Стоит ли использовать биотопливо и почему

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.).

Пиллеты, твердое биотопливо

В России пиллеты уже несколько лет являются достойной альтернативой обычным типам топлива. Они успешно заменяют солярку, уголь и дрова, при этом в отличие от солярки и угля, пиллеты при сгорании не выделяют вредных веществ и практически не дымят. Кроме этого такой вид топлива выделяет больше тепла, чем обычные дрова, благодаря чему пиллеты используются не только для обогрева частных домов, но и в промышленности.

Единственным конкурентом пиллет является газ, который подается через трубопровод. Кончено, если учитывать только стоимость сырья, то отопление на газу стоит в 3-4 раза дешевле. Однако если принять в расчет стоимость нового подключения газового оборудования (согласование проекта, разрешение газовой службы и так далее), то пеллеты выигрывают и здесь.

Что такое пеллеты? Это твердый тип биотоплива, который представляет собой небольшие гранулы цилиндрической формы. Они, как и любое другое твердое биотопливо, изготавливаются из отходов сельского производства (солома, опилки, кора, скорлупа орехов и так далее).

Стоит отметить, что за рубежом такое топливо широко применяется в автоматизированных котельных, как бытового, так и промышленного назначения. Во многом такую популярность пеллеты получили благодаря низкой стоимости. При этом по выделению тепла они не уступают углю и другим видам топлива.

Размер одной гранулы пеллет составляет 6-8 мм в диаметре и 5-70 мм в длину. Однако существуют пеллеты, имеющие размеры, превышающие указанные выше. К примеру, в Новосибирске выпускаются пеллеты, имеющие диаметр 10 мм.

В России в качестве сырья для производства данного типа биотоплива используются хвойные породы (остатки от переработки хвойного дерева). Но при этом стоит отметить, что наивысшее качество имеют пеллеты, которые сделаны из отходов переработки лиственных пород деревьев. Конечно, для производства такого топлива требуется современное оборудование более высокого уровня.

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.

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 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.

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.

Биотопливо из рапса

Рапс является самым перспективным сырьем, которое используется для производства биотоплива. Стоит отметить, что уже сегодня 80% биодизеля изготавливают именно из рапса.

Технология изготовления биологического дизельного топлива из рапса заключается в том в том, что исходное сырье (то есть семена рапса) попадает в специальное устройство (маслобойку). Здесь масло отделяется от рапсового шрота, который в дальнейшем используется в комбикормовой промышленности.

Полученное масло поступает для следующей обработки в этерификационную установку. В процессе этерификации из рапсового масла удаляется глицерин. Для этого в масло добавляется метанол и немного щелочного катализатора.

Весь процесс этерификации осуществляется в специальных колоннах. В итоге химических реакций получается метиловый эфир, который отличается хорошей воспламеняемостью. Стоит отметить, что такой биодизель имеет более высокое цетановое число, нежели обычное дизельное топливо, полученное из нефти (соответственно 56-58 против 50-52).

Биотопливо из соломы

Относительно недавно ученые из Нидерландов разработали еще один вид жидкого биологического топлива, которое может использоваться в автомобилях. Производится оно из соломы.

Согласно технологии производства такого топлива солома нагревается до определенной температуры, после чего к ней добавляются специальные ферменты. Это позволяет образовать сахара. Следующий этап заключается в том, что при помощи бактерий образованные сахара перерабатываются в этанол, который впоследствии можно использоваться в качестве топлива для автомобиля.

Изготовление биотоплива из соломы отличается экономичностью. Около трети перерабатываемой соломы отправляется в отходы, которые сжигаются. При горении они выделяют достаточное количество энергии (температуры), чтобы получить сахара из оставшихся двух третей соломы. Более того, при сжигании соломы образуется больше энергии, чем требуется для образования сахаров. Эту энергию вполне возможно использовать в других целях.

Ученые утверждают, что после переработки 5 т соломы по представленной технологии получается биотопливо для автомобилей, которого хватит на целый год езды.

Зеленые технологии, биотопливо

Биотопливо из навоза

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

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

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

Биотопливо второго поколения

Биотопливо второго поколения – это такой вид топлива, который производится из непищевого возобновляемого сырья, в отличие от этанола, метанола, биодизеля и так далее. В качестве сырья для производства биотоплива второго поколения может использоваться солома, водоросли, опилки и любая другая биомасса.

Огромный плюс данного типа топлива заключается в том, что оно изготавливается из продуктов, которые всегда доступны, и которые постоянно возобновляются. По мнению многих ученых именно биотопливо второго поколения сможет решить энергетический кризис.

Биотопливо из водорослей

На сегодняшний день ученые разработали специальную технологию получения биотоплива второго поколения из водорослей.

Развитие этой технологии в дальнейшем произвести настоящую революцию в мире биотоплива, так как главное сырье (водоросли) не требуют особого ухода и не нуждаются в удобрениях (для роста требуется вода и солнечный свет). Более того, они растут в любой воде (грязной, чистой, соленой и пресной). Также водоросли способны помочь в чистке канализационных магистралей.

Еще один положительный момент производства биотоплива из водорослей заключается в том, что последние состоят из простых химических элементов, которые легко поддаются переработке и расщеплению. Таким образом, благодаря всем преимуществам технология производства биотоплива из водорослей имеет наибольший потенциал.

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.

Преимущества биотоплива

Мобильность по сравнению с другими альтернативными источниками энергии

В настоящее время у более «радикальных» альтернативных энерготехнологий, таких как солнечная энергетика и ветроэнергетика, есть одна большая проблема — мобильность. Поскольку солнце и ветер не имеют постоянный характер, для обеспечения больших мощностей в таких энерготехнологиях приходится использовать относительно тяжелые аккумуляторные батареи (но с совершенствованием технологий эта проблема постепенно решается). С другой стороны — биотопливо, его довольно легко транспортировать, оно обладает стабильностью и довольно большой «энергоплотностью», его можно использовать с незначительными модификациями существующих технологий и инфраструктуры.

Снижение стоимости

В настоящее время на рынке биотопливо стоит столько же, сколько и бензин. Тем не менее, в использовании биотоплива больше преимуществ, поскольку это более чистый вид топлива, он производит меньше выбросов при сжигании. Биотопливо можно адаптировать к существующим конструкциям двигателей, которое будет хорошо использоваться в любых условиях. При этом такое топливо лучше для двигателей, оно снижает общие затраты на контроль за загрязнением двигателя и, следовательно, его использование требует меньше затрат на техническое обслуживание. С увеличением спроса на биотопливо есть вероятность, что в будущем оно станет дешевле. Таким образом, использование биотоплива будет менее тяжелым для кошелька.

Возобновляемые источники

Бензин получают из сырой нефти, которая не относится к возобновляемым ресурсам. Хотя современных запасов ископаемого топлива хватит еще на много лет, они в конечном счете когда-нибудь закончатся. Биотопливо изготавливается из различного сырья, такого как навоз, отходы сельскохозяйственных культур и растений, выращенных специально для топлива. Это возобновляемые ресурсы, которые, вероятно, не закончатся в ближайшее время.

Сокращение выбросов парниковых газов

При сжигании ископаемое топливо производит большое количество углекислого газа, который считается парниковым газом и причиной удержания солнечного тепла на планете. Сжигание угля и нефти повышает температуру и вызывает глобальное потепление. Чтобы уменьшить воздействие парниковых газов, можно использовать биотопливо. Исследования показывают, что биотопливо снижает выбросы парниковых газов до 65 процентов. Кроме того, при выращивании культур для биотоплива они частично поглощают оксид углерода, что делает систему использования биотоплива ещё более устойчивой.

Экономическая безопасность для стран, не обладающих большими запасами топлива

Не каждая страна обладает большими запасами нефти. Импорт нефти оставляет существенную брешь в экономике страны. Если люди начнут склоняться в сторону использования биотоплива, то зависимость от импорта будет снижаться. Благодаря росту производства биотоплива создастся больше рабочих мест, что должно положительно отразиться на экономике страны.

Где используют биотопливо

В начале февраля 2018 года впервые в истории был совершен перелет на капустном биотопливе. Самолет компании Qantas выполнил рейс из США (Лос-Анджелес) в Австралию (Мельбурн). Лайнер был заправлен топливной смесью с 10% содержанием биотоплива, произведенного из семян абиссинской горчицы (абиссинская капуста). Во время перелета, длившегося 15 часов, самолет произвел на 7% меньше выбросов углекислого газа.

Абиссинская капуста высаживается фермерами на полях как промежуточная культура между периодами выращивания основной. Созревшие семена растения используют для изготовления масла, применяемого в медицине, косметологии и производстве пластмасс. Один гектар абиссинской капусты дает 400 литров авиационного топлива или 1400 литров возобновляемого дизельного.

Австралийская компания заявила, что к 2020 году планирует перейти на биотопливо на всех лос-анджелесских рейсах.

В 2012 году австралийские компании уже совершали перелеты внутри континента на биотопливе, которое наполовину состояло из растительного масла. На таком же топливе в 2011 году американская авиакомпания выполнила 75 полетов. В течении половины 2013 года датская компания каждую неделю совершала рейсы между Амстердамом и Нью-Йорком на биотопливе.

Большая часть автопарка Бразилии использует в качестве топлива этанол, произведенный из сахара.  В 2017 году часть лондонских автобусов были заправлены кофейным топливом. Его получили посредством отжима кофейной гущи — побочного отхода работающих городских кофеен. Кроме кофе для производства биотоплива для лондонских автобусов использую отработанное растительное масло и мясные обрезки.

Для заправки автомобилей также может использоваться и виски. Британская компания Celtic Renewables перерабатывает сырье, которое остается от производства виски, в электричество или синтезирует из него топливо для дизельного двигателя.