Виробництво біопалива: можливі джерела сировини і технологія

І нафту, і газ вважаються непоправними ресурсами, оскільки відновлення їх запасів займає цілі геологічні епохи. Сьогодні ми досліджуємо ті можливості, до яких починають придивлятися основні споживачі енергоресурсів: виробництво біопалива з деревних відходів, рослинної сировини і навіть каналізаційних стоків.

На фото – пелети, вид біопалива з деревини, завойовує популярність в нашій країні.

Що це таке

Якщо коротко – це та органіка, яка:

Обходиться дешево;
Може горіти з виділенням великої кількості тепла.

У цю категорію потрапляють найрізноманітніші речовини:

Рідке біопаливо представлено етиловим, бутіловим і метиловим спиртами, диметилового ефіру та біодизелем – горючими органічними жирами.

Корисно: назва походить від основного споживача – дизельних двигунів.
Дизель здатний працювати на жирах так само, як двигун внутрішнього згоряння – на спиртах, горючих газах і ефірі.
Власне, правильна назва дизпалива – соляровое масло. При нормальному тиску і кімнатній температурі домогтися його займання досить важко.

тверде біопаливо – це і звичні нам дрова, і пелети – паливні гранули з тирси, і торф'яні брикети, і навіть солома і тріска.
Газоподібні види біопалива – метан, водень і так званий біогаз – суміш метану і CO2, що виділяється при бродінні органічних відходів.

У цих цистернах органічні відходи перетворюються бактеріями в біогаз.

Навіщо це потрібно

Старе прислів'я «поки грім не вдарить, мужик не перехреститься» вичерпно описує ситуацію з використанням викопних енергоресурсів нинішньої цивілізацією. Видобуток і переробка нафти забезпечує надприбутки, відмовлятися від яких в ім'я туманних ідей екології та світлого майбутнього ніхто не поспішає.

Автомобілі так само, як і сто років тому, палять літрами бензин; ТЕЦ працюють на мазуті; всі перспективні розробки в області розробки альтернативних джерел енергії скуповуються великими корпораціями і лягають під сукно; проекти, які не вдається купити, усіма силами дискредитуються.

Однак не потрібно бути семи п'ядей у чолі, щоб зрозуміти, що нафтове достаток триватиме недовго. Світові запаси нафти закінчаться в найближчі півстоліття, і людство зіткнеться з неминучим енергетичним голодом.

Виходи з передбачуваного тупика очевидні:

Використання для отримання енергії відновних ресурсів – геотермальної енергії, сонця (див. Сонячне опалення) і вітру. Ідея хороша; але є кілька «але».
Енергетичні установки всіх відповідних типів дуже дороги; вітряки та геліосистеми, крім того, займають величезні площі, а їх ефективність непередбачена – все визначається погодою.
Крім того, накопичену енергію важко, умовно кажучи, взяти з собою в дорогу: існуючі акумулятори при розумній масі забезпечують автомобілям занадто маленький пробіг, непорівнянний з традиційними машинами на бензині.

Пейзаж, типовий для Німеччини, де державна стратегія розвитку передбачає використання енергії з екологічно чистих джерел.

Пошук альтернативних джерел високопотенційне енергії. Найглобальнішим з доступних громадськості є проект споруджуваного у Франції ІТЕР – експериментального термоядерного реактора.
Однак поки що термоядерна енергетика не може вирішити базову проблему: витрати енергії на утримання плазми в магнітній пастці майже не поступаються корисного виходу існуючих прототипів реакторів.
Відкриття в області холодного термоядерного синтезу успішно закидані банановою шкіркою під помахи диригентської палички нафтових корпорацій.
Інші альтернативні джерела енергії, періодично згадуються в пресі, поки що далекі від практичного втілення – то чи через свідомої інформаційної блокади, то чи через інертність мислення державних структур. Причому не тільки російських.
Третій шлях не означає ніяких революцій в технології і, відповідно, в економіці. Автомобілі як і раніше використовують дизеля і двигуни внутрішнього згоряння; ТЕЦ так само коптять небо.
Але в топках і циліндрах горить паливо, відтворення якого займає не мільйони років, а лічені роки – продукти переробки рослинної і тваринної сировини.

Гріх сперечатися: палити ліс в топці – варварство. Хороша новина – в тому, що багато видів дерев ростуть дуже швидко.

темпи впровадження

Яка динаміка виробництва біопалива? Як росте його споживання?

У 2007 році сумарний обсяг виробленого в усьому світі рідкого біопалива склав 54 мільярди літрів. Якщо оцінювати літраж споживання, втім, цифри не виглядають настільки вже переконливо: це всього 1,5 відсотка від загального споживання рідкого палива всіх типів.

Цікаво, що на той момент здебільшого виробленого біопалива був етанол: 46 мільярдів літрів. Найбільші виробники – США і Бразилія. На їх частку припало 95% світового виробництва.

До 2010 року, проте, частка цих країн знизилася до 90%, а загальне виробництво рідкого біопалива виросло до 105 мільярдів літрів. 86 з них – етиловий спирт, інше – біодизель.

Європа ставить за мету до 2020 року перевести на альтернативні джерела енергії 10% транспорту. У Швеції існує три сотні заправок, де можна заправляти дизельні машини … сосновим маслом. 8 березня 2013 роки був виконаний перший трансатлантичний авіарейс на біопаливі.

Наведемо голі факти без будь-якої їх оцінки.

Експорт Росією біопалива (перш за все соломи, макухи і тріски) на 2010 рік склав 2,7 мільйона тонн. При цьому в країні споживалося всього 20% від виробленого біопалива всіх типів.
До кінця 2013 року в Росії планується запустити 50 електростанцій на біогазі. Сумарна потужність всіх, проте, складе всього 120 мегават.
Для порівняння – сумно прославилася електростанція Фукусіма в Японії на момент аварії мала сумарну потужність шести енергоблоків в 4,7 гігават.

Загальну тенденцію показує графік. Власне, у людства просто немає альтернатив.

Зворотній бік

Зрозуміло, жодне явище в сучасному світі не може бути тільки позитивним або негативним. У чому підступ в разі біопалива?

Тіньова сторона його виробництва стосується, перш за все, використання рослинної сировини.

Величезні площі, зайняті так званими енергетичними (призначеними для спалювання) лісами, кукурудзою для виробництва етанолу, рапсом, з якого вичавлюють олію для дизелів, віднімаються у виробників харчової продукції.

За оцінкою експертів, загальна кількість голодуючих у світі в найближче десятиліття зросте до 1,2 мільярда людей саме через зростаючого попиту на біопаливо.

Нюанс: виробництво метану, водню і біогазу з відходів – той рідкісний випадок, коли ні екології, ні економіці країн – виробників не наноситься ніякої шкоди.

Нікому не відомий художник дуже наочно показав користь від переробки біологічних відходів.

методи виробництва

Давайте полюбопитствуем, як виробляються найбільш популярні види палива з рослинної сировини. Перерахувати все застосовуються технології в рамках однієї статті неможливо, тому торкнемося самих ходові типи пального.

Так називаються паливні гранули з пресованої тирси, які дозволяють автоматизувати подачу палива в котел і дають при згорянні трохи більше тепла в порівнянні з дровами.

Їх виробництво не вимагає складного обладнання; проте будувати міні-завод по їх виготовленню своїми руками явно не варто.При усталеному рівні цін на пелети і на необроблену паливну деревину виробництво може окупити себе лише при великих обсягах.

Як працює установка з виробництва біопалива цього типу?

Колода очищаються від кори на корувальна верстаті.
Щепорубочная машина перетворює їх в дрібну тріску.
Молоткова млин перетворює тріску в найдрібніші тирсу.
Тирса просіваються, нерозмелені тріска видаляється.
Барабанна сушарка видаляє з тирси зайву вологу.
Нарешті, прес перетворює їх в гранули.
Фізико-хімічні зміни, що роблять гранули міцними, відбуваються при їх охолодженні. Негранульовані тирса відсіваються і відправляються на повторну переробку.

Більш популярно, проте, виробництво пелет не по повному циклу, а з готовою тріски або тирси.

Відходи деревообробки – оптимальне сировину для виробництва пелет.

Що це таке – ми вже згадували на початку статті. Як працює завод з виробництва біопалива зі звичайного рослинного масла?

Суть виробництва – у видаленні з рослинного жиру молекул гліцерину, що додає йому неприпустиму в двигунах в'язкість, і заміщення його молекулами спирту. Правильна назва цього процесу – етерифікація.

Інструкція по виготовленню біодизеля приблизно така:

Масло (лляне, соняшникова, рапсова – це байдуже) змішується зі спиртом (етиловим або метиловим) і каталізатором – відповідно етиловим або метиловим ефіром. Суміш ретельно перемішується.
Відстояна суміш розшаровується. У верхній частині ємності залишається власне біодизель – текуча рідина кольору меду, знизу більш в'язкий і темний гліцерин. Між ними – шар готового до застосування рідкого мила, яке теж можна використовувати.
Останній етап – осушення (в рослинному маслі досить великий вміст води). Для цього в біодизель додається сульфат магнію, який поглинає воду; потім він фільтрується звичайним тонким механічним фільтром.

Ціна отриманого продукту визначається, перш за все, собівартістю рослинної сировини. Закуповувати рослинне масло заради виробництва дизпалива – ідея, щонайменше, дивна хоча б тому, що соляровое масло коштує куди дешевше.

Корисно: біодизель більш хімічно агресивний в порівнянні з соляровим маслом. Він скорочує ресурс сальників, гумових прокладок, досить швидко забиває паливні фільтри і вже тому є джерелом енергії, скажімо так, неоднозначним.

Схема виробництва біодизеля з ріпаку по повному циклу.

Устаткування для виробництва біопалива цього типу являє собою досить продуктивний і ефективний … самогонний апарат. Сама технологія виробництва мало змінилася за останні десятиліття, хіба що асортимент сировини помітно розширився.

Знаменитий Остап Бендер говорив змученим сухим законом американцям, що гнати самогон можна навіть зі звичайної табуретки, і пропонував поділитися рецептом табуретовкі.

З чого виробляють етанол для технічних потреб без малого через століття після описаної в «Дванадцяти стільцях» епопеї?

Велика частина біоетанолу виробляється, як уже говорилося, в Бразилії – з цукрової тростини і в США – з кукурудзи. Очевидно, уроки Остапа запам'яталися і знайшли застосування в державному масштабі.
Бульби маніока, рослини, яке у великих кількостях вирощують Китай, Таїланд і Нігерія – теж дуже перспективне сировину. Головна його перевага – простота і технологічність виробництва, а раз так – то і дешевизна.
Якщо вірити Вікіпедії, вартість виробництва з маніоки спирту, відповідного по паливній ефективності барель (159 літрів) нафти – всього 35 доларів. Барель сирої нафти на світовому ринку коштує приблизно втричі дорожче.

Вироблений з цих бульб спирт набагато дешевше сирої нафти

Нарешті, целюлоза, одержувана з тирси, соломи та інших відходів деревно-рослинного походження – джерело біоетанолу майже невичерпний.
Однак через відносну складність виробництва в даний час він вважається економічно невиправданим.

Що ж, почекаємо подальшого зростання цін на нафту. Можливо, в недалекому майбутньому і правда представиться можливість заправити машину табуретовкой …

Ну що ви, справді, після указу 1985 року в нашій країні навіть питати про таке смішно …

Подрібнену рослинну сировину з добавкою дріжджів проходить процес бродіння, в результаті чого виходить брага з вмістом спирту не більше 15 відсотків. При більшій концентрації дріжджові бактерії гинуть.
Відфільтрована брага проходить ректифікацію: нагрівається в обмеженому обсязі. При цьому легкі фракції (насамперед етанол) возгоняются першими. Потім спиртові пари конденсуються в безперервно охолоджується змійовику (або аналогічному по функціональності пристрої).

При промислових обсягах замість традиційних дріжджів використати матеріали біоінженерії – штучні ферменти глюкамілаза або амілосубтін.

Технологія з часів Остапа не змінилася.

Якщо ви обмірковуєте ідею перевести свою машину на інший вид палива – краще врахувати, що без адаптації серійний ДВС може гарантовано працювати на спирто-бензинової суміші, що містить не більше ніж 10 відсотків спирту. Втім, зустрічаються свідоцтва безпроблемної роботи двигунів і при співвідношенні 40/60.

висновок

Можливо, додаткову корисну інформацію ви зможете отримати з відео в кінці статті. Успіхів!