X
X

Производство биотоплива: возможные источники сырья и технология

И нефть, и газ считаются невосполнимыми ресурсами, поскольку восстановление их запасов занимает целые геологические эпохи. Сегодня мы исследуем те возможности, к которым начинают присматриваться основные потребители энергоресурсов: производство биотоплива из древесных отходов, растительного сырья и даже канализационных стоков. 

производство биотоплива

На фото — пеллеты, вид биотоплива из древесины, завоевывающий популярность в нашей стране.

Что это такое

Если коротко — это та органика, которая:

  1. Обходится дешево;
  2. Может гореть с выделением большого количества тепла.

В эту категорию попадают самые разные вещества:

  • Жидкое биотопливо представлено этиловым, бутиловым  и метиловым спиртами, диметиловым эфиром и биодизелем — горючими органическими жирами.

Полезно: название происходит от основного потребителя — дизельных двигателей.
Дизель способен работать на жирах так же, как двигатель внутреннего сгорания — на спиртах, горючих газах  и эфире.
Собственно, правильное название дизтоплива — соляровое масло. При нормальном давлении и комнатной температуре добиться его воспламенения довольно трудно.

  • Твердое биотопливо — это и привычные нам дрова, и пеллеты — топливные гранулы из опилок, и торфяные брикеты, и даже солома и щепа.
  • Газообразные виды биотоплива — метан, водород и так называемый биогаз — смесь метана и CO2, выделяемая при брожении органических отходов.
производство биотоплива из древесных отходов

В этих цистернах органические отходы превращаются бактериями в биогаз.

Зачем это нужно

Старая пословица «пока гром не грянет, мужик не перекрестится» исчерпывающе описывает ситуацию с использованием ископаемых энергоресурсов нынешней цивилизацией. Добыча и переработка нефти обеспечивает сверхприбыли, отказываться от которых во имя туманных идей экологии и светлого будущего никто не спешит.

Автомобили так же, как и сто лет назад, жгут литрами бензин; ТЭЦ работают на мазуте;  все перспективные разработки в области разработки альтернативных источников энергии скупаются крупными корпорациями и ложатся под сукно; проекты, которые не удается купить, всеми силами дискредитируются.

Однако не нужно быть семи пядей во лбу, чтобы понять, что нефтяное изобилие продлится недолго. Мировые запасы нефти закончатся в ближайшие полвека, и человечество столкнется с неизбежным энергетическим голодом.

Выходы из предсказуемого тупика очевидны:

  1. Использование для получения энергии восполнимых ресурсов — геотермальной энергии, солнца (см. солнечное отопление) и ветра. Идея хороша; но есть несколько «но».
    Энергетические установки всех соответствующих типов очень дороги; ветряки и гелиосистемы, кроме того, занимают огромные площади, а их эффективность непредсказуема — все определяется погодой.
    Кроме того, накопленную энергию трудно, условно говоря, взять с собой в дорогу: существующие аккумуляторы при разумной массе обеспечивают автомобилям слишком маленький пробег, несопоставимый с традиционными машинами на бензине.
оборудование для производства биотоплива

Пейзаж, типичный для Германии, где государственная стратегия развития предусматривает использование энергии из экологически чистых источников.

  1. Поиск альтернативных источников высокопотенциальной энергии. Самым глобальным из доступных общественности является проект строящегося во Франции ИТЭР — экспериментального термоядерного реактора.
    Однако пока что термоядерная энергетика не может решить базовую проблему: расходы энергии на удержание плазмы в магнитной ловушке почти не уступают полезному выходу существующих прототипов реакторов.
    Открытия в области холодного термоядерного синтеза успешно закиданы банановой кожурой под взмахи дирижерской палочки нефтяных корпораций.
    Другие альтернативные источники энергии, периодически упоминающиеся в прессе, пока что далеки от практического воплощения — то ли из-за сознательной информационной блокады, то ли из-за инертности мышления государственных структур. Причем не только российских.
  2. Третий путь не означает никаких революций в технологии и, соответственно, в экономике. Автомобили по-прежнему используют дизеля и двигатели внутреннего сгорания; ТЭЦ так же коптят небо.
    Но в топках и цилиндрах горит топливо, воспроизводство которого занимает не миллионы лет, а считанные годы — продукты переработки растительного и животного сырья.
установка по производству биотоплива

Грех спорить: жечь лес в топке — варварство. Хорошая новость — в том, что многие виды деревьев растут очень быстро.

Темпы внедрения

Какова динамика производства биотоплива? Как растет его потребление?

Мир

В 2007 году суммарный объем произведенного во всем мире жидкого биотоплива составил 54 миллиарда литров. Если оценивать литраж потребления, впрочем, цифры не выглядят столь уж внушительно: это всего 1,5 процента от общего потребления жидкого горючего всех типов.

Любопытно, что на тот момент большей частью произведенного биотоплива был этанол: 46 миллиардов литров. Крупнейшие производители — США и Бразилия. На их долю пришлось 95% мирового производства.

К 2010 году, однако, доля этих стран снизилась до 90%, а общее производство жидкого биотоплива выросло до 105 миллиардов литров. 86 из них — этиловый спирт, остальное — биодизель.

Европа ставит целью к 2020 году перевести на альтернативные источники энергии 10% транспорта. В Швеции существует три сотни заправок, где можно заправлять дизельные машины… сосновым маслом. 8 марта 2013 годы был выполнен первый трансатлантический авиарейс на биотопливе.

Россия

Приведем голые факты без какой-либо их оценки.

  • Экспорт Россией биотоплива (прежде всего соломы, жмыха и щепы) на 2010 год составил 2,7 миллиона тонн. При этом в стране потреблялось всего 20% от произведенного биотоплива всех типов.
  • К концу 2013 года в России планируется запустить 50 электростанций на биогазе. Суммарная мощность всех, однако, составит всего 120 мегаватт.
    Для сравнения — печально прославившаяся электростанция Фукусима  в Японии на момент аварии имела суммарную мощность шести энергоблоков в 4,7 гигаватта.
завод по производству биотоплива

Общую тенденцию показывает график. Собственно, у человечества просто нет альтернатив.

Оборотная сторона

Разумеется, ни одно явление в современном мире не может быть только позитивным или негативным. В чем подвох в случае биотоплива?

Теневая сторона его производства касается, прежде всего, использования растительного сырья.

Огромные площади, занятые так называемыми энергетическими (предназначенными для сжигания) лесами, кукурузой для производства этанола, рапсом, из которого выжимают масло для дизелей, отнимаются у производителей пищевой продукции.

По оценке экспертов, общее количество голодающих в мире в ближайшее десятилетие возрастет до 1,2 миллиарда человек именно из-за растущего спроса на биотопливо.

Нюанс: производство метана, водорода и биогаза из отходов — тот редкий случай, когда ни экологии, ни экономике стран — производителей не наносится никакого вреда.

производители

Безвестный художник очень наглядно показал пользу от переработки биологических отходов.

Методы производства

Давайте полюбопытствуем, как производятся наиболее популярные виды топлива из растительного сырья. Перечислить все применяющиеся технологии в рамках одной статьи нереально, поэтому затронем самых ходовые типы горючего.

Пеллеты

Так называются топливные гранулы из прессованных опилок, которые позволяют автоматизировать подачу топлива в котел и дают при сгорании несколько больше тепла по сравнению с дровами.

Их производство не требует сложного оборудования; однако строить мини-завод по их изготовлению своими руками явно не стоит. При устоявшемся уровне цен на пеллеты и на необработанную топливную древесину производство может окупить себя только при больших объемах.

Как работает установка по производству биотоплива этого типа?

  1. Бревно очищаются от коры на окорочном станке.
  2. Щепорубочная машина превращает их в мелкую щепу.
  3. Молотковая мельница превращает щепу в мельчайшие опилки.
  4. Опилки просеиваются, неразмолотая щепа удаляется.
  5. Барабанная сушилка удаляет из опилок лишнюю влагу.
  6. Наконец, пресс превращает их в гранулы.
  7. Физико-химические изменения, делающие гранулы прочными, происходят при их охлаждении. Негранулированные  опилки отсеиваются и отправляются на повторную переработку.

Более популярно, однако, производство пеллет не по полному циклу, а из готовой щепы или опилок.

динамика производства биотоплива

Отходы деревообработки — оптимальное сырье для производства пеллет.

Биодизель

Что это такое — мы уже упоминали в начале статьи. Как работает завод по производству биотоплива из обычного растительного масла?

Суть производства — в удалении из растительного жира молекул глицерина, придающего ему недопустимую в двигателях вязкость, и замещение его молекулами спирта. Правильное название этого процесса — этерификация.

Инструкция по изготовлению биодизеля примерно такова:

  1. Масло (льняное, подсолнечное, рапсовое — это безразлично) смешивается со спиртом (этиловым или метиловым) и катализатором — соответственно этиловым или метиловым эфиром. Смесь тщательно перемешивается.
  2. Отстоявшаяся смесь расслаивается. В верхней части емкости остается собственно биодизель — текучая жидкость цвета меда, снизу более вязкий и темный глицерин. Между ними — слой готового к  применению жидкого мыла, которое тоже можно использовать.
  3. Последний этап — осушение (в растительном масле довольно велико содержание воды). Для этого в биодизель добавляется сульфат магния, поглощающий воду; затем он отфильтровывается обычным тонким механическим фильтром.

Цена получившегося продукта определяется, прежде всего, себестоимостью растительного сырья. Закупать растительное масло ради производства дизтоплива – идея, по меньшей мере, странная уже потому, что соляровое масло стоит куда дешевле.

Полезно: биодизель более химически агрессивен по сравнению с соляровым маслом. Он сокращает ресурс сальников, резиновых прокладок, довольно быстро забивает топливные фильтры и  уже поэтому является источником энергии, скажем так, неоднозначным.

Схема производства биодизеля из рапса по полному циклу.

Схема производства биодизеля из рапса по полному циклу.

Биоэтанол

Оборудование для производства биотоплива этого типа представляет собой весьма производительный и эффективный… самогонный аппарат. Сама технология производства мало изменилась за последние десятилетия, разве что ассортимент сырья заметно расширился.

Знаменитый Остап Бендер говорил измученным сухим законом американцам, что гнать самогон можно даже из обыкновенной табуретки, и предлагал поделиться рецептом табуретовки.

Из чего производят этанол для технических нужд без малого век спустя после описанной в «Двенадцати стульях» эпопеи?

  • Большая часть биоэтанола производится, как уже говорилось, в Бразилии — из сахарного тростника и в США — из кукурузы. Очевидно, уроки Остапа запомнились и нашли применение в государственном масштабе.
  • Клубни маниока, растения, которое в больших количествах выращивают Китай, Тайланд и Нигерия — тоже очень перспективное сырье. Главное его достоинство — простота и технологичность производства, а раз так — то и дешевизна.
    Если верить Википедии, стоимость производства из маниоки спирта, соответствующего по топливной эффективности баррелю (159 литров) нефти — всего 35 долларов. Баррель сырой нефти на мировом рынке стоит примерно втрое дороже.
Производимый из этих клубней спирт намного дешевле сырой нефти

Производимый из этих клубней спирт намного дешевле сырой нефти

  • Наконец, целлюлоза, получаемая из опилок, соломы и прочих отходов древесно-растительного происхождения — источник биоэтанола почти неисчерпаемый.
    Однако из-за относительной сложности производства в настоящее время он считается экономически неоправданным.

Что же, подождем дальнейшего роста цен на нефть. Возможно, в обозримом будущем и правда представится возможность заправить машину табуретовкой…

Что с технологией производства биотоплива в домашних условиях?

Ну что вы, в самом деле, после указа 1985 года в нашей стране даже спрашивать про такое смешно…

  • Измельченное растительное сырье с добавкой дрожжей проходит процесс брожения, в результате чего получается брага с содержанием спирта не больше 15 процентов. При большей концентрации дрожжевые бактерии гибнут.
  • Отфильтрованная брага проходит ректификацию: нагревается в ограниченном объеме. При этом легкие фракции (прежде всего этанол) возгоняются первыми. Затем спиртовые пары конденсируются в непрерывно охлаждаемом змеевике (или аналогичном по функциональности устройстве).

При промышленных объемах вместо традиционных дрожжей применяются продукты биоинженерии — искусственные ферменты глюкамилаза или амилосубтин.

Технология со времен Остапа не изменилась.

Технология со времен Остапа не изменилась.

Если вы обдумываете идею перевести свою машину на другой вид топлива — лучше учесть, что без адаптации серийный ДВС может гарантированно работать на спирто-бензиновой смеси, содержащей не больше 10 процентов спирта. Впрочем, встречаются свидетельства беспроблемной работы двигателей и при соотношении 40/60.

Заключение

Возможно, дополнительную полезную информацию вы сможете извлечь из видео в конце статьи. Успехов!

загрузка...


Поделиться
Советуем прочитать
Нет отопления — куда звонить, кого спрашивать Ультрафиолетовое отопление – ультрасовременный способ для мобильных людей Отопление на отработанном масле, как привет экологии и бережливости


Подписывайся на наши новости Вконтакте!




Please leave this field empty.

Задайте вопрос эксперту

Обязательно приложите ФОТОГРАФИЮ проблемы! Чем яснее проблема - тем проще ответить эксперту









Удалить

Удалить

Удалить

Удалить

Добавить файл

Ответ эксперта придет вам на почту. Обычно время ответа от 30 минут до 2 суток

Top