Биодизель: особенности биотоплива

Биотопливо

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.
Популярные записи

Виды биотоплива: сравнение твердого, жидкого, газообразного

Альтернативой традиционным энергоресурсам (газу, каменному и бурому углю, нефти) являются различные виды биотоплива, для изготовления которых используется растительное либо животное сырье.
А также отходы промышленности и результаты жизнедеятельности организмов.

Что такое биологическое топливо

Наиболее перспективным направлением в энергетике являются технологии, предусматривающие использование возобновляемых ресурсов, к числу которых относится и биологическое топливо.
Наиболее распространенным видом биологического топлива являются обычные дрова. 38% населения Земли используют их для отопления и приготовления пищи
В качестве сырья для его производства можно брать биомассу растительного/животного происхождения, включая отходы промышленных производств либо остатки жизнедеятельности животных.
Обработка таких веществ производится термохимическим или биологическим методом, в последнем случае топливо получают при помощи различных видов микроорганизмов.

Хотя в ближайшем будущем биотопливо вряд ли сможет полностью вытеснить традиционные углеводороды, развитие этой отрасли возобновляемой энергетики способствует сохранению запасов полезных ископаемых
Во многих странах действуют специальные программы по расширению доли биотоплива в национальном и региональном энергопотреблении. В ряде государств имеются также обязательные нормы использования этого источника энергии.

Достоинства и недостатки биотоплива

У биологических видов горючего есть свои положительные и отрицательные стороны. Интерес к использованию этого вида сырья вызван его несомненными достоинствами. К ним относятся:

• Бюджетная стоимость. Хотя на данный момент цены на биотопливо практически совпадают со стоимостью бензина, биологические вещества считаются более выгодным видом горючего, поскольку при сжигании дают меньше выбросов. Биотопливо пригодно к применению в различных условиях, при этом его можно адаптировать к двигателям разных конструкции. Еще одним плюсом является оптимизация работы мотора, который дольше остается чистым из-за малого количества сажи и выхлопным газов.
• Мобильность. Биологическое топливо отличается от других вариантов альтернативных источников энергии своей мобильностью. В конструкции солярных и ветряных установок обычно входят тяжелые аккумуляторные батареи, поэтому они чаще всего используются стационарно, тогда как биогорючее можно без особых хлопот перевозить из одного региона в другой.
• Возобновляемый источник энергии. Хотя, по мнению исследователей, существующих залежей сырой нефти хватит как минимум на несколько сотен лет, ископаемые запасы все-таки конечны. Биотопливо, изготавливаемое из растений и отходов жизнедеятельности животных, относится к числу возобновляемых ресурсов, которым в обозримом будущем не грозит исчезновение.
• Охрана атмосферы земли. Крупным недостатком традиционных углеводородов является большой процент CO2, который выделяется при сжигании. Этот газ создает в атмосфере нашей планеты парниковый эффект, создавая условия для глобального потепления. При сгорании же биологических веществ количество  углекислого газа снижается до 65%. Помимо этого культуры, используемые в производстве биотоплива, потребляют оксид углерода, уменьшая его долю в воздухе.
• Экономическая безопасность. Запасы углеводородов распределены неравномерно, поэтому часть государств вынуждена закупать нефть или природный газ, тратя на приобретение, транспортировку, складирование большие средства. Различные виды биологического горючего можно получать практически в любой стране. Поскольку для его изготовления и переработки понадобится создание новых предприятий и, соответственно, рабочих мест, это принесет пользу народному хозяйству и положительно скажется на благосостоянии людей.

Совершенствование технологий и развитие новых методов сможет усилить положительный эффект биотоплива. Так, разработка технологий с использованием планктона и водорослей позволит значительно снизить его цену.
В то же время на современном этапе развития наук и технологий производство биотопливо связано с рядом сложностей и неудобств. Прежде всего, это природные ограничения в выращивании растений. Для произрастания культур, используемых для выработки биомассы, требуется учитывать ряд факторов, а именно:

• Водопользование. Сельскохозяйственные растения потребляют много воды, являющейся ограниченным ресурсом, особенно в засушливых местах.
• Инвазивность. Выращиваемые на топливо культуры часто бывают агрессивны. Они заглушают аутентичную флору из-за чего может пострадать биоразнообразие и экосистема региона.
• Удобрения. Для произрастания многих растений требуется дополнительное внесение питательных веществ, которые могут нанести вред другим культурам или общей экосистеме.
• Климат. Отдельные климатические зоны (например, пустыня или тундра) не подходят для выращивания биотопливных культур.

Активное выращивание сельскохозяйственных растений связано и с истощением земледельческих ресурсов,  Несоблюдение правил агротехники может привести к снижению содержания полезных компонентов почв и, как следствие, к их истощению, что вызовет обострение продовольственной проблемы.
Происходит нарушение экосистемы. Для производства биомассы  обычно требуется расширение территорий, задействованных в сельском хозяйстве. Нередко с этой целью проводится зачистка территории, что приводит к разрушению микроэкосистемы (например, леса), гибели растений и животных.
Для выработки биотоплива уже сейчас выращивается большой объем сельскохозяйственных культур.

На производство биомассы идет более 50% производимого в Европе рапса, более трети американского зерна, почти половина выращиваемого в Бразилии сахарного тростника

Возникают проблемы с выращиваем монокультур.
Для получения большего урожая биомассы производители часто засеивают земли определенным растением. Подобная практика не слишком хорошо отражается на состоянии сельскохозяйственных угодий, поскольку монокультура ведет к изменению окружающей среды.

На полях, занятых одним видом растений, обычно паразитируют особые разновидности вредителей. Попытка борьбы с ними при помощи инсектицидов и пестицидов приводит лишь к выработке устойчивости к данным средствам.
Чтобы избежать описанных выше проблем, ученые советуют не пренебрегать биоразнообразием культур, совмещая на полях несколько растений, а также использовать местные сорта флоры.

Поколения альтернативного горючего

Широкий ассортимент растительного сырья, используемого для биомассы, принято разделять на несколько поколений.
К первому поколению относятся сельскохозяйственные культуры, в которых содержится высокий процент крахмала, сахаров, жиров. Это такие популярные растения, как кукуруза, сахарная свекла, рапс, соя. Поскольку выращивание этих культур наносит ущерб климату, а их изъятие с рынка влияет на ценообразование продуктов, ученые пытаются заменить их на другие виды биомассы.
Из сельскохозяйственных растений, относящихся к первому поколению сырья, в настоящее время вырабатываются почти все виды современного жидкого топлива (биодизель, этанол)
В группу второго поколения биомассы входит древесина, трава, сельскохозяйственные отходы (скорлупа, шелуха). Получение биотоплива из такого сырья требует больших затрат, однако позволяет решить вопрос утилизации не пищевых остатков с одновременным производством горючих материалов.

Особенностью культур, входящих в эту разновидность, является присутствие в них лигнина и целлюлозы. Благодаря им биомассу можно сжигать и газифицировать, а также подвергать пиролизу, получая жидкое топливо. Главным недостатком биомассы второго поколения считается недостаточная отдача с единицы площади, из-за чего под такие культуры приходится отводить значительные земельные ресурсы.

Сырьем для производства биотоплива третьего поколения служат водоросли, которые выращиваются в промышленных масштабах, например, в открытых водоемах.
Наиболее перспективным вариантом считается биотопливо, получаемое из одноклеточных водорослей.

Такие растения быстро набирают массу, при этом для их выращивания не требуется плодородных земель

Подобная практика имеет большие перспективы, однако в настоящее время такие технологии только разрабатываются.
Ученые также ведут исследования по созданию методик, позволяющих получить биотопливо четвертого и даже пятого поколения.

Три разновидности биотоплива

В зависимости от того, в каком агрегатном состоянии находится вещество, различают три основных типа биотоплива:

• Твердое: дрова, торф, отходы жизнедеятельности животных, отходы сельскохозяйственного производства.
• Жидкое: биодизель, диметиловый эфир, биоэтанол, биобутанол.
• Газообразные: биогаз, метан, биоводород.

Каждый тип веществ имеет свою специфику, речь о которой пойдет ниже.

Тип #1: твердое

К числу наиболее популярных твердых разновидностей биологического топлива относятся древесина, торф, отходы жизнедеятельности животных.

Древесина (дрова, щепа, опилки)

Древним видом биотоплива являются хорошо знакомые всем дрова, которые издавна применяются для обогрева домов и приготовления еды. До сих пор их активно используют в разных странах для получения тепло/электроэнергии, в частности, на дровах работает крупная Австрийская теплоэлектростанция, мощность которой составляет 66 мегаватт.
В то же время у подобного сырья имеются недостатки. Энергетическая ценность дров относительно невелика: при сжигании часть вещества оседает в виде сажи, из-за чего камины и печи необходимо регулярно прочищать. Кроме того, для восполнения запасов древесины требуется определенное время — новые деревья вырастут лишь через 15-20 лет.
Отличной альтернативой обычным дровам являются пеллеты (гранулы), для производства которых используется некондиционная древесина (кора, щепа, опилки, сучья).
Пеллеты, получаемые из древесины, торфа и различных отходов, имеют разный цвет.

Светлые используются для топки каминов и печей, тогда как темные, с большим содержанием коры, предназначены для твердотопливных котлов

Для производства топливных пеллет сырье измельчается в пыль, которая затем высушивается и прессуется при высокой температуре. Благодаря содержащемуся в древесине лигнину образуется клейкая масса, из которой формируются небольшие цилиндрики длиной 5-70 мм и диаметром 6-10 мм.
Современной альтернативой традиционным дровам являются топливные брикеты четырех-, шести- или восьмигранной формы.
Этот экологически чистый материал имеет высокую теплоотдачу
К числу популярных видов биотоплива причисляется древесная щепа, которая часто служит источником энергии на европейских ТЭЦ.
Выработка этого сырья производится на лесозаготовках либо на специальных производственных линиях, оснащенных машинами-шредерами.

Болотный и лесной топливный торф

Это распространенная разновидность биотоплива, применяемая в бытовых и промышленных целях на протяжении веков. Торф представляет собой не полностью разложившийся в условиях болота слой мха, добыча которого осуществляется во многих странах мира (Россия, Белоруссия, Канада, Швеция, Индонезия и другие).
Торф, содержащий 50-60% углерода, считается популярным газоносным материалом.
Это ценное сырье может применяться не только в качестве топлива, но и как удобрение либо теплоизолятор
Для удобства производственного процесса биомассу обычно перерабатывают на месте добычи.
Процесс состоит в очистке (просеивании) сырья от посторонних выключений с последующей сушкой и формовкой в виде брикетов или гранул.

Топливо из сельскохозяйственных отходов

В сельскохозяйственном производстве, как правило, накапливается большое число разнообразных растительных отходов: внешние оболочки растений, ореховая скорлупа, солома.

Подобное сырье также можно подвергать прессовке и гранулированию, получая топливные пеллеты, характеристики которых практически не отличаются от гранул, изготовленных из древесной биомассы.

Биотопливо животного происхождения

Наряду с дровами еще в старину люди начали применять топливо животного происхождения, а именно кизяки – высохший навоз домашних животных. Современные технологии сушки и переработки подобного сырья позволяют получать твердые разновидности биотоплива, совершенно лишенные неприятного запаха.
С давних пор кочевые народы применяли в качестве горючего высушенный навоз лошадей, верблюдов, крупного рогатого скота.
В настоящее время из отходов жизнедеятельности домашних животных изготовляется биотопливо в виде брикетов либо пеллет
Поскольку в настоящее время отходы животноводства накапливаются в промышленных масштабах, изготовление из них топлива одновременно решает вопрос об их утилизации.

Тип #2: жидкое

Жидкие варианты биотоплива, отличающиеся безопасностью и экологичностью, большей частью применяются в качестве замены бензина и других подобных средств. К числу наиболее распространенных вариантов относятся биоэтанол, биометанол, биобутанол, биодизель, диметиловый эфир.

Биоэтанол из растительных культур

Это распространенное жидкое биотопливо, которое используется для заправки автомобилей. Хотя чистое вещество не применяется в качестве горючего, его добавка в бензин способствует улучшению работы двигателя, увеличению его мощности, осуществлению контроля за нагревом мотора, снижению выбросов выхлопных газов.
На многих автозаправках Европы, Азии, Северной и Южной Америки предлагается не только традиционное горючее, но и различные виды биотоплива, прежде всего смеси, содержащие биоэтанол
Биоэтанол оценили также любители каминов.
Это вещество имеет хорошую теплоотдачу, к тому же при его горении не образуется сажа или дым, а количество выделяемого углекислого газа сводится к минимуму.

Благодаря таким особенностям биогорючее можно применять даже для топки каминов в многоквартирных домах.

Выработка биоэтанола осуществляется из сырья первого поколения, содержащего крахмал либо сахар. Зерновые, кукуруза, сахарный тростник, свекла перерабатываются  по технологии спиртового брожения.

Биобутанол для заправки автомобилей

Биобутанол — полученный биологическим путем аналог бутанола. Бесцветная жидкость, обладающая характерным запахом, широко применяется в качестве химического сырья в промышленности, а также может использоваться как транспортное горючее.
Показатель энергоемкости бутанола близок к бензину, что позволяет частично заменять последний в топливных элементах. В отличие от биоэтанола, биобутанол может применяться самостоятельно, без добавления традиционных видов горючего.
Сырьем для производства этого биовещества служат самые разнообразные растения: свекла, маниока, пшеница, кукуруза.

Диметиловый эфир (C2H6O)

Это также экологически чистое топливо. При его сжигании в выхлопных газах отсутствуют соединения серы, а содержание соединений азота на 90% ниже, чем при сгорании бензина. Диметиловый эфир можно применять без специальных фильтров, но в конструкцию автомобиля (система питания, зажигание двигателя) приходится вносить кардинальные изменения.
Диметиловый эфир считается перспективным вариантом автомобильного топлива. Машины с двигателями, рассчитанными на это горючее, разрабатывают такие крупные компании, как Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan
Без каких-либо переделок можно использовать комбинированное топливо, содержащее 30% диметилового эфира в машинах, которые оснащены LPG-двигателями.
Жидкое горючее может производиться из различного сырья: природного газа, угольной пыли, биомассы и прежде всего из остатков целлюлозно-бумажного производства, трансформирующихся в жидкость при небольшом давлении.

Биометанол из одноклеточных водорослей

Подобное вещество является аналогом обычного метанола, который широко применяется для производства ряда химических соединений (уксусная кислота, формальдегид), а также используется в качестве антифриза и растворителя.
Впервые вопрос о производстве этого вида биотоплива был поднят в 1980-х годах, когда группа ученых предложила получать жидкую субстанцию путем биохимической трансформации морского фитопланктона, культивирование которого будет производится в специальных водоемах.
Биометанол имеет ряд потенциальных преимуществ:

• Высокую энергоотдачу (14 при получении метана, 7 при выработке метанола).
• Отличную продуктивность фитопланктона (до 100 тонн с гектара в год).
• Нетребовательность одноклеточных организмов, для культивирования которых не нужна пресная вода, плодородные почвы.
• Сохранение земледельческих ресурсов, поскольку фитопланктон выращивается в прудах или морских заливах.

Хотя промышленное изготовление биометанола до сих пор не налажено, в настоящее время ведутся упорные исследования и разработка технологий для развития производства этого вида альтернативного горючего.

Биодизель как альтернатива транспортному горючему

Это жидкое моторное биотопливо, состоящее из смеси эфиров жирных кислот. Вещество безопасно для людей и животных, практически полностью разлагается в земле за 28 дней, а также имеет относительно высокую (

Биотопливо для камина своими руками

По сравнению с электрическими и газовыми декоративными очагами, биокамины еще не обрели такой большой популярности среди потребителей.
Тем не менее их установка не ограничивается какими-либо критериями, в то время как для каминных устройств, функционирующих на газу, требуется разрешение, которое следует получить в соответствующих службах.
Если же квартира находится на 10 и выше этаже, установка газового очага не представляется возможным. То же самое касается и настоящих каминов, которые крайне редко встречаются в городском жилище.

Биокамин отличается от своих предшественников не только доступностью установки, но и специфичностью принципа его работы. Можно приобрести агрегат в специализированном магазине либо сделать биокамин своими руками.
Для его розжига не требуются дрова или любые другие горючие вещества. Отопительный блок функционирует за счет наличия в нем биоэтанола, который является спиртовым топливом.
Подобную жидкость начали применять еще во второй половине XX века для растопки тогда еще никому не известных биокаминов, созданных итальянским инженером.

Характеристика биотоплива

Среди основных преимуществ подобного горючего важно отметить его экологическую составляющую. При сгорании такого материала копоти, сажи или угарных газов не образуется.
Это объясняется просто: биотопливо для камина практически полностью состоит из растительного этанола, который при воздействии высокой температуры распадается на две составляющие: воду и углекислоту. В результате этого при горении образуется пламя синеватого оттенка.

Для придания ему большей натуральности биогорючее дополняется специальными присадками, обеспечивающими смену цвета огня с голубого на красный.

В целом сфера применения биологического топлива весьма обширна. Его не только используют для розжига домашних очагов, но и заливают в такие осветительные приборы, как керосиновая лампа. Замена подобной жидкости биогорючим способствует более яркому свечению без образования таких отложений, как копоть и нагар.

Разновидности биотоплива и их особенности

Приставка «био» в названии горючего определяет его экологичность. Ведь в изготовлении этого вида топлива задействованы возобновляемые природные ресурсы.
В качестве основных компонентов, использующихся в производстве экологического горючего, выступают зерновые и травянистые культуры с высоким содержанием сахара и крахмала.
Так, тростник и кукуруза являются наиболее подходящим сырьем для создания биотоплива.

Перспективы биотоплива

Практически все виды топлива, особенно на основе нефти, сложно и дорого производить. Сторонники альтернативной энергетики предлагают в качестве частичной замены традиционных топлив – биотопливо.
Основным аргументом в пользу использования биологического сырья как источника тепловой энергии стало то, что запасы пропадающей зря биомассы очень велики, особенно в России, с ее огромной пустующей территорией.
Их рациональная переработка позволила бы частично решить энергетическую проблему, особенно для удаленных регионов. Но критики биотоплива относятся к идее “ездить на рапсе” крайне скептически, как и к другим видам альтернативной энергетики: солнечной, ветряной, энергии рек и океана.
Среди доводов “против” главные – это риск роста цен на сельскохозяйственные культуры, экологическая опасность производства. А пока продолжается этот научный спор, рост производства биотоплива медленно, но уверенно продолжается.

Об основных задачах, которые стоят сейчас в области создания биотоплива, рассказывает кандидат химических наук, заведующий лабораторией каталитических процессов переработки возобновляемого сырья Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН Вадим Яковлев.

— Вадим Анатольевич, какие существуют виды биотоплива?
— Биотоплива разделяются на два типа: первого и второго поколения. К биотопливам первого поколения относятся биоэтанол, произведенный из сахарного тростника, кукурузы, пшеницы и других злаковых культур, и биодизель, полученный из масляничных культур – сои, рапса, пальмы, подсолнечника.
Для их выращивания требуется использование качественных пахотных земель, много сельскохозяйственной техники, а также удобрений и пестицидов. Конечно, при таком раскладе производство биотоплива напрямую конкурирует с пищевым сектором экономики.
Это приводит к своим последствиям в социальной сфере и придает негативную окраску всей биоэнергетике.
Топливный биоэтанол получают сбраживанием сахаров с помощью технологии производства пищевого этанола без дополнительных стадий очистки. Биодизель получают методом химической реакции жиров растительных масел и низших спиртов (в первую очередь метанола).
Биотоплива второго поколения производятся из непищевого сырья. Оно может включать в себя отработанные жиры и растительные масла, биомассу деревьев и трав. Преимущество такого топлива заключается в том, что эти растения могут выращиваться на менее благоустроенных землях с применением минимального количества техники, удобрений и пестицидов.

Минусом же является то, что лигноцеллюлоза древесины – это сложный полимерный углевод, он требует гораздо больше химических превращений и, соответственно, энергии для получения из него жидких топлив, чем при производстве биотоплив первого поколения. Но эффективность производства энергии из биомассы биотоплив обоих поколений одинакова, составляет примерно 50%.

Из лигноцеллюлозы растений может быть получено два типа биотоплив – биоэтанол и бионефть. Этанол получают методом кислотного гидролиза целлюлозы, а потом сбраживают полученные сахара.
Как получают бионефть? Сначала нужно измельченную биомассу быстро нагреть по специальной технологии, а потом получаемые продукты быстро охладить.
Но такая нефть, увы, непригодна для использования в качестве моторного топлива: требуется ее дальнейшая переработка.

Биодизель из непищевого сырья – это тоже биотопливо второго поколения. Его получают из технических масленичных культур и микроводорослей. За счет быстрого роста и размножения микроводорослей можно получить топлива от 15 до 200 раз больше, чем из лучшей сельскохозяйственной масленичной культуры.
Также к биотопливам второго поколения относят биотоплива первого поколения, полученные по новым технологиям, которые приводят к снижению потребления ископаемых топлив при их производстве, а также к снижению вредного воздействия на окружающую среду.
Есть и другая классификация биотоплива – по способам его получения. Существуют химический, термохимический и биологический методы.

Особняком стоит относительно новый тип биотоплива – грин-дизель (Green diesel, “суперцетан”, “supercetane”). Если говорить упрощенно, это смесь углеводородов дизельной фракции. Грин-дизель обладает высоким цетановым числом (характеристикой воспламеняемости) – 70-85, это очень хороший уровень. Грин-дизель позиционируется как улучшающая добавка к традиционным дизельным топливам.

Рисунок 1. Упрощенная классификация биотоплив. (Источник: R.C.Saxena, D.Seal, S.Kumar, H.B.Goyal, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12, 1909 (2008)
В настоящее время разрабатываются концепции и технологии для получения биотоплив третьего поколения, которые будут более рентабельными и экологически чистыми (с минимальным совокупным выбросом СО2 в атмосферу).
— Насколько масштабны ресурсы сырья, из которого делают биотопливо? Вообще, биотопливо – это дешево?
— Особенностью массового производства биотоплива является отсутствие стадии нефтедобычи – нет необходимости геологоразведки, бурения нефтяных скважин. Это несомненный плюс.
Но, с другой стороны, требуется задействовать значительные посевные площади. Например, с 1 гектара площадей можно получить не более 0,3 тонны соевого масла, или 1 тонну рапсового масла, или 5 тонн пальмового масла.
Пальма в этом смысле является рекордсменом среди наземных растений.
Россия же из-за своих климатических особенностей среди масленичных культур топливного назначения может ориентироваться только на выращивание рапса.

А если учесть, что у нас по состоянию на 2005 год не использовалось более 15 млн га пашни, которые могли бы быть отданы на выращивание пшеницы или рапса топливного назначения, то перспективы нашей страны как экспортера не только нефти, газа, но и биотоплива, весьма заманчивы.

Европа, как основной потребитель биотоплива, не может себе позволить выделить такое количество сельскохозяйственных угодий для выращивания “энергетических” культур.
Уход из “пищевого” сектора экономики и использование отходов сельского хозяйства, деревопереработки, пищевой промышленности, или же выращивание быстрорастущих энергетических культур дает ряд преимуществ. Это не только расширит сырьевую базу для биотоплива, но и снизит конкуренцию и, соответственно, цены на “пищевые” культуры.
Основной аргумент противников биоэнергетики – конкуренция биотоплива с пищевыми продуктами. Действительно, вследствие биотопливного бума во всем мире выросли цены на кукурузу, все виды масляничных культур и даже на те сорта, которые не используются при производстве биодизеля.

Учитывая это, видимо, стоит ориентироваться на непищевое сырье, а именно – древесину и отходы сельского хозяйства.

Таблица 1. Извлекаемые запасы ископаемых первичных энергоносителей и ежегодный прирост биомассы (в млрд т. н. э.) (Источник: Chemistry & Business, 2004, A. Danilov; From: Worldwatch Institute, 2005 г.)

— Какова область применения биотоплива? Какие преимущества оно дает по сравнению с традиционными видами топлива?
— Биотопливо, в первую очередь, подразумевает использование биоэтанола и биодизеля. В мире биоэтанол получают, в основном, из злаковых культур, кукурузы, сахарного тростника и сахарной свеклы путем ферментативного брожения.
Из всего произведенного этанола 80% имеет топливное применение, 12% – техническое и 8% – пищевое. Прослеживается явная тенденция к увеличению доли топливного этанола в ближайшем будущем.
Например, в США в ближайшие несколько лет планируется построить дополнительно 132 завода по производству топливного этанола.
Но не стоит забывать, что на сегодняшний день биоэтанол не является полным заменителем бензина. В основном используется смесевое топливо, содержащее 10% этанола и 90% бензина (стандарт Е10).

Значительно реже встречается топливо с более высоким содержанием этанола – Е85. Основными недостатками этанола как топлива является его невысокая теплотворная способность (на 37% меньше, чем у бензина), что приводит к более высокому расходу.

Второй недостаток – высокая способность к поглощению воды, что может привести к расслоению смесевого топлива. Однако, все эти отрицательные моменты можно обойти, используя топливо с низким содержанием (до 10%) этанола. Нужно учитывать и экологический фактор.
Процесс сгорания этанола гораздо эффективнее по сравнению с бензином, что уменьшает токсичность выхлопных газов.

Для дизельного топлива тоже есть возобновляемый заменитель – биодизель. Его получают из метанола и растительных масел, в первую очередь, из рапсового, пальмового и соевого. Лидером по производству биодизеля является страны ЕС, где в качестве сырья в основном используется рапс.
Например, в 2006 году было произведено более 6 млн тонн биодизеля, и наблюдается тенденция к росту объемов его производства. Как и в случае с биоэтанолом, биодизель обладает своими недостатками и достоинствами. Биодизель в сравнении с обычным дизельным топливом почти не содержит серы.
При попадании в почву или воду он практически полностью разлагается уже через три недели. Кроме того, он обладает хорошими смазывающими характеристиками и более высоким цетановым числом (не менее 51).

Однако высокая вязкость не позволяет использовать его в холодное время, поэтому требуется применять смеси, состоящие на 20% из биодизеля и на 80% из солярки (марка В20).

— С одной стороны, биотопливо потенциально должно улучшить экологическую обстановку за счет уменьшения вредных выбросов, с другой стороны, по мнению критиков, это должно привести к масштабным вырубкам лесов. Что Вы думаете об этом?
— Проблема вырубки лесов в связи с производством биотоплива, скорее, надумана, потому что древесные отходы часто не находят эффективного применения. Об этом говорят цифры. В настоящее время ежегодно в России заготавливается около 140 млн м­3 древесины от рубок главного пользования и рубок ухода за лесом.
При этом более половины приходится на отходы лесозаготовки и деревопереработки. В ближайшие 5-7 лет объем лесозаготовок может возрасти до 200 млн м­3. При проведении рубок ухода за лесом до 60% древесины является низкокачественной, не имеющей товарной ценности.
Общий объем образующихся отходов и низкосортной древесины составляет не менее 40-45 млн м3 в год или не менее 10-12 млн тут (тут – тонна условного топлива) в год.
Также неэффективно используются отходы растениеводства и торф. Количество отходов растениеводства, которые выбрасываются на ветер, составляет не менее 10 млн тонн в год (или не менее 3,4 млн тут).
Сегодня ресурсы биомассы, в том числе вторичные, используются не более чем на 5%
Древесные отходы лесозаготовок тоже остаются на лесосеке неиспользованными.

Эта биомасса создает дополнительные помехи лесному хозяйству в виде засорения древесиной, ветровала, что является причиной увеличения сроков и затрат на последующее лесовосстановление.

Древесная биомасса в лесу, а также биоотходы перерабатывающих предприятий, создают риск возникновения пожара, размножения вредителей леса, а также являются источником парниковых газов при гниении биомассы.
Ежегодно эмиссия метана от отходов биомассы составляет 7-8 млн тонн и сопоставима с мощностью основных наземных биогенных источников. Дополнительной проблемой является исключение из хозяйственной деятельности земли, занятой под склад биоотходов.
Сегодня ресурсы биомассы, в том числе вторичные, используются не более чем на 5%. Традиционные методы переработки биомассы в существующих условиях малоэффективны и требуют значительных инвестиций при сроках окупаемости 6-8 лет.
Использование всех этих дешевых и доступных ресурсов в качестве топлива может стать завершающей фазой производственных процессов, придавая им почти безотходный характер. Это стало бы эффективной мерой по охране окружающей среды, а также обеспечило бы полное энергообеспечение локальных потребителей.
— Само биотопливо – экологически чистый продукт. А как насчет процесса его производства? Так же ли он безопасен, ведь используются серная кислота, щелочи.
— Безусловно, при производстве биоэтанола иногда используются опасные реагенты, например, серная кислота и щелочные гомогенные катализаторы. Решением этой проблемы занимаются исследователи во многих странах мира.
И правильные подходы уже определены. Например, разрабатываются технологии, которые предусматривают использование однородных по составу катализаторов в химических реакциях (гомогенная технология).
Такой подход позволяет решить многие проблемы.
Гомогенная технология получения биодизеля, несмотря на простоту, имеет и недостатки. Полученную смесь продуктов необходимо разделять, нейтрализовать и тщательно промывать.

В результате образуются большие количества солей, мыла и сточных вод, которые нужно утилизировать. Сам же катализатор при этом безвозвратно теряется. А глицерин, получаемый при этом полезный побочный, – загрязнен раствором солей, и требует дополнительной очистки.

Все это повышает себестоимость биодизеля, что уменьшает конкурентноспособность этой технологии.
За последние пять лет резко возросло число работ, посвященных более экологически чистому способу получения биодизеля с применением разнородных по составу (гетерогенных) катализаторов основной и кислотной природы.
Их преимущество не только в том, что их можно использовать многократно, но и в том, что биодизель получается гораздо более высокого качества. При этом исключается стадия предварительной обработки масла, минимизируется объем жидких отходов, не образуются соли и мыла.

Однако к ним предъявляются особые требования: они должны быть устойчивы к воде, поскольку ее содержат исходные продукты.

— Какие наработки по созданию биотоплива есть в Институте катализа СО РАН? Какие из них наиболее эффективные?
— Все требования к безопасности производства биотоплива были учтены Институтом катализа СО РАН при разработке гетерогенных катализаторов. Акцент делался на стабильность работы в реальных условиях.
В результате было установлено, что одним из наиболее перспективных катализаторов для получения биодизеля является гексаалюминат бария (кальция).
Гексаалюминаты характеризуются относительно низкой активностью по сравнению с другими катализаторами, у них есть важное достоинство: они обладают высокой термостабильностью и устойчивостью к выщелачиванию. Особенно это относится к катализаторам, прокаленным при температуре 1200 °С.
Далее о наших наработках. В производстве биотоплива есть два основных этапа. Первый из них – быстрый пиролиз.

Это термический процесс, протекающий без доступа воздуха, при котором происходит моментальный (1000—10000 °С/сек) нагрев и быстрое (буквально за пару секунд) охлаждение получаемых продуктов.

При пиролизе древесины все ее компоненты частично разлагаются, образуя сложную смесь кислородсодержащих органических соединений. С помощью быстрого пиролиза из древесины можно получить продукт, условно названный “бионефтью”. Это жидкость, похожая на разбавленный деготь.
Из-за высокого (до 55%) содержания кислорода бионефть непригодна для использования напрямую в качестве моторного топлива. Из нее нужно удалить кислород и насытить водородом. И сегодня одна из важнейших задач в этой области – разработка соответствующих катализаторов.

Следующая стадия — гидродеоксигенация (удаление кислорода) полученной бионефти. В рамках международного проекта с акронимом BIOCOUP (Шестая Европейская рамочная программа) специалисты Института катализа СО РАН разрабатывают катализаторы нового типа, которые могли бы эффективно справиться с такой задачей. Мы предложили использовать несульфидированные никельсодержащие катализаторы.
Оказалось, что они превосходят свои коммерческие аналоги по всем главным характеристикам.
Тестирование лучших образцов катализаторов гидродеоксигенации на реальной бионефти в университете Гронингена (Нидерланды) подтвердило их перспективность.

Продукты деоксигенации бионефти могут использоваться для дальнейшей переработки на стандартном нефтеперерабатывающем оборудовании совместно с нефтяными фракциями.

— Как Вы думаете, какие есть перспективы у биотоплива?
— Одна из центральных задач XXI века, на мой взгляд, это постепенное изменение сырьевой базы первичных энергоресурсов.
Необходимо активно использовать возобновляемые источники энергии – энергию ветра, рек, волн, приливов, гидротермальных источников, биомассы.
Если в 2005 году инвестиции в сектор возобновляемой энергетики составляли $20 млрд/год (17% инвестиций в генерацию энергии), то к 2015 году, по оценкам экспертов, они возрастут до $80 млрд/год (прогноз Worldwatch Institute, 2003).
Авторы проекта “Стратегии развития топливно-энергетического комплекса России до 2020 года”, считают, что потенциал России в плане обеспечения возобновляемой ресурсной базы, весьма значителен. Есть два важных момента.
Это технический потенциал, который определяет абсолютный прирост биомассы, и экономический потенциал, то есть экономически целесообразный объем сбора, транспортировки и переработки биомассы.

Если говорить о техническом потенциале, то в России ежегодный прирост биомассы составляет 14-15 млрд тут, то есть в 5 раз больше, чем современное энергопотребление РФ.

Если мыслить стратегически, то становится ясно, что научно-технический прогресс и рост цен на ископаемое топливо обеспечивают неуклонный рост экономической привлекательности биоресурсов.

Топливо для биокамина (биотопливо): особенности использования

Разновидности топлива для биокаминов, и особенности его использования
До недавнего времени каминами могли наслаждаться только владельцы загородных домов или частных усадеб. Размещение такой конструкции внутри квартиры длительный период оставалось только мечтой.
Только благодаря появлению биокаминов жильцы многоквартирных домов получили возможность наслаждаться живым огнем.
Установить такой вид отопительного прибора можно своими руками в любом помещении независимо от его функции и масштабов.

Что такое биокамин?

Биокамин — это своеобразная установка, которая являет собой специфический блок для биотоплива. Именно в результате горения потребители могут наслаждаться картинкой живого огня. В зависимости от способа и места установки камины на биотопливе делят на несколько видов:
Схема монтажа биокамина своими руками
Настольные камины пользуются особой популярность из-за компактности и мобильности.
Они отличаются по размерам, а также возможности передвижения, например, мобильные и стационарные. Благодаря большому ассортименту можно подобрать оптимальный камин на биотопливе для интерьера дома, чтобы выгодно подчеркнуть особенности дизайна и стиля квартиры.
Основным преимуществом таких каминов является их принцип работы. Установить конструкцию можно своими руками и без дополнительной помощи специалистов. Чтобы получить живой огонь не требуется дрова или уголь. Камины нового поколения работают на биотопливе.

Основные характеристики биотоплива

Природные источники биологического топлива для каминов
Топливо для биокамина производится из биологического сырья, которое получают в результате переработки биологических отходов или животного или растительного сырья. Свое название материал получил в результате использования возобновляемых растительных ресурсов, например, натуральные отходы, масла (пальмовое, рапсовое), зерновых культур.
В общем биотопливо для каминов являются денатурированным этанолом. Как известно, этанол – это спирт, который получают в результате процесса ферментации культур с высоким содержанием сахара или в процессе гидролиза соломы, древесины или другого вида сырья с высоким уровнем целлюлозы.
При сжигании денатурированный этанол не имеет никакого негативного влияния на человеческий организм, животных или внешнюю среду. Из спирта образуется оксид углерода и пар, а также небольшое количество тепла. Огонь на биоэтаноле характеризуется ровными языками, копоть и дым отсутствуют.

Такая установка не требует устройства вытяжки, тем самым сохраняя полученное тепло в полном объеме.

Биотопливо для биокаминов
Особенности биотоплива для камина:

• отсутствие угарного газа, копоти и сажи;
• огонь не имеет оранжевого оттенка, поэтому всостав добавляют специальные присадки;
• отсутствие характерного при горении запаха.

Наиболее популярными производителями жидкости для биокаминов являются страны Западной Европы (Италия, Франция, Германия), Канада, США. Лидером производства стала Бразилия.
Заливка биотоплива в биокамин

Виды топлива для биокаминов

В зависимости от продуктов, которые применяют для производства, а также особенностей сырья, существует несколько наиболее популярных видов биотоплива:

• биодизель – материал, который получают в результате переработки жиров (растительные масла и отходы пищевой индустрии)
• биоэтанол – спирт, который не имеет цвета и запаха, полученный в результате ферментации углеродов.
• биогаз – газ, который производится в результате обработки отходов и мусора.

Выбор топлива для биокамина

Чтобы порадовать себя теплом и уютом, необходимо подобрать соответствующее биотопливо для каминов. От этого будет зависеть результата: цвет огня, резкость, форма языков пламени. Делая выбор важно учесть следующие детали:

• жидкость для биокаминовдолжна полностью выгорать;
• высокий уровень теплопроизводительности;
• наличие сертификата качества от научно-исследовательских учреждений.

Преимущества и недостатки

Потребители наиболее часто беспокоятся о расходе жидкости и эффективности эксплуатации устройства. В среднем за час горения требуется около 500 мл жидкости. А по выделению тепла камин ничем не уступает обычному трехкиловатному обогревателю.
Биотопливо для камина
Плюсы каминов на биотопливе:

• отсутствие негативных продуктов горения;
• возможность регуляции силы горения;
• отсутствие дополнительных конструкций и оборудования;
• надежность и пожаробезопасность;
• низкая стоимость.

Недостатки камина возникают при неправильной эксплуатации прибора. Поэтому следует запомнить:

• добавлять топливо можно только после полного тушения и охлаждения камина;
• хранить жидкость далеко от огня;
• зажигать огонь только посредством специальной зажигалки.

Применение

Состав необходимо залить в специально предназначенный блок и поджечь. Канистра жидкости объемом 5 литров рассчитана на 20 часов горения.
Заливка биотоплива и пару капель ароматического масла
Если топливо представлено в виде геля, установите банки среди дров или камней и подожгите. Прекратить процесс горения можно, завернув крышки на банке с гелем своими руками.

Как приготовить биотопливо своими руками?

Если нет возможности приобрести биотопливо, а испробовать камин уж очень хочется, приготовить смесь можно своими руками. Изначально обезопасьте себя от несчастных случаев — удалите ковровое покрытие и защитите кожные покровы и глаза от возможного попадания химических препаратов. Что входит в его состав?
Чтобы приготовить смесь своими руками необходимо приобрести этанол (96%) и бензин, который используется для зажигалок. Ингредиенты смешать в таком соотношении, чтобы часть бензина составляла 6% в общем количестве топлива.
Биокамины — идеальный вариант для тех, кто имеет небольшую жилплощадь. Не стоит отказываться от естественной красоты стихии огня, уюта и комфорта, тем более что установку и подключение можно выполнить своими руками.
Больше информации по теме: http://kaminyn.ru