали возвращаться существующие виды биотоплива. Для перехода на массовое производство необходимо оценить в полном объеме все преимущества и недостатки биологического топлива.

  • Мобильность. Перерабатывающие мощности можно развернуть вне зависимости от региональной принадлежности;
  • Снижение эксплуатационной стоимости двигателей;
  • Жидкое биотопливо, в отличие от бензина, является возобновляемым источником энергии;
  • При использовании сокращается выброс углекислого газа, снижается действие парникового эффекта;
  • В регионах, занятых выращиванием культурной растительности для производства альтернативных энергоресурсов, будет происходить активное поглощение оксида углерода.

Кроме положительных свойств, жидкое биотопливо имеет некоторые минусы:

  • Ограничивается региональная пригодность;
  • Используется большое количество воды;
  • Существует возможность повреждения экологической системы региона, где производится биотопливо для автомобилей;
  • Климатические ограничения.

Твердое биотопливо

Самый распространённый вид альтернативной энергии. Основная технология, по которой производится твердое биотопливо, — термохимический катализ. Различают агрегатные состояния энергоресурсов. Первичное применяется в необработанном виде на генерацию электричества или отопление. Сюда относятся каменный уголь и древесина. Вторичное состояние биотоплива как альтернативного источника энергии – видоизмененное под влиянием технологических процессов. Результат производства используется в промышленности, для поддержания работоспособности агрегатов, машин.

Древесина

Применяется в качестве первичного источника энергии. В регионе, где задействована древесина как экологический вид топлива, создается возможность для развития экономики, повышение энергетической безопасности района. Особенно актуально стоит вопрос для регионов, не обладающих достаточными запасами газа и нефти. Основные преимущества биотоплива состоят в прямой экономической выгоде, расширению сферы применения, отсутствию неактивности.

В каком виде используется:

  • Пеллеты;
  • Шайбы;
  • Брикеты;
  • Щепа;
  • Лесной массив, валежник.

Болотный и лесной торф

Представляет собой чистое топливо, которое может использоваться в первичном агрегатном состоянии. Свежий торф для топки не походит ввиду высокой влажности и наличия большого количества посторонних примесей. Чаще для нужд энергетики забирается верховой и переходный материал ввиду того, что эти виды дают минимальное количество отходов в процессе сгорания. Для загрузки промышленных и бытовых печей болотный и лесной топливный торф перерабатывают на специальных производствах. Получаются следующие виды экологически чистого топлива:

  • Торфяная крошка. Добывается фрезерным способом, затем просушивается. Используется редко, закладка малыми объемами;
  • Полубрикеты. Самый дешевый вид топлива. Требует установки дополнительных фильтрующих элементов в печи и бережного отношения при транспортировке;
  • Брикеты. На производстве смешиваются с другими материалами для усиления практических свойств;
  • Пеллеты. Гранулированные изделия.

Преимущества и недостатки биотоплива:

  1. Плюсы: подходит для всех типов котлов, быстро разгорается, держит температуру до 10 часов, КПД выше, чем у дров и угля, компактно в хранении.
  2. Легко воспламеняется, большое количеств золы, неприятный запах, активно впитывает влагу.

Топливо из сельскохозяйственных отходов

Побочные продукты животноводства, культурных растений, багасса и другие материалы могут активно использоваться во вторичном производстве. Использование биотоплива, полученного из отходов сельского хозяйства, имеет ярко выраженную региональную принадлежность. На практике такие продукты могут сжигаться в первичном состоянии в локации предприятия или использоваться в качестве сырья для получения экологических энергоресурсов.

При применении различных способов получения биотоплива получаются следующие виды материалов:

  • Жидкие – биодизель и биоэтанол (на основе растительных видов сырья);
  • В твердом виде. При производстве биотоплива используют кукурузу, семена подсолнечника, навоз и помет;
  • Газообразное.

Биотопливо животного происхождения

Получать энергоресурсы можно не только из растительного сырья. С использованием специальных реакторов можно получать экологически чистое топлива, примером которого можно считать биотопливо (дизель). Технология производства сводится к предварительной обработке жирового сырья, понижении кислотного числа. Конечными продуктами являются дистиллированный спирт, глицерин и керосин.

Жидкое биотопливо

Этот вид энергии приобретает популярность благодаря возможности использования в двигателях внутреннего сгорания. Это безопасный и экологически чистый источник питания для автомобилей и различной техники, в результате использования которого выделяется минимальное количество вредных остаточных продуктов. В такой концепции снижается вредное влияние на окружающую среду и внутренние детали мотора.

Классификация энергоресурсов выглядит следующим образом:

  • Биобутанол;
  • Биодизель;
  • Биометанол;
  • Биоэтанол.

Применение жидких материалов известно в домашних каминах, печах. Образует минимальное количество серы и сажи при сгорании.

Биоэтанол из растительных культур

Лидирует в списке альтернативных источников питания, применяемых для обеспечения потребностей подвижных машин и механизмов. Примером использования является смешанный с бензином биоэтанол. Для получения используется растительное сырье, — культурные растения. Технология производства основывается на спиртовом брожении на сахаре из таких видов сырья как кукуруза, тростник, свекла, некоторые зерновые, содержащие целлюлозу.

Биобутанол для заправки автомобилей

Положительная практика использования четырехуглеродного спирта, получаемого при ферментации растительного сырья, основывается на минимальном количестве выбросов. Существуют аналоги, вырабатываемые из нефти. Известно применение в крупной промышленности в замкнутом цикле производства. В настоящее время происходит улучшение технологии с целью формирования перспективы получения виду дороговизны бензина на рынке.

В сравнении с этанолом обладает следующими достоинствами:

  • Обладает высоким энергоресурсом;
  • Смешивается с бензином для получения обогащенной топливной смеси;
  • Химически устойчив;
  • Более экологическое топливо;
  • Характеризуется подтвержденными значениями сниженных CO и NOx.

Диметиловый эфир c 2 h 6 o

Производится из биомассы (угля или природного газа), в том числе из отходов целлюлозно-бумажных предприятий. Сжижение вещества происходит уже на низких давлениях. Первой из стран, взявшей на вооружение диметиловый эфир как биотопливный материал, стал Китай. Применение на практике ввиду чистоты продукта не требует установки фильтрующих систем. Для повышения эффективности сжигания необходимо некоторое перестроение оборудования и системы зажигания моторов. Вслед за Китаем концепция внедрения альтернативного источника энергоресурсов принята Московским департаментом транспорта. Сегодня использование биотопливного сырья возможно на таких автомобилях как Volvo, KAMAZ и Nissan .

Биометанол из одноклеточных водорослей

По составу и свойствам является аналогом обычного метанола. Применение материала достаточно широко развито в промышленности. Используется в качестве сырья для изготовления веществ группы формальдегидов, кислоты уксусной, растворителей.

Производство биометанола актуально вдали от газовых месторождений. Для этих целей используются целые плантации зеленых водорослей (в том числе искусственно культивируемых), которые впоследствии сбраживаются до простейшего спирта. Фитопланктон на практике обладает достаточно высокой продуктивностью. В отличие от других технологий, не задействует вода и почва, не оказывается влияние на соседствующие отрасли, например, сельское хозяйство.

Биодизель как альтернатива транспортному горючему

Истощение ископаемых природных ресурсов ставит перед современным поколением серьезную проблематику. Преимущества биодизеля как биотоплива состоит прежде всего в том, что его начинают активно получать и использовать в домашних хозяйствах. Именно так происходит в Европе, где на этом типе энергоносителя работают системы обогрева помещений, садовая техника, машины и агрегаты. Европейцы несколько десятилетий используют такой продукт для езды на автомобиле.

Газообразное биотопливо

Этанол и биодизель относятся к группе жидких энергетических веществ. Не менее интересны с точки зрения вытеснения привычных и неэффективных видов топлива газообразные вещества, полученные из восполняемых ресурсов. В группу данного агрегатного состояния входят биогаз, биоводород и метан. Способ производства аналогичен остальным технологиям, — сырьевая масса сбраживается до активного выделения более легких газов под воздействием активных бактерий. Для изготовления в частных условиях подойдет навоз, отходы мясобойного производства и даже канализационные стоки. В результате получается газ, сходный по составу с природным, но более чистый (не влечет негативных последствий для природы при сгорании). Активно используется в котельных и автомобилях.

Биогаз как замена природного газа

Биотопливо второго поколения характеризуется массовым производством из наиболее доступного сырья. Ученые полагают, что известные способы получения биотоплива уже сегодня позволяют найти выход из энергетического кризиса. Замена природного газа вполне возможна на промышленном уровне. Проблематика вопроса состоит в том, что для перехода потребуется переоснащение промышленных мощностей в международном масштабе. В частных условиях закупка специальных реакторов вполне может себя оправдать в горизонте 15-25 месяцев.

Биоводород полученный химическим методом

Альтернативная технология получения вещества, сходного по химической формуле, позволяет получить лишь аналог продукта. Между тем водородная энергетика уже занимает 6 место в мире по источнику альтернативных ресурсов. Электролиз как химический метод сегодня активно отрабатывается с целью генерации вне стационарных условий. Есть концепты автомобилей, готовых передвигаться на водороде, полученным от расщепления воды.

Солнечная энергия

Источник жизни на всей планете, активно используется в качестве резервного, а иногда и основного источника ресурсов. Генерация мощности происходит в специальных устройствах с последующим преобразованием в электрическую (через фотоэлектрические элементы) или тепловую (через коллекторы) энергию. Считается одним из самых чистых носителей, не оказывающих существенного влияния на окружающую среду.

Электрическая энергия

Особый вид материи, который используется в превалирующих секторах промышленности. На электричестве работает бытовая техника, гаджеты, освещение офисов и улиц, оборудование и агрегаты. Все больше в обиход входят электромобили. В сравнении с биоэтанолом, который используют в качестве энергоносителя, начинает отставать по стоимости производства. Экологический чистый источник ресурсов, в процессе потребления происходит только разогревание проводников, — среды для доставки электричества.

Человечество стоит на пороге перехода к более дешевым, экологически безопасным и возобновляемым источникам энергии. Концепция уже принята в развитых странах, в том числе находится в обиходе домашних хозяйств ввиду относительной легкости получения и наличия сырьевой базы.

Биотопливо — элемент современной экологической системы и новое направление инвестиций для бизнеса

Экономические теории позапрошлого века стали приближаться к действительности. Стало возможно просчитать время окончания запасов в недрах и на земле, человечество задумалось над альтернативами их восполнения. Выход из сложившейся ситуации – биотопливо.

Примерные подсчеты сведены в поданную ниже таблицу.

Динамика пополнения биологических ресурсов земли

Последние десятилетия, несмотря на упорное сопротивление нефтяных, угольных и газовых промышленных корпораций, дали нам технологии переработки органических отходов и полученные из них всевозможные виды биотоплива, которые завоевывают все большее энергетическое пространство.

Биотопливные источники энергии стремятся стать не менее эффективными по основным показателям, чем нефть или газ.

Биологическое топливо как источник экологической энергии

Биологическое топливо производится из продуктов сельскохозяйственного происхождения, органических отходов жизнедеятельности человека в местах его концентрированного размещения.

Другими словами, сырьем для биотоплива является то, что до сих пор выбрасывалось и создавало огромные кучи мусора и свалки по всей планете. Вот что такое биотопливо, и посему оно приобретает все большую ценность в нашем мире.

В этом главное преимущество биологического топлива перед традиционными источниками получения энергии. Вторым существенным преимуществом является экологичность продуктов сжигания биотоплива в сравнении с канцерогенными выхлопами бензиновых и дизельных двигателей.

К существенным недостаткам биотоплива можно отнести следующие:

  • низкая теплотворная способность в сравнении с бензином;
  • более высокая себестоимость производства биотоплива;
  • коррозионность состава масел биотоплива для тех материалов, которые используются в частях машин и механизмов.

Справедливо сказать, что развитие технологий не стоит на месте, и, безусловно, специалисты и ученые стремятся упростить и удешевить получение биотоплива, при этом максимально улучшив энергетические характеристики каждого вида разрабатываемого биотоплива.

Прогресс в этом направлении огромен за то короткое время, что прошло с начала развития биотехнологий в топливе.

Изготовление биотоплива возможно буквально в любой точке планеты, в отличие от жестко привязанных к недрам нефти и газа. Рассмотрим основные его виды и технологии добычи.

Многообразие сырья для биологического топлива гарантирует полное обеспечение потребностей

Жидкое биотопливо получают из растительных масел путем перегонки масла с добавлением катализаторов и получения биодизеля и побочного продукта, глицерина.

Производство жидкого биотоплива каждый из нас наблюдал или производил самостоятельно в виде самогона, он же этанол.

В мире сырье для производства жидкого топлива используют различное, вот основные разновидности получаемого конечного продукта:

  • биоэтанол;
  • биометанол;
  • биобутанол;
  • диметилэфир;
  • биодизель.

Кукуруза — основное сырье для биоэтанола и биобутанола

Из кукурузы и сахарного тростника производят биоэтанол. Это производство на 90% развито в Бразилии и США, они основные поставщики сырья.

Широко известно производство из этих же составляющих биобутанола, что развивается в США.

Биобутанол является спиртом и имеет широкое применение в промышленности. Сырьем для него может служить также свекла, пшеница, маниока, ведется работа по расщеплению целлюлозы.

Культивация биопланктона для производства биотоплива

Рапс — основная масличная культура для производства биодизеля

Промышленная культивация биопланктона в воде поставляет сырье для метанола. Этот проект поддерживается всеми европейскими прибрежными странами, и является очень экономичным вследствие несметных запасов биомассы в мировом океане.

Экологически чистым видом биотоплива является диметиловый эфир. Производство его экономично, так как не требует дополнительных переработок по очистке, а продукт экологически чистый, содержание серы в нем практически стремится к нулю.

Самые высокие технические характеристики биотоплива получаются из рапсового масла.

Производство биодизеля из рапса включает следующие этапы:

  • тонкая очистка рапса;
  • отжим рапсового масла и получение жмыха;
  • этерификация рапсового масла через добавление катализатора;
  • сепарация или отделение биодизеля от глицерина.

Используется биологическое топливо в концентрированном виде или смешивается с традиционным топливом для дизеля в целях получения более чистых выбросов в окружающую среду.

Читайте также:  Алюминиевые двери: описание с фото, отзывы

Кроме рапса, для производства биодизеля может использоваться любое масло растительного или животного происхождения, а также жиры микробного происхождения.

Популярно использование в мире биобензина – вида жидкого биотоплива, основанного на 99,9% из этилового спирта и добавлении присадок и добавок, снижающих коррозию и сохранность резиновых частей в традиционных конструкциях двигателя и топливной системы автомобилей.

При регулярном использовании этого экологичного вида биотоплива конструкция автомобиля может быть изготовлена из другого конструкционного материала: нержавеющей стали или пластика, нерастворяемых этанолом.

В этом случае можно использовать в автомобиле в качестве топлива и обычный бензин, и биобензин.

Биотопливо е 95 – одна из популярных и применяемых в автомобильном мире марок биобензина.

Среди множества преимуществ использования е95 выделим основные:

  • сниженная цена топлива;
  • снижение концентрации вредных веществ — при сгорании удлиняет сроки эксплуатации масла, фильтров;
  • не образуется нагар на свечах зажигания;
  • свежий воздух вокруг вас при движении;
  • двигатель не перегревается во время сильной жары и в пробках;
  • этанол более безопасен при ДТП, так как имеет меньшую температуру возгорания и подверженность к взрывам, чем бензин.

К недостаткам использования биобензина специалисты причисляют повышение расхода топлива при использовании его в инжекторных моделях автомобилей, более низкую теплотворную способность в сравнении с традиционным топливом.

Стоимость производства единицы тепловой энергии

На сегодняшний день состояние мировой экономики и технологий не готово к массовому переходу на использование биотоплива, хотя задача сохранения экологии и окружающей среды продолжает оставаться ключевой для цивилизации.

Биологическое топливо имеет свои особенности, которые в условиях массового использования бензина, нефти, газа из недр земли, являются недостатками.

Конструкционные материалы, используемые во всех без исключения машинах и механизмах неустойчивы к реакциям биотоплива, корродируют, выходят из строя.

Новые конструкционные материалы, и тем более двигатели, устойчивые к воздействиям органических масел, пока не созданы или имеют недостаточно эффективные технические характеристики.

Другой глобальной проблемой при использовании органических растительных продуктов как сырья для биотоплива заключается в увеличении площадей посевов, которые на планете ограничены.

Современные технологии также не предлагают пока решений для массового внедрения.

Твердое биологическое топливо: экономичность и снижение себестоимости продукции

Из тех же органических продуктов, что и биотопливо жидкое, производится и твердое биотопливо, имеющее не менее широкую сферу применения в промышленности и сельском хозяйстве.

  1. Итак, твердое топливо изготовляется из всевозможных продуктов органического происхождения. Это могут быть части растений, продукты их биологической переработки животными, отходы жизнедеятельности человека.
  2. Основная трудность производства твердого биотоплива состоит в применении технологий для расщепления целлюлозы.
  3. Ученые изучают различные естественные процессы, чтобы смоделировать процесс расщепления, происходящий в природе с помощью живых существ и их внутрижелудочной ферментации.
  4. Сырьем для создания твердого биотоплива является так называемая биомасса — приготовленная в необходимой консистенции и составе готовая смесь из органического продукта.
  5. Изготовление твердого биотоплива заключается в выжимании или выпаривании жидкости из биомассы при регулярном равномерном перемешивании и формирование сухого продукта.
    Популярными и эффективными формами твердого биотоплива являются:

  • брикеты;
  • гранулы;
  • пеллеты.

Общая схема получения топлива из биомассы

Распространенным видом сырья для твердого биотоплива является древесина.

Как самые пригодные для производства твердого биотоплива используются:

  • сухие ветки;
  • щепки;
  • опилки;
  • отходы от работы деревообрабатывающей и лесной промышленности.

Если вам интересно, как производится твердое биотопливо — презентация работы пресса по изготовлению биотоплива из опилок, представлена на видео.

Производство топливных гранул из древесины

Сырье прессуется под большим давлением, без добавления каких либо составляющих в брикеты или гранулы цилиндрической формы, затем просушивается.

Такой продукт имеет хорошие показатели теплотворности и себестоимости, экологичен, практически не имеет каких либо отходов.

Для сравнения, примерная теплотворная способность органических источников тепла:

  • дерево влажное: 2400 ккал/кг, зольность до 30%;
  • дерево сухое: 2900 ккал/кг, зольность до 20%;
  • уголь бурый: 3910 ккал/кг, зольность до 40%;
  • уголь черный: 4900 ккал/кг, зольность до 30%;
  • брикеты из опилок: 4400 ккал/кг, зольность до 1%.

Таким образом, то же количество тепла можно получить, сжигая в два с половиной раза меньше сырья, если использовать биотопливо из опилок.

Производство пеллет из опилок

Производство биотоплива из отходов древесины приобрело распространенный характер, заводы по производству пеллет возводятся в прогрессирующих темпах.

Для обогрева жилых домов, производственных помещений широко используются котлы на биотопливе, для обслуживания больших площадей строятся экологичные котельные на биотопливе, применяющие топливные брикеты из древесины.

Биологическое топливо для биокаминов Fanola из древесины

Древесина используется как сырье в производстве топливной жидкости для каминов под названием Fanola. Это жидкость полностью биологического происхождения, не выделяющая токсинов при горении, не дымящая, не требующая при установке камина дымоходов и вентиляции.

Объем образующегося СО2 сравним с выдыхаемым человеком. Теплотворная способность биотоплива для камина Fanola на 40% выше, чем при сгорании древесины.

В приморских районах популярно производить биотопливо из водорослей. Низкая себестоимость, высокое содержание углерода в определенные периоды года, хорошая урожайность такого вида водорослей как морская капуста.

Laminaria digitata рассматривается как важнейшее сырье для производства биотоплива. Водоросли составляют более 50% всей биомассы на планете, при этом не требуют затрат на возделывание и самовосстанавливаются с известной периодичностью.

Совет. Если у вас небольшая ферма или производство, то установите себе оборудование для производства биологического топлива, так как оно окупится в ближайшие несколько лет.

Установки на биологическом топливе в домашних хозяйствах

Фермерские хозяйства и животноводческие комплексы успешно производят биотопливо из навоза. Технология основана на процессе брожения навоза под воздействием тепла в специальных герметичных бункерах, отделении жидких удобрений, выпаривании излишней жидкости и сушка твердого продукта.

При брожении выделяется биогаз, что используется для обогрева помещений и приготовления пищи, как биотопливо для теплиц или для печей.

Производство твердого топлива из навоза

Достаточные объемы собственного сырья делают такой безотходный животноводческий комплекс эффективным. Котельная на биотопливе, обслуживающая все участки собственного хозяйства, отопление, газ, электричество, полученные из собственного сырья, значительно удешевляют суммарную себестоимость продукции.

При наличии достаточного сырьевого ресурса несложно производить биотопливо своими руками. Экономически проект производства биотоплива в домашних условиях имеет смысл, когда его количество способно выполнить какую-либо самостоятельную энергетическую задачу.

Достаточно сделать расчет ежедневной нормы сырья для получения энергии, потребляемой ежедневно в хозяйстве на основные потребности, перечисленные ниже:

  • генератором биотоплива для поддержания процесса производства;
  • потребление энергии на обогрев помещений;
  • потребление энергии на приготовление пищи;
  • потребление энергии на обеспечение сельскохозяйственных производственных процессов.

Солома — основное сырье для топливных брикетов

Следующим этапом будет изучение самого технологического процесса, его протяженности во времени и необходимого оборудования. Необходимо иметь или изучить основы физики процессов, чтобы правильно построить.

Основные технологические конструкции и составные элементы нетрудно найти на фото в интернете. Инструкция по изготовлению часто выкладывается мастерами на форумах, и сами они охотно делятся секретами и вопросами, как сделать тот или иной элемент наиболее эффективно.

Домашние биотопливные установки могут производить данный ресурс разных видов и состояний, стопроцентно используя сырье и попутные продукты каждого из этапов его переработки.

Например, получая биотопливо для парника, параллельно производят биогаз для обогрева и приготовления пищи. Таким образом, из имеющихся отходов получаем биотопливо второго поколения.

В условиях домашнего хозяйства можно воссоздать многие технологии производства биотоплива так как они первоначально и были подсмотрены у природы.

В основе их, получение энергии в результате естественных природных процессов:

  • нагревание естественным путем или с незначительным добавлением катализаторов;
  • сушка;
  • прессование в брикеты;
  • сбор газа от брожения навоза;
  • современные приборы контроля за процессами.

Заключительным в цепочке является транспортирование до места потребления, которым в большинстве случаев является котел.

Биотопливо своими руками: производство биотоплива, плюсы и минусы самостоятельного изготовления

Добыча и использование ископаемого топлива разрушает нашу планету

На самом деле бензин и дизельное топливо – это древнее биотопливо. Но их причисляют к ископаемым видам топлива, поскольку они происходят из разложившихся растений и животных, которые были погребены под землей миллионы лет назад. Отличие биотоплива в том, что оно производится из растительного или животного сырья, полученного в настоящий момент.

Рассмотрим теперь преимущества и недостатки использования биотоплива.

Твердое биотопливо

Дрова, как и столетия назад, продолжают использоваться для получения тепловой и электрической энергии. Примером крупнейшей в Европе электростанции, работающей на данной биомассе, является Австрийская ТЭЦ. Ее мощность — 66 МВт.

Не смотря на то, что в мире активно разрабатываются и финансируются проекты по созданию энергетических лесов, где выращивается древесная биомасса, все большее внимание привлекает к себе использование для получения биотоплива различных продуктов деревообрабатывающей промышленности. Такие предприятия уже достаточно хорошо развиты и активно поставляют на рынок свои продукты. К ним относятся топливные брикеты и топливные гранулы – пеллеты.

Для получения топливных брикетов различные биоотходы, такие как птичий помет и навоз, высушиваются и прессуются. Полученные брикеты используются для отопления жилых и производственных помещений.

Аналогично применяются и топливные гранулы – пеллеты. Их вырабатывают из опилок, щепы, коры, некондиционной древесины, соломы, отходов сельского хозяйства (лузги подсолнечника, ореховой скорлупы). Для получения пеллет биомасса сначала измельчается в муку, затем поступает в сушилку, а из нее ─ в специальный пресс, где под действием давления и высокой температуры содержащийся в древесных отходах лигнин становится клейким. Он дает возможность получить на выходе готовые цилиндрики биотоплива. Отличительным качеством топливных гранул является их малая зольность — около 3 %.

Технология получения топливного торфа, используемого для отопления жилых домов, также проста. Непосредственно из места добычи сырье доставляется на торфоперерабатывающий завод, где торф очищается от посторонних включений (просеивается), высушивается и прессуется в брикеты.

Еще один вид биотоплива – древесная щепа – используется в Европе на крупных ТЭЦ мощностью от одного до нескольких мегаватт. Выработка древесной щепы производится непосредственно на лесозаготовках или на производстве при помощи специальных рубительных машин – шредеров. В качестве сырья обычно применяется тонкомерная древесина и остатки лесозаготовки – сучья, кора, пни и др.

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.


Хотя в ближайшем будущем биотопливо вряд ли сможет полностью вытеснить традиционные углеводороды, развитие этой отрасли возобновляемой энергетики способствует сохранению запасов полезных ископаемых

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.

Жидкое биотопливо


Жидкое биотопливо становится все популярнее благодаря своей экологичности и безопасности. Основное применение находит в двигателях внутреннего сгорания. Этот вид топлива получают в результате переработки различного растительного сырья.

Различают основные виды жидкого биотоплива:

  1. Биоэтанол
  2. Биобутанол
  3. Биометанол
  4. Биодизель

Биоэтанол

Занимает лидирующую позицию в списке жидких биотоплив. Сфера его применения – обычные авто, также в последние годы он используется как биотопливо для домашних каминов. Биоэтанол в смеси с бензином как топливо обладает целым рядом преимуществ по сравнению с обычным бензином: он улучшает работу двигателя машины, увеличивает его мощность, не перегревает двигатель, не образует сажи, нагара и дыма.

Биоэтанол – отличная альтернатива для любителей каминов. Поскольку он не образует дыма, сажи и выделяет при горении малое количество углекислого газа. Может использоваться для отопления каминов даже в многоквартирных домах. При этом полностью отсутствуют потери тепла, как обычно бывает при эксплуатации обычных каминов с наличием дымоходной трубы.

Производится по технологии спиртового брожения из сырья, содержащего крахмал или сахар: кукуруза, зерновые, сахарный тростник, сахарная свекла. Экономически оправданным является получение этанола из сырья, содержащего целлюлозу.

Биобутанол

Как топливо для двигателей более предпочтителен, чем биоэтанол: он лучше смешивается с бензином, может использоваться и как отдельное топливо. Для его получения используют традиционные культуры: сахарный тростник, кукурузу, пшеницу, сахарную свеклу. Пока менее популярен, чем биоэтанол.

Биометанол

Технология его производства пока несовершенна и требует внедрения еще многих инновационных разработок. Предполагается получать его путем биохимического преобразования морского фитопланктона, культивируемого в специальных водоемах. Но пока не удается наладить производство в промышленных масштабах. Сферы применения биометанола такие же, как и у обычного метанола. Это производство ряда веществ (формальдегида, метилметакрилата, метиламинов, уксусной кислоты и др.), в качестве растворителя и антифриза.

Биодизель

Используется в автомобильных двигателях как отдельно, так и в смеси с привычным дизельным топливом. Кроме отсутствия отрицательного воздействия биодизеля на окружающую среду, многочисленные исследования выделили и еще одно его преимущество. За счет содержания малого количества серы смазочные способности биодизеля лучше, что способствует продлению срока службы серийных двигателей. Сырьем для получения биодизеля могут быть как растения (хлопок, соя , рапс), так и жирные масла( пальмовое, рапсовое, кокосовое), водоросли.

Историческая справка

Первые шаги к созданию биотоплива предпринимались с появления бутанола (бутилового спирта). Тогда использовался процесс ферментации с участием бактерии Clostridium acetobutylicum, называемый также ABE-процессом по названию трёх конечных продуктов брожения – ацетона, бутанола и этанола. Огромное значение в развитии биотоплива сыграла автопромышленность. Уже в 1826 американский изобретатель С. Мори создал двигатель, топливом для которого служили спирт и скипидар. Было доказано, что растительное масло вполне можно употреблять в качестве горючего для паровых машин и пароходов. В 1876 немецкий изобретатель Н. Отто создал первый в мире четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания, работавший на этаноле. Различными модификациями этого двигателя мы пользуемся до сих пор. Создавались и ещё более необычные проекты. Например, в 1895 Р. Дизель предложил тип дизельного мотора, основанного на использовании арахисового масла. Г. Форд был настолько уверен в будущем спиртовых автомобилей, что даже построил на Среднем Западе США спиртоперегонный завод, куда вложил немалые средства. Во время 1-й мировой войны автомобили большинства стран мира использовали этанол в качестве топлива наряду с бензином.

Читайте также:  Виниловый сайдинг (76 фото): пластиковый материал для наружной отделки дома, монтаж фасадных панелей из ПВХ своими руками

В 17 в. Я. Б. ван Гельмонт обнаружил, что разлагающаяся биомасса выделяет воспламеняющиеся газы. А. Вольта в 1776 пришёл к выводу о существовании зависимости между количеством разлагающейся биомассы и количеством выделяемого газа. В 1808 сэр Г. Дэви обнаружил метан в биогазе. Первая биогазовая установка была построена в Бомбее в 1859. В 1895 биогаз применялся в Великобритании для уличного освещения. В 1930, с развитием микробиологии, были обнаружены бактерии, участвующие в процессе производства биогаза. В СССР исследования проводились в 1940-х гг.; в 1948–54 была разработана и построена первая лабораторная установка. Наблюдается устойчивая тенденция использовать биогаз для решения самых разнообразных энергетических вопросов: отопления жилья, получения электричества, производства надёжного автомобильного топлива. В то же время механизмы его производства постоянно совершенствуются, разрабатываются новые, более практичные и экономные способы получения качественного топлива.

Газообразное биотопливо


Различают два основных вида газообразного топлива:

  • Биогаз
  • Биоводород

Биогаз

Продукт брожения органических отходов, в качестве которых могут использоваться фекальные остатки, сточные воды, бытовые отходы, отходы забойных производств, навоз, помет, а также силос и водоросли. Представляет собой смесь метана и углекислого газа. Еще одним продуктом переработки бытовых отходов при получении биогаза являются органические удобрения. Технология производства связана с преобразованием сложных органических веществ под воздействием бактерий, осуществляющих метановое брожение.

В начале технологического процесса осуществляется гомогенизация массы отходов, затем подготовленное сырье подается с помощью загрузчика в подогреваемый и утепленный реактор, где непосредственно и происходит процесс метанового брожения при температуре примерно 35-38 °С. Масса отходов постоянно перемешивается. Образующийся биогаз поступает в газгольдер (используется для хранения газа), а затем подается на электрогенератор. Полученный биогаз заменяет обычный природный газ. Можно использовать как биотопливо, либо вырабатывать из него электроэнергию.

Биоводород

Можно получить из биомассы термохимическим, биохимическим либо биотехнологическим путем. Первый способ получения связан с нагреванием отходов древесины до температуры 500—800 °C, в результате чего начинается выделение смеси газов – водорода, моноокиси углерода и метана. В биохимическом способе используются ферменты бактерий Rodobacter speriodes, Enterobacter cloacae, вызывающие продукцию водорода при расщеплении растительных остатков, содержащих целлюлозу и крахмал. Процесс протекает при нормальном давлении и невысокой температуре. Биоводород используется при производстве водородных топливных элементов на транспорте и в энергетике. Широкого применения пока не имеет.

Производство биогаза в домашних условиях

  1. Выкапываем яму для резервуара. Стены резервуара могут быть из любого материла, главное, чтобы он был герметичным. Объем резервуара зависит от ваших нужд (из одного килограмма биологических отходов, выделяется пол килограмма биогаза).
  2. Наполняем резервуар био мусором (растительные и животные отходы), заливаем водой и герметично закрываем крышкой (не забывая проделать канал, через который газ будет попадать в емкость для хранения.
  3. Через металлическую трубу соединяем резервуар для брожения биомусора с емкостью для хранения.
  4. Подсоединяем систему к газовому котлу для обогрева. Не забываем про регуляторы давления. Этот этап лучше доверить специалисту! Неправильная эксплуатация системы может привести к утечке газа и взрыву.

НЕОБХОДИМЫЕ ДОРАБОТКИ СИСТЕМ АВТОМОБИЛЯ ДЛЯ РАБОТЫ НА БИОЭТАНОЛЕ

Существует и сугубо российская проблема. По давней традиции наше государство считает спирт веществом антисоциальным и оберегает от него граждан налогами и ограничениями. При таком раскладе стоимость спиртового горючего едва ли будет привлекательнее, чем привычного бензина. И разрешат ли продавать этанол круглосуточно.

Есть и препятствия глобального масштаба. Одно из них — отсутствие единых стандартов и требований к биотопливу. Где гарантии, что, например, колесящему по Германии многотопливному «Опелю» понравится биобензин в соседней Франции, изготовленный из другого сырья? Поэтому современные модели, работающие на биотопливе, обычно не брезгуют бензином или дизтопливом.

Биоводород:

Биоводород – газообразный продукт, полученный из биомассы биохимическим или термохимическим способом.

При биохимическом способе воздействия – процесс расщепления биомассы инициируют особые бактерии. При термохимическом способе биомассу нагревают до 800°С без доступа кислорода. В ходе реакции из биомассы выделяется H2, CO и CH4.

Водород также могут производить из канализационных стоков или морской воды отдельные виды зеленых водорослей (к примеру, Chlamydomonas reinhardtii).

В промышленных масштабах применение водорода ограничено, поскольку при взаимодействии с воздухом образуется гремучая смесь, которая крайне взрывоопасна.

Дрова:

Дрова сегодня считаются одним из самых популярных видов топлива биологического происхождения. Для получения больших объемов дров высаживаются энергетические лесные массивы, с которыми ассоциируются быстрорастущие леса, кустарники и травы (акация, тополь, кукуруза). Посадку биотехнологических культур, как правило, выполняют в шахматном порядке или квадратно-гнездовым способом. Нередко, практикуется высадка в междурядье деревьев других сельскохозяйственных быстрорастущих культур (комбинированный способ). От момента посадки до полного среза деревьев или растительных культур должно пройти не менее 4-6 лет. В развитых странах мира практикуется обслуживание целых плантаций быстрорастущего тополя и ивы. В Северной Индии выделены огромные площади для высадки эвкалипта и тополя. Главной целью данных мероприятий является получение больших объемов экологически чистого и энергоемкого топлива для обогрева жилищ и закрытых производственных площадок.

Подведение итогов

Биодизель – это очень перспективный вид топлива. В США и странах Запада оно активно используется на протяжении уже более чем двадцати лет, но в России ему уделяется мало внимания. Виной тому является высокая себестоимость изготовления биодизеля.

При сгорании биодизельное топливо практически не выделяет вредных веществ, что положительно сказывается на состоянии окружающей среды. Производство является безотходным, так как все что остается от растительных волокон после выжимки масел, отдается на корм животному скоту.

Медленно, но верно спрос на биодизель растет. Это привлекает инвесторов со всего мира. В ближайшей перспективе прогнозируется бурный рост показателей производства биотоплива.

Биометанол:

Биометанол применение в качестве моторного топлива для двигателей внутреннего сгорания. Общая доля использования продукта в качестве топлива для легковых и грузовых автомобилей составляет 20 %. На базе биометанола сегодня создана уникальная угольная суспензия «метакол», которая является альтернативой применения топочного мазута, но в отличие от него обладает более высокой энергоемкостью и не требует использования специальных котлов. Среди ярких достоинств данного продукта, следует выделить: малый выброс углекислого газа в атмосферу и возможность утилизировать органические отходы. К недостаткам необходимо отнести: наличие бесцветного пламени, что может создавать аварийную ситуацию и травление внутренних полостей карбюраторов и алюминиевых систем.

Технология производства биометанола на данный момент четко не отлажена. Перспективным направлением является процесс получения продукта из фитопланктона, посредством биохимического преобразования исходного сырья. Процесс преобразования включает брожение биомассы, а затем прямое окисление метана.

Преимущества данной технологии очевидны: не требуется пресная вода и почва. Фитопланктон имеет хорошую энергетическую отдачу и обладает высокой продуктивностью.

Сфера применения биометанола не ограничивается автомобильной отраслью – продукт также широко используется в химической промышленности для получения метиламинов, формальдегидов, растворителей, его добавляют в антифризы и природный газ.

Биодизель:

Биодизель – продукт биологического происхождения на основе животных и растительных жиров (масел), а также их производных.

Биодизель обладает множеством достоинств:

а) отличные смазочные качества продукта позволяют существенно продлить срок эксплуатации двигателей внутреннего сгорания;

б) полностью распадается при попадании в почву, не причиняя вреда животным и растениям;

в) не содержит серы в отличие от дизельного топлива;

г) позволяет вводить в оборот ранее неиспользуемые низкокачественные земли сельскохозяйственного назначения;

д) остаточный компонент производства биодизеля – жмых можно в дальнейшем использовать в качестве корма для скота.

Для производства биодизеля в разных странах мира используется рапс и его разновидности, соя, касторовое, кокосовое и пальмовое масло, растение ятрофа из семейства молочайных.

В последние годы учеными ведутся работы по совершенствованию технологии получения биодизеля из водорослей. Эксперты подсчитали, что с одного акра земли можно получить 2400 литров пальмового масла, а с водной поверхности – 3570 баррелей бионефти (где один баррель приравнивается к 150 литрам).

Плюсы и минусы использования биотоплива

Что такое биотопливо?

Биотопливо — это топливо, которое производится из растительного либо животного сырья, органических отходов. Виды биотоплива подразделяются на твердое, жидкое и газообразное.

Твердое биотопливо

Благодаря развитию технологий, сегодня уже существует много различных типов твердого биологического топлива. Среди них можно отметить продукты на деревянной основе, отходы лесной промышленности:

  • прессованные опилки;
  • щепки;
  • кора деревьев;
  • солома.

А также отходы аграрного производства:

  • подсолнечная лузга;
  • ореховая скорлупа;
  • навоз.

Эти материалы и отходы проходят стадии обработки и прессования, после чего принимают гранулированную форму длинной до 30 мм, диаметром до 10 мм. Гранулы называются пеллетами. Также из стружки и опилок изготавливают брикеты. Переработка опилок в производстве позволяет сохранить гектары леса. Также такой источник энергии более экологически чистый, в отличие от угля. При сгорании дерева и его отходов не выделяется вредных веществ.

Пеллеты на протяжении последних лет занимают верхние позиции среди видов альтернативного топлива для котлов отопления. Ими хорошо заменять солярку, дрова, уголь, либо использовать для работы специальных генераторов. При их сгорании отсутствует дым, выделяется больше тепла, чем от прочих горючих материалов.

Жидкое биотопливо

Чаще применяется в автомобильной промышленности. К нему относят спирты, полученные путем переработки растительного сырья (крахмало и сахаросодержащих культур):

  • биоэтанол;
  • биометанол;
  • биобутанол;
  • демитиловый эфир;
  • биодизель.

Остановимся более подробно на биодизеле. Основным источником для его получения является рапс и соя. До недавнего времени в значительных объемах использовалось и пальмовое масло, однако результаты последнего изучения вопроса Европейской комиссией показали, что выбросы парниковых газов из биодизеля, произведенного на пальмовом масле, могут превышать более чем в три раза выбросы в атмосферу, по сравнению с обычным дизтопливом, поэтому с 2021 года его производство в ЕС будет запрещено. Однако это не касается остальных видов сырья.

Также применяют подсолнечное, арахисовоее, кокосовое и льняное масло. Самой эффективной культурой для производства биодизеля считается рапс. Одним из преимуществ биодизеля является возможность смешивания его с обычным дизелем в разных пропорциях. Также он обладает высоким уровнем воспламеняемости.

Заметим, что его применение значительно продлевает срок службы дизельного двигателя, так как биодизель является одновременно и первоклассной смазкой.

Газообразное биотопливо

Газообразное топливо получают путем брожения органических отходов, либо с помощью термохимических и биохимических реакций. Брожение происходит под воздействием бактерий. Основным видом газообразного биологического топлива является биогаз. К его разновидностям относится биоводород (получается в процессе бутилового либо ацетонобутилового брожения различных растений). Большой плюс, что в быту биогаз, может применяться в тех же отраслях, где используется обычный природный газ.

Из чего делают биотопливо

Растительное сырьё, из которого производится биотопливо, подразделяется на три поколения. К первому относятся такие культуры как кукуруза, сою и рапс.

Большая часть биотоплива производится путем переработки кукурузы. Этанол, который получают из кукурузы, имеет хорошие устойчивые показатели. В конце производственной цепочки, остается продукт распада – зерновой дистиллят. Им разрешается кормить рогатый скот.

Это две аграрные культуры богатые маслами. В частности, их используют для производства биодизеля и топлива для реактивных двигателей. Их переработка не требует тяжелого технологического процесса, поэтому не является дорогостоящим процессом, и в скором времени, может получить статус производства в промышленных масштабах. Получаемое масло часто используют и в пищевой промышленности.

В производстве топлива сахарный тростник имеет неофициальное название «вторая кукуруза». Если в кукурузе на переработку идут семена, то в тростнике главный элемент — стебель. Так как сахарный тростник может расти только в тропическом поясе, есть очевидное региональное ограничение в его производстве.

Ко второму поколению сырья относится древесина и трава, а также непищевые остатки сельскохозяйственных культур. К третьему – водоросли.

Биотопливо из водорослей

Водоросли — это простые организмы, способные к быстрому росту в загрязненной либо соленой воде. Большим преимуществом водорослей является то, что они содержат в сотни раз больше масла в сравнении с сырьем 1-го поколения. Поэтому исследования в направлении производства топлива из водорослей считаются очень перспективными. В США ведутся разработки по генетической модификации этих растений с целью получения наилучших результатов.

К недостаткам можно отнести чувствительность водорослей к температурным скачкам. Поэтому выращивание водорослей довольно сложный процесс, требующий особого контроля.

Плюсы и минусы биотоплива

Биотопливо уже успело закрепить за собой статус конкурентоспособного источника энергии. Этому способствует привлекательная стоимость, экологичность биотоплива, и что самое главное для производителей – источник сырья – возобновляемые ресурсы.

Среди минусов можно отметить ограничения по региональной пригодности, растительное масло часто может выращиваться лишь в некоторых регионах из-за собственных особенностей роста в зависимости от климата. Также для производства необходимы большие площади земли.

Тенденции мирового рынка биотоплива

Популярность биотоплива во-первых обусловлена энергетической безопасностью, во-вторых это одно из направлений борьбы против глобального потепления, за счет снижения выбросов в атмосферу.

Биотопливо – альтернатива всем обыденным видам энергетических источников. Все виды транспорта стараются использовать биотопливо, так как это дешевле и чище в процессе сгорания. Высокая потребность на это топливо, способна значительно поменять состояние дел на рынке энергоносителей.

Согласно прогнозам независимого общества энергетики, к 2025 году дефицит нефтепродуктов составит 14%.

По состоянию на 2012 год, выработка биотоплива составила 110 млрд литров. Такие темпы производства, в лучшем случае смогут покрыть только 7% на 2021 год, что является не совсем хорошим показателем.

К сожалению, увеличение производства пока не идет в ногу с увеличением потребности населения и промышленности. Сегодня многие государства мира начинают все больше уделять внимания программа по разработке и производству биотоплива. Согласно прогнозу специалистов в 2020 году производство экологической энергии в мире вырастит до 36%, а к 2040 году она может достичь 48%.

Ссылка на основную публикацию