Биотопливо: перспективы использования

Российский Экономический Университет  им. Г.В.Плеханова

 

 

 

 

 

 

 

Реферат по дисциплине  «Экономика природопользования»

на тему

 

 

Биотопливо: перспективы использования

 

 

 

Подготовила: студентка группы Ф301 Ильягуева З.Г.

 

 

 

Москва – 2011

 

 

Оглавление

Введение: суть проблемы 2

Биотопливо: определение и классификация 3

Твердое биотопливо 3

Жидкое биотопливо 3

Газообразное биотопливо 7

Биотопливо третьего поколения 8

Практическое применение: 8

Биотопливо в Европе 8

Биотопливо в России 9

Биотопливо: перспективы 9

Приложения 12

Приложение 1: Планы строительства в России первого завода по производству биотоплива 12

Приложение 2:  ГОСТы и стандарты, связанные с биотопливной тематикой 12

Национальные стандарты РФ 12

Российские декларирующие документы 12

Российская технологическая документация 12

Европейские стандарты 12

Европейские декларирующие документы 12

Приложение 3: Любопытные факты из истории биотоплива 12

Факт 1 12

Факт 2 13

Факт 3 и немного истории 13

Используемые источники 15

 

 

Введение: суть проблемы

Чуть больше столетия назад  человечество совершенно добровольно  ввергло себя в нефтяную зависимость. Сначала нам было хорошо, но к  тому моменту, когда наступило окончательное  привыкание, мы прочно запутались в  сетях нефтеторговцев. Теперь нам  становится все хуже, и мы лихорадочно  ищем, чем заменить нефть и ее продукты. А между тем двигатели, работающие вместо бензина на спирту или подсолнечном масле, давным-давно  существуют — просто в эпоху дешевой  нефти о них позабыли.

По счастью, бензин в машине редко кончается внезапно — водитель обычно заранее ищет заправку. Но ее все же может не оказаться поблизости, и тут впору позавидовать крестьянину, который, в крайнем случае, может, скормить своей лошади если не собственный бутерброд, то пучок травы. В конечном счете, и машины, и лошади, и люди питаются энергией, которую нам дарит Солнце. Но если живые организмы используют по большей части энергию «свежую», только что произведенную (и воспроизводимую), то техника потребляет энергию, которую природа раз и навсегда отложила в свои нефте-, газо- и углехранилища миллионы лет назад.

Сейчас самое время  вспомнить о биотопливе, ведь даже оптимистично настроенные аналитики считают, что цены на нефть не опустятся ниже 40 долларов за баррель. И, значит, биологическое, выращенное на полях топливо вновь станет экономически выгодным.

А «неэкономически» оно было выгодно всегда. Биотопливо относится к возобновляемым энергоисточникам и этим принципиально отличается от нефти, газа и угля, запасы, которых на нашей планете конечны. Кроме того, биотопливо экологически относительно чисто. Ведь при его сжигании в атмосферу выбрасывается не больше углекислоты, чем потребили растения, из которых оно было выработано. Была тонна углекислого газа, ее за время своего роста «съела» высаженная на поле кукуруза, кукурузу перегнали в спирт, спирт сожгли, и эта самая тонна вернулась туда, откуда ее на время извлекли, — в атмосферу. Следовательно, общее содержание этого газа, который многие климатологи считают основной причиной «глобального потепления», не увеличивается. Экологи называют такое положение вещей «нулевой эмиссией СО2».

Хотя, конечно, не в пользу биотоплива говорят вот такие  факты:

• растущий спрос на биотопливо вынуждает сельхозпроизводителей сокращать посевные площади под продовольственными культурами и перераспределять их в пользу топливных. Например, при производстве этанола из кормовой кукурузы барда используется для производства комбикорма для скота и птицы. При производстве биодизеля из сои или рапса жмых используется для производства комбикорма для скота. То есть производство биотоплива создаёт ещё одну стадию переработки сельскохозяйственного сырья.
• по расчётам экономистов из Университета Миннесоты, в результате биотопливного бума число голодающих на планете к 2025 году возрастёт до 1,2 млрд человек.
• для одной заправки этанолом джипа (100 л) требуется около 450 фунтов кукурузы. Это пропитание одного человека «третьего мира» в течение почти года. Таким образом, в случае реализации планов администрации США по расширению производства биотоплива, в 2017 году только для американских автомобилей потребуется продуктов, достаточных для пропитания более чем миллиарду людей.
• в Индонезии и Малайзии для создания пальмовых плантаций была вырублена немалая часть тропических лесов. Причиной стала гонка за производством биодизеля – топлива, созданного на основе растительных или животных жиров, в качестве альтернативы дизельному топливу (рапсовое масло в качестве топлива может использоваться в чистом виде).

Поскольку по запросу «биотопливо» Яндекс выдает великое множество  ссылок с разными мнениями, задачу можно считать актуальной. В следующей работе я постараюсь дать классификацию видов биотоплива и оценить перспективы его использования.

Биотопливо: определение и классификация

Биото́пливо — топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки биологических отходов. Существуют также проекты разной степени проработанности, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранней стадии разработки или коммерциализации. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга) и газообразное (биогаз, водород).

Твердое биотопливо

1. Дрова

Древнейшее топливо, используемое человечеством. В настоящее время в мире для производства дров или биомассы выращивают энергетические леса, состоящие из быстрорастущих пород (тополь, эвкалипт и др.). В России на дрова и биомассу в основном идет балансовая древесина, не подходящая по качеству для производства пиломатериалов.

2. Топливные гранулы  и брикеты

Прессованные изделия из древесных отходов (опилок, щепы, коры, тонкомерной и некондиционной древесины, порубочные остатки при лесозаготовках), соломы, отходов сельского хозяйства (лузги подсолнечника, ореховой скорлупы, навоза, куриного помета) и другой биомассы. Древесные топливные гранулы называются пеллеты, они имеют форму цилиндрических или сферических гранул диаметром 8 — 23 мм и длиной 10 — 30 мм. В настоящее время в России производство топливных гранул и брикетов экономически выгодно только при больших объемах.

3. Древесная щепа

Производится путем измельчения тонкомерной древесины или порубочных остатков при лесозаготовках непосредственно на лесосеке или отходов деревообработки на производстве при помощи мобильных рубительных машин или с помощью стационарных рубительных машин (шредеров). В Европе щепу в основном сжигают на крупных теплоэлектростанциях мощностью от одного до нескольких десятков мегаватт.

Жидкое биотопливо

1. Биоэтанол

Самым распространенным видом  биотоплива считается этанол и различной  крепости его смеси с бензином, основными из которых являются E10 и E85.

С процессом производства этанола знаком каждый, кто хоть раз в жизни гнал самогон либо видел, как его гонят. В сущности, известный многим чистый «первач», если очистить его от посторонних  примесей и довести «крепость» с  максимальных 96 до 99 градусов, и есть «этанол». В качестве сырья подходят практически любые виды растений. Рожь, кукуруза, свекла, картофель, рис, просто древесина, тростник — все, чем  богато местное сельское хозяйство. Сырье собирается, перемалывается и  закладывается в бродильный чан. Туда же добавляются вода, дрожжи и  специальные ферменты, облегчающие  и ускоряющие процесс. Процесс брожения, в результате которого дрожжевой  грибок разлагает содержащийся в  бывших растениях сахар на свободно улетучивающуюся углекислоту и  спирт, продолжается несколько дней. Когда содержание спирта в браге  достигает 15%, брожение прекращается, брагу  фильтруют и заливают в специальный  бойлер, в котором ее доводят до температуры 80–90 градусов. Спиртовой  пар прогоняют через охлаждающий  дистиллятор (змеевик). В получившемся спирте еще содержится 4% воды. Для  того чтобы от нее избавиться, «огненную  жидкость» пропускают через специальные  «молекулярные сита» — абсорбенты, вытягивающие лишнюю воду и доводящие  «крепость» конечного продукта до 99,6 градуса. Из тонны ржи получается 375 литров спирта, из тонны кукурузы — 410 литров, из тонны проса —  510. Средний современный биозавод по производству этанола может производить до 150 миллионов литров топлива в год. Производительность крупных биозаводов уже сейчас достигает миллиарда литров в год (этого хватит примерно на 700 000 автомобилей).

Заливать чистый этанол в  бак обычного автомобиля не рекомендуется, поскольку он является прекрасным растворителем  и окислителем. Следовательно, все  соприкасающиеся с ним детали должны быть изготовлены либо из нержавеющей  стали, либо из пластика. Зато в переделанную под него машину с одинаковым успехом  можно заливать и бензин, и этанол, и любые его смеси. Сейчас разными  компаниями в мире уже разработаны 34 модели автомобилей, как легковых, так и грузовых, с «совмещенной»  системой заправки, они называются Flexible-Fuel Vehicle (FFV). Только по дорогам Соединенных  Штатов уже ездят более 6 миллиoнов  таких автомобилей. Специально для  них в 36 штатах на заправках продается  спирто-бензиновая смесь E85 (85% этанола  и 15% бензина). Бензин в нее добавляется  исключительно для того, чтобы  двигатель лучше заводился в  холодную погоду. В Швеции такая  смесь в обязательном порядке  должна быть на любой крупной заправочной  станции, а автомобили, работающие на этаноле, могут бесплатно въезжать в центр Стокгольма и освобождаются  там от платы за парковку, а для  их владельцев снижен автомобильный  налог. Так поощряется внедрение  автомобилей с переделанным под  этанол двигателем.

А вот для того, чтобы использовать в качестве топлива популярную на Западе смесь Е10 (10% этанола на 90% бензина), никаких изменений в двигателе не требуется. Более того, специалисты бразильской компании Petrobas утверждают, что даже 20-процентная этаноловая добавка никакого вреда автомобилю не причинит. Но о Бразилии разговор особый. Эта страна не слишком богата нефтью, зато богата сахарным тростником, из отходов которого только в прошлом году бразильцы «выгнали» 16,5 миллиарда литров этанола. А это 45% мирового производства. Как результат, цена на спиртовое топливо в этом «этаноловом эмирате» опустилась уже ниже полудоллара за литр (при себестоимости 15–20 центов), а на спирту здесь теперь не только ездит 40% автомобилей, но и летают самолеты, производимые компанией Embraer (Empresa Brasileira de Aeronautica).

Даже 10-процентная добавка  этанола уже на многое способна. Она снижает выбросы парниковых газов почти на 20%, так как этанол способствует более полному сгоранию топлива и изменению процентного  состава выхлопа в сторону  менее опасных газов — углекислый газ СО2 вместо угарного CO (по данным Argonne National Laboratory — от 12 до 19%). Добавка  увеличивает октановое число  топлива на 3 единицы, почти вдвое  снижает токсичность выхлопа, увеличивает  температуру воспламенения топлива  с 290 до 425 градусов, что уменьшает  вероятность пожара, скажем, при  протечке в топливной системе. Эффект от использования смеси Е10 в 2005 году только в США был сравним, по подсчетам  экологов, с сокращением автомобильного парка страны на 1 000 000 машин

И немного фактов.

Мировое производство биоэтанола в 2005 составило 36,3 млрд литров, из которых 45 % пришлось на Бразилию и 44,7 % — на США. Этанол в Бразилии производится преимущественно из сахарного тростника, а в США из кукурузы.

В январе 2007 года, в своём  ежегодном послании Конгрессу Дж. Буш предложил план «20 за 10». План предлагает сократить потребление  бензина на 20 % за 10 лет, что позволит сократить потребление нефти  на 10 %. 15 % бензина предполагается заменить биотопливом. 19 декабря 2007 года президент  США Дж. Буш подписал закон о  Энергетической независимости и  безопасности (EISA of 2007). EISA of 2007 предусматривает  производство 36 миллиардов галлонов этанола  в год к 2022 году. При этом 16 млрд галлонов этанола будет производиться  из целлюлозы — не пищевого сырья.

Этанол является менее  «энергоплотным» источником энергии, чем бензин; пробег машин, работающих на Е85 (смесь 85 % этанола и 15 % бензина; буква «Е» от английского Ethanol), на единицу объёма топлива составляет примерно 75 % от пробега стандартных машин. Обычные машины не могут работать на Е85, хотя двигатели внутреннего сгорания прекрасно работают на Е10 (некоторые источники утверждают, что можно использовать даже Е15). На «настоящем» этаноле могут работать только т. н. «Flex-Fuel» машины («гибкотопливные» машины). Эти автомобили также могут работать на обычном бензине (небольшая добавка этанола всё же требуется) или на произвольной смеси того и другого. Бразилия является лидером в производстве и использовании биоэтанола из сахарного тростника в качестве топлива. Автозаправки в Бразилии предлагают на выбор Е20 (или Е25) под видом обычного бензина, или «acool», азеотроп этанола (96 % С2Н5ОН и 4 % воды; выше концентрацию этанола невозможно получить путём обычной дистилляции). Пользуясь тем, что этанол дешевле бензина, недобросовестные заправщики разбавляют Е20 азеотропом, так что его концентрация может негласно доходить до 40 %. Переделать обычную машину в «flex-fuel» можно, но экономически нецелесообразно.

Критики применения этанола  в качестве автомобильного топлива  зачастую заявляют, что под плантации  тростника часто вырубаются тропические  леса Амазонки. Но сахарный тростник не растёт в бассейне Амазонки.

Более серьёзным является то, что при сгорании этанола в  выхлопных газах двигателей появляются альдегиды (формальдегид и ацетальдегид), наносящие живым организмам не меньший  ущерб, чем ароматические углеводороды.

2. Биометанол

Промышленное культивирование  и биотехнологическая конверсия  морского фитопланктона рассматривается  как одно из наиболее перспективных  направлений в области получения  биотоплива.

В начале 80-х рядом европейских  стран совместно разрабатывался проект, ориентированный на создание промышленных систем с использованием прибрежных пустынных районов. Осуществлению  этого проекта помешало общемировое  снижение цен на нефть.