Анализ использования биотоплива при производстве электрической энергии. Топливо биологическое

Виды биотоплива: сравнение твердого, жидкого, газообразного

Альтернативой традиционным энергоресурсам (газу, каменному и бурому углю, нефти) являются различные виды биотоплива, для изготовления которых используется растительное либо животное сырье.

А также отходы промышленности и результаты жизнедеятельности организмов.

Содержание статьи:

Что такое биологическое топливо

Наиболее перспективным направлением в энергетике являются технологии, предусматривающие использование возобновляемых ресурсов, к числу которых относится и биологическое топливо.

Наиболее распространенным видом биологического топлива являются обычные дрова. 38% населения Земли используют их для отопления и приготовления пищи

В качестве сырья для его производства можно брать биомассу растительного/животного происхождения, включая отходы промышленных производств либо остатки жизнедеятельности животных.

Обработка таких веществ производится термохимическим или биологическим методом, в последнем случае топливо получают при помощи различных видов микроорганизмов.

Хотя в ближайшем будущем биотопливо вряд ли сможет полностью вытеснить традиционные углеводороды, развитие этой отрасли возобновляемой энергетики способствует сохранению запасов полезных ископаемых

Во многих странах действуют специальные программы по расширению доли биотоплива в национальном и региональном энергопотреблении. В ряде государств имеются также обязательные нормы использования этого источника энергии.

Достоинства и недостатки биотоплива

У биологических видов горючего есть свои положительные и отрицательные стороны. Интерес к использованию этого вида сырья вызван его несомненными достоинствами. К ним относятся:

Бюджетная стоимость. Хотя на данный момент цены на биотопливо практически совпадают со стоимостью бензина, биологические вещества считаются более выгодным видом горючего, поскольку при сжигании дают меньше выбросов. Биотопливо пригодно к применению в различных условиях, при этом его можно адаптировать к двигателям разных конструкции. Еще одним плюсом является оптимизация работы мотора, который дольше остается чистым из-за малого количества сажи и выхлопным газов.
Мобильность. Биологическое топливо отличается от других вариантов альтернативных источников энергии своей мобильностью. В конструкции солярных и ветряных установок обычно входят тяжелые аккумуляторные батареи, поэтому они чаще всего используются стационарно, тогда как биогорючее можно без особых хлопот перевозить из одного региона в другой.
Возобновляемый источник энергии. Хотя, по мнению исследователей, существующих залежей сырой нефти хватит как минимум на несколько сотен лет, ископаемые запасы все-таки конечны. Биотопливо, изготавливаемое из растений и отходов жизнедеятельности животных, относится к числу возобновляемых ресурсов, которым в обозримом будущем не грозит исчезновение.
Охрана атмосферы земли. Крупным недостатком традиционных углеводородов является большой процент CO2, который выделяется при сжигании. Этот газ создает в атмосфере нашей планеты парниковый эффект, создавая условия для глобального потепления. При сгорании же биологических веществ количество углекислого газа снижается до 65%. Помимо этого культуры, используемые в производстве биотоплива, потребляют оксид углерода, уменьшая его долю в воздухе.

Экономическая безопасность. Запасы углеводородов распределены неравномерно, поэтому часть государств вынуждена закупать нефть или природный газ, тратя на приобретение, транспортировку, складирование большие средства. Различные виды биологического горючего можно получать практически в любой стране. Поскольку для его изготовления и переработки понадобится создание новых предприятий и, соответственно, рабочих мест, это принесет пользу народному хозяйству и положительно скажется на благосостоянии людей.

Совершенствование технологий и развитие новых методов сможет усилить положительный эффект биотоплива. Так, разработка технологий с использованием планктона и водорослей позволит значительно снизить его цену.

В то же время на современном этапе развития наук и технологий производство биотопливо связано с рядом сложностей и неудобств. Прежде всего, это природные ограничения в выращивании растений. Для произрастания культур, используемых для выработки биомассы, требуется учитывать ряд факторов, а именно:

Водопользование. Сельскохозяйственные растения потребляют много воды, являющейся ограниченным ресурсом, особенно в засушливых местах.
Инвазивность. Выращиваемые на топливо культуры часто бывают агрессивны. Они заглушают аутентичную флору из-за чего может пострадать биоразнообразие и экосистема региона.
Удобрения. Для произрастания многих растений требуется дополнительное внесение питательных веществ, которые могут нанести вред другим культурам или общей экосистеме.
Климат. Отдельные климатические зоны (например, пустыня или тундра) не подходят для выращивания биотопливных культур.

Активное выращивание сельскохозяйственных растений связано и с истощением земледельческих ресурсов, Несоблюдение правил агротехники может привести к снижению содержания полезных компонентов почв и, как следствие, к их истощению, что вызовет обострение продовольственной проблемы.

Происходит нарушение экосистемы. Для производства биомассы обычно требуется расширение территорий, задействованных в сельском хозяйстве. Нередко с этой целью проводится зачистка территории, что приводит к разрушению микроэкосистемы (например, леса), гибели растений и животных.

Для выработки биотоплива уже сейчас выращивается большой объем сельскохозяйственных культур. На производство биомассы идет более 50% производимого в Европе рапса, более трети американского зерна, почти половина выращиваемого в Бразилии сахарного тростника

Возникают проблемы с выращиваем монокультур. Для получения большего урожая биомассы производители часто засеивают земли определенным растением. Подобная практика не слишком хорошо отражается на состоянии сельскохозяйственных угодий, поскольку монокультура ведет к изменению окружающей среды.

На полях, занятых одним видом растений, обычно паразитируют особые разновидности вредителей. Попытка борьбы с ними при помощи инсектицидов и пестицидов приводит лишь к выработке устойчивости к данным средствам.

Чтобы избежать описанных выше проблем, ученые советуют не пренебрегать биоразнообразием культур, совмещая на полях несколько растений, а также использовать местные сорта флоры.

Поколения альтернативного горючего

Широкий ассортимент растительного сырья, используемого для биомассы, принято разделять на несколько поколений.

К первому поколению относятся сельскохозяйственные культуры, в которых содержится высокий процент крахмала, сахаров, жиров. Это такие популярные растения, как кукуруза, сахарная свекла, рапс, соя. Поскольку выращивание этих культур наносит ущерб климату, а их изъятие с рынка влияет на ценообразование продуктов, ученые пытаются заменить их на другие виды биомассы.

Из сельскохозяйственных растений, относящихся к первому поколению сырья, в настоящее время вырабатываются почти все виды современного жидкого топлива (биодизель, этанол)

В группу второго поколения биомассы входит древесина, трава, сельскохозяйственные отходы (скорлупа, шелуха). Получение биотоплива из такого сырья требует больших затрат, однако позволяет решить вопрос утилизации не пищевых остатков с одновременным производством горючих материалов.

Особенностью культур, входящих в эту разновидность, является присутствие в них лигнина и целлюлозы. Благодаря им биомассу можно сжигать и газифицировать, а также подвергать пиролизу, получая жидкое топливо. Главным недостатком биомассы второго поколения считается недостаточная отдача с единицы площади, из-за чего под такие культуры приходится отводить значительные земельные ресурсы.

Сырьем для производства биотоплива третьего поколения служат водоросли, которые выращиваются в промышленных масштабах, например, в открытых водоемах.

Наиболее перспективным вариантом считается биотопливо, получаемое из одноклеточных водорослей. Такие растения быстро набирают массу, при этом для их выращивания не требуется плодородных земель

Подобная практика имеет большие перспективы, однако в настоящее время такие технологии только разрабатываются. Ученые также ведут исследования по созданию методик, позволяющих получить биотопливо четвертого и даже пятого поколения.

Три разновидности биотоплива

В зависимости от того, в каком агрегатном состоянии находится вещество, различают три основных типа биотоплива:

Твердое: дрова, торф, отходы жизнедеятельности животных, отходы сельскохозяйственного производства.
Жидкое: биодизель, диметиловый эфир, биоэтанол, биобутанол.
Газообразные: биогаз, метан, биоводород.

Каждый тип веществ имеет свою специфику, речь о которой пойдет ниже.

Тип #1: твердое

К числу наиболее популярных твердых разновидностей биологического топлива относятся древесина, торф, отходы жизнедеятельности животных.

Древесина (дрова, щепа, опилки)

Древним видом биотоплива являются хорошо знакомые всем дрова, которые издавна применяются для обогрева домов и приготовления еды. До сих пор их активно используют в разных странах для получения тепло/электроэнергии, в частности, на дровах работает крупная Австрийская теплоэлектростанция, мощность которой составляет 66 мегаватт.

В то же время у подобного сырья имеются недостатки. Энергетическая ценность дров относительно невелика: при сжигании часть вещества оседает в виде сажи, из-за чего камины и печи необходимо регулярно прочищать. Кроме того, для восполнения запасов древесины требуется определенное время — новые деревья вырастут лишь через 15-20 лет.

Отличной альтернативой обычным дровам являются пеллеты (гранулы), для производства которых используется некондиционная древесина (кора, щепа, опилки, сучья).

Пеллеты, получаемые из древесины, торфа и различных отходов, имеют разный цвет. Светлые используются для топки каминов и печей, тогда как темные, с большим содержанием коры, предназначены для твердотопливных котлов

Для производства топливных пеллет сырье измельчается в пыль, которая затем высушивается и прессуется при высокой температуре. Благодаря содержащемуся в древесине лигнину образуется клейкая масса, из которой формируются небольшие цилиндрики длиной 5-70 мм и диаметром 6-10 мм.

Современной альтернативой традиционным дровам являются топливные брикеты четырех-, шести- или восьмигранной формы. Этот экологически чистый материал имеет высокую теплоотдачу

К числу популярных видов биотоплива причисляется древесная щепа, которая часто служит источником энергии на европейских ТЭЦ. Выработка этого сырья производится на лесозаготовках либо на специальных производственных линиях, оснащенных машинами-шредерами.

Болотный и лесной топливный торф

Это распространенная разновидность биотоплива, применяемая в бытовых и промышленных целях на протяжении веков. Торф представляет собой не полностью разложившийся в условиях болота слой мха, добыча которого осуществляется во многих странах мира (Россия, Белоруссия, Канада, Швеция, Индонезия и другие).

Торф, содержащий 50-60% углерода, считается популярным газоносным материалом. Это ценное сырье может применяться не только в качестве топлива, но и как удобрение либо теплоизолятор

Для удобства производственного процесса биомассу обычно перерабатывают на месте добычи. Процесс состоит в очистке (просеивании) сырья от посторонних выключений с последующей сушкой и формовкой в виде брикетов или гранул.

Топливо из сельскохозяйственных отходов

В сельскохозяйственном производстве, как правило, накапливается большое число разнообразных растительных отходов: внешние оболочки растений, ореховая скорлупа, солома.

Подобное сырье также можно подвергать прессовке и гранулированию, получая топливные пеллеты, характеристики которых практически не отличаются от гранул, изготовленных из древесной биомассы.

Биотопливо животного происхождения

Наряду с дровами еще в старину люди начали применять топливо животного происхождения, а именно кизяки – высохший навоз домашних животных. Современные технологии сушки и переработки подобного сырья позволяют получать твердые разновидности биотоплива, совершенно лишенные неприятного запаха.

С давних пор кочевые народы применяли в качестве горючего высушенный навоз лошадей, верблюдов, крупного рогатого скота. В настоящее время из отходов жизнедеятельности домашних животных изготовляется биотопливо в виде брикетов либо пеллет

Поскольку в настоящее время отходы животноводства накапливаются в промышленных масштабах, изготовление из них топлива одновременно решает вопрос об их утилизации.

Тип #2: жидкое

Жидкие варианты биотоплива, отличающиеся безопасностью и экологичностью, большей частью применяются в качестве замены бензина и других подобных средств. К числу наиболее распространенных вариантов относятся биоэтанол, биометанол, биобутанол, биодизель, диметиловый эфир.

Биоэтанол из растительных культур

Это распространенное жидкое биотопливо, которое используется для заправки автомобилей. Хотя чистое вещество не применяется в качестве горючего, его добавка в бензин способствует улучшению работы двигателя, увеличению его мощности, осуществлению контроля за нагревом мотора, снижению выбросов выхлопных газов.

На многих автозаправках Европы, Азии, Северной и Южной Америки предлагается не только традиционное горючее, но и различные виды биотоплива, прежде всего смеси, содержащие биоэтанол

Биоэтанол оценили также любители каминов. Это вещество имеет хорошую теплоотдачу, к тому же при его горении не образуется сажа или дым, а количество выделяемого углекислого газа сводится к минимуму. Благодаря таким особенностям биогорючее можно применять даже для топки каминов в многоквартирных домах.

Выработка биоэтанола осуществляется из сырья первого поколения, содержащего крахмал либо сахар. Зерновые, кукуруза, сахарный тростник, свекла перерабатываются по технологии спиртового брожения.

Биобутанол для заправки автомобилей

Биобутанол — полученный биологическим путем аналог бутанола. Бесцветная жидкость, обладающая характерным запахом, широко применяется в качестве химического сырья в промышленности, а также может использоваться как транспортное горючее.

Показатель энергоемкости бутанола близок к бензину, что позволяет частично заменять последний в топливных элементах. В отличие от биоэтанола, биобутанол может применяться самостоятельно, без добавления традиционных видов горючего.

Сырьем для производства этого биовещества служат самые разнообразные растения: свекла, маниока, пшеница, кукуруза.

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.

Грузовик, работающий на диметиловом эфире

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.

Биометанол из одноклеточных водорослей

Подобное вещество является аналогом обычного метанола, который широко применяется для производства ряда химических соединений (уксусная кислота, формальдегид), а также используется в качестве антифриза и растворителя.

Впервые вопрос о производстве этого вида биотоплива был поднят в 1980-х годах, когда группа ученых предложила получать жидкую субстанцию путем биохимической трансформации морского фитопланктона, культивирование которого будет производится в специальных водоемах.

Биометанол имеет ряд потенциальных преимуществ:

Высокую энергоотдачу (14 при получении метана, 7 при выработке метанола).
Отличную продуктивность фитопланктона (до 100 тонн с гектара в год).
Нетребовательность одноклеточных организмов, для культивирования которых не нужна пресная вода, плодородные почвы.
Сохранение земледельческих ресурсов, поскольку фитопланктон выращивается в прудах или морских заливах.

Хотя промышленное изготовление биометанола до сих пор не налажено, в настоящее время ведутся упорные исследования и разработка технологий для развития производства этого вида альтернативного горючего.

Биодизель как альтернатива транспортному горючему

Это жидкое моторное биотопливо, состоящее из смеси эфиров жирных кислот. Вещество безопасно для людей и животных, практически полностью разлагается в земле за 28 дней, а также имеет относительно высокую (<100) температуру возгорания. Биодизель снижает процент выхлопов вредных газов, а также продлевает срок эксплуатации мотора, поскольку имеет в своем составе смазочные компоненты.

Горючее применяется для заправки автодвигателей как самостоятельно, так и в комбинации с обычным топливом. Следует учитывать лишь небольшой срок хранения биологического вещества: через три месяца начинается распад биологического вещества с полной потерей свойств.

Для биодизеля в странах ЕС был принят специальный стандарт EN14214. В ряде стран действует также стандарт EN590, допускающий добавку 5% биодизеля в другое топливо.

Тип #3: газообразное

К основным разновидностям газообразного биологического топлива относятся биогаз и биоводород.

Биогаз как замена природного газа

Биогаз представляет собой практически полный аналог природного газа: в нем содержится 13-50% CO2, 49-87% метана, а также примеси h3 и h3S. Если это вещество очистить от углекислого газа, можно получить биометан.

Газообразное биотопливо изготовляется из биомассы методом водородного или метанового брожения. Последнее вызывается тремя видами микроорганизмов: сначала сырье подвергается воздействию гидролизных бактерий, которые затем сменяются кислотообразующими и метанообразующими микробами.

Производство биогаза может вестись на промышленных и кустарных устройствах. Наиболее распространенный способ производства – аэронобное сбраживание в метантанках

В качестве сырья могут применяться разнообразные материалы: силос, навоз, водоросли, сточные воды, помет, фекальные остатки, бытовые отходы. Исходное вещество приводится в гомогенное состояние, после чего его при помощи погрузчика его помещают в реактор. Там поддерживается комфортная температура в +35-38о С, необходимая для осуществления процесса метанового брожения.

Сырье постоянно перемешивается, при этом образующийся газообразный продукт отводится в газгольдер (блок для хранения), откуда он попадает в электрогенератор.

Биоводород, полученный химическим методом

Разновидность газообразного биотоплива, представляющую собой аналог обычного водорода, получают из биомассы с помощью биохимического либо термохимического методов.

При термохимическом способе подготовленное сырье (например, отходы древесины) нагревают до температуры 500—800° C без доступа кислорода, при этом выделяются газы h3, CO, Ch5.

Перспективным методом выработки биоводорода является биофтолиз. В этом случае газ производится при помощи водорослей, которые помещаются в морскую воду, канализационные стоки

При биохимическом способе сырье выдерживается в комфортных условиях при нормальном давлении и температуре примерно в 30° C. В биомассу вносятся специальные микроорганизмы Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes, которые разлагают исходный продукт, выделяя водород. Для ускорения производства с использованием полисахаридов допускается внесение энзимов.

Полезное видео по теме

На представленном ниже ролике можно увидеть процесс изготовления популярного вида биотоплива — древесных брикетов:

Виды биологического топлива различаются не только агрегатным состоянием, но и характеристиками. При выборе подобных материал необходимо принимать во внимание их планируемое использование, эффективность, функциональные свойства и стоимость.

sovet-ingenera.com

Твердое биотопливо: виды и их преимущества

Твердое биотопливо является одним из направлений решения энергетической проблемы, нависшей над человечеством. Это интересное и перспективное направление ждет своего развития. Для того, чтобы понять, какие же перспективы дает людям использование твердого биотоплива, давайте рассмотрим эту тему подробнее.

Данный вид топлива пользуется немалой популярностью

Что такое биотопливо?

Начнем с определений. Итак, биотопливо – это, как несложно догадаться, топливо биологического, то есть животного либо растительного происхождения. По большому счету, традиционные энергоресурсы, такие как природный газ, каменный уголь и нефть также являются биотопливом – переработанными за миллионы лет в глубине земных недр останками ископаемых растений и животных. Разница, причем существенная заключается в восполнимости ресурсов.

Для формирования нефти, каменного угля или природного газа требуется период времени, на порядки (то есть в десятки, сотни и тысячи раз) превышающий всю длительность человеческой истории. Поэтому необходимо сделать важную оговорку: биотопливо – это топливо биологического происхождения, образующееся в ходе жизненного цикла организма, либо за сопоставимый с ним период.

Природный газ, каменный уголь и нефть создавались миллионы лет

Кроме того, биотопливо должно обладать достаточной энергоэффективностью для того, чтобы служить энергоресурсом. Внимательный читатель спросит: разве топливо не является энергоресурсом, так сказать, по умолчанию? Оказывается, нет. Для того, чтобы считаться энергоресурсом, топливо должно в процессе использования выделять больше энергии, чем затрачено на его производство.

В качестве обратного примера можно упомянуть синтетический бензин, использовавшийся нацистской Германией в ходе Второй Мировой войны для заправки самолетов и танков с карбюраторными двигателями. Использование топлива с малой энергоэффективностью может решить определенные задачи в кратковременном периоде, однако в длительной перспективе его использование является тупиковым.

За пару сотен лет активного использования человечество уже успело истратить энергоресурсы, на накопление которых были истрачены сотни и тысячи столетий. Естественно, такое расходование природных запасов не может продолжаться бесконечно, встал вопрос о хотя бы частичном переходе энергетики на восполнимое топливо. В процессе поисков путей решения энергетической проблемы, взгляды ученных обратились в сторону биотоплива.

Виды биотоплива

Дрова используются с того момента, как человек освоил огонь

Самым первым биотопливом, использовавшимся людьми (хотя люди вряд ли знали само слово «биотопливо», когда только начинали использовать этот ресурс) были… обычные дрова.

Да, как ни парадоксально звучит, но одной из нынешних перспектив развития биоэнергетики является возврат к самым истокам. В свое время, от дров как массового вида топлива отказались по двум причинам:

Во-первых, энергетическая ценность дров сравнительно невелика. При обычном сжигании в горении участвует только часть массы дров, остальное оседает в виде сажи. Это, помимо прочего, делает необходимым периодическую чистку топки нагревательного прибора, использующего дрова в качестве топлива. Первая причина отказа от дров во многом решается использованием принципа двухступенчатого сжигания или пиролиза.

В ходе первого этапа, твердое биотопливо (дрова, опилки, пеллеты и т.д.) сначала подвергаются термическом воздействию с малым доступом кислорода – пиролизу. В ходе пиролиза топливо выделяет горючий газ. Вторым этапом осуществляется обычное сжигание газа при достаточном притоке кислорода, обычно с принудительным нагнетанием.

Двухступенчатый пиролиз позволяет сжигать топливо практически полностью, извлекая из топлива максимум энергии, что также решало проблему чистки топки. А вот со вторым пунктом все гораздо сложнее.

Во-вторых, дрова обладают длительным временем восполнения. Конечно, на восполнение древесины не нужно миллионов лет, но для динамичной современной энергетики 5-10 лет, которые требуются для превращения семени во взрослое дерево, все равно являются недопустимо длительным сроком. Поэтому поиски биотоплива, подходящего для промышленного использования, пришлось продолжить.

Животное биотопливо

Раз подходящим биотопливом нас не могут обеспечить растения (деревья), взор энергетиков обратился в сторону животных. И снова мы имеем дело с возвращением к истокам: твердое биологическое топливо животного происхождения тоже используется с древних времен. Знакомьтесь, кизяк обыкновенный.

Даже это можно использовать в качестве горючего

Кизяк – высохший навоз издавна использовался в качестве топлива кочевниками. Обитавшие в степях и пустынях кочевые народу всегда испытывали недостаток древесного топлива – из куцего саксаула, перекати-поля и верблюжьей колючки серьезный костер не сложить. Зато чего у кочевников всегда было в избытке, так это навоза от бесчисленных стад, которые кочевники гнали от пастбища к пастбищу.

Буйволовый кизяк многие века был традиционным топливом бедняков Индии. Сушильщик кизяка был не менее колоритным и частым героем индийских легенд, чем европейский угольщик. А в безлесных провинциях Китая кизяк для приготовления пищи и обогрева сушили на южных стенах домов.

Готовые гранулы не имеют неприятного запаха, и к тому же, хорошо горят

Современное животноводство производит навоз в поистине промышленных масштабах. Использование этого «вторсырья» в качестве топлива, помимо прочего, решит вопрос его утилизации. Современные методы сушки и обработки позволяют получать из навоза твердое биотопливо в виде удобных гранул или брикетов, напрочь лишенных неприятного запаха. Такое топливо уже сейчас используется для топки твердотопливных котлов, а также печей и каминов.

Топливо из отходов

Навоз – не единственный вид отходов сельхозпроизводства, который пригоден к использованию в качестве топлива. Современный агропром в огромных количествах «производит» разнообразные растительные отходы – лузга, солома, шелуха и т.д. После прессовки и гранулирования такое топливо вполне может составить конкуренцию дровам и древесным гранулам.

Отходы сельхозпроизводства пригодны к использованию в качестве топлива

Кроме того, отходу сельхозпроизводства можно использовать не только напрямую. Брожение, то есть превращение сахара в спирт с помощью выделяемых бактериями ферментов, также известно с глубокой древности. Традиционно брожение использовалось при производстве алкогольных напитков, но ведь спирт является отличным топливом. Отходы сельского хозяйства как нельзя лучше подходят в качестве «кормовой базы» для бактерий, превращающих содержащийся в этих отходах сахар в горючий спирт.

Уже сегодня получаемый из отходов кукурузы биоэтанол является распространенным топливом в не имеющих доступа к месторождениям нефти странах Южной Америки.

Биотопливо вряд ли сможет когда либо полностью заменить традиционные энергоносители, однако наверняка послужит значительной статьей экономии энергоресурсов в мировом масштабе.

energomir.biz

Биологическое топливо Википедия

Биото́пливо — топливо из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов.

Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга) и газообразное (синтез-газ, биогаз, водород).

54—60 % биотоплива составляют его традиционные формы: дрова, растительные остатки и сушёный навоз для отопления домов и приготовления пищи. Их используют 38 % населения Земли.

Основной формой биотоплива в электроэнергетике являются пеллеты, производимые из древесины.

Транспортное биотопливо существует в основном как этанол и биодизель. В 2014 году этанол составлял 74 % рынка транспортного биотоплива, биодизель — 23 % (преимущественно в форме метиловых эфиров жирных кислот), гидрированное растительное масло (HVO) — 3 %. Эти виды топлива производятся из пищевого сырья. Этанол получают из сахарного тростника (61 %) и из зерна (39 %). Основными видами сырья для производства биодизеля являются соя и рапс. Попытки коммерциализации жидких биотоплив из источников, не конкурирующих с производством продуктов питания, пока не привели к статистически значимым рыночным результатам[1].

Расширению использования биотоплива способствуют обязательные нормы, требующие иметь определённый процент биотоплива в энергопотреблении. К 2011 году такие нормы существовали на национальном уровне в 31 стране, на региональном уровне — в 29 регионах[2].

Поколения растительного биотоплива[ | код]

Растительное сырьё разделяют на поколения.

Сырьём первого поколения являются сельскохозяйственные культуры с высоким содержанием жиров, крахмала, сахаров. Растительные жиры перерабатываются в биодизель, а крахмалы и сахара — в этанол. С учётом непрямых изменений в землепользовании такое сырьё часто наносит больший ущерб климату, чем тот, которого удаётся избежать за счёт отказа от сжигания ископаемого топлива[3]. Кроме того, его изъятие с рынка прямо влияет на цену пищевых продуктов. Почти всё современное транспортное биотопливо производится из сырья первого поколения, использование сырья второго поколения находится на ранних стадиях коммерциализации либо в процессе исследований[4].

Непищевые остатки культивируемых растений, траву и древесину называют вторым поколением сырья. Его получение гораздо менее затратно, чем у культур первого поколения. Такое сырьё содержит целлюлозу и лигнин. Его можно прямо сжигать (как это традиционно делали с дровами), газифицировать (получая горючие газы), осуществлять пиролиз. Основные недостатки второго поколения сырья — занимаемые земельные ресурсы и относительно невысокая отдача с единицы площади.

Третье поколение сырья — водоросли. Не требуют земельных ресурсов, могут иметь большую концентрацию биомассы и высокую скорость воспроизводства.

ru-wiki.ru

Биотопливо для каминов, разновидности, особенности, достоинства

Буквально несколько лет назад, свой камин еще считался роскошью, которая больше подходила для частного дома, нежели для обычной городской квартиры. Однако производство биологического топлива для каминов, расширило возможности установки подобных устройств. Теперь вы можете наслаждаться видом огня прямо у себя дома и все это благодаря биотопливу.

Комплект биотоплива для работы экокамина

Экологическое топливо

Название «биотопливо» четко отражает концепцию этого продукта, созданного исключительно из биологического сырья. Под биологическим сырьем подразумевается горючее, созданное в процессе переработки отходов продуктов жизнедеятельности организмов, которые могут быть животного или растительного происхождения. Именно приставка «био» подтверждает, что в процессе изготовления топлива применялось растительное сырье, а значит продукт полностью экологичный.

Считается, что биотопливо для камина один из лучших видов горючего, который потенциально даже не требует наличия дымохода. Именно это горючее используется для топки экокаминов.

Примечательно, что биологическое топливо для каминов, является денатурированным этанолом, созданным из простого этанола на производстве. Этанол не что иное, как спирт, получаемый из растительного сырья богатого сахаром, например, сахарного тростника, пшеницы, свеклы, картофеля. Некоторые виды топлива создают из спирта, полученного из целлюлозного сырья, древесины. Спирт получается в процессе гидролиза целлюлозы.

Поскольку чистый спирт к продаже не допускается, биотопливо для биокаминов и обычных моделей создается на базе денатурированного этанола. Таким образом можно заключить, что состав биотоплива базируется на обычном спирте.

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.

Принцип работы биотоплива

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.

Виды биологического топлива

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

Биоэтанол, денатурированный спирт с некоторыми присадками для реалистичности огня.
Биодизельное топливо, производимое на основе растительных масел.
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.

Биотопливо производства Швейцарии

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.

Достоинства и недостатки

Как и у любого другого продукта, у биотоплива есть свои плюсы и минусы. В частности всех владельцев биокаминов очень интересуют данные о расходе и эффективности подобного горючего.

Если рассматривать современные модели каминов, то для их полноценной работы достаточно пол литра жидкости в час. Гелевое биотопливо для каминов расходуется чуть дольше. При сжигании пол литра горючего, выделяемая энергия составляет ориентировочно 3-3,5 кВт/ч.

Работу камина на жидком топливе по степени теплоотдачи можно сравнить с 3 кВт обогревателем, только в отличие от электрического прибора, биокамин не сушит воздух, а наоборот, увлажняет.

Другие достоинства биологического топлива мы свели в небольшой перечень:

Экологически чистое биотопливо во время горения не выделяет в воздух вредных веществ, гари, копоти, сажи, дыма или других газов.
Камины для квартиры на биотопливе не предполагают установку вытяжки, дымохода, поскольку они просто не нужны.
Поскольку дымохода и вытяжки нет, все тепло поступает в помещение. Дополнительно воздух в комнате увлажняется, т.к. при горении выделяются пары воды.
Горелки биокамина от биологического топлива практически не пачкаются, а небольшие загрязнения легко очистить.
Уровень горения жидкости в камине можно регулировать, особенно легко это делается с гелевым составом.
Биологические камины считаются пожаробезопасными устройствами, поскольку имеют термическую изоляцию корпуса. Установки подобных устройств элементарная, они легко собираются и легко разбираются.
В отличие от дров, биотопливо не оставляет после себя мусора и может быть куплено в любое время. К тому же цена на такой вид горючего вполне демократична.

Недостатки тоже присутствуют, но их немного:

Биологическое топливо нельзя доливать в камин в процессе его работы. Чтобы пополнить запасы, следует потушить пламя, дождаться остывания элементов камина, а после произвести заправку.
Биотопливо горючий состав, поэтому хранить его вблизи огня и раскаленных предметов нельзя.
Биологическое топливо разжигается специальной зажигалкой, сделанной из железа, использовать бумагу или дрова для розжига не допустимо.

Известные марки биотоплива для экокаминов

Популярные марки биотоплива

Используется биологическое топливо в камине крайне просто, достаточно налить жидкость в специальный топливный резервуар, а затем поджечь. Залить большее количество жидкости, чем необходимо камину крайне сложно, поскольку на канистре с топливом нанесена шкала расхода, к тому же топливный блок для биокамина изготавливается определенного размера. Обычно 5 литровой канистры хватает на 19-20 часов работы камина.

Если же биокамин использует гелевый состав, то достаточно распечатать банку, установить ее в специальном месте камина за декоративными дровами или камнями и поджечь. Одна банка гелевого топлива горит примерно 2,5-3 часа. Чтобы увеличить пламя, можно использовать несколько банок. Чтобы потушить огонь в банках, достаточно их просто закрыть крышками, перекрывая огню доступ кислорода.

Как сделать биотопливо самому

Примечательно, что можно сделать биотопливо для камина своими руками непосредственно в домашних условиях. Для этого потребуется:

96% этанол, продающийся в аптеках. К сожалению, биоэтанол для камина своими руками сделать у вас не получиться.
Бензин высокой очистки, для окрашивания пламени, который применяется для заправки зажигалок. Желательно, чтобы запах у бензина полностью отсутствовал, и по цвету он был полностью прозрачным.

Смешивать ингредиенты необходимо в следующей пропорции: на 1 литр этанола, примерно 50-100 мл бензина. Затем получившийся состав необходимо как следует перемешать, и залить в камин. Изготавливать топливо для биокамина своими руками желательно непосредственно перед использованием, поскольку от длительного хранения вещества могут расслоиться.

Бездымное топливо для каминов, можно применять в помещениях, где нет специального дымохода или вентиляции, то есть практически в любых квартирах, домах, офисах, на дачах. При этом вы сможете насладиться настоящим огнем прямо в своем доме, ведь это горючее подходит практически для всех видов интерьерных каминов.

ochg.ru

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ТОПЛИВО ДЛЯ АВТОМОБИЛЕЙ | Наука и жизнь

В СССР еще в довоенные годы на автомобилях устанавливали газогенераторы, работавшие на деревянных чурках, - это был прообраз биологического топлива.

‹

›

Чем больше в мире производится автомобилей, тем значительнее интерес к альтернативным бензину видам топлива, при сгорании которых выделяется меньше вредных веществ. Во многих странах все более популярным становится биологическое топливо, изготавливаемое из растительного сырья - рапса, конопли, бананов, бобовых, цитрусовых. В шести государствах ЕС, а также в США, Канаде, Бразилии, Малайзии такое биологическое топливо производят в промышленных масштабах, но все же его доля в топливном балансе не превышает 0,3%.

Для средних широт очень перспективен рапс - однолетнее растение, способное давать урожаи вплоть до 55 град северной широты (в России - южнее границы Москва - Новосибирск). Технология получения топлива из рапсового масла проста: его смешивают с синтетическим метиловым спиртом, добавляют щелочь и катализатор и нагревают смесь до 50°С. После охлаждения жидкость расслаивается на рапсо-метиловый эфир (РМЭ) и глицерин. Себестоимость РМЭ на 15-20% выше, чем эквивалентного ему бензина А76, поэтому использование биологического топлива стимулируют, предоставляя изготовителям государственные дотации. Кроме того, в Европе начали продавать автомобили, рассчитанные исключительно на биологическое топливо, причем цены на них также искусственно снижают.

В мировые лидеры по производству биологического топлива вышла Австрия, где в качестве сырья для него наряду с рапсом используют подсолнечник. Эта небольшая европейская страна не только обеспечивает себя биологическим топливом, но и экспортирует его в ряд стран Европы и Азии.

Заводы по производству РМЭ уже построены в Литве и Латвии. Такая мера помогла прибалтийским странам вступить в ЕС еще до 2005 года: в качестве условия эти государства обязывались довести уровень потребления биологического топлива до 7,5%.

В России промышленное производство биологического топлива пока видится лишь в отдаленной перспективе, но ученые уже вплотную заняты этой проблемой. Во ВНИИ электрификации сельского хозяйства построена опытная установка для получения углеводородного топлива пиролизом из древесины ивы и тополя. Побеги этих растений без дополнительного ухода за год вырастают на 3 метра, а скашивать их можно обычным кукурузоу борочным комбайном. С одного гектара посадок получают до 7 тонн биологического топлива (для рапса этот показатель составляет лишь 2 тонны).

www.nkj.ru

Анализ использования биотоплива при производстве электрической энергии

Проблема формирования индустрии по производству биотоплива делается все более значительной. Истощение традиционных источников энергии и повышающийся спрос и стоимости на углеводородные энергетические ресурсы вызывают настороженность всех специалистов всего мира.

С 2003 года во всём мире можно пронаблюдать растущую тенденцию не только к производству биотоплива, но рост его потребления. Этому способствовали рост цен на нефть, а также идеи энергобезопасности. В США из кукурузы получают топливный этанол, который в основном используется в место бензина. В Европе наибольшую популярность приобрёл биодизель, который получается из различных масел, и в дальнейшем используется, заменяя дизельное топливо. Нововведения пришли в Россию в 2007 году, когда было заявлено большое количество проектов по производству биодизеля и биоэтанола.

Повысилось внимание к биологическому топливу второго поколения. Этой такой вид топлива, который полается из соломы и древесных отходов. Преимуществом является низкая, а иногда даже отрицательная стоимость сырья. Но проблемным остаётся вопрос переработки биомассы.

В России примерно 9 % земель всего мира, которые можно использовать для выращивания сельскохозяйственных культур. Ввиду того, что огромная часть земли не используется, то её можно было бы использовать для производства биологического топлива. Однако активность нашей страны в этой отрасли практически нулевая, так как имеются огромные запасы традиционных источников энергии.

С целью снабжения глобальной экологической и энергетической безопасности эксперты предпринимают инициативные стремления уменьшить подчиненность энергетики от ископаемого топлива. Одним из течений формирования современной энергетики является применение биотоплива.

Электростанции на местном топливе. Миниэлектростанции на биотопливе.

В настоящее время растёт необходимость многих регионов России в энергонезависимости, а также в гарантированном энергоснабжении. Наибольшую актуальность этот вопрос приобрёл в регионах, наиболее отдалённых от центра, так как классические виды топлива недоступны в той местности. К классическим видам топлива относятся нефтепродукты, газ, уголь. Именно газ являются ограниченным ввиду значительных расстояний и в соответственно ведёт к большим затратам на транспортировку [1].

Таким образом к регионам наиболее отдалённых от центра актуальнее применение альтернативных источников энергии. Одним из которых является биологическое топливо, а именно древесное. Древесное биологическое топливо имеет свои преимущества, среди которых выделим наиболее важные. В частности, биологическое топливо везде находится в большом количестве, поэтому дорогая и сложная транспортировка не понадобится до теплоэлектростанции.

Для большинства городов и даже для посёлков в областях крайнего Севера электрические станции на биотопливе могут стать успешным решением. Возможно использование в Сибири и на Дальнем Востоке. Перечисленные части России имеют обширные резервы леса, а также богаты деревоперерабатывающими предприятиями.

Теплоэлектростанция на биотопливе имеет возможность увеличивать в разы безопасность энергетической области региона. Положительно скажется использование теплоэлектростанция на биотопливе и на сельском хозяйстве, и на лесопользовании, и на лесопереработке.

Экономическая выгода проектов теплоэлектростанций на биологическом топливе может быть модернизирована при достижимости определённого проекта. Это может быть получено благодаря уменьшению цены биотоплива, доведения до минимума транспортных затрат, применения высокоразвитых технологий, а также благодаря улучшенному циклу генерации электрической энергии и тепла.

Для получения тепла и даже электрической энергии более выгодным и рентабельным является использование биологического топлива, чем использование угля, мазута или другого сырья [1].

Производство тепловой энергии и электрической энергии за счёт использования возобновляемых источников давно изучено, и является на данный момент наиболее перспективным направлением биоэнергетики

Основными видами генерации электрической энергии являются газогенераторная и энергия парового двигателя. Газогенераторная представляет собой установку по производству газа и генератора электрической энергии. А энергия парового двигателя — это паровой котёл с турбиной на пару для создания электрической энергии- тепловая энергетическая станция. Теплоэлектростанция применима для общего производства электроэнергии и отопления.

Биологическое топливо состоит из топливной щепы, отходов деревообрабатывающих предприятий это отходы кусковые, опил, стружка, топливные древесные гранулы –– это пеллеты, агрогранулы –– это отходы сельскохозяйственных культур, остатки после валки ухода и санитарных валок. На рисунке 1 представлена мини-ТЕЦ на древесных отходах.

Рис. 1. Мини-ТЭЦ работающая на древесных отходах

ТЭЦ на отходах деревообрабатывающих производства вполне может использоваться в лесных местностях или при наличии дешевого источника топлива.

Преимуществами газогенераторных электростанций и минитеплоэлектростанций являются малый уставной капитал вложений, близость к потребителям, не имеется необходимость строительства дорогостоящих высоковольтных линий электропередач, дешёвая эксплуатация и постройка теплотрасс, сокращаются потери при передаче энергии, нет необходимости в финансовых затратах на включения в сетях централизованного электроснабжения, а также бесперебойное электроснабжение качественной электроэнергией. Имеется возможность даже получения прибыли.На рисунке 2 представлена мини-ТЕЦ на биотопливе.

Рис. 2. Мини-ТЕЦ на биотопливе

На сегодняшний день различные компании предлагают мини ТЭЦ для дома на биотопливе различных модификаций. При выборе таких установок следует учитывать тот факт, что экономическая целесообразность применения данных устройств будет присутствовать только при ежегодном потреблении не менее 3000 кВт*ч электроэнергии и 20 тысяч кВт тепла.

В настоящее время строительство и эксплуатация минитеплоэлектростанций становится актуальным.

Биогаз как вид биотоплива.

Биогаз — это газ, получаемый метановым брожением биомассы. Биогаз на 50–87 % состоит из метана, на 13–50 % из углекислого газа, также присутствуют h3 и h3S. После удаления углекислого газа из биогаза получается биометан, обнаруживаемый природным газом. Биологический газ можно получить из таких органических отходов, как птичий помёт, навоз, зерновая и мелассная послеспиртовая барда, пивная дробина, свекольный жом, отходы рыбного и забойного цеха — кровь, жир, каныга, кишки, трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов — сладкая и соленая молочная сыворотка, отходы от производства соков — жом ягодный. Также можно получить биогаз из кукурузы и водорослей [2].

Основные технологии производства биотоплива представлены на рисунке 3.

$C:\Users\Lili\Desktop\1.png$

Рис. 3. Основные технологии производства биотоплива

От вида сырья, а также от содержания вещества зависит выход биологического газа. Например, из тонны навоза крупного рогатого скота мы получим 50–65 м3 биологического газа, с процентным содержанием метана равным 60, из растений получим 150–500 м3 биологического газа, с процентным содержанием метана равным 70, а из жира получим 1300 м3 биологического газа, с процентным содержанием метана равным 87. Можно сделать вывод, что биологический газ применим для производства электрической энергии, тепла, пара и для автомобильного топлива.

Основным и главным преимуществом биологического сырья является присутствие местных источников сырья. Также преимуществами являются уменьшение парникового эффекта. Экологический аспект также играет немаловажную роль при выборе топлива.

Вывод. В настоящее время мы вступаем в эру биоэнергетики. Под биоэнергетикой принято понимать вид экономики, которая основывается на биотехнологиях. Биотехнологии используют сырьё. Производящие материалы и энергию. С экологической точки зрения биоэкономика имеет свои преимущества, среди которых уменьшение объёмов выбросов газов. Поэтому использование возобновляемых источников энергии из сельскохозяйственного сырья становится приемлемым для различных стран, в том числе и для России. Интерес к биологическому топливу взамен использования нефти постепенно растёт.

Литература:

Электростанции на местном топливе, отходах лесопереработки. Малые и средние ТЭЦ на биотопливе [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://a-forester.livejournal.com/166512.html (дата обращения: 20.05.2016).
Штерн Т. Топливо… с полей и ферм [Текст] / Т. Штерн // Деловой экологический журнал. — 2011. — № 3. — С. 20–22.

Основные термины (генерируются автоматически): электрическая энергия, биологическое топливо, биологический газ, отход, вид топлива, биотопливо, процентное содержание метана, Россия, углекислый газ, паровой двигатель.

moluch.ru

Твердое топливо биологического происхождения | Генераторы для каждого

Написано 6 января 2018от generator-prosto.