Синтетические моторные топлива и биотоплива (биогаз, биодизель). Альтернативные источники топлива

Федеральное агентство  по образованию

Тверской 

Государственный Технический Университет

 

 

 

 

Кафедра «Механизация природообустройства и ремонт машин»

 

Реферат по курсу:

Техническая эксплуатация двигателя  на альтернативном топливе

 

 

 

ТЕМА:

«Синтетические  моторные топлива и биотоплива (биогаз, биодизель).

Альтернативные  источники топлива»

 

 

 

Выполнили: Кубышкин В.В.

Группа: (СТМ АТ)

Проверил: _____________________

 

 

 

 

 

 

 

Тверь 2013 
СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

1. Биотопливо. Виды биотоплива

1. Зачем нужны биотоплива
2. Биогаз
3. Биодизель

2. Возможные варианты использования альтернативных источников энергии в РФ

Заключение

Список используемых источников

 

 

ВВЕДЕНИЕ

биотопливо  альтернативный энергия

В настоящее  время в мире энергетический баланс формируется преимущественно на основе трех невозобновляемых углеводородных источников энергии – природного газа, нефти и угля.

Необходимость решения глобальных проблем, связанных  с ограниченностью ископаемых запасов  топлива и обеспечением экологической  безопасностью, обусловила интенсивный рост использования возобновляемой энергетики, и в частности биоэнергетики.

В настоящее  время в мире известно множество  видов возобновляемых источников энергии, некоторые из них изложены ниже.

Биоконверсия, в ходе которой растения и микроорганизмы, например морские водоросли или анаэробные бактерии, конвертируют солнечную энергию, образуя газ, который может использоваться как топливо с очень незначительным отрицательным воздействием на окружающую среду.

Собственно  биомасса, полученная из органического  вещества: отходов деревообрабатывающих производств, вторичных ресурсов АПК и других органических материалов, в случае их соответствующей переработки также является существенным энергетическим источником. В качестве биомассы могут задействоваться сточные воды, морские водоросли, бытовые и промышленные отходы и т. п., энергия от которых может быть получена химической переработкой. Поэтому биомасса часто упоминается как возобновляемый источник энергии.

Солнечная энергия, полученная непосредственно как  энергия с высокой температурой, не имеет отрицательного экологического воздействия. Применение солнечных батарей является технологией, в которой энергия солнца преобразуется в электричество. К этой же технологии относятся фотогальванические элементы. Солнечные батареи производят электричество, которое может использоваться для работы оборудования или перезарядки других батарей.

Геотермальная энергия является естественно тепловой энергией глубоких слоев земной коры, происходящих от естественных паров, горячей  лавы и естественной радиоактивности горных парод в коре Земли. Это тепло может быть использовано для производства электроэнергии или промышленного водяного пара.

Океан представляет обширный источник возобновляемой энергии  ветров, волн и потоков. Кроме того, существует огромное количество энергии в форме теплового перепада температур. Энергия океана используется с ограниченным успехом.

Энергия ветра  используется при преобразовании скорости ветра в полезные формы энергии. Эта старая технология использовалась в ветряных мельницах, а также для приведения в движение машин, выполнения тяжелой физической работы. Энергия ветра относится к возобновляемым источникам, она экологически чиста, не загрязняет атмосферы, не создает парникового эффекта. Эта энергия может использоваться как альтернативный источник получения электричества.

Газификация угля является процессом преобразования угля в синтетические газовые  или жидкие топлива, которые являются более экологически приемлемыми.

Один из возобновляемых источников энергии – биологические топливо, важным видом которого являются растительные масла. Их используют как добавки к основному углеводородному топливу, чтобы увеличить его воспламеняемость, и таким образом конвертируют его в более экологически чистые топлива, которые образуют меньше оксида углерода и макрочастиц в процессе сгорания. Добавки включают биоэтанол, биогаз и биодизель. Биологическое топливо считают нейтральным относительно эмиссии в атмосферу оксида углерода. Диоксид углерода, получаемый при сжигании биотоплива, абсорбируют сами растения, которые выращивают, чтобы произвести биотоплива.

Биоэтанол –  этанол, полученный при брожении сахара в материалах биомассы, таких как  зерно кукурузы и другие сельскохозяйственные отходы. Его используют в чистом виде, но чаще как добавку к бензину в двигателях внутреннего сгорания.

Биогаз производят бактерии при анаэробном разложении органического вещества в сточных  водах и бытовых отхода. Биогаз состоит из комбинации метана и диоксида углерода. Его используют при получении  горячей воды и электричества.

Биодизель –  это разлагаемое микроорганизмами топливо для транспортных средств, полученное путем переэтерификации масел или жиров. Биодизель может быть использован в чистом виде или как компонент дизельного топлива в дизельных двигателях.

 

 

1. Биотопливо. Виды биотоплива

 

1. Зачем нужны биотоплива

 

В мире все больше говорят о необходимости замены нефти, угля и газа на биотоплива. Сторонники говорят, что биотоплива меньше загрязняют атмосферу, а противники возражают, что при сгорании биотоплив выделяются те же продукты, что и при сжигании ископаемых топлив.

Действительно, в процессе сгорания и тех, и других топлив образуются углекислый газ, вода и несколько примесей, многие из которых являются вредными: оксид углерода, оксиды азота, углеводороды и т.п. Наибольшее внимание обычно уделяется вредным компонентам выхлопа и одному из виновников парникового эффекта - углекислому газу.

Одним из главных  преимуществ биотоплив называют сокращение выбросов парниковых газов. Это, однако, не означает, что при  сгорании биотоплив образуется меньше диоксида углерода . При сгорании биотоплива в атмосферу возвращается углерод, который ранее поглотили растения, поэтому углеродный баланс планеты остаётся неизменным. Ископаемые топлива - совсем другое дело: углерод в их составе миллионы лет оставался "законсервированным" в земных недрах. Когда он попадает в атмосферу, концентрация углекислого газа повышается.

Большинство исследований показывают, что биотоплива обеспечивают снижение выбросов моноксида углерода и углеводородов. Кроме того, биотоплива практически не содержат серы. Вместе с тем, несколько увеличивается выброс оксидов азота, вдобавок, при неполном сгорании многих биотоплив в атмосферу попадают альдегиды. Но, в целом, по уровню вредных выхлопов биотоплива выигрывают у нефтяных.

Видов топлив из биомассы предлагается великое множество. Это и биогаз - метан, получаемый за счет разложения органических остатков (например, навоза) бактериями, и твердые  топлива, но больше всего разговоров идет о биотопливах для автомобилей: этаноле и биодизеле.

 

 

2. Биогаз

 

Наиболее перспективным  газообразным топливом является биогаз, интерес к использованию которого в последние годы не только не убывает, но и продолжает возрастать. Под  биогазами подразумеваются метансодержащие  газы.

Состав и количество биогаза не являются постоянными и зависят от вида перерабатываемого субстрата и от технологии производства биогаза. Усредненный состав биогазов представлен в таблице 1.

Таблица 1 - Классификация и состав биогазов

Компоненты  биогаза	Содержание  компонентов, % об.
	БГКОС	БГСХП	БГТБО
CH4	60-65	55-75	35-80
СО2	16-34	27-44	0-34
N2	0-3	0-3	0-82
О2	-	-	0-31,6
Н2	-	0,01-0,02	0-3,6
СО	-	0,01-0,02	2,8

 

В зависимости  от источника получения биогазы  подразделяются на три основных вида:

- газ метантенков, получаемый на городских очистных канализационных сооружениях (БГ КОС);

- биогаз, получаемый  в биогазовых установках (БГУ)  при сбраживании отходов сельскохозяйственных  производств (БГ СХП);

- газ свалок, получаемый на полигонах отходов,  содержащих органические компоненты (БГ ТБО).

Метатенковые  и сельскохозяйственные биогазовые установки не имеют принципиальных отличий, за исключением используемого  субстрата. Технологическая схема  биогазовой сельскохозяйственной установки  представлена на рис. 1.

Согласно этой схеме навоз из животноводческого помещения (1) поступает в на копительную емкость (2), далее фекальным насосом (3) его загружают в метантенк — емкость для анаэробного сбраживания (4). Биогаз, образующийся в процессе брожения, поступает в газгольдер (5) и далее к потребителю Для нагрева навоза до температуры брожения и поддержания теплового режима в метантенке применяют теплообменник (6), через который протекает горячая вода, нагреваемая в котле (7) Сброженный навоз выгружают в навозохранилище (8).

 

 

Рис.1. Обобщенная схема производства биогаза

 

Во время  сбраживания в навозе развивается  микрофлора, которая последовательно  разрушает органические вещества до кислот, а последние под действием  синтрофных и метанообразующих бактерий превращаются в газообразные продукты — метан и углекислоту.

Достаточно  высокое содержание метана в биогазе, а следовательно, и высокая теплота  сгорания, предоставляют широкие  возможности применения биогаза. При  разработке систем по производству и использованию биогаза выбираются оптимальные варианты комплектации установок из множества возможных с учетом многочисленных местных и внешних условий. С точки зрения утилизации энергии биогаза можно выделить следующие основные направления его использования:

- для покрытия  собственных энергетических нужд БГУ (в наиболее холодный период года практически весь потенциал биогаза используется для энергообеспечения установки);

- в качестве  топлива для получения горячей  воды или пара на покрытие  технологических нужд очистных  сооружений или сельскохозяйственных производств;

- для сушки  сброженного осадка;

- в качестве  топлива для получения теплого  воздуха или горячих газов  на сушку сельхозпродукции или  обогрев сельскохозяйственных зданий;

- в теплицах  для отопления и подкормки  растений углекислым газом;

- для замены  мазута при термической переработки  отходов (25 т мазута в сутки  заменяется 45000 м3 биогаза);

- в качестве  горючего для двигателей транспортных  средств;

- для получения  электроэнергии;

- для подпитки  сетей природного газа.

На метане могут работать как карбюраторные, так и дизельные двигатели, но поскольку метан является высокооктановым топливом, более эффективно его использование в дизельных двигателях. Абсолютный объем биогазов, необходимый для выработки энергии, эквивалентной полученной при сжигании 1 л бензина, составляет 1,33-1,87 м3 при сжигании 1 л дизельного топлива - 1,50-2,07 м3.

После получения  биогаза на сельскохозяйственных установках обработанный навоз используют в  качестве удобрений. Метановое сбраживание  навоза обеспечивает его дезодорацию, дегельминтизацию, уничтожение способности семян сорных растений к всхожести, перевод удобрительных веществ в легкоусвояемую растениями минеральную форму. При этом питательные (для растений) вещества — азот, фосфор и калий — практически не теряются.

Биогаз все  чаще используют в качестве замены традиционных источников энергии. В  Китае с середины 70-х годов XX века действует национальная программа по получению биогаза из отходов животноводства. К 2004 году в этой стране работало 10 млн. фермерских биореакторов, кроме того, 64 тысячи биогазовых станций, обеспечивающих работу 190 электростанций и более 60% автобусного парка. Китай — безусловный мировой лидер биогазовой промышленности.

В США биогаз занимает второе место по важности среди биотоплив (после этанола). В США приняли закон об оборудовании всех полигонов твердых бытовых отходов системами по их конверсии в смесь метана и СО2. В ЕС работают более 800 биогазовых установок. В Швеции почти 800 автобусов ездят на биогазе и первый в мире поезд. Его пробег до заправки — 600 км, максимальная скорость — 130 км/ч .

 

1.3 Биодизель

 

В связи с необходимостью резкого уменьшения вредного воздействия  автотранспорта на окружающую среду, наметился  ряд направлений по замене экологически опасных бензина и дизельного топлива на экологически чистое топливо, и в первую очередь – на биодизель.

Биодизель – это метиловый  эфир жирных кислот, обладающий свойствами горючего материала, получаемый переэтерефикацией  растительных или животных жиров. Его  главное достоинство – это сокращение концентрации СО2 в атмосфере: при сгорании биодизеля выделяется ровно такое же количество углекислого газа, которое было потреблено из атмосферы растением, являющимся исходным сырьем для производства масла, за весь период его жизни. При использовании дизельного топлива на минеральной основе в атмосферу ежегодно выбрасывается огромное количество углекислого газа, получаемого из углеводородов, миллионы лет находившихся в земле в виде нефти. А повышение концентрации углекислого газа в атмосфере приводит к тому самому парниковому эффекту. Использование же биодизеля не нарушает баланса углекислого газа в атмосфере земли.