Биотопливо как альтернативный источник энергии

Биотопливо как альтернативный источник энергии

Биотопливом называется топливо, которое извлекают путем обработки биомассы биологическим (посредством бактерий) или термохимическим способом. Как биомасса используется растительное или животное сырье, а также органические промышленные отходы или продукты жизнедеятельности организмов. На сегодняшний день наиболее используемые источники биотоплива — это растения или отходы деревопереработки.

По своему агрегатному состоянию биотопливо бывает твердым, жидким и газообразным.

Из чего делают биотопливо

Твердое

Одним из наиболее известных источников твердого биотоплива являются дрова, которые местами до сих пор используют для получения тепловой и электрической энергии. Несмотря на разработку проектов по выращиванию так называемых энергетических лесов, большим вниманием начинает пользоваться способ получения биотопливных брикетов и гранул из продуктов деревопереработки.

Так, первые производят из различных биоотходов (птичий помет или навоз). Эти отходы высушиваются и прессуются соответствующим образом, после чего используются для обогрева жилых и производственных помещений. Аналогичным образом производят и топливные гранулы, также известные как пеллеты. Сырьем для получения пеллет служат опилки, солома, кора, щепа, а также отходы сельскохозяйственного производства. Так, сырье сначала перемалывается в муку, после поступает в сушилку, а затем в специальный пресс. Там под воздействием высокой температуры и давления лигин, вещество содержащееся в древесных отходах, становится клейким. В результате этого на выходе получаются готовые небольшие цилиндры экотоплива.

Жидкое

К жидкому биологическому топливу относятся этанол, биобутанол и биометанол, а также биодизель. В большинстве своем его получают из растительного сырья. Так, наибольшее распространение на сегодняшний день в качестве транспортного топлива получили биоэтанол и биодизель. По данным на 2014 год, первый занимал около 74% биотопливного рынка, 23% — принадлежали биодизелю.

Сырьем для биоэтанола служат растения, в которых присутствуют крахмал или сахар, которые подвергаются процессу спиртового брожения. Совместное использование этанола и бензина дает ряд преимуществ для автомобиля. Применение такой смеси лучше сказывается на работе двигателя и его мощности, предотвращает перегрев мотора, а также препятствует образованию сажи, нагары и дыма.

Тем не менее наиболее предпочтительным топливом для двигателя является биобутанол, который пока не пользуется популярностью. Он производится из того же сырья, однако лучше этанола соединяется с бензином, а также может быть использован в качестве самостоятельного топлива.

Биодизельное топливо получают из сои, рапса, хлопка,водорослей или жирных масел (того же рапсового или пальмового и кокосового). Биодизельное топливо применяется для заправки автомобилей как самостоятельно, так и совместно с обычным дизелем. Кроме отсутствия негативного влияния на экологию, биодизель также содействует более длительной эксплуатации двигателя, из-за присутствия малого количества серы.

Газообразное

На сегодняшний день существуют два вида газообразного топлива — биогаз и биоводород. Наибольшее распространение пока получил только один из них — биогаз.

Биогаз состоит из смеси углекислого газа и метана. Он получается путем ферментации натуральных отходов, среди которых сточные воды и бытовые отходы, навоз, отходы рыбного и забойного цеха, трава и водоросли. На первом этапе производства используемое сырье измельчают до получения однородной массы. Смесь поступает в утепленный реактор, где живут бактерии. В процессе своей жизнедеятельности бактерии выделяют биогаз. Для этого необходимо постоянно перемешивать сырьевую массу и поддерживать температуру в реакторе на уровне 35 — 38 градусов Цельсия. Образовавшийся в результате биогаз направляется в резервуар для хранения, откуда впоследствии через систему очистки подается в котел или электрогенератор.

Биоводород получают в результате термохимических, биохимических или биотехнологических реакций. Биоводород используется не так широко. На сегодняшний день он применяется только для получения водородных топливных элементов в электроэнергетике.

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.

Биотопливо, кислота и сила космоса Какие альтернативные источники энергии уже существуют

В начале декабря 2015 года успешно прошли первые испытания немецкого реактора Wendelstein 7-X, который способен обеспечивать энергией города благодаря термоядерному синтезу, без применения нефти. В Европе и Америке уже много лет ведутся активные работы по изобретению альтернативных источников энергии. По просьбе «Медузы» Владислав Воронин узнал, чего уже удалось добиться.

Биотопливо вместо нефти

В Швеции мечтают о том, что когда-нибудь нефть и бензин будут больше не нужны: в октябре на базе технического университета Лулео произвели первую партию нового топлива из порубочных остатков. Процесс делится на два этапа. Первый — термическое разложение остатков древесины (пиролиз) и резкое охлаждение полученного продукта. В результате образуется основа биотоплива, которую можно преобразовать в полноценное транспортное топливо при газификации и добавлении специальной черной густой массы — побочного продукта целлюлозно-бумажного производства.

Как уверяют изобретатели, топлива из одного бензовоза, заправленного биотопливом, автомобилю хватит, чтобы 10 раз проехать вокруг Земли.

Энергия от воды с солью

В ноябре 2009 года в норвежской коммуне Хурум заработала первая в мире осмотическая электростанция — установка, которая извлекает энергию при смешивании пресной и соленой воды. Как это выглядит: в резервуар, разделенный на два отсека полупроницаемой мембраной, подается морская и пресная вода; молекулы пресной воды проходят через мембрану, чтобы выровнять концентрацию соли, и в отсеке с морской водой образуется избыточное давление; это давление используется для вращения гидротурбины — в итоге вырабатывается электроэнергия.

Звучит заманчиво, но эффективность станции оказалась ниже, чем планировалось. Энергии вырабатывалось мало, и компании Statkraft никак не удавалось отбить 20 миллионов евро, потраченные на строительство. Спустя 4 года проект заморозили. Сейчас Statkraft пытается понять, как можно увеличить производительность осмотических электростанций.

Осмотическая электростанция в Хуруме. Сентябрь 2009-го

В сентябре 2015 года ответ неожиданно нашли в австралийском университете Гриффита. Доктор Фернанда Хелфер и профессор Шарль Лемкерт провели исследование и отметили, что осмотические электростанции надо строить на базе опреснительных установок — чтобы давление возникало при смешивании обычной морской воды и раствора, полученного после опреснения. Австралийцы полагают, что в таком случае энергии будет больше, а осмотические станции снизят зависимость от невозобновляемых источников энергии.

Мощные солнечные батареи

Ученые Иллинойсского университета летом 2015 года изобрели способ увеличить мощность обычных солнечных батарей. Они предлагают не сразу поглощать солнечный свет, а сделать переходную зону, которая повысит интенсивность световых волн. Для этого перед батареей устанавливается специальная тарелка с мощными световыми излучателями (люминофорами), которые, захватив солнечный свет, повторно испускают его более длинными волнами благодаря Стоксову сдвигу. По плану исследователей, это позволит в 30 раз увеличить количество захваченных фотонов — следовательно, существенно увеличится эффективность солнечных батарей.

Термоядерный синтез

Какие хитрости бы ни придумывали ученые, главной надеждой энергетики в ближайшие годы будет термоядерный синтез. Центром исследований в этой области стал реактор Wendelstein 7-X в немецком городе Грайфсвальд, стоимость проекта составляет около 400 миллионов евро.

Установка Wendelstein 7-X

В начале декабря 2015 года успешно прошли первые испытания. Физикам удалось нагреть один миллиграмм газообразного гелия (получается при слиянии дейтерия и трития) до температуры в миллион градусов по Цельсию и удержать полученную плазму в равновесии в течение 0,1 секунды. И это только начало. Ученые планируют наращивать мощность излучения и повышать температуру плазмы до 100 миллионов градусов. В следующем году физики надеются удерживать водородную плазму в равновесии в течение десяти секунд. Конечная цель намного амбициознее и пока кажется невероятной: удерживать плазму в реакторе аж 30 минут.

Если все испытания пройдут успешно, стеллараторы перестанут казаться машинами будущего и станут привычными электростанциями, обеспечивающими полноценную жизнь городов.

Энергия ветра

В следующем году у берегов Шотландии начнут строить крупнейшую в мире плавучую ветряную электростанцию. Это будет сеть из пяти турбин общей мощностью 30 мегаватт — планируется, что этого хватит на 20 000 домов.

Энергия будет вырабатываться благодаря мощным ветрам, скорость которых на расстоянии 25 километров от берега Шотландии обычно составляет 10 метров в секунду. При этом при необходимости турбины можно будет отодвинуть и дальше, так как их основание не будет крепиться к морскому дну, а расположится на специальных платформах. Правительство Шотландии надеется, что такая система поможет существенно сократить расходы на производство электроэнергии.

Проект ветряной электростанции у берегов Шотландии

Геотермальная энергетика

Исландия — идеальный пример страны, которая отказалась от нефти и других невозобновляемых источников энергии: около 70 процентов потребностей закрывают гидроэлектростанции, еще 25 — геотермальные установки. Отрасль настолько развита, что Исландия готова продавать свои разработки за границу.

Так, Великобритания ведет переговоры о покупке геотермальной энергии, которая вырабатывается при помощи горячей воды и пара.

В Исландии более 100 вулканов, благодаря чему даже на относительно небольшой глубине температура воды достаточна для выработки энергии. Например, около 90 процентов домов в Исландии обогреваются за счет горячей воды, которая подается из скважин в трубы и отапливает жилые помещения.

Электроэнергия добывается, как правило, более сложными способами. Наиболее распространены три: прямой — когда пар, поднимающийся из скважины, пропускается через турбину, которая и вырабатывает энергию; непрямой — когда горячая вода под высоким давлением подается из-под земли в испаритель, а полученный пар вращает турбину; бинарный — когда горячая термальная вода взаимодействует в теплообменнике с другой жидкостью (с более низкой температурой кипения) и выпаривает ее, в итоге пары рабочей жидкости вращают турбину.

Геотермальная станция Nesjavellir в Исландии

Планируется, что британцы проложат по дну моря кабель длиной 750 миль, это обойдется в несколько миллиардов фунтов. Исландия берет на себя все производство энергии: под землю, где расположены сухие высокотемпературные породы, закачивается вода, которая потом возвращается на поверхность сильно нагретой и вырабатывает энергию.

Интересно, что в 2012 году в Великобритании опубликовали исследование о том, что страна самостоятельно может добыть 20 процентов необходимой энергии с помощью геотермальных установок.

Солнечная энергия из космоса

Возможно, самый необычный способ добыть энергию — отправиться за ней в космос. Этим занялась калифорнийская компания Solaren, которая в 2009 году начала готовиться к запуску нескольких спутников с солнечными панелями. Старт проекта, изначально запланированный на 2016 год, был перенесен на конец десятилетия из-за сложностей с финансированием.

Интересно, что о получении энергии из космоса думали задолго до появления Solaren: в рассказе Айзека Азимова Reason, написанном в 1941 году, впервые упоминается космическая станция, которая снабжает Землю энергией и управляется роботами.

На самом деле все должно выглядеть так: постоянный ток от солнечных отражателей передается на Землю с помощью электромагнитных волн, а на земле их принимает специальная антенна. После этого энергия передается в сотни жилых домов.

Одна из концепций космической солнечной электростанции

Кислота, способная заменить бензин

Футболист лондонского «Арсенала» Матье Фламини в середине ноября признался, что почти все заработанные деньги вкладывает в компанию, которая разрабатывает биотопливо на основе левулиновой кислоты. По словам полузащитника, это вещество в будущем способно заменить бензин и открыть рынок объемом 20 миллиардов фунтов.

Фламини вместе с другом Паскуале Гранатой уже семь лет владеет компанией GF Biochemicals и заводом в итальянском городе Казерте, на котором работают около 80 человек (всего в компании — 400 сотрудников).

«Когда мы нашли способ производить кислоту в промышленных масштабах, мы запатентовали его. Затем шло постепенное развитие. У нас есть исследователи, химики и другие ученые из Франции, Италии, России, Голландии, Германии и Египта», — сказал Фламини.

Биотопливо как альтернативный источник энергии

• Главная
• Альтернативный источник энергии – биотопливо

Альтернативный источник энергии – биотопливо

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

В настоящий момент мир испытывает недостаток энергоресурсов, все чаще можно услышать о необходимости применения биотоплива – как альтернативного источника энергии. Актуальность работы состоит в том, что мы все привыкли пользоваться такими источниками энергии, которые зависят от органического топлива (угля, газа и нефти). И рано или поздно наступит день, когда они иссякнут. Поэтому надо искать другие источники энергии — альтернативные и возобновляемые. Проблема. Получение энергии – сложный технический процесс. А есть альтернативное решение. Можно ли получить энергию без сжигания органического топлива?

Цель исследования – произвести один из видов биотоплива в домашних условиях для использования в повседневной жизни.

Гипотеза: предположим, что возможно производство твердого биотоплива в домашних условиях и оно может быть использовано в повседневной жизни (для отопления домов и приготовления пищи).

Познакомиться с понятием альтернативных источников;

Изучить виды биотоплива, их особенности и характеристики;

Провести опыт, доказывающий возможность производства биотоплива в домашних условиях;

Произвести сравнение биотоплива с органическим топливом;

Соблюдать технику безопасности.

Методы исследования:

— анализ теоретического материала литературы;

Теоретическая значимость: использование знаний об альтернативных источниках энергии помогут бережнее использовать природные ресурсы.

Практическая значимость: результаты работы будут представлять интерес для разработок в этой области.

Глава 1. Теоретический анализ литературы

Альтернативные источники энергии

До сих пор основными источниками энергии были: газ, нефть, вода и уголь. Исходя из того, что ресурсы стремительно истощаются, соответственно повышаются цены на них, а также при их переработке выделяются вредные вещества, негативно влияющие на окружающую среду, я сделал вывод, что необходим поиск альтернативных источников энергии.

Альтернативные источники энергии – это экологически чистые возобновляемые ресурсы, которые при их переработке позволяют получить энергию, используемую для повседневных нужд многих людей [3].

Если сравнивать альтернативные источники энергии с переработкой угля и нефти, то они являются более дорогими, к тому же могут применяться не в любой местности из-за отсутствия подходящих погодных условий [5]. Альтернативные источники энергии имеют очень много плюсов, но они имеют и существенный минус: высокая цена [4].

Основные причины, указывающие на важность перехода на альтернативные источники энергии:

Глобально-экологический: при переработке органического топлива происходит загрязнение окружающей среды, что ведет к катастрофическому изменению климата.

Экономический: переход на альтернативные технологии в энергетике позволит сохранить топливные ресурсы страны и использовать их в других отраслях промышленности.

Социальный: численность населения постоянно растет и поэтому трудно найти пригодные места для строительства АЭС, ГРЭС, где они будут безопасны для людей и окружающей среды [7].

Наиболее известны и частично применяются следующие виды энергии: энергия Солнца, энергия ветра, ядерная энергия, водородный газ, энергия приливов, энергия биомассы, биотопливо. Из всех существующих видов альтернативной энергетики наибольший интерес для нас представляет биотопливо – это вид топлива из растительного или животного сырья (из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов), потому что оно возобновляется и не требует больших усилий для производства [2].

1.2. Виды биотоплива

Существует следующие виды биотоплива:

Твердое биотопливо (рис.1);

Жидкое биотопливо (рис. 2);

Газообразное биотопливо (рис. 3).

Рассмотрим их наиболее подробнее:

Самый известный и древний вид твердого биотоплива – дрова. В настоящее время дрова в чистом виде и в больших количествах уже почти не используют. Распространенным твердым видом биотоплива стали топливные брикеты, получаемые из древесных опилок или коры, хвойных иголок, травы, листьев, соломы, оливковых косточек, ореховой скорлупы или шелухи семечек подсолнечника, навоза крупного рогатого скота. Они заменяют уголь, дрова. При сгорании не выделяют вредных веществ и практически не дымят (в отличие от угля) [6].

Кроме того, они более энергоэффективны, чем обычные дрова. Плюс топливных брикетов также в небольшом содержании золы, что снижает потребность в обслуживании печей и котлов. Также, они имеют самую низкую цену по сравнению с другими видами биотоплива.
Производят следующие виды жидкого биотоплива:

Биоэтанол – наиболее популярное жидкое биотопливо. Его получают путем брожения крахмала или сахара. Биодизель – второе по популярности жидкое биотопливо. Его делают из масличных растений, таких как соя или масличная пальма, а также из других масляных продуктов, например, отходов кулинарного жира после жарки во фритюре. Такой вид жидкого биотоплива используется в дизельных двигателях и обычно смешивается с нефтяным дизельным топливом в различных пропорциях [8].
Водоросли – третий вид жидкого биотоплива, их выращивают в больших бассейнах или на фермах, они превращают солнечный свет в энергию и хранят ее в виде масла. Масло извлекается механически (при прессовке биомассы) или с помощью растворителей, которые разрушают стенки клеток. Дальнейшая переработка и очистка дает биотопливо, подходящее для использования в качестве альтернативы традиционным видам топлива.
Газообразное биотопливо подразделяют на: биогаз, основным источником которого являются отходы животноводства и сельского хозяйства, сточные воды и пищевые отходы. Он образуется в результате разложения без доступа кислорода.
Биоводород – подобие обычного водорода, его получают из биомассы, которую нагревают без доступа кислорода до высоких температур, например, древесных отходов, вследствие чего выделяется водород и другие газы. Также в биомассу добавляют специальные микроорганизмы, которые ее разлагают с выделением водорода [1].

Биотопливо можно возобновлять, когда используются растения, потому что, растения всегда можно выращивать. Для производства биотоплива требуется специальное оборудование.

Глава 2. Экспериментальная работа

2.1. Изготовление топливных брикетов в домашних условиях

Для проекта мне понадобилось следующее оборудование: лист металла, толщиной 4мм, 2 болта, 2 гайки, болгарка, сварочный аппарат, тиски, линейка, мел, дрель со сверлом по металлу, наждачная бумага. Для топливных брикетов я использовал: опилки, сосновые иголки, листья, мелкие ветки, траву.

Технологическая карта изготовления пресса и топливных брикетов

Мы вместе с дедушкой взяли лист металла, вымерили размеры для будущего пресса. И вырезали болгаркой заготовки из листа (рис. 4).

С помощью сварочного аппарата и с дедушкиной помощью, мы сварили коробку размерами 13см*7см*10см. После чего зачистили ее наждачной бумагой (рис. 5).

С двух краев мы приварили гайки, также сделали крышку с двумя отверстиями под болты. Для того чтобы при их закручивании крышка заходила в форму и прессовала материал (рис. 6).

Для самих топливных брикетов нам нужен был природный материал, за которым мы поехали в лес. Насобирали в лесу: сосновые иголки, листья, мелкие ветки, траву. А опилки взяли на пилораме, там их отдают бесплатно (рис. 7).

Весь материал на брикеты нужно было измельчить дробилкой, но у нас ее не было, поэтому мы использовали старую мясорубку. Сосновые иголки и веточки пропускались тяжелее всего. В итоге, у нас получилась смесь для производства брикетов (рис. 8).

Эту смесь мы засыпали в пресс и завернули болты, насколько хватило сил (рис. 9).

Далее поставили в духовку на небольшую температуру 110 градусов, чтобы смесь высохла, но не загорелась (рис. 10).

Через два часа мы достали наш пресс из духовки, остудили и вытащили из него топливный брикет (рис. 11).

Такой же процесс мы проделали с опилками. Получился топливный брикет, как и в предыдущем опыте с природными материалами (рис. 12).

После изготовления пресса и топливных брикетов мы решили сравнить их с дровами и углем. Для этого мы сделали 3 закладки топлива в домашнюю печь. Закладка из дров полностью прогорела за 1 час, уголь прогорел за 4 часа, а закладка из топливных брикетов прогорела за 5 часов. Можно сделать вывод, что дрова сгорают быстрее, уголь и топливные брикеты горят примерно одинаковое время, но чем дольше топливо горит, тем больше тепла выделяется, то есть от топливных брикетов тепла больше. Эти данные представлены на рис. 13. Так же мы решили сравнить цены на все виды топлива (уголь, дрова, топливные брикеты):

Цена 1 кубометра дров – в среднем 1600 рублей;

Цена кубометра угля (1200-1500кг) – 8500 рублей;

Цена кубометра брикетов(1100-1200кг) – 9500 рублей (рис. 14).

Из данных сравнений мы можем сделать вывод, что топливные брикеты горят дольше дров и угля, по стоимости немного дороже угля, но производятся из возобновляемых материалов, что позволяет их производить на постоянной основе без вреда природе, а при совершенствовании технологий производства, и использовании новых материалов (например, водоросли), можно значительно снизить цену на производство.

2.2 Экономический раздел

Для изготовления пресса и топливных брикетов в домашних условиях мы применили подручные материалы, которые были у деда в гараже и природные материалы, которые собрали в лесу. На изготовление своих топливных брикетов мы не потратили денежных средств.

Стоимость аналогичных топливных брикетов у производителя равна примерно 9- 15 рублей за 1 кг.

Можно сделать вывод о том, что топливные брикеты можно сделать самим в домашних условиях из подручных и природных материалов, чем покупать их у производителя дороже.

Таким образом, поставленная нами цель – произвести один из видов биотоплива в домашних условиях для использования в повседневной жизни была достигнута.

Наша работа посвящена изучению альтернативных источников энергии, актуальной на сегодняшний день, в связи с экологической обстановкой в мире. Мы зависим от топлива, ведь оно дает тепло в наши дома, возможность приготовления пищи, «еду» для автомобилей. Ежедневно потребляется огромное количество топлива, и мы не задумываемся, что не возобновляемые источники когда-то закончатся. Развитие данной отрасли очень перспективно и дает возможность перейти с органического топлива на возобновляемый источник – биотопливо, это поможет сохранить природные ресурсы или направить их в другие виды деятельности.

Также, мы провели сравнение биотоплива с дровами и углем. Сделали 3 закладки топлива в домашнюю печь. Дрова полностью прогорели за 1 час, уголь прогорел за 4 часа, а закладка из топливных брикетов прогорела за 5 часов. Можно сделать вывод, что дрова сгорают быстрее, уголь и топливные брикеты горят примерно одинаковое время, и выделяют больше тепла. Кроме того, уголь является не восполняемым топливом, поэтому целесообразно использовать топливные брикеты.

Благодаря проведенному эксперименту, была доказана возможность производства топливных брикетов из возобновляемых материалов в домашних условиях.

В процессе проектной работы я узнал, какие существуют альтернативные источники энергии.

Нашел наиболее выгодный и возобновляемый вид топлива для использования в повседневной жизни.

Провел опыт, доказывающий возможность производства топливных брикетов своими руками в домашних условиях.

Соблюдая технику безопасности, научился пользоваться духовкой, тисками, делать чертеж для своего пресса, увидел как правильно пользоваться болгаркой и сварочным аппаратом.

В результате нами создан пресс и топливные брикеты в домашних условиях.

В перспективе я хочу продолжать работу по изучению других видов альтернативных источников энергии, не только применять их в жизни, но и придумать новый вид возобновляемого источника энергии.

Список литературы

1. Зыкова А., Мальков М., Озерова О. Хочу всё знать/М.: ООО «Издательство Эксмо», 2014.- 440 с.: ил.

2. Кларк Дж. Иллюстрированная хроника событий и изобретений. – М.: ООО «Издательство Астрель», 2002. – 332 с.: ил.

3. Ожегов С.И. и Шведова Н.Ю. Толковый словарь русского языка: 80 000 слов и фразеологических выражений /Российская академия наук. Институт русского языка им. В.В. Виноградова. – 4- е изд., дополненное. – М.: Азбуковник, 1999.- 994 стр.

Как устроено производство биотоплива, и какие проблемы оно решает

Биологическое топливо — это горючее растительного или животного происхождения. Предполагается, что оно заменит традиционные виды топлива из исчерпаемых ресурсов на те, которые производятся из возобновляемого сырья.

Например, к биотопливу можно отнести обычные дрова или рапсовое масло. Однако дизель и бензин вытеснили эти виды топлива, так как они дешевле, а массовая автомобилизация требовала больших объемов топлива.

Почему люди вновь вернулись к биотопливу? Первая причина — климатический кризис, который усугубляется выбросами парниковых газов от использования ископаемого топлива. На транспорт приходится практически четверть от всей эмиссии углекислого газа, связанной с производством энергии. С 1970 года объем выбросов парниковых газов в транспортном секторе вырос вдвое, из которых 80% приходится на дорожный транспорт.

Вторая причина — поиск возобновляемых источников энергии, так как запасы нефти и угля вскоре могут полностью закончится. Сюда же можно добавить и скачки цен на углеводороды.

Виды биотоплива

• Твердое
• Жидкое
• Газообразное

Твердое биотопливо

Самый типичный и древний вид твердого биотоплива — дрова. Однако сейчас в чистом виде и в крупных масштабах их уже почти не используют. Наиболее ходовым твердым видом биотоплива стали пеллеты, получаемые из древесных опилок или коры, соломы, оливковых косточек, ореховой скорлупы или шелухи семечек подсолнечника. Также пеллеты делают из навоза крупного рогатого скота.

Пеллеты заменяют уголь, дрова и солярку. При сгорании они не выделяют вредных веществ и практически не дымят (в отличие от угля и дизеля). Кроме того, они более энергоэффективны, чем обычные дрова. Плюс пеллетов также в минимальном содержании золы, что снижает потребность в обслуживании печей и котлов. Кроме того, они имеют самую низкую цену по сравнению с другими видами биотоплива.

Жидкое биотопливо

Биоэтанол — наиболее популярное и массовое жидкое биотопливо. Его получают путем ферментации крахмала или сахара. Бразилия и США входят в число лидеров по производству биоэтанола. В США биотопливо на основе этанола производят из кукурузы и обычно смешивают с бензином для получения гибридного топлива. В целом в США на биотопливо приходится 5% от всего энергопотребления. В Бразилии биотопливо на основе этанола делают из сахарного тростника, а в Англии даже производят из сахарной свеклы.

Биодизель — второе по популярности жидкое биотопливо. Биодизель делают в основном из масличных растений, таких как соя или масличная пальма, и в меньшей степени из других масляных продуктов, например, отходов кулинарного жира после жарки во фритюре. Биодизель используется в дизельных двигателях и обычно смешивается с нефтяным дизельным топливом в различных пропорциях.

Биобутанол — четырехуглеродный спирт, который также относится к биотопливу. Его делают из того же сырья, что и этанол. Преимущества биобутанола по сравнению с биоэтанолом заключаются в том, что биобутанол не смешивается с водой, имеет более высокое содержание энергии и более низкое давление паров, что означает более низкую летучесть в результате испарения.

Диметиловый эфир. Его можно получить из биомассы, но в промышленных масштабах исходным сырьем для него остается природный газ. Плюс такого топлива в том, что его энергоэффективность практически равна дизельному топливу, однако плотность энергии у диметилового эфира вдвое ниже, чем у дизельного топлива, поэтому для него требуется топливный бак в два раза больше. К тому же для транспортных средств нужна специально разработанная система для работы двигателя на диметиловом эфире.

Сейчас инженеры активно разрабатывают новое поколение жидкого биотоплива, полученного с помощью водорослей. Водоросли выращивают в больших бассейнах или на фермах, они превращают солнечный свет в энергию и хранят ее в виде масла. Масло извлекается механически (при прессовке биомассы) или с помощью химических растворителей, которые разрушают стенки клеток. Дальнейшая переработка и очистка дает биотопливо, подходящее для использования в качестве альтернативы традиционным видам топлива.

Газообразное биотопливо

Биогаз — это газ, состоящий в основном из метана и углекислого газа в различных пропорциях в зависимости от состава органического вещества, из которого он был получен. Основными источниками биогаза являются отходы животноводства и сельского хозяйства, сточные воды и органика из бытовых отходов. Биогаз образуется в результате процессов биологического разложения без доступа кислорода (анаэробное сбраживание).

Биоводород — аналог обычного водорода, который получают из биомассы. Термохимический способ представляет собой нагрев исходного сырья без доступа кислорода до высоких температур, например, древесных отходов, при котором выделяется водород и другие попутные газы. При биохимическом способе получения биоводорода в биомассу добавляют специальные микроорганизмы, которые ее разлагаются с выделением водорода.

Плюсы и минусы биотоплива

Преимущества:

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

Недостатки:

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

Где используется биотопливо

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

Перспективы биотоплива

На сегодняшний день из развитых стран США являются крупнейшим производителем биотоплива, на них приходится почти 40% мирового рынка. Всего в 2019 году мировое производство биотоплива превысило 1,8 тыс. баррелей, доля на рынке которого составила $136 млрд. Пока это стало рекордом. Из-за пандемии коронавируса мировой рынок биотоплива упал примерно на 8% впервые за 20 лет.

У биотоплива есть шанс занять только часть рынка, поскольку его потенциал ограничивают искусственно. Так, в ЕС действуют правила, запрещающие использовать более 7% продовольственных культур в качестве сырья для биотоплива. В краткосрочной перспективе биотопливо не требует замены существующей инфраструктуры и двигателей, но маловероятно, что весь энергетический комплекс сможет перейти исключительно на него.