Виды биотоплива: разновидности, характеристики, преимущества

Эко-энергия

Вместо обычных видов топлива все чаще используют биологическое горючее. Для его изготовления применяют растительное и животное сырье, а также промышленные и органические отходы.

В этой статье мы расскажем о сильных и слабых сторонах этого горючего, о специфике его производства, технических и эксплуатационных характеристиках. Для сравнения нами будут рассматриваться несколько видов биологического топлива, что поможет вам выбрать наиболее подходящий вариант альтернативного источника энергии.

Определение биологического топлива

Самой перспективной отраслью энергетики считается создание условий для использования возобновляемых ресурсов. Среди них видное место занимает топливо биологического типа. Изначальными компонентами для его изготовления нередко выступает растительная или животная биомасса, в т. ч. – отходы промышленности и продукты жизнедеятельности живых организмов.

Для переработки этих материалов применяют термохимическую или биологическую технологию. Биологический метод предусматривается использование различных микроорганизмов.

Процентная доля биотоплива занимает весомое положение в энергетическом секторе многих стран. Для этого там разработаны специальные государственные программы содействия производителям биологического топлива, вплоть до введения норм обязательного использования данного вида энергии.

Сильные и слабые стороны биотоплива

Как любой другой материал, биологическое топливо имеет свои достоинства и недостатки.

К сильным сторонам относится:

  • Дешевизна. Несмотря на практически идентичные расценки на биотопливо и бензин, биологические разновидности при сжигании выделяют очень мало вредных выхлопов. Это позволяет использовать их в самых разных условиях, адаптируя к двигателям любых моделей. При этом двигатель работает в оптимальном режиме, сохраняя свою чистоту длительное время по причине малого числа сажи.
  • Мобильность. В этом отношении биологическое топливо заметно превосходит другие типы альтернативных энергоресурсов. К примеру, аккумуляторные батареи, используемые при работе солярного и ветрового оборудования, обычно размещают стационарно. Биологическое горючее без проблем можно транспортировать на любое расстояние.
  • Возобновляемость энергии. Как говорят эксперты, имеющихся на данный момент залежей сырой нефти достаточно для работы мировой промышленности еще на сотни лет. Однако рано или поздно этот ресурс все равно иссякнет. Биотопливо, которое получают из растительного и животного сырья, является постоянно возобновляемым источником.
  • Экологическая безопасность. Как известно, топливо на основе углеводородов при сжигании выделяет значительное количество углекислого газа. Это стало причиной парникового эффекта, спровоцировавшего глобальное потепление. Использование биологических веществ дает возможность сократить выбросы углекислоты на 65%. Кроме того, в составе биотоплива есть растительные компоненты, выводящие из воздуха оксид углерода.
  • Экономическая безопасность. Залежами углеводородов могут похвалиться далеко не все страны. Это создает условия, при которых многие государства вынуждены приобретать нефть или газ, вкладывая в это направление значительную часть национальных бюджетов. Что касается биологического горючего, то его производство можно наладить в любой стране. Таким образом появляется хорошая возможность создать новые рабочие места, что положительным образом сказывается на развитии местных экономик.

Технологии производства биотоплива постоянно совершенствуются, поэтому положительный эффект от использования данного вида горючего постоянно увеличивается. К примеру, ряд стран стало применять в качестве сырья планктон и водоросли.

Однако расширение масштабов изготовления биологического топлива встречает серьезные препятствия. В первую очередь это связано с ограничениями по выращиванию растений.

Перечень факторов, требующих учета при выращивании растений для выработки биомассы:

  • Водопользование. Чтобы добиться хорошего урожая, необходим хороший полив. В местностях с засушливым климатом это не всегда возможно.
  • Инвазивность. Растения, используемые для производства топлива, нередко отличаются агрессивностью. Заглушая местную флору, они могут повредить экосистему региона.
  • Удобрения. Выращивание культур под биотопливо предусматривает использование дополнительных питательных веществ для почвы. Это может стать угрозой для других растений.
  • Климатические условия. Не все местности имеют подходящий для выращивания биокультур климат.

В ходе активного выращивания растений происходит истощение почв. Если пренебрегать правилами агротехники, содержание полезных компонентов в составе грунта заметно уменьшится. Последствиями может стать обострение продовольственной проблемы и нарушение экосистемы.

Виды биотоплива: разновидности, характеристики, преимущества

Внедрение производства биомассы, как правило, сопровождается расширением сельскохозяйственных территорий. Для этого приходится осваивать новые площади, что чревато нарушением микроэкосистем, вплоть до гибели некоторых видов растений и животных.

Выращивание монокультур также встречает сложности. В целях увеличения урожайности производители засеивают участки определенными культурами. Такой подход негативно влияет на качество сельскохозяйственных угодий из-за изменений окружающей среды.

Поля, где высеян только один вид растений, атакуются обычно конкретными вредителями. Применяя для их уничтожения инсектициды и пестициды, производитель содействует выработку у насекомых иммунитета к этим средствам.

По мнению ученых, лучшим вариантом избежать вышеописанные проблемы является использование биоразнообразие культур. На одном поле желательно высаживать несколько видов растений.

Виды биотоплива: разновидности, характеристики, преимущества

Поколения альтернативного горючего

Культуры, из которых впоследствии производят биологическое топливо, делятся на несколько поколений.

Первое

В это поколения включены сельскохозяйственные культуры, имеющие в своем составе много крахмала, сахара и жиров. Среди наиболее известных представителей первого поколения можно назвать кукурузу, сахарную свеклу, рапс, сою. Учитывая негативное воздействие на климат, вместо них стараются применять менее проблемные виды биомассы.

Второе

Ко второму поколению относят древесину, траву, отходы сельскохозяйственного производства. Для получения итогового результата приходится затрачивать большие усилия. С другой стороны, таким образом решается задача по утилизации непищевых отходов.

Все виды биомассы этого поколения отличаются наличием в составе лигнина и целлюлозы. Такой материал податлив сжиганию, газификации и пиролизу. Это позволяет получать на выходе жидкое топливо. Основной минус такой биомассы – невысокая урожайность. Чтобы получить необходимые объемы сырья, приходится задействовать дополнительные земельные ресурсы.

Третье

В этом случае для изготовления биотоплива используют водоросли, выращиваемые в промышленных масштабах. Для этих целей традиционно задействуют открытые водоемы. Это достаточно перспективное направление, однако на сегодняшний день такие технологии находятся на стадии разработки. Также проводятся исследования по разработке методов получения биотопливо 4-го и 5-го поколения.

Виды биотоплива: разновидности, характеристики, преимущества

Три типа биотоплива

Классификация биологического топлива осуществляется по агрегатному состоянию вещества:

  1. Твердое. Деревья различных пород, торф, продукты жизнедеятельности животных, отходы сельского хозяйства.
  2. Жидкое. Речь идет о биологическом дизеле, этаноле, бутаноле и диметиловом эфире.
  3. Газообразные. В эту категорию входит биологический газ, водород и метан.

Для каждой разновидности характерны свои особенности, о которых будет сказано ниже.

Тип 1

Типичные представители этой сырьевой группы – торф, древесина, продукты жизнедеятельности животных и людей.

Древесина

Люди издревле использовали дрова для отопления жилищ и готовки еды. Эта практика и сегодня встречается в разных странах, где с помощью древесины получают тепловую и электроэнергию. К примеру, именно на дровяном топливе работает известная австрийская теплоэлектростанция мощностью 66 МВт.

К минусам этого сырья относят его небольшую энергетическую ценность. Также сжигание дров сопровождается оседанием сажи, которую необходимо периодически очищать. Важно понимать, что новые деревья растут не очень быстро: как правило, на это требуется не менее 15-20 лет.

Хорошей альтернативой дровам выступают пеллеты, изготовляемые из некондиционных древесных отходов – коры, щепы, сучков, опилок и т.п. Чтобы получить удобные гранулы, сырье измельчается до состояния пыли. Далее готовую массу сушат и спрессовывают при высокой температуре. В составе древесины содержится лигнин, обладающий клейкими характеристиками. Это облегчает формирование небольших цилиндрических гранул длиной 5-70 мм и толщиной 6-10 мм. Изготовлять пеллеты можно самостоятельно, используя специальный пресс.

Нередко в качестве биотоплива используют щепу: именно этот материал является главным топливом на европейских ТЭЦ. Вырабатывают щепу на лесозаготовках или специальных предприятиях, где установлены станки-шредеры.

Виды биотоплива: разновидности, характеристики, преимущества

Торф

Этот популярный вид биотоплива бывает болотным и лесным. Его широко используют на различных производствах и в быту. Под торфом понимается частично разложившийся мох или трава. Как правило, торфяные залежи чаще всего расположены в болотах и лесах. Такими запасами могут похвалиться многие страны, включая Россию, Белоруссию, Канаду, Швецию, Украину и пр.

Экономически выгодно организовывать переработку сырья непосредственно на участках его добычи. Вначале торф очищают и просеивают, извлекая из его состава посторонние выключения. Далее материал сушат и формуют в брикеты или гранулы.

Виды биотоплива: разновидности, характеристики, преимущества

Сельскохозяйственные отходы

В ходе производства сельскохозяйственной продукции остается достаточно много отходов растительного происхождения – скорлупы орехов, оболочек растений, соломы и пр. Из этого сырья путем прессовки и гранулирования можно получить качественные пеллеты, которые по своим показателям ничем не отличаются от древесного материала.

Виды биотоплива: разновидности, характеристики, преимущества

Животное биотопливо

Кроме дров, древние люди широко использовали в качестве топлива отходы жизнедеятельности животных, в частности – кизяки (так называют сухой навоз). Путем высушивания и переработки из кизяка можно получить качественное твердое биотопливо без специфического запаха.

Учитывая тот факт, что в современном мире отходы животноводства накапливаются в больших объемах, использование их для производства топлива дает возможность одновременно решить задачу по их утилизации.

Виды биотоплива: разновидности, характеристики, преимущества

Тип 2

Для жидкого биотоплива характерна высокая безопасность и безвредность. Такие материалы служат отличной альтернативой бензину, солярке и других видам горючего. Самыми популярными видами жидкого биологического топлива на сегодняшний день считаются биоэтанол, биометанол, биобутанол, биодизель, диметиловый эфир.

Биоэтанол животного происхождения

С помощью этого биотоплива заправляют автомобили и другой транспорт. Чистый продукт не очень удобен для использования: как правило, ее смешивают с бензином. Благодаря этому достигается оптимизация работы мотора: возрастает его мощность, уменьшается нагревание отдельных узлов, сокращается количество выхлопных газов.

Биоэтанол приобрел популярность также среди владельцев каминов. Для данного материала характерна хорошая теплоотдачу, минимальное появление сажи, дыма и углекислого газа. Это объясняет, почему горючее широко применяется для поддержания огня в очагах, установленных в многоквартирных домах.

Для производства биоэтанола используют сырье 1-го поколения, в составе которого есть крахмал либо сахар. Для переработки зерна, кукурузы, сахарного тростника и свеклы применяют брожение спирта.

Виды биотоплива: разновидности, характеристики, преимущества

Биобутанол

Это вещество является полным аналогом бутанола, но произведенного из биологических компонентов. С виду это – бесцветная жидкость с характерным запахом. Ее применяют, как сырье для химической промышленности. Также биологическим бутанолом можно заправлять транспортные средства.

По уровню энергоемкости бутанола похож на бензин, что используется производителями для замены последнего. Кроме того, биобутанол разрешается применять самостоятельно, не разбавляя его обычным топливом. В этом плане он заметно удобнее биоэтанола. Для производства биологического варианта бутанола используют свеклу, маниоку, пшеницу, кукурузу.

Диметиловый эфир

Еще один вариант экологически безопасного топлива. В процессе сжигания вещества не образуются соединения серы. Азот содержится в выхлопах в очень мизерном количестве.

В процессе использования диметилового эфира не нужны специальные фильтры. Однако конструкция автомобиля потребует некоторого переоснащения. Чтобы избежать переделок, практичнее использовать комбинированное топливо, в составе которого находится 30% диметилового эфира (для транспортных средств с LPG-двигателями).

Для получения горючего используют природный газ, угольную пыль, биомассу (обычно это – отходы целлюлозно-бумажной промышленности). Трансформация в жидкое состояние происходит при небольшом давлении.

Виды биотоплива: разновидности, характеристики, преимущества

Биометанол из планктона

Подобное вещество является полным аналогом обычного метанола. Это – исходный продукт для получения уксусной кислоты, формальдегида и пр. Кроме того, из метанола получают антифриз и растворители.

Идея генерировать вещество из биологических компонентов родилась в 1980-х годах. После проведенного эксперимента ученным удалось получить жидкость, используя биохимическую переработку морского фитопланктона. В дальнейшем эти водоросли предполагалось выращивать в специальных водоемах.

Достоинства биологического метанола:

  1. Хорошая энергетическая отдача.
  2. Высокая скорость размножения фитопланктона. С одного гектара в год можно получить примерно 100 т сырья.
  3. Неприхотливость одноклеточных водорослей. Их можно выращивать в любой воде и на любой почве.

На сегодняшний день продолжаются поиски решений, как наладить промышленное изготовление биологического метанола. Это может стать серьезным прорывом в сфере альтернативных источников энергии.

Виды биотоплива: разновидности, характеристики, преимущества

Биодизель

В состав этой моторной жидкости входит несколько эфиров жирных кислот. Горючее полностью безопасно для людей и животных. Время полного разложения после попадания в землю – 28 дней. Температура возгорания вещества достаточно высокая – +100 градусов.

Использование биологического дизеля позволяет уменьшить количество опасных выхлопов и продлить время бесперебойной работы двигателя. Это достигается благодаря наличию в составе топлива естественной смазки.

Этим горючим в чистом или комбинированном состоянии заправляют автомобильный моторы, добавляя в него традиционное топливо. При этом важно понимать, что биологическое дизтопливо имеет ограниченный срок хранения – 90 дней. После этого оно распадается на составляющие компоненты, полностью теряя характеристики.

Производство биологического дизеля в европейских регулирует специальный стандарт EN14214. Также для этого предназначен стандарт EN590: он допускает применение биодизеля в комбинации с другими видами топлива в количестве не более 5%.

Виды биотоплива: разновидности, характеристики, преимущества

Тип 3

В перечень основных видов газообразного биологического топлива входит биологический газ водород.

Биогаз

Биогаз является практически абсолютной копией обычного природного топлива. В его состав входит 13-50% углекислоты, 49-87% метана и небольшое количество воды и сероводорода. Убрав из изначального вещества углекислый газ, на выходе получают биологический метан.

В процессе производства газообразного биотоплива используются водородное или метановое брожение. Для реализации последнего требуются 3 разновидности микроорганизмов: на первом этапе на сырье воздействуют гидролизные бактерии. После этого в работу подключаются кислото- и метанообразующие одноклеточные.

Функцию изначального сырья выполняют различные материалы – бытовые отходы, навоз, водоросли, солома, стоки, фекалии и т.п. Перед загрузкой в реактор исходным материалам сообщается гомогенное состояние.

Наиболее оптимальной температурой для качественного протекания реакции являются показатели +35-38 градусов. Именно в таких условиях лучше всего происходит метановое брожение. В процессе переработки сырье необходимо все время перемешивать. Вырабатываемые газообразные вещества перекачиваются внутрь газгольдера. Далее готовый продукт направляется в электрогенератор.

Виды биотоплива: разновидности, характеристики, преимущества

Биоводород

Этот тип газообразного биотоплива является полным аналогом стандартного водорода. В процессе производства используется биомасса, которую перерабатывают биохимическим или термохимическим способом.

Реализация термохимической технологии предусматривает доведение подготовленного материала до температуры +500-800 градусов. В качестве сырья нередко применяют отходы древесины. Нагревание происходит без доступа кислорода, что позволяет получить такие газы, как H2, CO, CH4.

Биохимическая технология характеризуется выдерживанием сырья в комфортных условиях (нормальное давление и температура около + 30 градусов). Для достижения качественного разложения сырья в него вводятся такие микроорганизмы, как Enterobacter cloacae и Rodobacter speriodes. В результате реакции происходит выделение водорода. Чтобы увеличить скорость протекания разложения, в состав полисахаридов разрешается добавлять энзимы.

Виды биотоплива: разновидности, характеристики, преимущества

Выводы

В настоящее время большую популярность приобрели различные виды биологического топлива. Они отличаются друг от друга как агрегатным состоянием, так и характеристиками. Эти моменты важно учитывать при подборе оптимального варианта.

Оцените статью
Добавить комментарий