Что представляет собой биотопливо

 

ВВЕДЕНИЕ

Биотопливо – это топливо из биологического сырья получаемое в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои.

Рапс (лат. Brassica napus) — вид травянистых растений из семейства Капустные (Крестоцветные). Важное масличное растение; экономическое значение рапса к концу XX века существенно выросло в связи с тем, что он начал использоваться для получения биодизеля.

Рис.1 Соцветие рапса 

Относительно места происхождения  рапса до сих пор нет единого  мнения, но во многих странах Европы, Азии, Америки и Северной Африки рапс встречается в одичалом состоянии как сорняк. В России как масличную культуру его начали возделывать с начала XIX в.

Рапс — однолетнее растение длинного дня, холодостойкое, требовательное к влаге и плодородию почвы, хорошо произрастает в умеренной зоне. Размножается рапс семенами.

В настоящее время насчитывают 12 разновидностей рапса.

·  При создании сортов пищевого направления к основным задачам следует отнести увеличение содержания масла в семенах и повышение его качества. Важное значение в селекции рапса этого направления имеет окраска семян. Предпочтительны желтосемянные сорта, поскольку они отличаются повышенным содержанием масла и белка и низким — клетчатки (используется в производстве маргарина, жидких жиров олеиновой кислоты ).

·  При создании сортов технического направления необходимы сорта, содержащие в своём составе те или иные жирные кислоты. Например, технические масла (гидравлическое и смазочное) и биотопливо должны обладать высоким содержанием эруковой кислоты, а предназначенные для производства синтетических моющих средств и парфюмерной продукции — лауреновой.

·  При создании сортов кормового направления необходимы сорта с высоким качеством как семян, так и зелёной массы, повышенным содержанием белка, сбалансированного по аминокислотному составу, и низким уровнем глюкозинолатов[1].  

 

 

 

 

 

Что представляет собой биотопливо?

Первое что приходит в  голову обыкновенные дрова. Твердое  биотопливо.

Дрова - древнейшее топливо, используемое человечеством. В настоящее время для производства дров или биомассы выращивают энергетические леса, состоящие из быстрооборачиваемых растений. 

 

Виды биотоплива 

 

Биоэтанол — обычный этанол, получаемый в процессе переработки растительного сырья для использования в качестве биотоплива. Полное производство этанола на 2009 было 73.9 миллиарда литров (19.5 миллиардов галлонов) согласно данным, собранным F.O. Licht. GRFA предсказывает, что глобальное производство достигнет 85.9 миллиардов литров (22.7 миллиарда галлонов) в 2010 (на 16.2% больше чем в 2009г.). В этом году производство Этанола переместит потребность в 370 миллионах эквивалентных баррелей нефти глобально.

ü  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.

Производство этанола  из тростника на сегодняшний день экономически более выгодно, чем  из кукурузы. Федеральное правительство  США предоставляет производителям этанола налоговый кредит (но не субсидии) до $0,51 за галлон этанола. Бразильский  этанол дёшев из-за низких заработных плат у сборщиков сахарного тростника.

Биометанол - метиловый спирт, произведенный в результате переработки биологического сырья (шелухи зерен и семечек, сухих листьев, навоза, помета), а также из органического мусора.

В числе относительно новых  способов использования метанола, а  соответственно и биометанола, выделяют:

- применение в качестве  добавки к автомобильным бензинам;

- применение в топливных  элементах;

- для метилирования растительных масел в процессе производства биодизеля.

Основными достоинствами биометанола являются:

- низкий объем выбросов  углекислого газа;

- возможность организовать  переработку (рециклинг) отходов животноводства и сельского хозяйства.

Главные недостатки биометанола:

- низкий энергетический  КПД — максимум 68%;

- бесцветное пламя, что  может привести к аварийным  ситуациям;

- срок окупаемости проекта  — до 20 лет.

Всего в мире насчитывается  примерно 90 заводов по производству метанола. Темпы роста объемов  их выпуска довольно низкие и составляют всего 4% в год.

В мире насчитывается всего 5 перспективных проектов,касающихся биометанола, среди них: BioMCN (Нидерланды, Европа), Smithfield Foods (Юта, США), North Shore Energy Technologies (в перспективе, США), Norin Green (в перспективе, Япония), Atlantic Biomass (в перспективе, США).

20% совокупного потребления  метилового спирта как в чистом виде, так и в виде его производных приходится на долю транспортных средств. Несмотря на то, что к 2020 году доля биотоплив в транспортном секторе должна превысить 6%, доля биометанола останется довольно низкой — всего 0,2%.

Бутиловый спирт - Биобутанол Бутанол- C4H10O — Бесцветная жидкость с характерным запахом. Широко используется в промышленности. Энергия бутанола близка к энергии бензина. Бутанол может использоваться в топливных элементах, как сырьё для производства водорода. Кроме того, бутанол используют в качестве растворителя при производстве некоторых видов лакокрасочных материалов.

Россия — крупнейший производитель  и экспортер бутанола. За последние пять лет более 60% произведенного в стране бутилового спирта поставлялось потребителям на внешних рынках сбыта. Бутиловые спирты в России выпускают следующие предприятия (указаны в порядке убывания производственных мощностей): «Салаватнефтеоргсинтез», «Сибур-Химпром», Ангарская НХК, «Невинномысский Азот».

В США ежегодно производится 1,39 млрд литров бутанола приблизительно на $1,4 млрд. Энергия бутанола близка к энергии бензина.

В 2007 году в Великобритании начались продажи биобутанола в качестве добавки к бензину.

Диметиловый эфир( C2H6O) — экологически чистое топливо без содержания серы, содержание оксидов азота в выхлопных газах на 90 % меньше, чем у бензина. Может производиться как из угля, природного газа, так и из биомассы.

Применение диметилового эфира не требует специальных фильтров, но необходима переделка систем питания (установка газобалонного оборудования, корректировка смесеобразования) и зажигания двигателя. Без переделки возможно применение на автомобилях с LPG-двигателями при 30 % содержании в топливе.

В июле 2006 года Национальная Комиссия Развития и Реформ (NDRC) (Китай) приняла стандарт использования диметилового эфира в качестве топлива. Китайское правительство будет поддерживать развитие диметилового эфира, как возможную альтернативу дизельному топливу. В ближайшие 5 лет Китай планирует производить 5-10 млн тонн диметилового эфира в год.

Департамент транспорта и связи  Москвы подготовил проект постановления городского правительства «О расширении применения диметилового эфира и других альтернативных видов моторного топлива». Автомобили с двигателями, работающими на диметиловом эфире разрабатывают KAMAZ, Volvo, Nissan и китайская компания SAIC Motor.

Биодизель — топливо на основе жиров животного, растительного и микробного происхождения, а также продуктов их этерификации. Сырьём могут быть рапсовое, соевое, пальмовое, кокосовое масло, или любого другого масла-сырца, а также отходы пищевой промышленности. Разрабатываются технологии производства биодизеля из водорослей. Биодизель обладает рядом существенных преимуществ. Он нетоксичен (его токсичность составляет лишь 10% от токсичности поваренной соли), разлагается в естественных условиях (приблизительно за то же время, что и сахар), практически не содержит серы и канцерогенного бензола.

Ø  С точки зрения получения энергии данная биосистема имеет существенные экономические преимущества по сравнению с другими способами преобразования солнечной энергии.

Ø  Микроскопические водоросли являются источником биотоплива, которое можно использовать вместо привычной солярки (дизеля минерального). Водоросли - это источник энергии и метод борьбы с глобальным потеплением. Водоросли относятся к числу наиболее быстро растущих растений во всем мире, и на 50% состоят из масел, которые используются для производства биодизельного топлива. В настоящее время насчитывается около 65000 известных видов водорослей, а сотни тысяч еще предстоит определить. Как известно, одни из видов могут быть идеальны для работы реактивного двигателя, в то время как другие - для дизельного.

Ø  Урожайность биодизеля из масличных культур, таких как сафлор, может быть увеличена до 24 процентов с использованием нового процесса, разработанного химиками из Калифорнийского Университета в Дэвисе. Метод основан на преобразовании растительных масел и углеводов в биодизельное топливо в одном процессе, а также, используя этот метод, улучшаються эксплуатационные характеристики биодизеля, особенно в холодную погоду. Затраты при использовании такого нового процесса могут быть несколько выше, чем при обычном производстве биодизеля, но они должны быть компенсированы за счет увеличения объемов производимого биотоплива (до 24%) и улучшения его производительности.

Как говорилось раннее, сырьём для производства биотоплива могут быть различные растительные масла, в том числе и РАПСОВОЕ (основной вид сырья в Европейском Союзе).

Поговорим поподробнее о  рапсе, его выращивании, применении.  

 

Технология получения дизельного биотоплива из рапсового масла 

 

Область применения:

Транспорт, сельское хозяйство, энергетика.

Характеристики биотоплива:

представляет собой смесь  метиловых эфиров высших жирных кислот (более 90% составляют эфиры олеиновой, линолевой и пальмитиновой кислот)

1.  вязкая жидкость светло-желтого цвета

2.  легко растворимо в неполярных и хлорированных органических растворителях

3.  мало растворимо в воде 

 

Физико-химические показатели биотоплива:

Цетановое число	Не менее 47
Кинематическая вязкость при 20 °С, мм2/с	7,1
Температура застывания, °С	Не выше -38
Температура помутнения, °С	не выше − 5
Температура вспышки в закрытом тигле, °С	не ниже 138
Теплотворная способность, кДж/кг	− 39670
Концентрация смол, мг на 100 см3 топлива	не более 39,5
Кислотность, мг КОН на 100 см3 топлива	не более 5
Зольность, %	не более 0,04
Коэффициент фильтруемости	не более 3
Плотность при 20 °С, кг/м3	не более 880
Содержание механических примесей	отсутствует
Содержание воды, %	отсутствует
Массовая доля серы, %	отсутствует

 

 

Преимущества технологии получения биотоплива:

технологический процесс  получения дизельного биотоплива является непрерывным, что позволяет полностью его автоматизировать

технология является безотходной, позволяя получать ценные сопутствующие  продукты: твердое топливо, жмых для  приготовления кормов, техническое  мыло, глицерин

технология является экологически чистой (отсутствие вредных газообразных выбросов, небольшое количество сточных  вод)

технология получения  биотоплива является материало- и ресурсосберегающей.

Рис. 2 Семена рапса.

 

 

 

Обратная сторона производства биотоплива из рапса

Технология выращивания  рапса подразумевает 2-3-х разовую  обработку посевов ядохимикатами  при помощи авиации во время цветения растений.

А это означает:

Во-первых, что опылители-насекомые, медоносные пчёлы уничтожаются в массовом порядке. Спрятать их негде, вокруг куда ни глянь один рапс, а держать пчёл закрытыми 15 дней в улье в этот периоду их размножения всё равно, что посадить человека в тюрьму на 15 лет;

Во-вторых, ветер, а в степи штиля нет, разносит ядовитую смесь на прилегающую к посевам территорию населённых пунктов, водоёмов, пастбищ, дач, лесополос. Что попадает в пищу животных, то попадает и на наш стол вместе с молоком, мясом, овощами, водой. А как же быть со здоровьем?

В-третьих, технология уборки урожая рапса, отличается от других сельскохозяйственных культур. Отличие заключается в том, что семена рапса на одном растении созревают в разное время и по мере созревания коробочки, в которых содержится семечко, раскрываются и семя высыпается на землю. Чтобы этого не произошло, сразу после окончания цветения проводят авиахимобработку, после которой за считанные часы растения сбрасывают листву и превращаются в сухую, как солома, массу. Сбрасывает листву и всё, на что угодила ядовитая жидкость. 

 

 

 

Возвращение к  истокам 

Еще в 1826 году американский изобретатель Сэмюэль Мори запатентовал двигатель, в котором в качестве топлива использовались растительный скипидар и спирт. В 1853 году было доказано, что растительное масло вполне можно употреблять в качестве горючего для паровых машин и пароходов. (В те далекие времена «пароходами» назывались в том числе и «паровозы» — вспомните «Попутную песню» Глинки и Кукольника: «Дым столбом — кипит, дымится пароход!») Первый настоящий четырехтактный двигатель внутреннего сгорания инженера Николауса Августа Отто, различными модификациями которого мы пользуемся и по сию пору, работал на этиловом спирте.

В начале 90-х годов XIX века Рудольф Дизель построил первый двигатель, работавший на угольной пыли. При запуске  модель взорвалась, чуть не убив самого изобретателя. И следующий свой экспериментальный  двигатель в 1894 году новатор заправил уже более дешевым и значительно  менее опасным арахисовым маслом.

А Генри Форд как начал со «спиртовых» двигателей, так и поддерживал их вплоть до 40-х годов прошлого века. Возможно, одной из причин было то, что Генри сам был из фермеров и технологию производства домашнего спирта знал не понаслышке. Так или иначе, но первый его «квадрицикл», собранный в 1896 году, работал именно на спирту, несмотря на то, что автомобили немецких инженеров Готтлиба Даймлера и Карла Бенца к этому времени уже почти десятилетие заправлялись бензином. Первый по-настоящему массовый автомобиль, построенный Фордом в 1908 году, знаменитая «Модель Т», одинаково хорошо бегал и на этиловом спирте, и на бензине, и на их смеси. Форд был настолько уверен в будущем спиртовых автомобилей, что даже построил на Среднем Западе США спиртоперегонный завод. Вплоть до середины 20-х годов XX века 25% продаж компании Standard Oil на Среднем Западе приходилось именно на фордовский этиловый спирт.