Виды биотоплива: сравнение характеристик твердого, жидкого и газообразного топлива

Жидкое биотопливо

Этот вид энергии приобретает популярность благодаря возможности использования в двигателях внутреннего сгорания. Это безопасный и экологически чистый источник питания для автомобилей и различной техники, в результате использования которого выделяется минимальное количество вредных остаточных продуктов. В такой концепции снижается вредное влияние на окружающую среду и внутренние детали мотора.

Классификация энергоресурсов выглядит следующим образом:

  • Биобутанол;
  • Биодизель;
  • Биометанол;
  • Биоэтанол.

Применение жидких материалов известно в домашних каминах, печах. Образует минимальное количество серы и сажи при сгорании.

Биоэтанол из растительных культур

Лидирует в списке альтернативных источников питания, применяемых для обеспечения потребностей подвижных машин и механизмов. Примером использования является смешанный с бензином биоэтанол. Для получения используется растительное сырье, — культурные растения. Технология производства основывается на спиртовом брожении на сахаре из таких видов сырья как кукуруза, тростник, свекла, некоторые зерновые, содержащие целлюлозу.

Биобутанол для заправки автомобилей

Положительная практика использования четырехуглеродного спирта, получаемого при ферментации растительного сырья, основывается на минимальном количестве выбросов. Существуют аналоги, вырабатываемые из нефти. Известно применение в крупной промышленности в замкнутом цикле производства. В настоящее время происходит улучшение технологии с целью формирования перспективы получения виду дороговизны бензина на рынке.

В сравнении с этанолом обладает следующими достоинствами:

  • Обладает высоким энергоресурсом;
  • Смешивается с бензином для получения обогащенной топливной смеси;
  • Химически устойчив;
  • Более экологическое топливо;
  • Характеризуется подтвержденными значениями сниженных CO и NOx.

Диметиловый эфир c 2 h 6 o

Производится из биомассы (угля или природного газа), в том числе из отходов целлюлозно-бумажных предприятий. Сжижение вещества происходит уже на низких давлениях. Первой из стран, взявшей на вооружение диметиловый эфир как биотопливный материал, стал Китай. Применение на практике ввиду чистоты продукта не требует установки фильтрующих систем. Для повышения эффективности сжигания необходимо некоторое перестроение оборудования и системы зажигания моторов. Вслед за Китаем концепция внедрения альтернативного источника энергоресурсов принята Московским департаментом транспорта. Сегодня использование биотопливного сырья возможно на таких автомобилях как Volvo, KAMAZ и Nissan .

Биометанол из одноклеточных водорослей

По составу и свойствам является аналогом обычного метанола. Применение материала достаточно широко развито в промышленности. Используется в качестве сырья для изготовления веществ группы формальдегидов, кислоты уксусной, растворителей.

Производство биометанола актуально вдали от газовых месторождений. Для этих целей используются целые плантации зеленых водорослей (в том числе искусственно культивируемых), которые впоследствии сбраживаются до простейшего спирта. Фитопланктон на практике обладает достаточно высокой продуктивностью. В отличие от других технологий, не задействует вода и почва, не оказывается влияние на соседствующие отрасли, например, сельское хозяйство.

Биодизель как альтернатива транспортному горючему

Истощение ископаемых природных ресурсов ставит перед современным поколением серьезную проблематику. Преимущества биодизеля как биотоплива состоит прежде всего в том, что его начинают активно получать и использовать в домашних хозяйствах. Именно так происходит в Европе, где на этом типе энергоносителя работают системы обогрева помещений, садовая техника, машины и агрегаты. Европейцы несколько десятилетий используют такой продукт для езды на автомобиле.

Способы изготовления своими руками

Существует множество вариантов производства биотоплива в домашних условиях. Эти варианты мы и рассмотрим.

Биотопливо из навоза

Биотопливо из навоза получается путем брожения органических отходов. Смесь помещается в специальный герметичный бункер на длительный срок. В результате испарения жидкости, выделяется газ, которым и можно воспользоваться при обогреве жилых помещений или для приготовления пищи и жидкое удобрение, которое является основой экологического земледелия.

Продукция, которая выращивается с использованием таких удобрений, является экологически чистой и ее продажная стоимость возрастает по сравнению с продуктами выращенными с использованием пестицидов и других химических удобрений.

Производство биогаза

Вторым продуктом, который мы получаем в результате брожения навоза, является газ.

Для получения газа из этого сырья используется:

  • навоз;
  • птичий помет;
  • стоки туалета;
  • пищевые отходы;
  • растительная масса;

Все сырье должно быть измельчено, иначе трубы, предназначенные для вывода отработанного сырья, могут засориться.

Получить газ можно и в домашних условиях. Для этого, необходимо приобрести газонепроницаемую емкость. Эта емкость должна быть герметичной, так как воздух не должен контактировать с полученным газом.

Затем необходимо поместить сырье (навоз) внутрь этой емкости, немного нагреть и подождать 5 дней. Затем, полученный газ собрать в емкость и применять по своему усмотрению. Устройство по изготовлению биогаза можно собрать самостоятельно, а можно приобрести у фирмы, специализирующейся по продаже этого оборудования.

Уголь для создания биогаза

Для создания биотоплива может пригодиться и древесный уголь, тот самый уголь, без которого нам не обойтись на природе при жарке овощей и шашлыка. Его можно приобрести в магазине, а можно и сделать самому.

Уголь в домашних условиях можно изготовить 2 способами:

  • в бочке;
  • в яме;

Рассмотрим каждый способ по отдельности.  И после этого вы сможете делать уголь самостоятельно.

Для изготовления древесного угля в бочке вам понадобится, собственно говоря, бочка объемом 200 литров. Внизу бочки делаем штуцер для нагнетания кислорода. Затем в бочке разводим костер, постепенно добавляя поленья.

Когда бочка будет наполовину наполнена дровами, начинаем нагнетать кислород. Для этого, можно воспользоваться пылесосом. После этого, количество дыма уменьшится, а огонь будет гореть лучше. Когда поленья немного прогорят, необходимо закрыть бочку крышкой, а имеющиеся щели замазать мокрой глиной или землей. Ожидаем до полного остывания бочки и древесный уголь готов.

Для изготовления угля в яме нам необходимо выкопать яму, диаметр которой будет равен 0,8 м со скошенными стенками, и разжечь в ней костер. Но прежде, чем разжигать костер, возьмите достаточное количество поленьев, сушняка, веток деревьев из которых вы будете получать уголь.

Дрова в костер укладывайте плотно и постепенно по слоям, один за другим. Дождитесь полного выжигания дров (на это уйдет порядка 3 часов), далее накрывайте поленья мхом или сухими листьями, присыпьте землей и все хорошенько утрамбуйте. Спустя 2 дня уголь будет готов.

Рапсовое биотопливо

Из семян рапса поступивших в маслобойню получают масло и шрот. Далее, это масло поступает в специальную установку, где в результате различных химических реакций из рапсового масла получают метиловый эфир – биодизель.

Перед использованием, его необходимо профильтровать. Этот вид дизеля отличается лучшей воспламеняемостью по сравнению с обычным дизельным топливом.

В чем разница между биотопливом и биодизелем?

• Биодизель производится из растительных масел (пальмовое масло, соевое масло) и животных жиров. Биотопливо производится из компонентов, отличных от продуктов нефтяного происхождения, таких как отходы жизнедеятельности человека и животных, свалочные газы, сельскохозяйственные и промышленные отходы и т. Д.

• Ресурсы для производства биотоплива повсюду в изобилии по сравнению с производством биодизеля. Однако по сравнению с производством ископаемого топлива ресурсы более доступны как для производства биотоплива, так и для производства биодизеля.

• Биодизель нетоксичен и поддается биологическому разложению, но некоторые из биотоплива содержат токсичные газы.

• Существуют различные воздействия нефтедобывающих отраслей, включая социальную, экономическую, экологическую, культурную и медицинскую. Однако влияние биотоплива и биотоплива сравнительно меньше.

Резюме:

Ядерное топливо:

Из элементов, встречающихся в природе, для получения ядерной энергии пригодны два элемента: торий и уран. При делении изотопа урана 235 (не более 1/140 от всего урана, имеющегося на планете) высвобождается энергия в виде теплоты.

В качестве ядерного топлива так же используют изотопы урана 238 и тория 239. Если произойдет деление абсолютно всех ядер, содержащихся в 1 кг чистого урана, можно получить 2107 кВт/ч энергии. Если сравнивать с углем, для получения такого же результата придется сжечь не менее 2,5 тыс. тонн высококачественного антрацита.

Природное ядерное топливо – это изотопы урана 235 и 238. В последнем случае после захвата ядром нейрона материал превращается в изотоп плутония 239.

Вторичное ядерное топливо – это продукт переработки исходного сырья. Не встречается в природе в чистом виде. К данной категории относят изотоп плутония 239 и урана 233.

Ядерное топливо не предназначено для использования в стандартных ТЭЦ. Из него изготавливают капсулы размером в несколько сантиметров и помещают в герметичные тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы) на атомных и ядерных станциях. Ядерное топливо еще может применение в двигателях субмарин, кораблей, в особо мощных производственных установках.

Что такое биотопливо?

Биотопливо — это топливо, которое производится из растительного либо животного сырья, органических отходов. Виды биотоплива подразделяются на твердое, жидкое и газообразное.

Твердое биотопливо

Благодаря развитию технологий, сегодня уже существует много различных типов твердого биологического топлива. Среди них можно отметить продукты на деревянной основе, отходы лесной промышленности:

  • прессованные опилки;
  • щепки;
  • кора деревьев;
  • солома.

А также отходы аграрного производства:

  • подсолнечная лузга;
  • ореховая скорлупа;
  • навоз.

Эти материалы и отходы проходят стадии обработки и прессования, после чего принимают гранулированную форму длинной до 30 мм, диаметром до 10 мм. Гранулы называются пеллетами. Также из стружки и опилок изготавливают брикеты. Переработка опилок в производстве позволяет сохранить гектары леса. Также такой источник энергии более экологически чистый, в отличие от угля. При сгорании дерева и его отходов не выделяется вредных веществ.

Пеллеты на протяжении последних лет занимают верхние позиции среди видов альтернативного топлива для котлов отопления. Ими хорошо заменять солярку, дрова, уголь, либо использовать для работы специальных генераторов. При их сгорании отсутствует дым, выделяется больше тепла, чем от прочих горючих материалов.

Жидкое биотопливо

Чаще применяется в автомобильной промышленности. К нему относят спирты, полученные путем переработки растительного сырья (крахмало и сахаросодержащих культур):

  • биоэтанол;
  • биометанол;
  • биобутанол;
  • демитиловый эфир;
  • биодизель.

Остановимся более подробно на биодизеле. Основным источником для его получения является рапс и соя. До недавнего времени в значительных объемах использовалось и пальмовое масло, однако результаты последнего изучения вопроса Европейской комиссией показали, что выбросы парниковых газов из биодизеля, произведенного на пальмовом масле, могут превышать более чем в три раза выбросы в атмосферу, по сравнению с обычным дизтопливом, поэтому с 2021 года его производство в ЕС будет запрещено. Однако это не касается остальных видов сырья.

Также применяют подсолнечное, арахисовоее, кокосовое и льняное масло. Самой эффективной культурой для производства биодизеля считается рапс. Одним из преимуществ биодизеля является возможность смешивания его с обычным дизелем в разных пропорциях. Также он обладает высоким уровнем воспламеняемости.

Этапы производства биодизеля

Заметим, что его применение значительно продлевает срок службы дизельного двигателя, так как биодизель является одновременно и первоклассной смазкой.

Газообразное биотопливо

Газообразное топливо получают путем брожения органических отходов, либо с помощью термохимических и биохимических реакций. Брожение происходит под воздействием бактерий. Основным видом газообразного биологического топлива является биогаз. К его разновидностям относится биоводород (получается в процессе бутилового либо ацетонобутилового брожения различных растений). Большой плюс, что в быту биогаз, может применяться в тех же отраслях, где используется обычный природный газ.

Каковы преимущества биотоплива

Если вы читаете новости, вы видели много освещения биотоплива в последние несколько лет. Основная идея, безусловно, очень привлекательна: вместо того, чтобы выкачивать нефть из земли и отправлять ее по всему миру, мы могли бы вместо этого производить биотопливо из сельскохозяйственных культур и отходов. Для такой страны, как Соединенные Штаты, которая сильно зависит от нефти с Ближнего Востока (самый политически нестабильный регион в мире), подобный план имеет огромные преимущества. Такие организации, как Международное энергетическое агентство, продемонстрировали огромный потенциал. В своей дорожной карте «Биотопливо для транспорта», опубликованной в 2011 году, МЭА указало, что к 2050 году биотопливо может производить 27 процентов мирового транспортного топлива в мире (более чем в 10 раз больше, чем сегодня). Такой амбициозный проект потребует 100 млн. Га земли (примерно в районе Южной Кореи). Звучит хорошо? Есть еще одно большое преимущество. Дорожная карта МЭА позволит сократить общие выбросы углекислого газа в мире на 2,1 Гт (чуть менее 10 процентов от нынешнего глобального объема). Обычно при сжигании таких видов топлива, как нефть, уголь и газ (которые были произведены миллионы лет назад), выделяется углекислый газ в воздух, иными словами, он увеличивает выбросы. Этот газ душит Землю, как огромное невидимое покрывало, нагревает планету — проблему, которую мы теперь называем глобальным потеплением, — и начинает изменять климат. Теоретически, биотопливо не страдает от той же проблемы. Когда дерево растет, оно поглощает углекислый газ (CO2) из воздуха и воду (H2O) из почвы и использует солнечный свет для преобразования углерода, водорода и кислорода из этих молекул в более сложные молекулы углеводов (сахара и крахмалы), которые он хранит. Этот процесс называется фотосинтезом, и он немного похож на горение, идущее в обратном направлении. В процессе фотосинтеза дерево использует углекислый газ для роста. Если мы сжигаем дерево как топливо в конце его срока жизни, процесс сгорания выделяет точно такое же количество углекислого газа, что и дерево, поглощенное при его выращивании. Таким образом, биотопливо является (по крайней мере, теоретически) углеродно-нейтральным: выращивание дерева (или любого другого растения) с последующим сжиганием его в качестве биотоплива не добавляет углекислого газа в атмосферу и не ухудшает глобальное потепление.

Твердое биотопливо — пеллеты

В последнее время очень много ходит различных слухов или даже своеобразных «легенд» о том, что одним из наиболее перспективных и высокорентабельных видов малого бизнеса может стать производство топливных пеллет – особого вида биологического топлива.  Давайте внимательнее глянем на достоинства твердого гранулированного топлива и на процесс его получения.

Для чего и как производят топливные пеллеты

Лесозаготовки, деревообрабатывающие предприятия, сельскохозяйственные комплексы, некоторые другие производственные линии обязательно выдают, помимо основной продукции, очень большое количество древесных или иных растительных отходов, которые, казалось бы, уже не имеют никакой практической ценности. Еще не та дано они попросту сжигались, выбрасывая дым атмосферу, или даже бесхозяйственно разлагались огромными «терриконами». Но ведь в них заложен огромный энергетический потенциал! Если эти отходы привести в состояние, удобное для использования в виде топлива, то, наряду с решением проблемы утилизации, можно ещё и прибыль получить! Именно на этих принципах и базируется производство твердого биотоплива – пеллет.

По сути – это спрессованные гранулы цилиндрической формы, имеющие диаметр от 4 ÷ 5 и до 9 ÷ 10 мм, и длину примерно 15 ÷ 50 мм. Такая форма выпуска очень удобна – гранулы легко фасуются в мешки, их несложно транспортировать, они отлично подходят для автоматической подачи топлива в твёрдотопливные котлы, например, с помощью шнекового загрузчика.

Пеллеты прессуются и из отходов натуральной древесины, и из коры, веток, хвои, сухих листьев и других побочных продуктов лесозаготовок. Получают их из соломы, лузги, жмыха, а в некоторых случаях сырьем служит даже куриный помет. На производстве пеллет пускают торф – именно в такой форме у него достигается максимальная теплоотдача при сгорании.

Безусловно, разное сырьедает и различные характеристики получаемых пеллет – по их энергоотдаче, зольности (количеству остающегося несгораемого компонента), влажности, плотности, цене. Чем выше качество, тем меньше хлопот с отопительными приборами, тем выше КПД системы отопления.

По своей удельной калорийности (в объемном отношении) пеллеты оставляют позади все виды дров и угля. Хранение же такого топлива не требует больших площадей или создания каких-либо особых условий. В спрессованной древесине, в отличие от опилок, никогда не начинается процессов гниения или прения, так что риска самовоспламенения такого биотоплива нет.

Теперь к вопросу производства пеллет. По сути, весь цикл просто и понятно изображен на схеме (показано сельскохозяйственное сырье, но в равной мере это относится и к любым древесным отходам):

В первую очередь отходы проходят стадию дробления (обычно до размеров щепы до 50 мм длиной и 2 ÷ 3 мм толщиной). Затем следует процедура сушки – необходимо, чтобы остаточная влажность не превышала 12%. Если есть необходимость, то щепу дробят в еще более мелкую фракцию, доводя ее состояние почти до уровня древесной муки. Оптимальным считается, если размер частиц, поступающих на линию прессования пеллет, будет в пределах 4 мм.

Прежде чем сырьепопадет в грануляторы, его слегка пропаривают или кратковременно погружают в воду. И, наконец, на линии прессовки пеллет эта «древесная мука» продавливается через калибровочные отверстия специальной матрицы, имеющие конусную форму. Такая конфигурация каналов способствует максимальному сжатию измельченной древесины с, естественно, резким ее нагревом. При этом имеющееся в любой целлюлозосодержащей структуре вещество лигнин надежно «склеивает» все мельчайшие частицы, создавая очень плотную и прочную гранулу.

На выходе из матрицы полученные «колбаски» срезаются специальным ножом, что дает цилиндрические гранулы нужной длины. Они поступают в бункер, а оттуда – в приемник готовых пеллет. По сути, осталось только охладить готовые гранулы и расфасовать по мешкам.

Преимущества биотоплива

Биотопливо как альтернативный источник энергии вызывает огромный интерес у общественности, так как него есть множество преимуществ.

Мобильность

По сравнению с другими источниками этот очень мобильный. Существуют и другие альтернативные технологии, к примеру, использование солнечного света или ветра. Они очень экологичные, но маломобильные, и в этом их проблема. Их нельзя использовать на постоянной основе, так как ветер и солнце не имеют постоянного характера, их продуктивность нельзя с точностью предсказывать. Есть и другие проблемы, как необходимость применения больших аккумуляторных батарей. Со временем они станут меньше, но другие минусы останутся.

Биотопливо легко транспортировать, оно стабильное, его энергоплотность высокая и постоянная. Для применения можно не создавать новые объекты инфраструктуры и технологии, есть возможность модифицировать имеющиеся.

Выгодная стоимость

Если судить по ценам рынка, то многие виды биотоплива сейчас стоят как бензин. При этом они выигрывают по экологическим характеристикам, так как при сгорании образуется меньше вредных выхлопов. Биологическое топливо можно видоизменить, чтобы на нем смогли работать существующие двигатели, тогда оно станет применимым в любых условиях.

Экономические преимущества еще и в том, что такое горючее лучше влияет на двигатели. Соответственно, обслуживание двигателей будет требоваться реже, затраты сократятся. Если спрос на такой альтернативный источник энергии возрастет, то оно станет еще дешевле. Вполне возможно, что колонки с ним появятся на обычных заправках.

Универсальность

Биогорючее обладает хорошими смазочными характеристиками, температура его возгорания достаточно высокая, это хорошо влияет на срок эксплуатации двигателя. Согласно подсчетам экспертов, ресурс двигателя может быть увеличен на целых 60%. К тому же для применения не нужно менять двигатели. Можно использовать проверенные временем надежные системы, от чего повышается безопасность.

Возобновляемость ресурса

На производство бензина идет сырая нефть, это невозобновляемый источник энергии. В недрах земли еще много нефти, этих запасов хватит на долгое время, но все равно в определенный момент они иссякнут. Биотопливо делается из отходов сельскохозяйственного производства, которые всегда возобновляемые. Чем меньше на планете остается нефти, тем актуальнее мысли об альтернативе. Она станет не только перспективным источником дохода, но и рычагом влияния одних обществ на другие.

Снижение парникового эффекта

Это одна из самых актуальных экологических проблем. Если не уделять ей достаточного внимания, то все обернется настоящим бедствием. Когда сжигается ископаемое топливо, побочным продуктом становится огромное количество углекислого газа. Это парниковый газ, который становится причиной парникового эффекта. Из-за него солнечное тепло не может покинуть планету. В совокупности с повышением температуры от сжигания нефти и угля формируется парниковый эффект.

Биологические виды горючего не обладают таким действием, это более экологичная альтернатива парниковым газам. Внедрение новых источников могло бы снизить количество выброшенных парниковых газов на 65%. К тому же при выращивании сельскохозяйственных культур для производства биотоплива поглощается оксид углерода. Это делает систему еще более устойчивой и экологичной. В биодизеле практически не содержится серы относительно обычного дизеля. Попадая в почву или воду, он практически полностью разлагается уже через три недели.

Безопасность государств, не имеющих резерва

Не у каждого государства имеются больше запасы нефти. Страны без достаточного резерва подвергаются экономическим рискам. Импорт нефти — это существенная статья расходов, от которой в экономике страны может образоваться брешь. К тому же цены на мировом рынке постоянно меняются, расходы нельзя прогнозировать. Альтернативное доступное для всех топливо позволит таким странам снизить зависимости от импорта или вовсе избавиться от нее. Производство внутри страны позволит обеспечить рабочими местами большое количество граждан, это окажет положительное воздействие на экономику.

Недостатки и выбор места для взращивания продукта

Однако не следует забывать о недостатках горючего. Главными минусами природного ресурса считают:

  • Климат. Некоторые климатические зоны не подходят для выращивания растительного топлива. Природный источник не растет в недрах тундры или на пустыне.
  • Взращивание биомассы нарушает экосистему. Зачистка территории для посадки растений губит микросистему лесов и других местностей.
  • Натуральный ресурс потребляет много воды. Поэтому разведение сельскохозяйственной биомассы в засушливых территориях является невозможным.
  • Растительные культуры, используемые как топливо, в момент произрастания нуждаются в дополнительной подпитке. Некоторые удобрения для таких растений вредят экосистеме.
  • Агрессивное поведение растений для топлива пагубно сказывается на аутентичной флоре и на благополучии всей экосистемы определенного региона.

Выбирать территорию для посадки растительной биомассы следует осторожно. Учитывают климатические условия местности, доступность к водным ресурсам, а также возможности регулярного удобрения посаженого сырья

В противном случае растение станет непригодным для дальнейшей переработки.

Биологическое топливо используют в разных областях жизни. Для работы транспортного средства, обогрева жилых комплексов и приготовления пищи. Несмотря на явные минусы биологический материал по сей день является востребованным и интересным для ученых источником энергетики.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий