Экотопливо в современной жизни

Экотопливо в нашей жизни

Всем как мы знаем, что большая часть обширно применяемых современных источников энергии, таких как нефть, газ и уголь, к сожалению, относятся к категории не возобновляемых. Иными словами они непременно закончатся. По данной причине наиболее развитые державы мира со второй половины 20 века деятельно разрабатывают экотопливо – возобновляемый вид чистой энергии.

Какие конкретно виды экологического горючего уже употребляются

Вопрос получения экологичной энергии не так несложен, как может показаться на первый взгляд. В обществе неизменно идут споры о том, что именно вмещает в себя данный термин. Так как грубо говоря, все, что дает матушка природа возможно формально считать экологичным.

Сейчас условно принято разделять все материалы на продукты, каковые уже существуют и остальные современные материалы, каковые рождены в следствии работы ученых.

Принципиально важно: каждый день во всем мире появляются много тысяч тон различного рода промышленных и бытовых отходов. Вопрос их утилизации и в следствии этого получения энергии кроме этого относится к данной теме.

Сейчас тема альтернативных источников больше развита в сфере обогрева зданий. К примеру, эко отопление дома из заоблачной грезы уже давно переместилась в действительность.

В более важных масштабах кое-какие из этих же материалов употребляются для работы теплоэлектростанций.

на данный момент возможно выделить следующие обширно применяемые продукты.

  • Начнем с классики. какое количество существует наша цивилизация, столько она применяет для обогрева дрова. Само собой разумеется, альтернатив древесине придумано множество, но на дворе уже 21 столетие, а дрова в некоторых районах планеты так же, как и прежде актуальны. Бесспорным плюсом есть возможность возобновления данного ресурса. И позже, любой здоровый человек способен наколоть дрова своими руками.
  • Следующий вариант это щепа, она относится к самым доступным отходам деревообрабатывающей индустрии. В местах богатых лесом щепа обширно употребляется как основной продукт для твердотопливных котлов в частных зданиях. Цена ее относительно мелка, но щепа владеет повышенной гигроскопичностью и в следствии этого КПД у данного продукта низкий.
  • Пеллеты кроме этого являются древесными отходами, но их производство относится к технологичным. По сути это спрессованные и высушенные опилки. Снаружи они выглядят как маленькие цилиндры диаметром до 10 мм. Влажность пеллет не превышает 12%, исходя из этого КПД данный материал имеет высокий и обширно употребляется не только в бытовых котлах для систем отопления, но и на теплоэлектростанциях.

  • В рамках данной темы нельзя не отыскать в памяти о таком обширно применяемом вторичном виде сырья как брикеты. Экоотопление брикетами насчитывает уже более 100 лет. Изначально они делались из торфа и являлись чуть ли не главным источником тепла в болотистой местности. В то время, когда человечество начало обширно применять каменный уголь брикеты начали делать из угольной пыли. на данный момент к этому перечню добавились древесные брикеты.

Современное биологическое топливо

Сейчас множество государств ведет активные разработки в этом направлении. Вектор изучений тут сконцентрирован на получении достойной альтернативы газу и нефтепродуктам. Само собой разумеется, сказать о полной замене существующих источников энергии еще рано, но кое-какие фавориты уже наметились.

Принципиально важно: инструкция по созданию современных видов экологичного горючего базируется на высокотехнологичных научных разработках, исходя из этого сказать о создании для того чтобы продукта в кустарных условиях своими руками пока еще рано.

Биоэтанол

Биоэтанол рождается в следствии переработки растений с высоким содержанием сахара и крахмала. По сути это одна из разновидностей технического спирта, лишь по чертям биоэтанол попытались максимально приблизить к бензину. на данный момент на нашей планете в промышленных масштабах он производится в Америке и Бразилии. В Европе Швеция пробует разрабатывать это направление, но пока весьма слабо.

Приверженцы биоэтанола показывают на то, что вредных выбросов в следствии его применения мало, плюс октановое число для того чтобы топлива выше, чем у бензина. Оппоненты же возражают, говоря, что технология не идеальна и при производстве выделяется много углекислого газа, что всецело нивелирует его экологическую чистоту. Кроме этого, без оглядки на октановое число, расход горючего выше, чем у бензина.

Американцы делают продукт из кукурузы, Бразильцы из сахарного тростника. Этим культурам необходимы огромные площади и в случае если их занять, места для выращивания пищевых сельскохозяйственных культур останется мало. Человечество пока не готово выбирать между едой и экологичным топливом.

Биодизель

Мало кто знает, но Рудольф Дизель создавая свой известный двигатель, изначально планировал заправлять его арахисовым маслом. И уже позднее он был модернизирован под солярку. на данный момент возобновляются попытки делать горючее из рапса, подсолнечники и других маслосодержащих культур.

Обстановка с биодизелем, чем-то напоминает обстановку с биоэтанолом. При сгорании он фактически не причиняет вреда окружающей среде. Но вместе с этим, хранится такое горючее не более 3 месяцев, КПД у него не радует.

И основное, маслосодержащие культуры очень сильно истощают землю и требуют применения агрессивных удобрений. Каковые уничтожают плодородные поля и засоряют грунтовые воды. С чего начали, к тому и возвратились.

Биогаз

Биогаз известен уже давно, это побочный газ, выделяющийся в ходе гниения и переработки биологических отходов. Время от времени его именуют канализационным газом. По сути это смесь метана и углекислого газа. Для применения в качестве экотоплива продукт необходимо еще очистить от углекислого газа, в другом случае он будет через чур вреден.

Второй вариант, который предлагают ученые, это применение чистого водорода, который находится везде около нас. Но тут выплывает другая неприятность, дабы выделить водород в чистом виде необходимо затратить больше энергии, нежели потом возможно взять при сгорании газа.

Современная альтернатива

Важным прорывом в теме экоотопления, стало создание так называемых тепловых насосов для систем отопления дома. Они работают по принципу холодильника, лишь не охлаждают, а нагревают. В системе употребляется естественное тепло земли. КПД установок высокое, плюс в эксплуатации они неприхотливы. Вся неприятность в том, что монтаж таких агрегатов дело очень затратное, в следствии такое эко отопление дома доступно единицам.

На видео продемонстрирован один из видов альтернативной энергии.

Вывод

Не смотря на то, что сейчас успехи человечества в области экологически чистой энергии достаточно скромные, но наука не следует на месте и заметный прогресс уже намечается. Здоровый оптимизм вселяет исторический опыт, поскольку еще 100 лет назад чудом были электрическая лампочка и паровоз.

Перспективы индустрии биотоплива в России

Биодизель и биоэтанол по-прежнему оказывают серьезное давление на продовольственный рынок, но в то же время вокруг проблем, связанных с биотопливом, не угасают дискуссии.

Почему проблемы, связанные с биотопливом, вызывают интерес? Ведь с точки зрения цифр биотопливо занимает весьма незначительную долю в мировом энергетическом балансе и, кроме того, даже не является лидером рынка возобновляемых источников энергии, уступая ветроэнергетике. Почему это происходит? Просто потому, что биотопливо прямо или косвенно затрагивает интересы всех и в этом узле тесно переплетены этика и политика, экономика и экология, наука и технологии, продовольствие и энергетика.

Само появление индустрии биотоплива инициировано весьма чувствительными событиями в истории ХХ века. Не менее глобальны и последствия развития этой индустрии, хотя и не всегда видимые на первый взгляд. «История ходит вокруг тихо и мелкими шагами, но потом громко хлопает за собой дверью. Важные повороты развития часто притворяются событиями проходными и незначительными. И только потом их кричащие последствия обнажают перед нами весь масштаб уже созревших перемен», – написал ярый противник биотоплива Юрий Лужков. По поводу истории мы с ним полностью согласны, обратимся же к ее страницам.

История возникновения биотоплива

На заре автомобильной эры Рудольф Дизель предрекал использование растительного масла в качестве топлива: «Использование растительного масла в качестве топлива сегодня может показаться малозначимым, однако со временем оно будет так же важно, как нефть и угольные продукты». Лауреат Нобелевской премии академик Николай Николаевич Семенов писал, что «быстрое исчерпание в будущем ресурсов обычного топлива и увеличения диоксида углерода в атмосфере настоятельно ставит перед человечеством проблему создания принципиально новой базы мировой энергетики. Времени на создание этой базы у нас мало, по-видимому, около ста лет». Таким образом, развитие индустрии биотоплива – естественный процесс истории технологического развития, подобный переходу от дров к углю, от угля к нефтепродуктам и от нефтепродуктов к газу.

Основоположником биотопливной индустрии мог стать СССР – первый опытный гидролизно-спиртовый завод в СССР был введен в эксплуатацию еще в январе 1934 года в Череповце. Однако спирт шел на получение бутадиенового каучука, а не на топливо, ибо ставилась задача избавиться от необходимости получать спирт из хлеба и картофеля, а не заменить бензин.

Первенство в получении биотоплива принадлежит Бразилии, однако решающий вклад в дело становления индустрии биотоплива сделан людьми и странами, которые даже не думали об этом. Самый большой вклад внес президент США Ричард Никсон, отменивший в 1971 году золотой стандарт (можно было напечатать только то количество денег, которое было обеспечено золотым запасом страны). Это привело к девальвации доллара при сохранении цены на нефть. Очевидно, что долго так продолжаться не могло, и 17 октября 1973 года Организация стран – экспортеров нефти (ОПЕК), а также Египет и Сирия объявили нефтяное эмбарго странам, поддержавшим Израиль в войне с ними. Вой­на войной, но все‑таки главной причиной арабских санкций была несправедливая цена на нефть. В 1974 году цена на нефть выросла с 3 до 12 долларов США за баррель (хотя в золотом эквиваленте нефть в цене не поднялась, а лишь вышла на прежний уровень). Богатые страны стали покупать нефть в СССР, а бедным пришлось искать новую энергетическую базу. В разгар ближневосточного нефтяного кризиса правительство Бразилии запустило в жизнь программу Pro Alcohol по использованию этанола в топливных целях, и за четверть века эта страна на импорте горючего сэкономила 50 миллиардов долларов.

Роль и место биотоплива в современном мире

Очевидно, что отрасль промышленности с такими оборотами уже никогда и никуда не исчезнет, что, собственно, и подтверждают темпы роста производства биотоплива. Так, В. Ф. Федоренко и соавторы приводят следующие данные по динамике производства биотоплива на ближайшую перспективу (рис. 1).

Хотя с падением цен на нефть в 2000‑х годах производство биотоплива замедлилось, с ростом цен Бразилия вернулась к его активному производству и использованию. Независимость от наличия месторождений полезных ископаемых, минимальные инвестиции и нечувствительность к политическим бурям позволяют выходить на рынок моторного биотоплива бизнес-структурам, куда менее могущественным (но более многочисленным), чем транснациональные нефтяные корпорации.

Разумеется, предприниматели страны, потребляющей бензина больше, чем кто‑либо другой, не преминули воспользоваться новой рыночной нишей. Сегодня лидером производства этанола являются США, что обеспечивает работой множество аграрных предприятий Америки. Образно говоря, топливный этанол стал пропуском в мир нефтяных магнатов для скромного фермера. Увеличился спрос на соответствующее сельскохозяйственное сырье.

Но, увы, все в мире взаимосвязано. Если для сельского хозяйства рост спроса на продукцию – это хорошо, то для потребителей пищи, особенно беднейших, биотопливо есть зло. Действительно, для производства биотоплива на одного автомобилиста требуется куда больше пашни, чем на производство еды для этого же автолюбителя. Один автомобиль отнимает хлеб у десяти человек.

Как же быть в данной ситуации? Некоторые, например Виктор Зубков, говорят, что «…когда в мире голодает почти 1 миллиард человек, занимать отечественные посевные площади под биотопливо не стоит…». Утверждение благое, но спорное. Согласиться с ним, как и с мнением другого эксперта в данной области, Дмитрия Рылько, который полагает, что «миссия России состоит в том, чтобы кормить развивающиеся страны самой дешевой пшеницей», можно, только поставив интересы граждан иностранных государств выше интересов своих крестьян.

Читайте также:  Для чего необходима смета на отопление

Более серьезным политикам кажется, что миссия государства состоит в защите интересов своих граждан, в том числе экономических. Сенаторы США от «кукурузных» штатов внесли проект закона, суть которого состоит в следующем: каждая вторая заправка в Америке обязана иметь колонку Е-85 (85 процентов этанола). Однако вне зависимости от приоритетов политиков биотопливо оказывает серьезное давление на продовольственный рынок, а потому ученые и инженеры ищут способы найти баланс между энергетическими и пищевыми потребностями цивилизации.

Поколения биотоплива

Биотопливо открыло путь в мир магнатов топливного рынка аграриям, но попасть в этот волшебный мир хотят все.

С другой стороны, исследователями и разработчиками движут благородные цели защиты продовольственного рынка – достаточно вспомнить разработки советских ученых и инженеров 30‑х годов ХХ века. Как следствие, биотопливо (причем не только этанол) стали получать из всего, что было доступно в качестве сырья. Сырьевая база и спектр продуктов оказались столь разнообразны, что биотопливо необходимо было классифицировать.

Биотопливо бывает разное – под это понятие подводятся получаемые брожением водород и метан, древесные пеллеты, продукты пиролиза древесины или биомассы водорослей, но мы остановимся на жидких моторных и, в меньшей степени, котельных топливах. В конце концов, энергетический кризис разразился именно из‑за нехватки сырья для жидкого моторного топлива, и именно для его замены создана индустрия биотоплива. На сегодняшний день различают четыре поколения биотоплива (табл. 1).

На наш взгляд, углеводороды, получаемые пиролизом биомассы растений, биосинтезом или химическим синтезом из масел или биодизеля, считать биотопливом не следует, и вот почему: к биотопливу сегодня предъявляются требования прежде всего экологического плана. Его парадигмой является безопасность для природы в плане добычи сырья, получения собственно топлива, его транспортировки и хранения и, наконец, экологическая безопасность использования. Очевидно, что пиролизные и даже биосинтетические углеводороды не отвечают этим требованиям хотя бы по одному пункту – это углеводороды, и их сгорание приводит к образованию тех же по составу выхлопных газов (хотя и без продуктов сгорания серы). По сути, биобензин и продукты пиролиза биомассы отличаются от обычного бензина только сырьем – они не содержат в молекуле атомов кислорода, что придает топливу экологичность.

В основе индустрии биотоплива заложена концепция экологически безупречного топлива, безопасного на стадии производства, хранения и транспортировки, использования и утилизации. Очевидно, что без экологической составляющей смысла в альтернативных топливах нет (они дороже и часто по некоторым характеристикам хуже традиционных моторных топлив). Однако если нефть недоступна, биотопливо из высокооктановой экологичной добавки в топливо может стать основным моторным топливом.

Так, бензин и дизтопливо из синтез-газа были основным моторным топливом двух стран-изгоев: фашистской Германии и ЮАР времен апартеида.

Концепции биотоплива более всего отвечают топливный этанол (и другие спирты, полученные брожением) и биодизель (сложные эфиры жирных кислот), то есть те вещества, которые содержат в себе атомы кислорода.

Ключевыми проблемами развития биотопливной индустрии являются сырьевая база и технологии. Биотоплива первого поколения производятся с использованием простых, традиционных для отрасли технологий. Для производства биотоплива второго и последующих поколений требуются более совершенные и дорогие технологические приемы.

Биоэтанол: сырьевая база

Топливный биоэтанол получают из сахаристого сырья (сахарный тростник, сахарная свекла); крахмалистого сырья (пшеница, кукуруза, рис, картофель); целлюлозного сырья (опилки, солома, макулатура, энергетическая древесина); водорослевого сырья (ламинария, фукус); отходов промышленности (меласса, сульфитные щелока).

Сырьевая база зависит от региона: так, в Бразилии этанол производится из сахарного тростника, что обеспечивает наиболее низкую себестоимость, в США – из кукурузного крахмала, в Европе – из сахарной свеклы, картофельного и пшеничного крахмала. По производству крахмалистого сырья (как и продукции сельскохозяйственного производства) лидерство США очевидно, просто в силу климатических условий. Однако сырьевая база, способная многократно перекрыть потребности страны, не затрагивая сельскохозяйственных земель, есть фактически у каждого государства.

Так, например, по данным академика Варфоломеева (С. Д. Варфоломеев, Е. Н. Еременко, Л. П. Крылова// Успехи химии. – 79 (6). – 2010. – С. 552‑564), в России ежегодно образуется 175‑200 миллионов тонн отходов биомассы, что эквивалентно 89‑102 миллионам тонн углеводородов, а потребление бензина составляет 30 миллионов тонн в год. Однако лигноцеллюлоза (отходы сельского хозяйства и переработки древесины) даже при самом высоком уровне развития технологий ее переработки будет иметь фундаментальный недостаток – образование твердых отходов лигнина.

Содержание лигнина в древесине хвойных и лиственных пород составляет, соответственно, 23‑38 и 14‑25 процентов масс. Этот недостаток в принципе невозможно устранить, даже используя генетически модифицированные культуры, поскольку минимальное содержание лигнина ограничено требованиями к механической устойчивости растений и не может быть менее 5 процентов. Альтернативным сырьем в прибрежных регионах может быть биомасса водорослей, которые обладают большей продуктивностью, чем наземные растения, поскольку у наземных растений фотосинтез происходит только в листве (хвое), а у водорослей в фотосинтезе принимает участие вся поверхность. Даже наши арктические и дальневосточные моря богаты таким сырьем, а что говорить о тропических зонах!

Состав полисахаридов существенно отличается от крахмала, что создает определенные трудности, однако на сегодня разработан способ прямой конверсии в этанол полисахаридов бурых водорослей: Adam J. Wargacki с соавторами опубликовали в престижном журнале «Science» статью «An Engineered Microbial Platform for Direct Biofuel Production from Brown Macroalgae», где описана эта технология.

Однако водоросли обладают огромной зольностью – фактически вместо лигнина твердым отходом являются минеральные вещества. Да и технологии переработки этих субстратов весьма сложны, и крахмал с сахарным тростником являются лидерами по количеству обеспечиваемого этанола.

Биодизель

Как бы ни был хорош этанол и как бы много его ни выпускали, биодизель более привлекателен с точки зрения энергоэффективности. Действительно, даже опустив потребление энергии на нагревание, ректификацию и сосредоточившись только на биохимии процесса, мы видим, что весьма значительная часть сырья при производстве спирта просто превращается в углекислоту. С этим ничего поделать нельзя – такова природа спиртового брожения. Поэтому мы и уделим биодизелю несколько больше внимания, чем биоэтанолу.

Традиционными источниками получения биодизеля в промышленности являются такие растительные культуры, как рапс (рапсовое масло – наиболее устойчивое к низким температурам (без добавок – до –10 °С)), соя и подсолнечник. Используются также масла кукурузное, оливковое, солеросовое, хлопчатника, огуречника, микроводорослей и др.

Выбор сырья обусловлен, прежде всего, географическим положением будущего производства. Например, в Индии как источник сырья преимущественно рассматривается ятрофа; в Африке развивается производство биодизеля на пальмовом масле; в Китае в качестве сырья для получения биодизеля используют тунговое масло, а из растения Sapium sebiferum получают так называемое stillingia-масло.

Максимальное количество липидного сырья, которое может быть произведено на планете за год, – 51 миллиард литров. Из них производство 47 миллиардов литров биодизеля могло бы быть рентабельным при существующих ценах на импорт. Пять государств – Малайзия, Индонезия, Аргентина, США и Бразилия, вместе производящие 80 процентов от общего объема растительных липидов, – ведущие производители пальмовых и соевых, двух самых распространенных в мире, масличных культур. Однако наиболее экологичны и экономически обоснованы стратегии производства биодизеля из отработанных масел и жировых стоков в пищевой индустрии, а также из отходов рыболовства.

В США образуется 100 миллионов галлонов отработанных масел и жиров в год, в Канаде – 135 тысяч тонн в год, в ЕС – 0,7‑1 миллион тонн в год, в Великобритании – 200 тысяч тонн в год, большая часть которых сбрасывается в окружающую среду. Отработанные жарочные масла (ОЖМ) весьма разнородны и содержат образующиеся при жарке полимеры, димеры, окисленные триглицериды, а также диглицериды и свободные жирные кислоты (СЖК).

Помимо СЖК, ОЖМ, как правило, содержат значительное количество воды и твердых частиц. Основные свойства ОЖМ варьируются в широких пределах: плотность при 15 °C от 0,920 до 0,936 г / см3; кинематическая вязкость при 40 °C – от 27,42 до 156,00 мм2/ с; число омыления от 176,00 до 272,00 мг KOH / г и кислотное число от 0,67 до 75,92 мг КОН / г. Широкий разброс химических и физико-химических свойств создает определенные затруднения при производстве биодизеля.

Одним из новых источников липидного сырья могут стать морские биоресурсы – рыбы сорных пород. Вариантом переработки сорной рыбы может быть производство биодизеля в прибрежных районах. Преимущества такой сырьевой базы: практически круглогодичная добыча сырья, независимость от погодных условий, экологическая безопасность, сохранение пахотных земель, повышение рентабельности промыслового флота и, самое главное, – безопасность для продовольственного рынка. Однако наличие в сырье полиненасыщенных жирных кислот требует их удаления.

На практике реализован процесс получения биодизеля как отхода производства эфиров полиненасыщенных жирных кислот (у всех на слуху омега-3). Фармацевтическое сырье идет на продажу, а фракции, которые не содержат ценных веществ, – на топливо.

Вместо заключения

Существующие технологии дают возможность последовательно двигаться к освобождению от нефтяной зависимости для тех, кому нефть не по карману или же использование нефтяного топлива нецелесообразно с политической либо экологической точки зрения. Однако остается самый главный вопрос – как сделать так, чтобы, решая одни проблемы (улучшение экологической ситуации, поддержка сельского хозяйства), не оказаться лицом к лицу с проблемами продовольственными? Ни одна технология не может дать ответ на этот вопрос. Не потому, что они недостаточно разработаны, а потому, что технология – это только инструмент. Ответ противникам биотоплива лежит в плоскости организационно-управленческой, в той самой, в которой многие противники считают себя мэтрами.

На самом деле в мире существует дефицит не продуктов питания, а платежеспособного спроса на них. Ну не будут крестьяне выращивать продукцию для того, чтобы кого‑то бесплатно накормить. Продразверстка никогда не найдет поддержки аграриев. Подтверждением могут служить пустующие земли в тропиках (зачем махать мачете на плантации сахарного тростника, когда можно готовить коктейли для туристов на морском побережье?), а также регулирование производства аграрной продукции в странах ЕС.

Путь защиты продовольственного рынка мы попытались предложить на рис. 4. При производстве биотоплива образуется огромное количество отходов, которые пригодны в качестве корма для скота. При этом именно при использовании пищевого сырья (коровы не едят сульфатированный лигнин).

Любая промышленная отрасль имеет свои плюсы и минусы, достоинства и недостатки, однако умелая организация производства способна сгладить и нивелировать негативные последствия. Биотопливная отрасль просто должна быть правильно интегрирована в экономику, в этом случае давление на продовольственный рынок будет минимизировано, поскольку фактически отходом этого технологического цикла является мясная продукция!

На наш взгляд, именно в интеграции разрозненных производственных мощностей в агротехнологические биотопливные кластеры и лежит способ создания продовольственно-безопасной индустрии биотоплива. Кроме вовлечения земель в оборот, такие структуры поднимают престиж и привлекательность сельского труда (одно дело работать на ферме, а другое в топливном концерне), а адресная закупка топлива для нужд государства решает вопрос поддержки аграриев в условиях ВТО.

Александр ГАРАБАДЖИУ, д. х. н., профессор, проректор Санкт-Петербургского государственного технологического института (СПбГТИ) по научной работе
Григорий КОЗЛОВ, к. б. н., доцент кафедры технологии микробиологического синтеза СПбГТИ
Валерий ГАЛЫНКИН, д. т. н., профессор кафедры технологии микробиологического синтеза СПбГТИ

Биотопливо

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

Читайте также:  Как спустить воздух из радиатора отопления: способы избавления от воздушных пробок, назначение и монтаж автоматического клапана

Что это такое биотопливо и его виды

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

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

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

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

Твердое биотопливо

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

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

Жидкое биотопливо

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

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

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

Газообразное биотопливо

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

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

Распространение данного вида энергоресурсов

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Применение биотоплива для автомобилей

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

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

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

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

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

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

Биотопливо для камина

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

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

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

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

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

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

Биотопливо из водорослей

Разработана и успешно используется технология получения биотоплива из водорослей.

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

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

Как сделать своими руками

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

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

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

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

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

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

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


Развитие рынка биотоплива в мире

Рубрика: 8. Мировая экономика

Дата публикации: 15.09.2017

Статья просмотрена: 1459 раз

Библиографическое описание:

Хоруженко Е. С., Дорогов В. К. Развитие рынка биотоплива в мире [Текст] // Инновационная экономика: материалы IV Междунар. науч. конф. (г. Казань, октябрь 2017 г.). — Казань: Бук, 2017. — С. 27-31. — URL https://moluch.ru/conf/econ/archive/262/12918/ (дата обращения: 27.02.2020).

Введение

Уже давно в мире существует проблема нехватки энергоресурсов (источников энергии). Из-за борьбы за энергоресурсы, как одного из факторов, влияющего на направление развития мировых отношений, в последние годы этот вопрос возникает все чаще и чаще.

К источникам энергии относят: нефть, газ, уголь и др. Однако при использовании таких энергоресурсов встает вопрос по безопасности и утилизации отработанного топлива. Серьезные опасения возникают по поводу зависимости состояния планеты от использования традиционных видов топлива. Также с каждым годом идет увеличение спроса на запасы топлива. Но, учитывая тот факт, что ресурсы на планете ограничены, то идет постоянное повышение цен на мировом рынке (например, на нефть и газ).

В такой ситуации совершаются попытки использования различных способов получения энергии с помощью нетрадиционных (альтернативных) и возобновляемых источников энергии. Одним из преимуществ нетрадиционных энергоресурсов является снижение цены, в связи с быстрым, для последних лет, развитием технологий. Одним из альтернативных источников энергии является биологическое топливо (биотопливо).

Основой биотоплива является биомасса (продукт фотосинтеза). Это самый мощный на планете преобразователь солнечной энергии и последующей многообразной пищевой цепочки, основной источник топлив и энергии.

Биотопливом называют продукт переработки биомассы, применяемый человеком при получении энергии. Одним из простейших видов биотоплива является дерево (ствол, палка и др.), брошенное в огонь. Возможно, оно было и первым в использовании. Позже его вытеснили газ, уголь, нефть и различные электрические устройства. Сегодня в мире древесина очень редко используется для получения энергии (в основном во многих странах, народах Африки), а могла бы стать решением энергетической проблемы для населенных пунктов, удаленных от транспортных артерий. Существует несколько способов преобразования биомассы в энергию:

‒ Термохимические (гидрогенизация, пиролиз и газификация)

Всё биотопливо можно классифицировать следующим образом

 Твердое биотопливо (дрова, ДГТ, топливные бригеты и т. д.)

 Жидкое (моторное) биотопливо (биэтанол, биодизель и т. д.)

 Газообразное биотопливо (биогаз)

Сравнительно недавно появились такие виды биотоплива, как:

 Продукты жизнедеятельности микроорганизмов

Анализ использования биотоплива вмире

Как представлено на рис. 1 и рис.2 с каждым годом производство электроэнергии из альтернативных источников и, в частности, биоэнергетической продукции продолжает расти, способствуя удовлетворению растущих потребностей в энергии в ряде стран, а также достижению экологических целей. Однако, биоэнергетика по-прежнему сталкивается с рядом проблем, таких, как, например, снижение цен на нефть, а также политическая нестабильность на некоторых рынках. Использование электроэнергии, произведенной из биомассы, растет быстрее — в среднем на 8 % в год — с особенно быстрыми темпами в Китае, и Европе. Производство этанола увеличилось на 4 % в общемировом масштабе. [5] Рекордные показатели наблюдаются в США. Мандаты на состав биотоплива (традиционного и возобновляемого) сохранили спрос на биотопливо на фоне падения цен на нефть, однако неопределенность рыночной ситуации удерживает все-таки инвесторов от вложений в биотопливо. Мандаты на состав биотоплива защитили спрос на биотопливо от падения цен на ископаемые виды топлива, но осталась неопределенность в ограничении инвестиций в строительство новых производственных мощностей в течение года. В 2016 продолжается прогресс в разработке биотоплив нового поколения с увеличением мощности и объемов производства топлива термическим и биологическим способами. Так, например, ведутся такие научные исследования как действие выгорания биомассы на эффективность высвобождаемой энергии [1]. Так и разработка новых методов получения биотоплива, например, из отходов сырья, лесного и сельского хозяйства [2].

Рис. 1. Установленная общая мощность возобновляемой энергии (биоэнергии) в мире, МВт [3]

Рис. 2. Использование биотоплива странами, МВт [3]

По использованию биотоплива Россия далеко отстала от остальных стран (например, Бразилии, США, Китая), причем темпа роста практически не видно. По данным International Renewable Energy Agency (IRENA) количество используемой энергии (мощность) в 2014–2016 гг. не менялось и составляет 1370 МВт.

Читайте также:  Какую воду заливать в радиатор: важные факторы процесса, типы радиаторов и рабочий процесс

На рис. 3 представлено изменение цен на некоторые виды биотоплива энергетических предприятий UAB «EPSO-G» и AB «Klaipėdos nafta» (Литва). Видно, что за промежуток времени 2014–2016 гг. цены на различные виды биотоплива уменьшаются, хотя и остаются дороже традиционных источников энергии. Например, стоимость нефти по состоянию на май 2017 г. держится на уровне 52 USD за баррель.

Средняя цена биотоплива вмире, EUR/тнэ без НДС [4]

Плюсы и минусы биотоплива как источника энергии

Современный мир страдает от дефицита энергоресурсов. В производство то и дело внедряют новые источники энергетики. Для решения глобальной проблемы используют альтернативные и малоизвестные природные ресурсы. Например, биотопливо. Оценить возможности нетрадиционного элемента поможет детальное знакомство с биотопливом.

Что называют биотопливом?

Биологическим топливом называют горючий элемент, созданный из растительного или животного сырья. В качестве сырья используют разнообразные сельскохозяйственные культуры. Например, соевые семена, сахарный тростник и т.д. В некоторых случаях для изготовления горючего задействуют органические отходы. Впервые биотопливом начали пользоваться в 70-х годах в США.

На данный момент природный источник энергии активно развивают и с успехом применяют более 40 стран. Известно несколько видов горючего элемента: жидкий, твердый и газообразный. Классификация установлена в согласии с агрегатным состоянием биологического вещества.

  1. Жидкий. Безопасный и экологически чистый природный ресурс, полученный вследствие переработки растительного сырья. Наиболее популярными представителями жидкого горючего является диметиловый эфир, биометанол и биодизель. Жидкое биотопливо наблюдается в двигателях внутреннего сгорания. Диметиловый эфир является источником питания автомобиля. Биодизель также может выступать альтернативным вариантом транспортного горючего.
  2. Твердый элемент. Старинный и европейский энергоресурс. Яркими представителями твердого биотоплива являются отходы жизнедеятельности животных (навоз, птичий помет), торф или древесина. С помощью торфяного энергоресурса отапливаются жилые помещения. Древесину используют для приготовления еды. На древесине функционируют европейские тепловые электростанции. Отходы жизнедеятельности животных также активно применяют в отопительных целях.
  3. Газообразный. Биоводород и биогаз- два ярких и главных представителя газообразного биотоплива. Биоводород добывается путем нагрева древесных отходов. Горючее активно используется в момент изготовления водородного топливного элемента для транспортных средств. Второй вариант биотоплива заменяет природный газ. Создается путем метанового брожения с помощью разнообразных бытовых и природных материалов (водоросли, помет, сточные воды).

Представители второго поколения богаты на целлюлозу и лигнин. Для производства травяной или древесной биомассы требуется много площади. Использование биотоплива в этом случае сокращает земельные ресурсы.

Горючее сырье, относящийся к третьему поколению в настоящее время усовершенствуется и дорабатывается. Главным представителем этого поколения являются водоросли, выращенные в открытых водоемах.

Многочисленные исследования ученых и создание новых методик позволяют в недалеком будущем разработать новые виды горючего биологического топлива.

В настоящем, альтернативные энергоресурсы, применяющиеся на практике, обладают рядом положительных и отрицательных качеств.

Достоинства энергоресурса

Биологический и научный интерес к природным энергетическим ресурсам возникает благодаря следующим положительным качествам продукта:

  • Экономическая доступность материала. Для покупки нефти или природного газа многие страны тратят большие деньги. Экономика государства терпит убытки. Добыть биологическое топливо можно практически в любой стране. Производство горючего на местах сократит расходы на импорт зарубежных энергоресурсов.
  • Мобильность. Ветряные или солярные установки предназначены исключительно для стационарного использования. Не поддаются перевозке. Биологические материалы при необходимости можно перевозить с одного региона в другой.
  • Биологическое топливо является возобновляемым ресурсом. Растение и отходы животных никогда не исчезнут.
  • Природный ресурс уменьшает количество выбросов парникового газа в атмосферу. Предотвращает вероятность наступления глобального потепления.
  • Использование биотоплива для двигателей автомобиля уменьшает затраты на его техническое обслуживание.

В недалеком будущем работа горючего топлива будет обходиться дешевле, нежели использование бензина.

Недостатки и выбор места для взращивания продукта

Однако не следует забывать о недостатках горючего. Главными минусами природного ресурса считают:

  • Климат. Некоторые климатические зоны не подходят для выращивания растительного топлива. Природный источник не растет в недрах тундры или на пустыне.
  • Взращивание биомассы нарушает экосистему. Зачистка территории для посадки растений губит микросистему лесов и других местностей.
  • Натуральный ресурс потребляет много воды. Поэтому разведение сельскохозяйственной биомассы в засушливых территориях является невозможным.
  • Растительные культуры, используемые как топливо, в момент произрастания нуждаются в дополнительной подпитке. Некоторые удобрения для таких растений вредят экосистеме.
  • Агрессивное поведение растений для топлива пагубно сказывается на аутентичной флоре и на благополучии всей экосистемы определенного региона.

Выбирать территорию для посадки растительной биомассы следует осторожно. Учитывают климатические условия местности, доступность к водным ресурсам, а также возможности регулярного удобрения посаженого сырья. В противном случае растение станет непригодным для дальнейшей переработки.

Биологическое топливо используют в разных областях жизни. Для работы транспортного средства, обогрева жилых комплексов и приготовления пищи. Несмотря на явные минусы биологический материал по сей день является востребованным и интересным для ученых источником энергетики.

Экотопливо в современной жизни

Всем известно, что большинство широко используемых современных источников энергии, таких как нефть, природный газ и уголь, к сожалению, относятся к категории не возобновляемых. Иными словами они рано или поздно закончатся. По этой причине наиболее развитые державы мира со второй половины 20 века активно разрабатывают экотопливо — возобновляемый вид чистой энергии.

Экологичный гель для разжигания костров.

Какие виды экологического топлива уже используются

Вопрос получения экологичной энергии не так прост, как может показаться на первый взгляд. В обществе постоянно идут споры о том, что именно вмещает в себя этот термин. Ведь по большому счету, все, что дает матушка природа можно формально считать экологичным.

На данный момент условно принято разделять все материалы на продукты, которые уже существуют и остальные современные материалы, которые рождены в результате работы ученых.

Важно: ежедневно во всем мире появляются сотни тысяч тон разного рода промышленных и бытовых отходов.
Вопрос их утилизации и в результате этого получения энергии также относится к данной теме.

На данный момент тема альтернативных источников больше развита в сфере обогрева зданий. К примеру, эко отопление дома из заоблачной мечты уже давно переместилась в реальность.

В более серьезных масштабах некоторые из этих же материалов используются для работы теплоэлектростанций.

Сейчас можно выделить следующие широко используемые продукты.

  • Начнем с классики. Сколько существует наша цивилизация, столько она использует для обогрева дрова. Конечно, альтернатив древесине придумано множество, но на дворе уже 21 столетие, а дрова в некоторых районах планеты по-прежнему актуальны. Бесспорным плюсом является возможность возобновления данного ресурса. И потом, каждый здоровый человек способен наколоть дрова своими руками.
  • Следующий вариант это щепа, она относится к самым доступным отходам деревообрабатывающей промышленности. В местах богатых лесом щепа широко используется как основной продукт для твердотопливных котлов в частных домах. Цена ее сравнительно мала, но щепа обладает повышенной гигроскопичностью и в результате этого КПД у данного продукта довольно низкий.
  • Пеллеты также являются древесными отходами, но их производство относится к технологичным. По сути это спрессованные и высушенные опилки. Внешне они выглядят как небольшие цилиндры диаметром до 10 мм. Влажность пеллет не превышает 12%, поэтому КПД данный материал имеет достаточно высокий и широко используется не только в бытовых котлах для систем отопления, но и на теплоэлектростанциях.

Как делают пеллеты.

  • В рамках этой темы нельзя не вспомнить о таком широко используемом вторичном виде сырья как брикеты. Экоотопление брикетами насчитывает уже более 100 лет. Изначально они делались из торфа и являлись едва ли не основным источником тепла в болотистой местности. Когда человечество начало широко использовать каменный уголь брикеты начали делать из угольной пыли. Сейчас к этому списку добавились древесные брикеты.

Современное биотопливо

В современном мире множество стран ведет активные разработки в этом направлении. Вектор исследований здесь сконцентрирован на получении достойной альтернативы природному газу и нефтепродуктам. Конечно, говорить о полной замене существующих энергоносителей еще рано, но некоторые фавориты уже наметились.

Важно: инструкция по созданию современных видов экологичного топлива базируется на высокотехнологичных научных разработках, поэтому говорить о создании такого продукта в кустарных условиях своими руками пока еще рано.

Фото щепы для отопления.

Биоэтанол

Биоэтанол рождается в результате переработки растений с высоким содержанием сахара и крахмала. По сути это одна из разновидностей технического спирта, только по характеристикам биоэтанол постарались максимально приблизить к бензину. Сейчас на нашей планете в промышленных масштабах он производится в Америке и Бразилии. В Европе Швеция пытается разрабатывать это направление, но пока очень слабо.

Приверженцы биоэтанола указывают на то, что вредных выбросов в результате его использования очень мало, плюс октановое число такого топлива выше, чем у бензина. Оппоненты же возражают, говоря, что технология не совершенна и при производстве выделяется большое количество углекислого газа, что полностью нивелирует его экологическую чистоту. Также, не смотря на октановое число, расход топлива выше, чем у бензина.

Американцы делают продукт из кукурузы, Бразильцы из сахарного тростника. Этим культурам нужны огромные площади и если их занять, места для выращивания пищевых сельскохозяйственных культур останется мало. Человечество пока не готово выбирать между экологичным топливом и едой.

Схема одного из путей получения биоэтанола.

Биодизель

Мало кто знает, но Рудольф Дизель создавая свой знаменитый двигатель, изначально планировал заправлять его арахисовым маслом. И уже позже он был модернизирован под солярку. Сейчас возобновляются попытки делать топливо из рапса, подсолнечники и других маслосодержащих культур.

Ситуация с биодизелем, чем-то напоминает ситуацию с биоэтанолом. При сгорании он практически не наносит вреда окружающей среде. Но вместе с этим, хранится такое топливо не более 3 месяцев, КПД у него оставляет желать лучшего.

И главное, маслосодержащие культуры сильно истощают почву и требуют применения агрессивных удобрений. Которые уничтожают плодородные поля и засоряют грунтовые воды. С чего начали, к тому и вернулись.

Получение биодизеля из рапса.

Биогаз

Биогаз известен уже давно, это побочный газ, выделяющийся в процессе гниения и переработки биологических отходов. Иногда его называют канализационным газом. По сути это смесь метана и углекислого газа. Для использования в качестве экотоплива продукт нужно еще очистить от углекислого газа, в противном случае он будет слишком вреден.

Второй вариант, который предлагают ученые, это использование чистого водорода, который находится везде вокруг нас. Но здесь выплывает другая проблема, чтобы выделить водород в чистом виде нужно затратить больше энергии, нежели впоследствии можно получить при сгорании газа.

Современная альтернатива

Серьезным прорывом в теме экоотопления, стало создание так называемых тепловых насосов для систем отопления дома. Они работают по принципу холодильника, только не охлаждают, а нагревают. В системе используется естественное тепло земли. КПД установок достаточно высокое, плюс в эксплуатации они неприхотливы. Вся проблема в том, что монтаж таких агрегатов дело весьма затратное, в результате такое эко отопление дома доступно единицам.

Схема теплового насоса.

На видео показан один из видов альтернативной энергии.

Вывод

Хотя на данный момент достижения человечества в области экологически чистой энергии достаточно скромные, но наука не стоит на месте и заметный прогресс уже намечается. Здоровый оптимизм вселяет исторический опыт, ведь еще 100 лет назад чудом были электрическая лампочка и паровоз.

Понравилась статья? Подписывайтесь на наш канал Яндекс.Дзен

Ссылка на основную публикацию
×
×