Производство биотоплива из водорослей, опилок и рапса

Любому водителю далеко не все равно, что льется в бак его машины. Во многих случаях именно некачественное топливо приводит к серьезным проблемам с автомобилем. Поэтому вполне понятен интерес ко всему, что связано с бензином, соляркой и прочими видами топлива. А как следствие этого – к альтернативным видам горючего для ДВС, одним из которых является биотопливо.

Биотопливо

Что это такое, и из чего делают биотопливо?

Все ресурсы, которые есть на Земле, условно можно поделить на возобновляемые и не возобновляемые. Уголь, нефть, металл, в природе не восстанавливаются, а вот дрова, кукуруза, навоз могут быть получены вновь и вновь. Все, что растет или является отходами переработки такого сырья – источники возобновляемой энергии. Вот из этих биоресурсов люди ещё с давних пор получали нужное для своего существования, в том числе и биотопливо.

Биотопливо первого поколения

Однако и между собой отдельные его виды различаются, скажем так, по значимости источников сырья для биотоплива. Связано это с используемыми ресурсами. Например, чтобы получить биотопливо из рапса, его надо сначала вырастить, а уж потом отправить семена на переработку. Для выращивания такой культуры занимается посевная площадь, и фактически речь идет о выборе приоритетов – а чего мы хотим иметь, продукты питания или биотопливо. Кроме того, получение биомассы, идущей на производство биотоплива, связано с использованием специализированных удобрений, что наносит определённый вред земле и окружающей природе. Такой вид сырья относится к первому поколению.

Второе поколение

Однако биотопливо можно получить из иных источников, таких как отходы других производств. Его делают, например, из опилок, а также остатков стеблей, шелухи, остающейся после обработки зерновых, и многого другого. Все это дает так называемое биотопливо второго поколения, для которого не требуется специально выращивать сырье, а сделать его можно из отходов других производств.

Третье поколение

Следующим этапом развития стало биотопливо третьего поколения. Его источником являются водоросли. Существуют определённые их сорта, содержащие значительное количество растительных жиров, из которых можно сделать тот же самый биодизель. Конечно, чтобы получить биотопливо из водорослей, их надо выращивать, но для этого совсем не требуется занимать посевные площади. Водоросли могут расти в прудах, биореакторах, на морском дне или в специально устроенных заливах, т.е. занимают те участки земной поверхности и морского дна, которые не задействованы в производстве продуктов питания. Так что, биотопливо третьего поколения, хотя и находится еще в стадии отработки технологии производства, надо признать наиболее перспективным.

Биотопливо

Двигатель на биотопливе – немного истории и его варианты

Это для нас сегодня бензин и солярка являются единственными видами топлива, на которых работает всем нам привычный двигатель. Но надо отметить, что далеко не всегда было именно так. На заре своего существования, для ДВС как топливо применялось всё, что только подходило – масло, спирт, эфир, газ, дрова и т.д.

Поэтому должно быть достаточно интересно вспомнить о биотопливе, которое использовалось раньше. В этом случае стоит особо отметить:

Биотопливо из опилок или спирт как он есть

Биотопливо подобного типа наиболее известно, и по-видимому, это один из первых вариантов горючего, которое потреблял двигатель. Среди различных его видов стоит отметить биоэтанол, биометанол и биобутанол.

1.Этанол или обычный спирт достаточно хорошо известен в истории автомобилестроения. Достаточно сказать, что в свое время Генри Форд организовывал строительство заводов по производству спирта, предназначенного на роль топлива. Сейчас его изготовление широко развернуто в Бразилии, по оценкам экспертов, сорок процентов автотранспорта этой страны используют этанол в чистом виде, шестьдесят процентов – в смеси с бензином.

Из чего сегодня делают этанол? Чаще всего сырьем служит сельскохозяйственная продукция, в той же Бразилии, чтобы сделать биоэтанол, применяют сахарный тростник, солому, древесные отходы и другое аналогичное сырье. Из опилок на гидролизном производстве так же можно получить этанол. Чем же он так хорош, что это вызывает его всеобщее использование?
Здесь надо обратить внимание на:

  1. детонационную стойкость;
  2. теплоту сгорания;
  3. теплоту испарения.

Из чего бы ни пришлось сделать подобное биотопливо, из опилок или тростника, ему свойственны антидетонационные свойства, они выше, чем у обычного бензина. Благодаря этому можно повысить мощность, двигатель, работающий на этаноле, допускает увеличение степени сжатия. Теплота сгорания спиртовоздушной смеси незначительно отличается от характеристик традиционной топливовоздушной смеси, а за счет хорошей испаряемости спирта обеспечивается лучшее наполнение цилиндров и полное ее сгорание.

Биотопливо

Из недостатков этанола стоит отметить его повышенную агрессивность по отношению к некоторым цветным металлам, пластмассам и резине, вследствие чего может возникнуть необходимость частично дорабатывать двигатель. Однако самым главным минусом такого горючего является его гигроскопичность, оно сильно поглощает воду, а затем смесь расслаивается в баке, в результате чего он окажется заполнен в основном водой. Одним из методов борьбы с этим является использование смесей спирта и бензина, до десяти процентов этанола, добавленного в обычный бензин, только улучшают его характеристики.

Дополнительно стоит отметить, что производство биоэтанола как топлива, хоть из тех же самых опилок, отличается от производства питьевого спирта. Топливный спирт не пригоден для питья, он имеет явно выраженный сивушный запах и повышенное содержание метанола.

2.Метанол, или метиловый спирт, при всех своих достоинствах ядовит. Хотя его можно сделать из отходов, из тех же самых опилок, обычно биометанол не используют в качестве горючего.
3.Биобутанол. Как биотопливо для автомобилей подходит даже в большей степени, чем биоэтанол. Может изготавливаться из биомассы, опилок, и при этом ничем не отличаться от бутанола, полученного по традиционной технологии.

Среди его достоинств необходимо отметить:

  • большую энергетическую ценность;
  • меньшую агрессивность;
  • возможность смешиваться с бензином;
  • возможность прямой и полной замены бензина без переделки автомобиля.

Рассматривая спирт как замену бензину, стоит отметить, что плюсы и минусы биотоплива подобного типа достаточно очевидны, и все недостатки при необходимости могут быть успешно устранены. Однако в настоящее время такое биотопливо чаще всего применяется в смеси с обычным бензином, хотя технологии его получения, например из опилок, позволяют полностью реализовывать используемую биомассу и исключить нефть из употребления.

Биодизель, или как сделать биотопливо

Это другой, не менее известный вид горючего. Он заменяет солярку, а не бензин. Производят его из растительного масла. Сырье в различных районах земного шара может быть разное: рапсовое, пальмовое, кокосовое, соевое масло, водоросли и т.д. Биотопливо подобного типа изготавливается достаточно просто, вплоть до того, что существуют самодельные установки, позволяющие производить биотопливо в домашних условиях.

Технология его получения такова – масло смешивается в определенных пропорциях со спиртом и щелочью, в результате образуется биодизель и высвобождается глицерин, который может использоваться для каких-то других целей. Так что при наличии источников растительного масла, в том числе и его остатков после кулинарной обработки пищи, вполне возможно сделать биотопливо своими руками.

Достоинством биодизеля является отсутствие серы в составе выхлопных газов, и как следствие этого то, что такое биотопливо не теряет смазочных свойств, благодаря чему двигатель может служить гораздо дольше. Надо отметить, что вредного воздействия от такого топлива на окружающую природу нет. К недостаткам биодизеля стоит отнести необходимость его подогрева в холодное время года и то, что он не хранится более трех месяцев.

Наиболее оптимальным признано его использование в смеси с обычной соляркой, выпускаются несколько разновидностей такого топлива, обозначаемых буквой В, а цифры рядом говорят о содержании биодизеля в составе топлива. Например, В5 означает содержание в нем пяти процентов биодизеля и девяноста пяти процентов солярки.

Газ как вид автомобильного топлива

Биотопливо

Существует и биотопливо в виде газа. Источником его является биогаз, получаемый как результат анаэробного (без доступа воздуха, метанового) брожения навоза. Однако рассматривать его как достаточно массовый вид горючего для двигателей автомобиля было бы слишком оптимистично.

Хотя, как и обычный природный газ или пропан-бутан, биогаз может использоваться как топливо, но это скорее вариант для стационарных двигателей, установленных в местах, где много отходов животноводства и сельского хозяйства.

Непривычные, экзотические и забытые виды биотоплива

Здесь стоит коснуться древесины, которая может выступать как биотопливо. В первую очередь надо упомянуть скипидарно-спиртовую смесь, которая ещё в 1826 году использовалась в роли топлива. А ведь скипидар получают при пиролизе древесины. Есть отдельные упоминания, что при так называемом «быстром» высокотемпературном пиролизе сконденсирована жидкость, по своим характеристикам алогичная нефти.

Стоит вспомнить и прямое применение древесины как горючего для моторов. При сгорании древесины образуется окись углерода, которая и служит в качестве топлива. Во время Второй Мировой, Германией достаточно широко использовались машины с такими моторами, в том числе и легковые. В Советском Союзе так же были созданы газогенераторные автомобили, ЗИС 21, ЗИС 13, а также ГАЗ 42.

Работали они на обычных дровяных чурочках. Правда, при замене бензина на газ мощность двигателя падала, скорость движения и грузоподъемность тоже, а одной заправки газогенераторной установки хватало на девяносто километров пробега, но в условиях военного времени при дефиците других видов топлива и в удаленных местах такие автомобили успешно работали. И даже в Москве в военное время ходили автобусы, оснащенные газогенераторными установками.

Несмотря на всеобщее распространение бензина и солярки в качестве топлива для ДВС, постоянно идут поиски альтернативных источников получения горючего. И уже существует несколько самых разных видов биотоплива, способного обеспечить работу ДВС в любых условиях.

Оцените полезность статьи!

  • БиотопливоПочему скрипят тормозные колодки при торможении и что с этим делать
  • БиотопливоЗамена опор двигателя на ВАЗ и других автомобилях
  • БиотопливоАвто напрокат: что необходимо знать при выборе
  • БиотопливоОт чего зависит длина тормозного пути и по какой формуле ее можно рассчитать
  • БиотопливоНасколько хорошо вы разбираетесь в автомобильных эмблемах
  • БиотопливоКак снять наружный ШРУС и заменить порванный пыльник
  • БиотопливоКак самостоятельно заменить внутреннюю гранату на автомобилях ВАЗ
  • БиотопливоКолеса для вращения автомобиля на месте на 360 градусов
  • БиотопливоЧерез 3 года дизеля станут роскошью
  • БиотопливоОбзор самого дорогого Hyundai Solaris за всю историю
  • БиотопливоТест-драйв Lamborghini Huracan от Михаила Петровского

Как сделать биотопливо в домашних условиях

Биотопливо

Биотопливо в домашних условиях — современно, экологично, разумно

Наверняка, многие слышали, что биотопливо представляет собой альтернативный источник энергии.Производить его можно из самых разных видов органического материала — навоза, растительных отходов, сои, рапса и даже мусора. Основное достоинство биотоплива в том, что оно является экологически чистым, не усугубляет парниковый эффект и очень часто подходит в качестве заменителя природного газа, который наносит большой вред атмосфере. Учитывая это, каждый желающий в состоянии приготовить биотопливо в домашних условиях для своих нужд.

Практическое применение этого продукта — получение тепловой энергии, которая может использоваться для обогрева жилья, приготовления пищи, подогрева воды для хозяйственных нужд, что актуально для дачных домов и загородных коттеджей.

Варианты изготовления биотоплива

Многих сельских жителей или тех, кто имеет загородный дом, интересует вопрос, как создать биотопливо для обогрева и всего того, что требует электроэнергии. Вариантов несколько, поэтому каждый может выбрать тот, который ему подходит лучше всего.

Биотопливо из навоза

Навоз— наиболее востребованный сегодня вид биотоплива,которое можно получить в домашних условиях. Поэтому, если у вас имеется своя небольшая ферма, то имеет смысл приобрести и установить оборудование для производства биологического топлива, так как оно окупится за несколько лет.

Больше всего тепла можно получить, используя конский навоз. Но его проблематично достать, поэтому можно взять любой другой — овечий, коровий, кроличий и т. д. Как правило, для обогрева домов, теплиц или хозяйственных построек применяются следующие смеси биотоплива на основе навоза:

  • конский навоз с соломой или торфом;
  • смесь навоза и льняной костры в пропорции 7:3;
  • смесь из навоза и домашнего мусора 4:6;
  • смесь коровьего и конского навоза в пропорции 1:1;
  • коровий навоз и древесные опилки в соотношении 7:3;
  • смесь конского навоза и листвы в пропорции 7:3.

Технология изготовления биотоплива из навоза в домашних условиях основана на процессе брожения, который под воздействием тепла происходит в специальных герметичных бункерах. При этом выпаривается лишняя жидкость, и выделяется биогаз, который успешно можно применять для обогрева помещений и приготовления пищи.

Опыт получения биогаза

Один изобретатель, житель Липецкой области, сделал своими руками установку, позволяющую в домашних условиях без труда добывать биотопливо. Недостатка сырья у него не было, поскольку он держал скот.

Своим руками он вырыл яму, положил в нее бетонные кольца и накрыл металлической конструкцией в виде тяжелого купола, вес которого составлял примерно одну тонну. Из емкости была выведена труба. После чего яму заполнили органикой. Через 5 дней уже можно было готовить на полученном биотопливе еду для животных и отапливать хозяйственные постройки. Кроме того, биогаз можно подвести в дом для личных нужд.

Однако при использовании биогаза в котлах или газовых печах потребуется регулировка горелок. Это объясняется тем, что процентное содержание в биогазе метана меньше, чем в природном продукте. Поэтому необходимо обеспечить подачу кислорода для лучшего горения.

Для этой цели рекомендуется взять около 2 т навоза и 4 т растительных отходов и залить их водой до получения влажной смеси (70%). Полученная смесь укладывается в резервуар и нагревается до 35 градусов с использованием змеевика. В таких условиях без доступа воздуха смесь начинает бродить и нагреваться до более высокой температуры, что и станет причиной выделения газа. По специальным трубам он отводится из ямы и затем применяется по назначению.

Биотопливо из древесного угля

Биотопливо

Использование древесного угля вовсе не ограничивается отдыхом на природе, жаркой шашлыков и барбекю. Данный природный материал может успешно применяться во многих сферах, например, в кузнечном деле, медицине, для производства пороха, качественной фильтрации питьевой воды, а также для различных домашних нужд.

Тот, кому приходилось сталкиваться с приобретением древесного угля, знают, что он стоит немалых денег. Чтобы минимизировать свои траты, можно приготовить сырье самостоятельно. Достаточно просто иметь умелые руки и некоторые знания. Для этих целей можно использовать один из двух методов.

Изготовление угля в яме

На хорошо уплотненное дно ямы укладывают сухую бересту и мелкие ветки, после чего разводят небольшой костер. Когда он хорошо разгорится, следует уложить заранее приготовленные дрова небольших размеров — около 30 сантиметров длиной. При этом они должны располагаться плотно и добавляться постепенно по мере обжига предыдущего слоя. Для полного выжига углей потребуется около 3-х часов.

После этого угли необходимо укрыть мхом, травой и сухими листьями, а также засыпать землей и плотно утрамбовать. После того как уголь хорошо остынет, на что потребуется 2 суток, твердое биотопливо будет готово. По истечении этого времени из ямы убирается земля, а уголь выгребается, просеивается и пакуется в мешки, чтобы использовать его в твердотопливных котлах или для приготовления пищи на костре.

Естественно, такое производство биотоплива потребует от вас как материальных, так и физических затрат. Но, во-первых, это будет намного дешевле приобретения готовой продукции. А, во-вторых, все созданное своими руками в домашних условиях доставит моральное удовлетворение.

Приготовления угля в бочке

Биотопливо

Получение и применение древесного угля

Для того чтобы приготовить древесный уголь вторым доступным способом, необходимо приобрести толстостенную металлическую бочку емкостью 200 литров. Внизу бочки делается штуцер для принудительного нагнетания воздуха. Часто для этого используется пылесос.

На дне бочки разводится небольшой костер, в который постепенно добавляются чурки. Для того чтобы укладка была более плотной, бочку рекомендуется периодически встряхивать. Подачу воздуха нужно начинать сразу после того, как бочка наполовину своего объема заполнится дровами. После подачи воздуха поленья станут меньше дымить и хорошо начнут гореть. Через некоторое время для продолжения процесса жжения следует закрыть резервуар крышкой, заделать все щели при помощи смеси земли с водой или густого глиняного раствора.

При таком способе получения в домашних условиях биотоплива иногда образуется небольшое количество золы. Поэтому после полного остывания бочки ее необходимо перевернуть, а готовый уголь просеять и расфасовать в мешки.

Несмотря на некоторые моменты, кажущиеся сложными, изготовление биологического топлива своим руками — это реальная возможность. В приморских районах в качестве биотоплива используются водоросли. Низкая себестоимость и солидное содержание углерода в определенные периоды года, а также большое количество сырья, поставляемого океаном или морем, дает возможность рассматривать водоросли как важнейшее средство для производства биологического топлива.

Преимущества биотоплива

Всем известно, что любое изобретение — это хорошо забытое старое. Так вот биотопливо — далеко не открытие нашего времени, так как его умели производить еще в Древнем Китае. В качестве исходного материала в то время использовали ботву растений, траву, различные отходы и навоз. Преимуществ у такого сырья очень много, так что стоит ознакомиться с основными из них.

Невысокая стоимость

На современном рынке биотопливо по стоимости равно бензину. Но оно более чистое и производит минимум вредных выбросов. При использовании такого топлива можно существенно снизить затраты на техническое обслуживание тех агрегатов, где оно используется.

Возобновляемые источники

Биотопливо

Ферментация навоза в устройстве

Как известно, бензин получают из нефти, которая относится к невозобновляемым ресурсам. И, несмотря на то, что запасов нефти хватит еще не на одно десятилетие или даже столетие, она в итоге рано или поздно закончится. В свою очередь, биотопливо изготавливается из такого сырья, как:

  • навоз;
  • отходы культурных и диких растений;
  • сами растения в виде сои, рапса, кукурузы или тростника;
  • древесина и прочее.

Все они имеют свойство постоянно возобновляться.

Сокращение выбросов

В период сжигания ископаемое топливо (каменный уголь, природный газ, торф) производит значительное количество углекислого газа, который ученые называют парниковым. Использование нефти и угля повышает температуру атмосферы, что является одной из причин так называемого глобального потепления. Чтобы значительно уменьшить парниковый эффект, следует использовать биотопливо.

Проведенные исследования показали, что биологическое топливо существенно снижает выбросы парниковых газов до 65%.

Как известно из школьного курса ботаники, при выращивании растений из атмосферы частично поглощается оксид углерода, и происходит выделение кислорода в атмосферу. Это делает применение биотоплива еще более привлекательным.

Снижение зависимости от импорта

Биотопливо

Заправка с биотопливом

Учитывая, что далеко не каждая страна обладает запасами нефти, ее импорт «пробивает» солидную брешь в экономике государства. Поэтому, если большинство людей начнет склоняться к потреблению биотоплива, зависимость от импорта значительно снизится. Тем более что благодаря росту производства такого сырья будут создаваться новые рабочие места. А это положительно отразится на экономике стран.

Заключение

С учетом всех достоинств описанного сырья как альтернативного источника тепла и энергии производство биотоплива в условиях дома — это вполне обдуманный и правильный шаг, особенно для владельца фермы. Ознакомившись с литературой, просмотрев схемы создания резервуаров и методы приготовления биологического топлива, а также применив свое умение и труд, можно справиться с любой поставленной задачей.

Главное — использовать сырье, которое легко разлагается и содержит в своем составе значительное количество влаги. Кроме того, оно не должно быть отягощено различными примесями в виде моющих средств, так как они способны замедлить процесс ферментации.

Что такое биотопливо и как его сделать в домашних условиях

В настоящее время дом, теплицы или фермерские угодья могут отапливаться не только газом или дровами, но и биотопливом. Особенно оно актуально для фермерских и тепличных хозяйств, где остро стоит вопрос об экономии энергии. Ведь затраты на обогрев помещений порой влетают в копеечку. Здесь и приходит на помощь биотопливо. Растительное и органическое сырье способно обогреть довольно большие площади, нужно только грамотно подойти к вопросу переработки.

Что такое биотопливо, его преимущества

Биотопливо

Биотопливо было изобретено значительно раньше открытия природных залежей нефти. Поскольку ее использование позволяло намного быстрей получить энергию, о биотопливе быстро забыли. Однако вместе с нефтью появились проблемы загрязнения окружающей среды, стоимость топлива неумолимо ползет вверх год от года. Странам, где нет запасов нефти, приходится изобретать альтернативные источники энергии, например, биотопливо. Получать энергию можно с помощью переработки биомассы термохимическим или биологическим способом.

Преимуществ у биотоплива масса. Прежде всего, перерабатываемое растительное или органическое сырье неисчерпаемо, оно постоянно обновляется, чего, например, нельзя сказать о нефти. Воспламеняемость биотоплива намного выше. Количество углекислого газа, который выбрасывается в атмосферу, намного ниже, если сравнивать с показателями выбросов после использования той же солярки.

Биотопливо можно приготовить в домашних условиях, особенно, если есть своя ферма.

Наряду с плюсами альтернативного топлива существует и недостаток – производство дизеля намного дешевле, чем изготовление биотоплива. По этой причине последний источник энергии вряд ли займет лидирующее положение на рынке топлива. В нем заинтересованы лишь те, кому некуда деваться, кроме как производить альтернативный источник энергии.

Если имеется зимняя теплица и свое собственное фермерское хозяйство, заниматься производством биотоплива очень выгодно – теплица и ферма будут отапливаться за счет самих себя. Нужно лишь поставить специальное оборудование для переработки биомассы, его можно сделать самостоятельно без особых затрат.

Какой вид биотоплива готовят самостоятельно

Биотопливо

Одним из самых распространенных видов топлива считается биогаз. Он вырабатывается в процессе брожения органических и растительных отходов. Если поместить навоз и растительную массу в контейнер без доступа воздуха, начнется брожение, в результате которого выделится:

Биогазом можно отапливать помещения, нагревать воду и использовать как источник энергии для получения электричества. Принцип изготовления биогаза достаточно прост, его часто используют фермеры для обогрева своих животноводческих угодий. Второе по популярности место после биогаза занимают биобрикеты. Их также можно приготовить в домашних условиях. Брикеты используют для обогрева помещений и других нужд. Есть еще и биопеллеты, но они не пользуются большой популярностью, так как требуют специальных установок для сжигания, что не очень удобно и весьма накладно.

Отдельно выделяют древесный уголь, который также считается биотопливом.

Его изготавливают в промышленных масштабах. Умелые владельцы частных домов уже давно освоили технологию производства древесного угля и с успехом изготавливают этот вид топлива самостоятельно. Ведь покупка готового топлива обходится намного дороже, нежели чем самостоятельное изготовление угля. Решение в пользу того или иного вида топлива принимается на основании наличия сырья для изготовления. Для производства биогаза понадобятся органические и растительные отходы – навоз, растения. Лучше всего подходит конский навоз или его смесь с навозом КРС. Брикеты, пеллеты производят из растительных отходов, опилок, коры, щепок, бумаги.

Древесный уголь – это обожженные поленья деревьев разных пород. Обычно на это уходит валежник, который еще имеет форму и не превратился в труху. Если хочется запастись топливом для таких нужд как приготовление шашлыков или барбекю, понадобится древесный уголь. Если нужно отапливать помещения – биогаз или брикеты. При наличии собственной фермы и тепличного хозяйства можно смело ставить установки и вырабатывать биогаз.

Биогаз – установка для производства топлива

Биотопливо

Для того чтобы вырабатывать биогаз придется либо приобрести уже готовую установку, либо сделать ее самостоятельно. Устройство состоит из контейнера или реактора, в котором происходит брожение, труб для отвода газа, газового коллектора. Если еще планируется использовать топливо для производства электроэнергии, в систему встраивается генератор. Но обычно такие сложные установки применяются на огромных фермерских хозяйствах, где проблем с сырьем нет. Если нет возможности купить установку, можно собрать ее самостоятельно.

Главным моментом в этой конструкции считается реактор, роль которого может сыграть обычный металлический контейнер больших размеров. Его лучше вкопать в землю и забетонировать. Делается это для того, чтобы сырье всегда находилось в тепле, без разогрева биомассы хотя бы до 30° брожения не произойдет и все попытки получить газ пойдут насмарку. Металлический контейнер закрывают так, чтобы не было доступа к воздуху. Из реактора отходят трубы, по которым поступает газ в газовый коллектор. Из последнего топливо поступает непосредственно в камеру сгорания – происходит обогрев. При выборе реактора необходимо учесть его размер. Это должен быть контейнер, в который должно входить не менее 700 л сырья. Если объем будет меньше, газа выделится настолько мало, что любые трудозатраты не окупят себя.

Очень важно подготавливать сырье до его попадания в контейнер:

  • Во-первых, оно должно быть без химических примесей.
  • Во-вторых, навоз и растительные отходы нужно мелко рубить. Примерная фракция – не более 2 см.
  • В-третьих, необходимо правильно составить пропорции сырья, если планируется смешивать ингредиенты.

Например, конский и коровий навоз мешают 1:1. В сырье нужно обязательно добавлять воду – на 1 кг навоза понадобиться примерно 700-800 гр воды. Биомасса должна быть хорошо увлажнена. В контейнер для брожения желательно поставить устройство, которое время от времени перемешивает массу. Это нужно для более быстрого процесса брожения. Многие умельцы, для постоянного поддержания температуры в реакторе, 30°-40°, окружают контейнер водяной баней. В результате брожение будет гарантировано. Однако такой метод весьма затратный, на подогрев воды уходит много электроэнергии. Если реактор находится под землей, нужда в водяной бане отпадает автоматически.

Прежде чем начинать сооружать установку для получения газа в домашних условиях, тщательно изучите различные схемы конструкции.

Даже самая простая модель требует базовых знаний и навыков в работе с механизмами. Так, например, для хорошего брожения биомассы реактор и рукав, через который заполняется контейнер, нужно хорошо герметизировать. Также, по мере заполнения реактора продуктами распада, необходимо откачивать биогаз. Для этого обычно используют компрессор и баллон, можно применить тот самый баллон из-под бытового газа (Пропан). Разумеется, он должен быть пустым и безопасным для применения.

Также не стоит забывать и о климатических условиях, в которых происходит изготовление биотоплива. Чем холодней регион, тем больше потребуется тепла для обогрева реактора. Именно для северных регионов рекомендуется погружать реактор под землю. Сверху остается только рукав для заполнения реактора и крышка. В зимнее время контейнер с сырьем обязательно утепляется, то есть крышка, которая находится сверху, утепляется всеми возможными способами. В южных регионах этого можно не делать.

Древесный уголь – установка для изготовления

Биотопливо

Изготовление древесного угля сможет освоить любой. Для этого понадобится металлическая бочка и место, где можно заниматься сжиганием поленьев. Внизу бочки нужно приспособить устройство для нагнетания воздуха. Процесс сжигания сводится к следующему:

  • На дне бочки разводится костер из сухих тонких сучьев и других древесных отходов.
  • Затем укладываются поленья. Каждый слой укладывается по мере прогорания предыдущего.
  • Когда бочка заполнена наполовину, можно нагнетать воздух для лучшего горения. Иначе поленья начнут дымить, а не гореть.
  • После этого заполняем бочку почти до верха.
  • После того как все поленья сожжены, бочку накрывают металлическим листом. Уголь должен остыть.

Вместо бочки можно использовать обычную яму в земле глубиной примерно 50-60 см (это на два мешка угля). Стенки ямы должны быть немного скошены – форма трапеции. Принцип заполнения и сгорания такой же, только здесь не нужно нагнетать воздух – все происходит естественным путем. После того как поленья обожжены, яму накрывают листьями и землей, утрамбовывают и оставляют примерно на пару дней. После этого уголь откапывают, просевают и упаковывают в мешки.

Место для сжигания дров должно отвечать всем нормам по пожарной безопасности.

Вблизи не должно быть растительности и деревянных построек. Заниматься этим в лесу не желательно, так как воспламеняемость лесной подушки молниеносная. Относитесь к природе бережно.

Изготовление биогаза и древесного угля в домашних условиях более чем возможно. Главное все тщательно спланировать, разработать схемы и рассчитать расход сырья и количество получившегося топлива. При правильных подсчетах изготовление биотоплива превратится в выгодное мероприятие.

Больше информации можно узнать из видео:

Что такое биотопливо, его виды и преимущества

В связи с климатическими сдвигами, которые происходят на планете, многие страны начинают задумываться об экологии. В первую очередь для улучшения экологии на планете многие страны производят биотопливо, которое сможет заменить традиционное.

Биотопливо

0.1. Экологически чистое биотопливо

Еще одна причина производства биотоплива заключается в том, что запасы нефти и угля не бесконечны. Рано или поздно они исчерпаются, и когда это произойдет, людям будет жизненно необходимы альтернативные виды топлива, на которых смогут ездить автомобили, работать котлы, турбины и так далее.

1. Что такое биотопливо

Многие слышали о биотопливе, однако мало кто на самом деле знает, что это такое и как его производят. Итак, биотопливо – это альтернативный вид топлива, который получается в результате переработки биологических отходов или биологического сырья. Стоит отметить, что существует три вида биотоплива:

Кроме этого такое топливо может изготавливаться из разного биологического сырья, к примеру, из навоза, соломы, кукурузы и так далее.

1.1. Твердое биотопливо

Твердый тип биотоплива является наиболее часто применяемым в жизни человека. Самый яркий и всем известный пример твердого биотоплива – это, конечно же, дрова, которые используются с незапамятных времен для обогрева помещений и приготовления пищи.

Однако на сегодняшний день существуют и другие виды твердого биологического топлива. К примеру, древесные гранулы и пиллеты. Они изготовлены из прессованных опилок, щепок, коры деревьев, соломы и других отходов аграрного хозяйства, таких как:

  • Лузга подсолнечника;
  • Скорлупа орехов;
  • Навоз и так далее.

Такие отходы прессуются и принимают вид гранул цилиндрической формы, которые имеют длину в 10-30 мм, и диаметр 6-10 мм. Биотопливо из опилок и других аграрных отходов чаще всего используются для отопления жилых домов. При этом переработка отходов позволяет сохранять леса, а в отличие от угля, при сжигании биотоплива не выделяются вредные вещества, загрязняющие окружающую среду.

1.1.1. Пиллеты, твердое биотопливо

В России пиллеты уже несколько лет являются достойной альтернативой обычным типам топлива. Они успешно заменяют солярку, уголь и дрова, при этом в отличие от солярки и угля, пиллеты при сгорании не выделяют вредных веществ и практически не дымят. Кроме этого такой вид топлива выделяет больше тепла, чем обычные дрова, благодаря чему пиллеты используются не только для обогрева частных домов, но и в промышленности.

Единственным конкурентом пиллет является газ, который подается через трубопровод. Кончено, если учитывать только стоимость сырья, то отопление на газу стоит в 3-4 раза дешевле. Однако если принять в расчет стоимость нового подключения газового оборудования (согласование проекта, разрешение газовой службы и так далее), то пеллеты выигрывают и здесь.

Что такое пеллеты? Это твердый тип биотоплива, который представляет собой небольшие гранулы цилиндрической формы. Они, как и любое другое твердое биотопливо, изготавливаются из отходов сельского производства (солома, опилки, кора, скорлупа орехов и так далее). Стоит отметить, что за рубежом такое топливо широко применяется в автоматизированных котельных, как бытового, так и промышленного назначения. Во многом такую популярность пеллеты получили благодаря низкой стоимости. При этом по выделению тепла они не уступают углю и другим видам топлива.

Размер одной гранулы пеллет составляет 6-8 мм в диаметре и 5-70 мм в длину. Однако существуют пеллеты, имеющие размеры, превышающие указанные выше. К примеру, в Новосибирске выпускаются пеллеты, имеющие диаметр 10 мм.

В России в качестве сырья для производства данного типа биотоплива используются хвойные породы (остатки от переработки хвойного дерева). Но при этом стоит отметить, что наивысшее качество имеют пеллеты, которые сделаны из отходов переработки лиственных пород деревьев. Конечно, для производства такого топлива требуется современное оборудование более высокого уровня.

1.2. Жидкое биотопливо

Жидкий вид биотоплива, как правило, используется в автомобилях. К нему можно отнести:

  • Биоэтанол (прекрасная альтернатива бензину, хотя и уступает последнему по энергоплотности);
  • Биометанол;
  • Биобутанол – имеет вид бесцветной жидкости;
  • Диметиловый эфир – изготавливается из угля, природного газа либо биомассы;
  • Дизельное биотопливо (биодизель);
  • Биотопливо второго поколения – изготавливается путем пиролиза биомассы.

1.2.1. Дизельное биотопливо

Биодизель производится из различных видов растительных масел. Для получения такого топлива из растительного масла в первую очередь требуется уменьшить вязкость последнего. Делается это при помощи спирта. Известно, что любое масло состоит из триглицеридов, что означает, что в составе масла имеется глицерин. Именно глицерин и делает масло вязким.

Чтобы вывести (нейтрализовать) глицерин масло подвергается процессу трансэтерификации – устранение глицерина при помощи спирта. В результате такого процесса получается чистое биологическое дизельное топливо. Получившаяся жидкость имеет цвет меда и не должна содержать примесей. Если жидкость, даже немного мутная, это говорит о том, что в ней присутствует вода. Удалить ее можно в процессе нагревания.

Стоит отметить, что дизельное биотопливо крайне не рекомендуется хранить более трех месяцев, так как оно начинает разлагаться и терять свои свойства.

1.2.2. Биотопливо из соломы

Относительно недавно ученые из Нидерландов разработали еще один вид жидкого биологического топлива, которое может использоваться в автомобилях. Производится оно из соломы.

Согласно технологии производства такого топлива солома нагревается до определенной температуры, после чего к ней добавляются специальные ферменты. Это позволяет образовать сахара. Следующий этап заключается в том, что при помощи бактерий образованные сахара перерабатываются в этанол, который впоследствии можно использоваться в качестве топлива для автомобиля.

Изготовление биотоплива из соломы отличается экономичностью. Около трети перерабатываемой соломы отправляется в отходы, которые сжигаются. При горении они выделяют достаточное количество энергии (температуры), чтобы получить сахара из оставшихся двух третей соломы. Более того, при сжигании соломы образуется больше энергии, чем требуется для образования сахаров. Эту энергию вполне возможно использовать в других целях.

Ученые утверждают, что после переработки 5 т соломы по представленной технологии получается биотопливо для автомобилей, которого хватит на целый год езды.

1.2.3. Биотопливо из рапса

Рапс является самым перспективным сырьем, которое используется для производства биотоплива. Стоит отметить, что уже сегодня 80% биодизеля изготавливают именно из рапса.

Технология изготовления биологического дизельного топлива из рапса заключается в том в том, что исходное сырье (то есть семена рапса) попадает в специальное устройство (маслобойку). Здесь масло отделяется от рапсового шрота, который в дальнейшем используется в комбикормовой промышленности. Полученное масло поступает для следующей обработки в этерификационную установку. В процессе этерификации из рапсового масла удаляется глицерин. Для этого в масло добавляется метанол и немного щелочного катализатора.

Весь процесс этерификации осуществляется в специальных колоннах. В итоге химических реакций получается метиловый эфир, который отличается хорошей воспламеняемостью. Стоит отметить, что такой биодизель имеет более высокое цетановое число, нежели обычное дизельное топливо, полученное из нефти (соответственно 56-58 против 50-52).

1.3. Газообразное биотопливо

К такому типу топлива относятся:

Такие виды биотоплива получаются в результате брожения биомассы. Процесс добычи биогаза заключается в том, что биомассы содержат смесь метана и углекислого газа. Таким образом, если подвергнуть биомассу воздействию специальных бактерий (метаногенов) произойдет разложение.

2. Зеленые технологии. Биотопливо: Видео

2.1.1. Биотопливо из навоза

Долгое время отходы сельскохозяйственной и пищевой промышленности использовались исключительно для производства удобрений, однако сегодня эти же отходы позволяют вырабатывать биологическое топливо. В качестве сырья для производства топлива можно использовать навоз скота и птиц, а также пивная дробина, отходы боен, послеспиртовая барда, канализационные стоки, свекольный жмых и так далее.

В результате переработки таких отходов получается газообразное биотопливо, которое получается в результате брожения. Полученный в итоге биогаз может быть использован для производства электроэнергии или в котельных, для отопления жилых домов. Кроме этого такое топливо используется в автомобилях.

Однако стоит отметить, что для получения газообразного биотоплива для автомобилей биогаз, полученный в результате брожения необходимо отчистить от СО2, после чего он преобразуется в метан.

2.2. Биотопливо второго поколения

Биотопливо второго поколения – это такой вид топлива, который производится из непищевого возобновляемого сырья, в отличие от этанола, метанола, биодизеля и так далее. В качестве сырья для производства биотоплива второго поколения может использоваться солома, водоросли, опилки и любая другая биомасса.

Огромный плюс данного типа топлива заключается в том, что оно изготавливается из продуктов, которые всегда доступны, и которые постоянно возобновляются. По мнению многих ученых именно биотопливо второго поколения сможет решить энергетический кризис.

2.2.1. Биотопливо из водорослей

На сегодняшний день ученые разработали специальную технологию получения биотоплива второго поколения из водорослей. Развитие этой технологии в дальнейшем произвести настоящую революцию в мире биотоплива, так как главное сырье (водоросли) не требуют особого ухода и не нуждаются в удобрениях (для роста требуется вода и солнечный свет). Более того, они растут в любой воде (грязной, чистой, соленой и пресной). Также водоросли способны помочь в чистке канализационных магистралей.

Еще один положительный момент производства биотоплива из водорослей заключается в том, что последние состоят из простых химических элементов, которые легко поддаются переработке и расщеплению. Таким образом, благодаря всем преимуществам технология производства биотоплива из водорослей имеет наибольший потенциал.

БИОТО́ПЛИВО

Авторы: К. Н. Трубецкой, Ю. Ф. Лачуга

БИОТО́ПЛИВО (биологическое топливо), топливо из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов, получаемое из биомассы термохимическим или биологическим способом. Биотопливо классифицируют по агрегатному состоянию и поколениям. По агрегатному состоянию различают жидкую биомассу (обычно применяют для двигателей внутреннего сгорания); твёрдое биотопливо (способно гореть при условии, что топливо состоит из горючего, например дерева, и окислителя, которым часто служит кислород воздуха); газообразное – биогаз (газ, получаемый брожением биомассы), биоводород, метан. Биотопливо, как правило, делится на первичное и вторичное. Первичное биотопливо используется в необработанном виде, в первую очередь для отопления, приготовления пищи и электричества; в основном это топливная древесина, каменный уголь. Вторичное биотопливо можно условно разделить на три поколения (на основе различных параметров, типа технологии обработки, исходного сырья и др.); производится путём переработки биомассы и используется на транспортных средствах, в различных промышленных процессах и др.

Биотопливо первого поколения производится из традиционных сельскохозяйственных культур с высоким содержанием жиров, крахмала, сахаров посредством применения технологий, близких к естественным биологическим и термохимическим процессам (например, брожение). Однако это сырьё используется в пище людей и животных. Т. о. помимо затратного землепользования (необходимость использования качественных пахотных земель) с истощением почв и высокими потребностями в их обработке, изъятие этого сырья с рынка прямо повлияет на цену пищевых продуктов (основной недостаток производства биотоплива первого поколения). Условная эффективность производства биотоплива из биомассы первого поколения составляет примерно 35–45%.

Биотопливо второго поколения получают из непищевого сырья (отработанные жиры и растительные масла, биомасса деревьев и растений) разными методами. Такое сырьё содержит целлюлозу и лигнин. Технологически производство биотоплива второго поколения представляет собой процесс получения топлива посредством переработки целлюлозы и лигнина, содержащихся в древесной или волокнистой биомассе, что менее затратно, чем получение биотоплива у культур первого поколения. Его можно прямо сжигать (как это традиционно делали с дровами), газифицировать (получая горючие газы), осуществлять пиролиз. который позволяет превратить биомассу в жидкость. Из жидкости можно сделать автомобильное топливо или топливо для электростанций. Сырьём для подобного производства может быть любая биомасса, включая отходы деревообрабатывающего производства и остатки пищи. Основной источник сырья второго поколения – растения: водоросли, простые живые организмы, приспособленные к росту и размножению в загрязнённой или солёной воде (содержат до двухсот раз больше масла, чем источники первого поколения, такие как соевые бобы); рыжик (растение), растёт в ротации с пшеницей и другими зерновыми культурами; ятрофа (Jatropha curcas ), растёт в засушливых почвах, содержит масла от 27 до 40% в зависимости от вида. Условная эффективность производства биотоплива из биомассы второго поколения составляет примерно 50%. Производство биотоплива второго поколения в настоящий момент является очень капиталоёмким процессом, т. к. соответствующие технологии весьма дороги.

Биотопливо третьего поколения получают из водорослей (не требуют земельных ресурсов, имеют большую концентрацию биомассы и высокую скорость воспроизводства). Перспективность этого направления развития связана со спецификой состава водорослей (в штамме водорослей содержание жиров составляет от 75 до 85% сухого веса). Водоросли рассматривают как наиболее перспективное сырьё для производства топлива из возобновляемых источников. По оценкам специалистов, из водорослей, растущих на прудах суммарной площадью 200 тысяч га, можно производить топливо, достаточное для годового потребления 5% автомобилей США (для США это 0,02% земельного фонда, для России – чуть более 0,01%). Установлено, что с 1 акра (4047 м 2 ) водорослей можно произвести в 30 раз больше энергии, чем с акра наземных растений, таких как, например, соя.

Жидкое (моторное) биотопливо

Вещество, получаемое в ходе переработки растительного сырья (кукурузы, рапса, сахарной свёклы, сахарного тростника и др.), отходов деревообработки средствами технологий, в основе которых лежит использование естественных биологических процессов (например, брожения). Основное применение жидкого биотоплива – двигатели. Жидкое биотопливо подразделяется на биоэтанол, биометанол, биобутанол, диметиловый эфир, биодизель.

Биоэтанол – обычный этанол, получаемый в процессе переработки растительного сырья для использования в качестве биотоплива; биотопливный заменитель бензина. Этанол в Бразилии производится преимущественно из сахарного тростника, в США – из кукурузы. Производство этанола из тростника на сегодняшний день экономически более выгодно, чем из кукурузы. Сырьём для производства биоэтанола также могут быть различные сельскохозяйственные культуры с большим содержанием крахмала или сахара: маниок, картофель, сахарная свёкла, батат, сорго, ячмень и т. д. Существует 2 основных способа получения биоэтанола – микробиологический (спиртовое брожение) и синтетический (гидратация этилена). Следствием брожения является раствор, содержащий не более 15% биоэтанола, поскольку в более концентрированных растворах дрожжи обычно гибнут. Полученный таким образом биоэтанол нуждается в очистке и концентрировании, обычно путём дистилляции. В промышленных масштабах этиловый спирт получают из сырья, содержащего целлюлозу (различные отходы сельского и лесного хозяйства – пшеничная солома, рисовая солома, древесные опилки и т. п.), которую предварительно подвергают гидролизу (см. Гидролиз растительных материалов ). Смесь, образовавшаяся при этом, подвергают спиртовому брожению. С учётом того что ежегодно на нашей планете образуется ок. 200 млрд. т растительной целлюлозосодержащей биомассы, биосинтез целлюлозы – самый крупномасштабный синтез в настоящем и будущем. Глобальное производство этанола на 2009 составило 73,9 млрд. литров, в 2010 – 85,9 млрд. литров (на 16,2% больше чем в 2009). В 2014 производство этанола (91,4 млрд. литров) заместило потребность, эквивалентную 430 миллионам баррелей нефти. Мировым лидером в области производства биоэтанола (2014) являются США – 53,2 млрд. литров (14 млрд. галлонов).

Биометанол – обычный метанол, первый представитель гомологического ряда одноатомных спиртов, который используется в качестве биотоплива. Промышленное культивирование и биотехнологическая конверсия морского фитопланктона рассматривается как одно из наиболее перспективных направлений в области получения биотоплива. Производство биомассы для получения биометанола осуществляется путём обработки фитопланктона в специально созданных водоёмах на морском побережье. Вторичные процессы представляют собой метановое брожение биомассы и последующее гидроксилирование метана с получением метанола. Основными доводами в пользу использования микроскопических водорослей являются: высокая продуктивность фитопланктона (до 100 т/га в год); в производстве не используются плодородные почвы, пресная вода; процесс не конкурирует с сельскохозяйственным производством и др. Метанол может использоваться как в классических двигателях внутреннего сгорания, так и в специальных топливных элементах для получения электричества. Достоинства биометанола: низкий объём выбросов углекислого газа; возможность организовать переработку (рециклинг) отходов животноводства и сельского хозяйства. Недостатки: низкий энергетический кпд (максимум 68%); бесцветное пламя, что может привести к аварийным ситуациям; срок окупаемости проекта (до 20 лет); метанол травит алюминий (проблемным становится использование алюминиевых карбюраторов и инжекторных систем подачи топлива в двигателях внутреннего сгорания ). На долю транспортных средств приходится 20% совокупного потребления метилового спирта (как в чистом виде, так и в виде его производных). Помимо применения метанола в качестве альтернативы бензина, существует технология применения метанола для создания на его базе угольной суспензии, которая в США имеет коммерческое наименование «метакол» (methacoal). Такое топливо предлагается как альтернатива мазута широко используемого для отопления зданий (топочный мазут). Такая суспензия, в отличие от водоуглеродного топлива, не требует специальных котлов и имеет более высокую энергоёмкость.

Биобутанол (бутиловый спирт, бутанол) – бесцветная жидкость, получаемая из растительного сырья, с характерным запахом сивушного масла. Энергия бутанола близка к энергии бензина. Бутанол может использоваться в топливе и также как сырьё для производства водорода. Сырьём для производства биобутанола могут быть сахарный тростник, маниока, свёкла, а в будущем и целлюлоза. В 1950-х гг. бутанол производили из нефтепродуктов. Бутанол, произведённый из биомассы, принято называть биобутанолом, хотя он имеет абсолютно те же характеристики, что и бутанол, полученный из нефти (химического сырья). Бутанол применяют как растворитель в лакокрасочной промышленности, в производстве смол и пластификаторов, в синтезе многих органических соединений, в качестве компонента к традиционным топливам или как самостоятельное топливо для транспортных средств. Но прежде всего его используют в качестве промышленного растворителя.

Диметиловый эфир – топливо, производимое из природного газа, угля, отходов целлюлозно-бумажного производства; экологически чистый продукт. Диметиловый эфир применяют очень широко, так как его использование не требует каких-то специальных очисток, но необходима переделка систем питания и зажигания двигателя внутреннего сгорания (например, возможно применение этого биотоплива на автомобилях с LPG-двигателями). Автомобили с двигателями, работающими на диметиловом эфире, разрабатывают КАМАЗ, « Volvo ». « Nissan » и китайская компания « SAIC Motor ».

Биодизель – биотопливо на основе растительных или животных жиров (масел), а также продуктов их этерификации (моноалкиловые эфиры жирных кислот). Сырьём для производства биодизеля служат жирные, реже – эфирные масла различных растений или водорослей: в Европе – рапс; США – соя; Канаде – канола (разновидность рапса); в Индонезии, на Филиппинах – пальмовое и кокосовое масло; в Индии – ятрофа; Африке – соя, ятрофа; Бразилии – касторовое масло. Также применяются отработанное растительное масло, животные жиры, рыбий жир и т. п.

В России (Северо-Кавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства, СКНИИМЭСХ) разработана технология и модульная установка «БИОДОН-1М» для производства жидкого биотоплива из растительных масел непищевого назначения с высоким значением кислотного числа (8–13 мг КОН/г). Оборудование, необходимое для выполнения технологического процесса получения биодизеля из растительных масел, размещается в стандартном 20-футовом контейнере, оборудованном приточно-вытяжной вентиляцией. Благодаря этому, установка легко транспортируется. Для монтажа и запуска установки в работу необходимы ровная площадка, подвод воды и трехфазного тока напряжением 380 В. Установка состоит из реактора, промывочной ёмкости, ёмкости для приготовления катализатора, узла смешивания, конденсатора для охлаждения паров метанола, системы трубопроводов, шкафа управления. Реактор служит для получения из растительного масла метилового эфира жирных кислот (биодизеля) и технического глицерина методом этерификации. Затем биодизель-сырец перекачивают в промывочную ёмкость, где происходит его отмывка от омыленного продукта. Далее готовый биодизель поступает в накопительную ёмкость.

Установка позволяет перерабатывать растительные масла с последующим использованием в качестве самостоятельного топлива, а также в качестве добавки к дизельному топливу нефтяного происхождения автономно, непосредственно в условиях различных сельхозпредприятий. Для получения жидкого биотоплива в качестве исходного компонента могут быть использованы рапсовое, подсолнечное, льняное, горчичное и др. растительные масла с кислотным числом для 13 мг КОН/г. При максимальном значении кислотного числа 13 мг КОН/г растительного масла получение биотоплива, соответствующего ГОСТ Р 53605-2009, на установке «БИОДОН-1М» с применением непрерывного способа дозирования компонентов обеспечивается с предварительным подогревом масла до 50 о C. Для получения биотоплива из растительных масел с кислотным числом до 8,6 мг КОН/г предварительный нагрев растительных масел не требуется. Также разработана технология углекислой промывки для нейтрализации остатков катализатора КОН при производстве жидкого биотоплива, которая исключает возможность попадания воды в готовое биотопливо, что обеспечивает его гарантированно высокое качество для работы с двигателями внутреннего сгорания. Установка не имеет отечественных аналогов и существенно отличается от малогабаритных зарубежных установок (компоновкой, новыми техническими решениями, как-то: использованием различных видов исходного сырья, применением гидродинамического смесителя и вакуумного дозатора непрерывного действия, углекислотной промывки готового продукта и др.).

Наиболее перспективным источником сырья для производства биодизеля являются водоросли. По оценкам экспертов, с одного акра (4047 м 2

0,4 га) земли можно получить 255 литров соевого масла или 2400 литров пальмового масла. С такой же площади водной поверхности можно производить до 3570 баррелей бионефти (1 баррель = 159 литров). Основные преимущества: биодизель характеризуется хорошими смазочными свойствами, что продлевает срок жизни двигателя (это вызвано его химическим составом и содержанием в нём кислорода); при работе двигателя на биодизеле одновременно производится смазка его подвижных частей, в результате которой, как показывают испытания, достигается увеличение срока службы самого двигателя и топливного насоса в среднем на 60% (например, грузовик из Германии попал в Книгу рекордов Гиннесса, проехав более 1,25 миллиона километров на биодизельном топливе со своим оригинальным двигателем); нет необходимости модернизировать двигатель; биодизель при попадании в почву не причиняет вреда растениям и животным, подвергается практически полному биологическому распаду (в почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99% биодизеля, что позволяет говорить о минимизации загрязнения окружающей среды); в сравнении с обычным дизельным топливом почти не содержит серы; температура вспышки для биодизеля превышает 100 о С, что позволяет считать биотопливо относительно безопасным веществом; производство биодизеля способствует вводу в оборот низкокачественных неиспользуемых сельскохозяйственных земель; полученный в ходе производства биодизеля жмых можно использовать в качестве компонентов корма для скота, что позволяет наиболее полно использовать сырьевую биомассу. Основной недостаток: в холодное время года необходимо подогревать топливо, идущее из топливного бака в топливный насос, или применять смеси 20% биодизеля и 80% минерального дизельного топлива; хранить технику, заправленную биодизелем более 3 месяцев, не рекомендуется – он склонен к окислению и чувствителен к воде, конденсирующейся на стенках топливных баков. Кроме того, недостатком биодизеля для климатических условий России является то, что он по своим физико-химическим свойствам соответствует летнему дизельному топливу.

Твёрдое биотопливо

Самый распространённый представитель вида – дрова. В настоящее время для производства дров или биомассы используются энергетические леса – быстрорастущих пород древесины, кустарников и трав (ива, тополь, эвкалипт, акация, сахарный тростник, кукуруза и др.). Посадку производят квадратно-гнездовым способом или в шахматном порядке. В междурядьях из деревьев часто высаживают сельскохозяйственные культуры (так называемые, комбинированные посадки). Период ротации энергетического леса (от срезания до срезания) составляет 4–6 лет. В ряде стран, таких как Италия, Германия, Аргентина, Польша и др. широко практикуется создание специальных плантаций быстрорастущих пород древесины тополя и ивы. В Северной Индии посадки быстрорастущего тополя и эвкалипта занимают примерно от 50 до 60 тыс. га. Ежегодно на таких плантациях заготавливается ок. 3,7 млн. тонн древесины. Щепа и другие виды древесных отходов, топливные гранулы и брикеты и прочие виды биомассы могут представлять собой высокоэффективное, экологически чистое, возобновляемое и экономичное топливо.

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

Технологический процесс производства грану л. Сырьё (опилки, кора и т. д.) поступает в дробилку, где измельчается до состояния муки. Полученная масса поступает в сушилку, из неё – в пресс-гранулятор, где древесную муку сжимают в гранулы. Сжатие во время прессовки повышает температуру материала, лигнин, содержащийся в древесине, размягчается и склеивает частицы в плотные цилиндрики. На производство одной тонны гранул уходит 4–5 м 3 древесных отходов. Готовые гранулы охлаждают, пакуют в стандартную упаковку 12–40 кг или доставляют приобретателю россыпью. Гранулы менее подвержены самовоспламенению, так как не содержат пыли и спор, которые также могут вызывать аллергическую реакцию у людей. Отличаются от обычной древесины высокой сухостью (8–12% влаги против 30–50% в дровах) и большей (примерно в полтора раза) плотностью. Эти качества обеспечивают высокую теплотворную способность по сравнению со щепой или дровами (при сгорании тонны гранул выделяется приблизительно 5 тыс. кВт·ч тепла, что в полтора раза больше, чем у обычных дров). Топливные гранулы – экологически чистое топливо с содержанием золы не более 3%.

Топливные брикеты – высушенные и брикетированные энергоносители биологического происхождения (различных отходов деревообработки, торфа, отходов сельского хозяйства и др.), экологически чистый материал, с высокой теплоотдачей. Используется как топливо, как заготовка при выработке древесного угля или кокса. В основе технологии производства топливных брикетов лежит процесс прессования шнеком отходов (шелухи подсолнечника, гречихи и т. п.) и мелко измельчённых отходов древесины (опилок) под высоким давлением при нагревании от 250 до 350 о C. Получаемые топливные брикеты не включают в себя никаких связующих веществ, кроме одного натурального – лигнина, содержащегося в клетках растительных отходов. Температура, присутствующая при прессовании, способствует оплавлению поверхности брикетов, которая благодаря этому становится более прочной, что немаловажно для транспортировки брикета. Различают 3 основных типа брикетов: прямоугольные, 4- или 6-гранные брикеты (за счёт термической обработки имеют характерный чёрный или тёмно-коричневый цвет наружной поверхности). Брикеты отличаются стойкостью к механическим повреждениям, высокой влагостойкостью и калорийностью, длительным временем горения.

Биоуголь обычно получают в процессе нагревания древесины, стеблей растений или других органических материалов без доступа кислорода. Наиболее распространённый способ получения биоугля – пиролиз. В последние годы возрастает интерес к применению технологии отжига биомассы (торрефакция), которая позволяет получать биотопливные гранулы с высоким объёмным теплосодержанием. В США такая технология была применена впервые в 2008 компанией «Integro Earth Fuels».

Наво з – вид твёрдого биотоплива животного производства. Благодаря сбраживанию определённых бактерий с навозом и сушке, получают товар горения, который прессуется в блоки и используется как топливо для тепловых электростанций. Высушенный навоз – кизяк (название происходит от тюркского, казахского тезек) использовался и иногда используется теперь в качестве топлива (например, для сжигания в печи у тюркских народов для обогрева или приготовления пищи), а также для построения жилищ.

Газообразное топливо

Сырьём для производства биогаза могут служить навоз, птичий помёт, зерновая и мелассная послеспиртовая барда, пивная дробина, свекольный жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки, каныга), трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов (солёная и сладкая молочная сыворотка), отходы производства биодизеля (технический глицерин от производства биодизеля из рапса), отходы от производства соков (жом фруктовый, ягодный, овощной, виноградная выжимка, водоросли), отходы производства крахмала и патоки (мезга и сироп), отходы переработки картофеля, производства чипсов (очистки, шкурки, гнилые клубни, кофейная пульпа). Кроме этого, биогаз можно производить из специально выращенных энергетических культур, например из силосной кукурузы или сильфия, а также из водорослей.

Свалочный газ – одна из разновидностей биогаза. Получается на свалках из муниципальных бытовых отходов, что позволяет эффективно решить проблему замусоренности крупных городов и существенно улучшить экологическую обстановку.

Одной из главных задач биогазовых станций (помимо получения электрической и тепловой энергии) является переработка отходов, получение удобрений, улучшение экологической обстановки окружающей среды. Технология производства биогаза (метанового брожения) осуществляется в аппарате (метантенк), включающим загрузчик сырья, реактор, мешалки, газгольдер, систему смешивания воды, систему отопления, газовую систему, насосную станцию, сепаратор, приборы контроля. Биомасса (отходы или зелёная масса) периодически подаётся с помощью насосной станции или загрузчика в реактор. Реактор представляет собой подогреваемый и утеплённый резервуар (железобетон или сталь с покрытием), оборудованный мешалками. В реакторе живут полезные бактерии, питающиеся биомассой. Для поддержания жизни бактерий требуется подача корма, подогрев до 35–38 о С и периодическое перемешивание. Образующийся биогаз скапливается в хранилище (газгольдере), затем проходит систему очистки и подаётся к потребителям (котёл или электрогенератор). Реактор работает без доступа воздуха, герметичен и неопасен. Для сбраживания некоторых видов сырья в чистом виде требуется особая технология, например переработка по одностадийной технологии без химических добавок, но при коферментации (смешивании) с другими видами сырья, например с навозом или силосом.

Состав и качество биогаза: 50–87% метана, 13–50% CO2. незначительные примеси H2 и H2 S. После очистки биогаза от СО2 получается биометан – полный аналог природного газ а, отличие только в происхождении. Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья. Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50–65 м³ биогаза с содержанием метана 60%, из различных видов растений 150–500 м 3 биогаза с содержанием метана до 70%. Максимальное количество биогаза можно получить из жира – 1300 м³ с содержанием метана до 87%. Основная задача биогазовых станций – это переработка отходов, получение удобрений, улучшение экологической обстановки окружающей среды, и только потом – получение электрической и тепловой энергии.

Биогаз используют в качестве топлива для производства электричества, тепла или пара или в качестве автомобильного топлива (например, фирмы « Volvo » и « Scania » производят автобусы с двигателями, работающими на биогазе). Биогазовые установки могут устанавливаться как очистные сооружения на фермах, птицефабриках, спиртовых заводах, сахарных заводах, мясокомбинатах. Биогазовая установка может заменить ветеринарно-санитарный завод, т. е. падаль может утилизироваться в биогаз вместо производства мясо-костной муки. Среди промышленно развитых стран ведущее место в производстве и использовании биогаза по относительным показателям принадлежит Дании (до 18% в её общем энергобалансе). По абсолютным показателям по количеству средних и крупных установок ведущее место занимает Германия (8000 тыс. штук). В Западной Европе не менее половины всех птицеферм отапливаются биогазом. В Индии, Вьетнаме, Непале и других странах строят малые (односемейные) биогазовые установки. Получаемый в них газ используется для приготовления пищи. Китай на сегодняшний день является мировым лидером по внедрению технологии производства биогаза. Суммарный выпуск биогаза в стране составляет 14 млрд м 3 /год. По мнению экспертов, при сохранении текущих темпов роста биогазовой индустрии (а это практически ежегодное удвоение рынка) Китай выйдет в мировые лидеры по производству биогаза уже к 2020 году.

Биоводород – водород, полученный из биомассы термохимическим, биохимическим или другим способом. При термохимическом методе биомассу нагревают без доступа кислорода до температуры 500–800 о C (для отходов древесины), что намного ниже температуры процесса газификации угля. В результате процесса выделяется H2. CO и CH4. Биоводород можно получать термомеханическим способом из отходов древесины, однако себестоимость данного метода пока слишком высока. В биохимическом процессе водород вырабатывают различные бактерии, например Rhodobacter spheriodes, Enterobacter cloacae. Возможно применение различных ферментов или энзимов [от лат. fermentum – закваска; обычно белковые молекулы или их комплексы, ускоряющие (катализирующие) химические реакции в живых системах] для ускорения производства водорода из полисахаридов (крахмал, целлюлоза), содержащихся в биомассе. Процесс проходит при температуре 30 о C и нормальном давлении. Водород может производить группа зелёных водорослей, например Chlamydomonas reinhardtii. Водоросли могут производить водород из морской воды или канализационных стоков.

Разрабатывается проект получения биоводорода микробиологическим путём с использованием принципов, аналогичных тем, которые используются для получения биогаза. Методом бутилового брожения сахарозы или крахмала с 1 тонны мелассы можно получить до 140 м 3 водорода, 1 тонны стеблей сладкого сорго – 50 м 3. 1 т картофеля – 42 м 3 .

Применение водорода на транспорте и в энергетике в настоящее время ограничено отсутствием развитой инфраструктуры, ограничиваясь созданием концептуальных моделей водородных автомобилей и техники, работающей на топливных водородных элементах. Усложняют возможность использования водорода в качестве топлива и проблемы безопасности: водород может создавать с воздухом взрывоопасную смесь – гремучий газ; сжиженный водород обладает исключительными проникающими свойствами, требуя применения особых материалов.

Синтез – газ (сигаз) – смесь газов, главными компонентами которой являются СО и Н2 ; используется для синтеза разных химических соединений. В настоящее время синтез-газ обусловлено конверсией природного газа либо нефтепродуктов (от лёгкого бензина – нафты до нефтяных остатков) и лишь в небольших масштабах химической переработкой древесины, а также газификацией углей. В зависимости от применяемого сырья и вида конверсии (водяным паром или нестехиометрическим количеством О2 ) соотношение компонентов в газовой смеси изменяется в широких пределах. Синтез-газ получают также наряду с целевым продуктом ацетиленом при окислительном пиролизе природного газа.

Историческая справка

Первые шаги к созданию биотоплива предпринимались с появления бутанола (бутилового спирта). Тогда использовался процесс ферментации с участием бактерии Clostridium acetobutylicum, называемый также ABE-процессом по названию трёх конечных продуктов брожения – ацетона, бутанола и этанола. Огромное значение в развитии биотоплива сыграла автопромышленность. Уже в 1826 американский изобретатель С. Мори создал двигатель, топливом для которого служили спирт и скипидар. Было доказано, что растительное масло вполне можно употреблять в качестве горючего для паровых машин и пароходов. В 1876 немецкий изобретатель Н. Отто создал первый в мире четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, работавший на этаноле. Различными модификациями этого двигателя мы пользуемся до сих пор. Создавались и ещё более необычные проекты. Например, в 1895 Р. Дизель предложил тип дизельного мотора, основанного на использовании арахисового масла. Г. Форд был настолько уверен в будущем спиртовых автомобилей, что даже построил на Среднем Западе США спиртоперегонный завод, куда вложил немалые средства. Во время Первой мировой войны автомобили большинства стран мира использовали этанол в качестве топлива наряду с бензином.

В 17 веке Я. Б. ван Гельмонт обнаружил, что разлагающаяся биомасса выделяет воспламеняющиеся газы. А. Вольта в 1776 пришёл к выводу о существовании зависимости между количеством разлагающейся биомассы и количеством выделяемого газа. В 1808 сэр Г. Дэви обнаружил метан в биогазе. Первая биогазовая установка была построена в Бомбее в 1859. В 1895 биогаз применялся в Великобритании для уличного освещения. В 1930, с развитием микробиологии, были обнаружены бактерии, участвующие в процессе производства биогаза. В СССР исследования проводились в 1940-х гг.; в 1948–54 была разработана и построена первая лабораторная установка. Наблюдается устойчивая тенденция использовать биогаз для решения самых разнообразных энергетических вопросов: отопления жилья, получения электричества, производства надёжного автомобильного топлива. В то же время механизмы его производства постоянно совершенствуются, разрабатываются новые, более практичные и экономные способы получения качественного топлива.

Тенденции развития мирового рынка биотоплива

Движущими факторами для распространения биотоплива являются угрозы, связанные с энергетической безопасностью, изменением климата и экономическим спадом. Распространение производства биотоплива по всему миру нацелено на увеличение доли потребления экологически чистого топлива, особенно на транспорте; снижение зависимости от импортируемой нефти для многих стран; снижение выбросов парниковых газов; развитие экономики. Биотопливо является альтернативой традиционным видам топлива, получаемым из нефти. Мировыми центрами производства биотоплива в 2014 являются США, Бразилия и Европейский Союз. Самый распространённый вид биотоплива – биоэтанол, его доля составляет 82% всего производимого в мире топлива из биологического сырья. Ведущими его производителями являются США и Бразилия. На 2-м месте находится биодизель. В Европейском Союзе сосредоточено 49% производства биодизеля. В долгосрочной перспективе постоянно растущий спрос на биотопливо со стороны наземного, воздушного и морского транспорта может сильно изменить сложившуюся ситуацию на мировом рынке энергоносителей. Использование сельскохозяйственного сырья для производства жидкого биотоплива и рост объёмов его производства обусловили спрос на сельскохозяйственную продукцию, что повлияло на цены продовольственных культур, используемых при производстве биотоплива. Объём производства биотоплива второго поколения продолжает расти, и к 2017 мировое производство биотоплива второго поколения должно составить 10 млрд. литров. Мировое производство биотоплива к 2017 должно увеличиться на 25% и составить ок. 140 млрд. литров. В Европейском Союзе основная часть производства биотоплива приходится на биодизель, производимый из семян масличных культур (рапса). По прогнозам, в странах Евросоюза будет расширяться производство биоэтанола из пшеницы и кукурузы, а также сахарной свёклы. В Бразилии, как ожидается, производство биоэтанола будет продолжать расти ускоренными темпами и достигнет к 2017 примерно 41 млрд. литров. В целом, производство биоэтанола и биодизеля, согласно прогнозу, к 2017 будет возрастать быстрыми темпами и составит 125 и 25 млрд. литров соответственно. Начался быстрый рост производства биотоплива в Азии. По данным на 2014, Китай находится на третьем месте по производству биоэтанола, и ожидается, что это производство будет расти в течение следующих десяти лет более чем на 4% в год. В Индии производство биоэтанола из мелассы, согласно прогнозам, будет увеличиваться более чем на 7% в год. При этом расширяется производство биодизеля из новых культур, таких как ятрофа.

По прогнозам Мирового энергетического агентства (МЭА), нехватка нефти в 2025 будет оцениваться в 14%. По данным МЭА, если даже общий объем производства биотоплива (в том числе биоэтанола и биодизеля) к 2021 составит 220 млрд. литров, то его производство покроет лишь 7% мировой потребности в топливе. Темпы роста производства биотоплива намного отстают от темпов роста потребности в них. Происходит это из-за наличия дешёвого сырья и недостаточного финансирования. Массовое коммерческое использование биотоплива будет определяться достижением ценового равновесия с традиционными видами топлива, получаемыми из нефти. По прогнозам учёных, доля возобновляемых источников энергии к 2040 достигнет 47,7%, а биомассы – 23,8%.

При существующем уровне развития технологий, производство биотоплива будет составлять небольшую часть глобальных поставок энергии, цены на энергию будут оказывать влияние на стоимость сельскохозяйственного сырья. Биотопливо может по-разному воздействовать на продовольственную безопасность – рост цен на сырьевые товары, обусловленный производством биотоплива, может нанести ущерб импортёрам продовольствия, с другой стороны, стимулировать внутреннее сельскохозяйственное производство мелкими фермерскими хозяйствами.