Какие продукты получают из биотоплива
Биотопливо – это источник энергии, который получается из растительного или животного сырья. Бывает в жидком, твердом и газообразном состояниях.
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:
- Жидкое биотопливо;
- Твердое биотопливо;
- 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:
- 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.
- 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 ине 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 традиционныеэнергоносители, 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 егоиспользования 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 жилыхстроений, 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.
Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на канал, Если статья Вам понравилась!
Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии
Добавляйтесь в нашу группу в ВК:
ALTER220 Портал о альтернативную энергию
и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!
Источник
Биотопливо – граница между фотоном и электроном
Любое растительное масло или спирт, полученный путём сбраживания углеводистого сырья, и есть простейшее биотопливо. Но чтобы заправлять им автотранспорт, его преобразовывают и модифицируют. Однако это примеры биотоплива из первого поколения, а сейчас учёные работают над 5-ым поколением этой технологии.
Биотопливо – концептуальный взгляд
В принципе, любой энергоноситель который надо сжигать и есть биотопливо. Но в случае с полезными ископаемыми, вроде угля, нефти или газа, биомасса прошла чрезвычайно длительный путь превращения в энергоноситель. Современное человечество так долго ждать не может, поэтому учёные стараются ускорить этот процесс, или хотя бы коренным образом изменить его.
Так же как и с обычными энергоносителями, биотопливо может быть:
- Твёрдым (дрова, пеллеты, древесный угль);
- Жидким (биодизель, биоспирты и пр.);
- Газообразным (светильная, пиролизная или газогенераторная смесь).
Технологии, которые сейчас популяризируются в частном сегменте, относятся к первому поколению. В промышленном масштабе, получают биотопливо по технологиям второго поколения. Но разницу между ними, преимущества и недостатки биотоплива, очень мало кто себе представляет. А это крайне скабрезная ситуация. Ведь разницу между истребителем 1-го и 5-го поколения знают школьники, хотя ни одного из самолётов даже не видели.
Первое поколение
Получение биотоплива из пищевого сырья было первой ступенькой. Используются сельхозкультуры с высоким содержанием жиров и углеводов. Например, из рапса, рыжика, подсолнечника выжимают масло, которое затем рандомизируется и на выходе получают биодизель, а из кукурузы, картофеля и зерна путём сбраживания и перегонки получают этанол.
Лёгкость с которой эта технология вошла в мир, объясняется тем, что в ней используются уже возделываемые сельхозкультуры, и в оборот включаются развитые посевные площади.
Но обратная сторона медали открывает неприглядную картину роста цен на продукты питания и увеличение числа голодающих в мире. Ведь эти продукты, вместо использования в пищу, идут на переработку как техническое сырьё. Кроме того, по подсчётам Международного Энергетического Агентства, в глобальном масштабе для производства 1% автомобильного биотоплива, требуется 1% посевных площадей.
Да и эффективность этих технологий оставляет желать лучшего. В среднем, для производства биодизеля энергоёмкостью 3 джоуля, требуется потратить 2 джоуля энергии. В затратах учитывается полный сельскохозяйственный цикл (вспашка, засев, обработка и сбор урожая) и этап переработки.
Вот поэтому назрела необходимость дальнейшего развития технологии.
Второе поколение
Для получения биотоплива надо использовать непищевое сырьё – отходы деревообработки, корневую массу растений и даже отходы животноводства и пищевой промышленности. Возможность перепрофилирования сельскохозяйственных угодий в площади для возделывания энергетических культур вызывает серьёзные опасения даже в Совете Европы. Поэтому они приняли постановление, запрещающее с 2020 года производства биотоплива первого поколения.
Основа технологий второго поколения – биоуглерод. Прежде всего это целлюлоза и лигнин. В специальных реакторах они ферментируются, сбраживаются и из них производят:
- Этанол;
- Метанол;
- Эфиры;
- Многоатомные спирты, до октанола включительно;
- Метан;
- Водород.
В принципе, биотопливо рассматривается через призму использования его в двигателях внутреннего сгорания. А раз так, то и требования к биотопливу стандартизируются по характеристикам обычного бензина или дизеля.
Есть любопытные наработки в этом поколении. Например сухая перегонка сосновой древесины при определённых условиях, даёт на выходе смесь метилового спирта, скипидара и кетонов в такой пропорции, что этот продукт успешно заменяет бензин А-80.
Американская фирма Virent, разработала, запатентовала и уже несколько лет выпускает биобензин, который абсолютно ничем не отличается от бензина полученного из минерального сырья! Фактически этот продукт называется биогазолин, для его получения используют биомассу и специальные катализаторы, а сам процесс называется «BioForming».
Качество получаемого продукта настолько высокое, что бензин Virent прошел всесторонние испытания, в том числе в ходе успешного исследования «безвредности» для десяти автомобилей в Великобритании, проведенного фирмой Shell. Бензин Virent также использовался в соревнованиях F1 командой Scuderia Ferrari Formula 1. Бензин Virent также получил регистрацию EPA Part 79.
⇐ Ставте ЛАЙК!!!. Делитесь с друзьями, оставляйте ваши КОМЕНТАРИИ (Ваши Комментарии очень помогают развитию проекта)
Кроме биобензина, фирма выпускает биодизель и биореактивное топливо.
Проблема, которую решают процессы биотоплива второго поколения, заключается в извлечении полезного сырья из этой древесной или волокнистой биомассы, где полезные сахара заблокированы лигнином, гемицеллюлозой и целлюлозой. Все растения содержат лигнин, гемицеллюлозу и целлюлозу. Эти сложные углеводы (молекулы на основе сахара) сначала «освобождаются» от связей, потом ферментируются и из них производят спирты, эфиры и кетоны.
У этой технологии есть как положительные так и отрицательные стороны. Преимущество заключается в том, что земли сельхозназначения не выводятся из цикла выращивания продовольственных культур. Биомасса для технологий второго поколения если и получается с пахотных земель, то лишь как побочный продукт фактического урожая, или же выращивается на маргинальных землях, на которых не получается эффективно возделывать продовольственные растения. В большинстве случаев, при выращивании не используются ни удобрений, ни дополнительного полива.
Отрицательным моментом в этой технологии является сложность переработки сырья. Требуются более высокотехнологичные реакторы и системы подготовки биомассы.
Третье поколение
Его основа – аквакультуры и вообще водоросли. Урожайность мельчайших водорослей почти в 100 раз превышает самую продуктивную сельскохозяйственную культуру. Если учитывать что для этого не требуется активного участия человека, то направление кажется очень перспективным.
В различных видах водорослей содержится до 77% жирных масел (от сухого веса), которые идут на производства биодизеля. Остаток (жмых) может ферментироваться, сбраживаться и идти на получение спиртов и эфиров.
Есть несколько проектов коммерцилизации этой технологии, которые с переменным успехом развиваются в США. Но для максимальной эффективности, требуется постоянная положительная температура и много солнечного света. Поэтому такая технология не подходит для стран с суровым климатом. Хотя и в этом правиле есть исключения. Например в Гамбурге построили здание, фасадная часть которого покрыта фотобиореактором с сине-зелёными водорослями. Из этих водорослей планируется получать биотопливо для энергетических нужд объекта. Так как объект построен по технологии «Умный дом», то все процессы получения энергоносителя из водорослей автоматизированы.
Технология получения биотоплива из водорослей новая, поэтому в ней заложены множество вариантов революционных улучшений на всех этапах, от выращивания, до модификации сырья в готовый продукт. В США с 2013 года на рынке реализуются разные виды биотоплива полученного из водорослей.
Хотя водоросли не занимаются пахотные земли, не влияют на стоимость продуктов питания, а их выращивание гораздо меньше влияет на окружающую среду, в этой технологии есть некоторые изъяны. В частности биодизель из водорослей не снижает текучесть при низких температурах. В некоторых ситуациях это может создавать проблемы при заправке автомобилей. А недостаточно широкое распространение методики, ещё не вывело этот вариант получения топлива на конкурентноспособный уровень цен (по сравнению с нефтью).
Тем не менее, многие страны вкладывают большие средства в продвижение технологий третьего поколения. Например США выделили 600 млн. долларов с 2013 по 2018 года на эти цели, а Индия вложила 50 крор индийских рупий для практическое реализации на нескольких объектах.
Четвёртое поколение
Биомасса в любом случае требует дополнительно переработки, и часто затраты на этот этап производства биотоплива очень высоки. Поэтому появилась идея «заставить» микроорганизмы напрямую синтезировать нужные углеводороды из солнечного света, углекислого газа и воды – это и есть концепция четвёртого поколения.
Технология только разрабатывается на лабораторном уровне. О выходе на коммерческий рынок пока не идёт речи. Но какие-то положительные успехи уже достигнуты.
Генетически модифицированные цианобактерии позволяют изменить направление развитие данных микроорганизмов. В преобразованном состоянии они уже функционируют не для того чтобы максимально заполнить окружающее пространство, а для выработки нужных энергоносителей: метана, водорода, жиров.
Эффективность такого преобразования вообще не может быть сопоставлена с циклом первого поколения. Даже по самым скромным оценкам, она в 50-100 раз более эффективно запасает солнечную энергию.
Пятое поколение – взгляд в будущее
Пока это только прорабатываемые концепции, которые тем не менее щедро финансируются правительствами западных стран (в основном США). Дело в том, что эффективность связывания солнечного света в той же кукурузе через фотосинтез, с последующей переработкой в этанол, не превышает 0,2%. А теоретический максимум энергоэффективности фотосинтеза вообще не превышает 5%.
Поэтому задача стоит в том, чтобы вообще отойти от фотосинтеза!
Предположительно это будет такое устройство, которое поглощает из воздуха углекислый газ и водяные пары, а используя солнечную энергию, преобразовывает эти вещества в углеводородное топливо.
Фантастика? Очень нереальная задача, но серьёзное финансирование этим разработкам выделяет министерство обороны США. Дело в том, что доставка топлива для своих войск в некоторые районы Афганистана поднимает его цену до 130 долларов за литр. А на самых отдалённых базах, себестоимость дизтоплива оценивается в 300 долларов за литр! Учитывает и тот факт, что около 70% потерь в технике и живой силе отмечается именно при нападениях на топливные конвои и подрывы автоколонн.
Даже если по результатам работ биотопливо пятого поколения будет обходиться по 25-40 долларов за литр, оборонное ведомство США сочтёт такой вариант более рациональным.
Ретроспективное сравнение и ожидаемые перспективы
Однажды министр нефтедобычи Саудовской Аравии, шейх Ахмед Закия Мани высказал очень глубокую мысль:
«Каменный век закончился не потому что закончились камни, и бронзовый век закончился не потому что закончилась бронза. Нефтяной век закончится раньше, чем закончится нефть, потому что будут найдены новые варианты обеспечения энергий».
В среднем, сейчас производство биотоплива в мире увеличивается на 7-8% в год. Россия входит в тройку лидеров экспортёров биотоплива. Но к сожалению это всего лишь пеллеты, которые изготавливаются из отходов лесозаготовок. А в остальном мире, Евросоюзе, США, странах Южной Америки и Юго-Восточной Азии, практически на каждой заправке можно залить в топливный бак биобензин или этанол, или 100% смесь углеводородов полученных из альтернативных источников.
Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на наш канал, Если статья Вам понравилась!
Источник