Биотопливо, Его и виды и применение

Бытовое и промышленное биотопливо

Каждая деятельность, связанная с биомассой, производит широкий спектр продуктов и услуг. Например, там, где сахар производится из тростника, многие коммерческие продукты могут быть получены из оставшегося волокна. Если волокно сгорает, то любое избыточное технологическое тепло может быть использовано для выработки электроэнергии. Промывки и золу можно возвращать в почву в качестве удобрения.

Производство электричества из тепловой энергии биомассы, этанола из крахмальных культур, метана из суспензии животных является достаточно затратным.

Производство биотоплива, вероятно, будет наиболее экономичным, если в процессе производства используются уже концентрированные материалы, вероятно, в качестве побочного продукта.  Эти материалы должны быть доступны по низкой цене или в качестве дополнительного дохода в процессе обработки и удаления отходов. Таким образом, должен быть запас биомассы, уже проходящий вблизи предполагаемого места производства, точно так же, как гидроэнергетика зависит от естественного потока воды, уже сосредоточенного в водосборе.

Примерами могут служить отходы из вольеров для животных, обрезки с лесопилок, коммунальные сточные воды,  солома из зерновых.

Примеры биотоплива включают газообразный метан, жидкий этанол, метиловые эфиры, масла и твердый древесный уголь. Термин “биоэнергетика” иногда используется для обозначения

биомассы и биотоплива вместе.

Чрезвычайно важно определить и количественно оценить эти потоки энергии биомассы  в местной экономике, прежде чем указывать вероятные объемы производства. Если только концентрированная биомасса еще не существует в ранее созданных системах, то стоимость роста биомассы и/или  сбор часто бывает слишком большим и слишком сложным для получения экономической выгоды.

Негативные последствия производства топлива из биомассы

Негативные и неоправданные последствия экстенсивного производства топлива из биомассы в больших масштабах включают вырубку лесов, эрозию почв и уничтожение жизненно важных продовольственных культур топливными культурами.

Биотопливо-это органические материалы, поэтому всегда есть альтернатива использования этих материалов в качестве химического сырья или конструкционных материалов.

Например, пальмовое масло является важным компонентом мыла; многие пластмассовые и фармацевтические товары изготавливаются из натуральных продуктов; и большая часть строительных плит изготавливается из растительных волокон, изготовленных в виде композитных материалов.

Плохо контролируемая энергия биомассы, безусловно, может привести к нежелательному загрязнению, особенно в результате сжигания при относительно низкой температуре, влажного топлива и отсутствия подачи кислорода для сжигания. Современные процессы производства биомассы требуют значительной осторожности и опыта.

Использование устойчивой биоэнергетики и других возобновляемых источников энергии вместо ископаемого топлива снижает выбросы ископаемого углекислого газа и, таким образом, уменьшает воздействие изменения климата. Признание этого является ключевым аспектом политики в области изменения климата.

Нужны социальные, экономические и экологические мероприятия, касающиеся того, чтобы биоэнергетика вносила позитивный, а не негативный вклад в устойчивое развитие.

Что это такое биотопливо и его виды

Само слово биотопливо у многих людей на слуху, но что это конкретно, мало кто знает, тем более мало кто сможет объяснить, как и из чего его производят.

Биотопливо – это источник альтернативной энергии, который производится из биологического сырья.

Существует несколько видов подобного топлива, которые отличаются по своему физическому состоянию, это:

1. Жидкое биотопливо;
2. Твердое биотопливо;
3. Газообразное биотопливо.

Основные свойства и особенности

В процессе изготовления биологического топлива этанол денатурируется, от чего он становится нейтральным и безопасным для организма человека, животных и других организмов. В процессе горения он легко разлагается, производя оксид углерода, немного пара и, конечно же, тепла.

При этом очертания огня достаточно колоритные, языки пламени ровные, яркие, насыщенные цветом. Цвет пламени, конечно, немного отличается от обычного, он не такой оранжевый, поскольку сжигание этанола выделяет углекислый газ и воду. Чтобы получить более натуральный огонь, в жидкое топливо для каминов добавляют натуральные экологически чистые присадки, раскрашивающие огонь в нужный оранжевый цвет.

Во время горения экологически чистое биотопливо на биоэтаноле не выделяет дыма или копоти, процесс происходит без запаха и не досаждает нам никаким неприятным ароматом. Именно по этой причине камин с биотопливом не нуждается в дымоходе и вытяжке.

Но что еще лучше, тепло, вырабатываемое при горении, не теряется, а полностью поступает в помещение. Таким образом кпд подобной установки достигает 95-100%. При этом по виду пламени экотопливо для каминов мало чем отличается от обычных дров, что позволяет лицезреть настоящий огонь. Гель для камина созданный на основе этанола с добавлением морской соли, позволяет создать полную иллюзию горения настоящих дров, поскольку кроме похожего огня, появится и характерное звуковое оформление в виде потрескивания.

Полезно знать:  Напольные биокамины для квартиры и их использование в интерьере

Камин на биотопливе в процессе своей работы, как мы уже сказали, практически не выделяет копоти и сажи. Специалисты сравнивают его выбросы в атмосферу помещения с горением одной обычной свечи. При этом жидкость для биокамина во время сгорания не выделяет угарного газа, который в больших объемах может быть опасен.

Биоэтанол используемый для каминов, можно залить и в обычную керосиновую лампу. В этом случае во время горения не будет выделяться копоти и запаха, как при сгорании керосина, а свой первоначальный функционал прибор будет выполнять отлично, освещая помещение.

Расход биотоплива и эффективность работы

Средний расход биотоплива на основе биоэтанола составляет от 0,36 до 0,5 л в час. В процессе сгорания 1 литра горючего выделяется около 5 кВт*ч тепловой энергии. По своей производительности биокамин схож с типовым электрообогревателем мощностью в 3 кВт.

Главным различием работы этих двух обогревательных устройств является возможность увлажнения воздуха при использовании биокамина, а то время как обычный электронагревательный прибор очень сильно пересушивает воздух.

Эффективность работы камина на биологическом топливе составляет порядка 95%. Это горючее очень экономично при расходе.

Для того чтобы в комнате появился приятный запах во время работы биокамина, достаточно капнуть несколько капель любого эфирного масла на декоративные элементы. Для того чтобы пламя в камине было теплых оттенков, необходимо приобретать горючее со специальными присадками.

В основном биотопливо на основе биоэтанола имеет следующий состав:

• вода – 4%;
• биоэтанол – 96%;
• метилэтиклетон – 1%;
• битрекс – около 0, 01%;

Стандарты

1 января 2009 года в России введен в действие ГОСТ Р 52808-2007 «Нетрадиционные технологии. Энергетика биоотходов. Термины и определения». Приказ N 424-ст о введении стандарта был утверждён Ростехрегулированием 27 декабря 2007 года.

Стандарт разработан Лабораторией возобновляемых источников энергии географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова и устанавливает термины и определения основных понятий в области биотоплива, с упором на жидкие и газообразные виды топлива.

В Европе с 1 января 2010 года действует единый стандарт на биотопливо EN-PLUS.

Как изготовить оборудование для производства биотоплива

Чаще всего приспособления и оборудование для производства любого вида биотоплива своими руками изготавливается из подручных материалов. Для изготовления устройства выбранного типа рекомендуется обратиться к Интернету – в Интернете достаточно схем, чертежей и примеров пошагового изготовления подобных установок, начиная от простейших и заканчивая сложными устройствами, которые способны обеспечить тепловой и электрической энергией целое хозяйство. Оптимально не просто изучить предлагаемую техническую документацию, но и связаться с автором, уточнить – как работает устройство, долго ли оно работает, были ли проблемы в эксплуатации, поломки и так далее.

Лучше всего начать с изготовления самого простого – фактически пробного – устройства, чтобы определиться: действительно ли вам это нужно. Или, возможно, оптимальным вариантом именно для вас будет приобрести установку заводского производства.

Как работает биогазовая установка :

Виды биологического топлива

Условно все производимое биологическое топливо для каминов можно разделить на три группы:

1. Биоэтанол, денатурированный спирт с некоторыми присадками для реалистичности огня.
2. Биодизельное топливо, производимое на основе растительных масел.
3. Биогазовое топливо, производимое из отходов жизнедеятельности человека, и считающееся аналогом природного газа. Используется в основном в промышленных целях.

Биотопливо производят по всему миру: в странах Европы, в Америке, в Азии и даже в Африке. В настоящее время основным поставщиков подобных продуктов является Бразилия. Давайте рассмотрим горючее для биокамина более подробно:

• Биоэтанол, выглядящий как бесцветная жидкость не имеющая запаха, создается на базе спирта. Спирт для создания горючего получается из углеводов, которые находятся в сахаре, что является залогом натуральности продукта. Сахар добывают из тростника, картофеля, свеклы, кукурузы. Этанол может быть произведен из древесного сырья, в котором присутствует целлюлоза.
• Биодизельное топливо, как и биоэтанол, является безопасным и чистым продуктом, при попадании в воду, оно не причиняет вреда другим организмам и окружающей среде. Создается это горючее из растительных и животных жиров, которые могут быть получены из кокосового, соевого, пальмового масел. В Европе практически каждый камин на жидком топливе использует биодизель.

Выбирая себе биотопливо для использования в камине, обратите внимание на сертификационную документацию, а после на уровень теплопроизводительности горючего, описание цвета пламени, его резкости и звукового сопровождения. Ведь вы выбрали себе биокамин, чтобы иметь возможность лицезреть дома настоящий огонь, который безопасен для вас и окружающей среды.

Твердое биотопливо

Более широкое распространение в жизни человека получило твердое биотопливо. Этот вид топлива известен людям с древних времен – это обыкновенные дрова. В связи с развитием технологий и совершенствованием процессов обработки древесины, в данном сегменте твердого биотоплива появились новые участники, это топливные брикеты и топливные гранулы (паллеты), которые, по сути своей, похожи, отличаются лишь в технологии производства и способам использования.

Кроме древесных отходов, для изготовления брикетов и гранул используют отходы сельского хозяйства (солому, шелухи ветки и т.д.) и продукты жизнедеятельности животных (навоз, помет и т.д.).

Пиллеты, твердое биотопливо

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

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

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

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

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

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

Жидкое биотопливо

Данный вид биотоплива менее распространен, из-за малого производимого количества и необходимости конструктивных изменений в агрегатах, привычно работающих на бензине и дизельном топливе.

Существует несколько видов жидкого биотоплива, полученных путем переработки растительного сырья, это:

• Биоэтанол – этиловый спирт;
• Биометанол – метиловый спирт;
• Биобутанол – бутиловый спирт;
• Диметиловый эфир – простой эфир;
• Дизельное биотопливо — жидкое моторное топливо для дизельных двигателей, состоит из смеси эфиров жирных кислот.

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.

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.

Газообразное биологическое топливо

Основными типами газообразного биотоплива являются:

• Биоводород — аналог водорода. Получают его из органического сырья двумя способами — термохимическим (нагрев до 800 градусов без доступа кислорода) и биохимическим (легкий подогрев и микроорганизмы). Преимущество этого вида топлива — его возобновляемость. Для сырьевой массы используются органические отходы; бактерии, участвующие в переработке сырья, можно использовать неоднократно.
• Биогаз является аналогом природного газа. В его состав входит метан, углекислый газ, а также малое количество примесей (водород и сероводород). Если этот газ очистить от углекислоты, то получится биологический метан. Биогаз получается в результате метанового либо водородного брожения. Метановое брожение включает три этапа биологической обработки сырьевой массы: при помощи гидролизных бактерий, а также кислотообразующих и метанообразующих микроорганизмов. В качестве сырья служат отходы жизнедеятельности животных, водоросли, бытовые отходы. Сфера применения такая же, как у природного газа.

Биотопливо из соломы

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

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

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

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

Биотопливо второго поколения

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

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

Топливо из растительного масла

Состоит из необработанного или рафинированного растительного масла (чаще всего рапсового) в чистом виде. Применяется вместо дизтоплива, но отличается от него по химическим характеристикам, поэтому требует модификации двигателей. Производится на крупных заводах (экстракция) и на небольших маслоэкстракционных предприятиях (холодное прессование). Главный недостаток рапсового биотоплива — окисление под воздействием кислорода и потеря текучести зимой.

Сырье

Приставка “био” указывает на растительное (биологическое) происхождение, отсутствие отрицательного воздействия на климат и экологические преимущества. Сырьем для производства биотоплива служат:

• отходы животноводства,
• масличные растения,
• зерновые культуры,
• сахарная свекла или тростник,
• древесина и ее отходы,
• энергетические растения.

Выделяют 3 поколения самого экологически чистого топлива, хотя четкой границы между ними не существует. Для производства энергоносителей первого поколения берут растения с высоким содержанием жиров, сахаров, крахмала. Топливо второго поколения получают путем переработки древесины, травы, не пригодных для употребления в пищу остатков сельскохозяйственных культур. Энергоносители из водорослей относятся к третьему поколению. Биологическая продуктивность у водных организмов значительно выше, чем у наземных растений.

Важными критериями оценки потенциала и экологичности биотоплива являются урожайность и цена.

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.