Ваше сообщение отправлено. Мы Вам перезвоним!
Вторая индустриализация России

Перезвоните мне!

Закрыть
Главная » Все статьи на сайте » Статьи на общие темы » Биотопливо, виды, распространение, производство и применение

Биотопливо, виды, распространение, производство и применение

  • Array

Биотопливо, виды, распространение, производство и применение.

 

Ознакомиться с концепциейНовинки технологийФорумТаблица Менделеева

 

Биотопливо – это топливо, получаемое из биомассы (животного или растительного сырья, а также из биологических отходов) в результате проведения термохимической или биологической реакции.

 

Биотопливо как альтернативный источник энергии

Классификация биотоплива

Виды биотоплива: топливные брикеты, топливные гранулы, горючий торф, древесная щепа, биоуголь, дрова, биоэтанол, биометанол, биодизель, диметиловый эфир, биогаз, биоводород

Влияние использования топлива биологического происхождения на экологию

 

Биотопливо как альтернативный источник энергии:

Перед человечеством всегда остро стоял вопрос поиска дешевых источников энергии, получение которых не требовало чрезмерных затрат. Проблема использования энергоносителей, особенно обострилась в XX веке, когда стало ясно, что бездумное сжигание углеводородов приведет к дальнейшему снижению их земных запасов. Ученые пришли к выводу, что запасы нефти и газа со временем иссякнут, а затраты на разработку новых месторождений существенно возрастут, поскольку придется привлекать больше техники и производственных мощностей. В этот период значительно ухудшилась экология, болезненно реагирующая на исчезающий лесной покров и продолжающееся загрязнение атмосферы, недр и воды.

Возросла актуальность поиска альтернативных источников тепловой энергии, которые могли бы заменить природный газ и нефть. И таким эффективным направлением, наряду с солнечной энергетикой, ветроэнергетикой стало использование энергоносителей биологического происхождения (биотопливо).

Под топливом биологического происхождения (биотопливом) следует понимать продукт, синтезируемый из животного, либо растительного сырья, а также из биологических отходов, который при определенном воздействии, выделяет тепловую энергию.

Среди других формулировок определения биотоплива встречается также и следующее: «Биотопливо – это топливо, получаемое из биомассы в результате проведения термохимической или биологической реакции».

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

 

Классификация биотоплива:

Топливо биологического происхождения классифицируется в зависимости от агрегатного состояния и по принадлежности сырья к одному из трех поколений.

К сырью 1-го поколения относятся классические сельскохозяйственные культуры, например: сахарная свёкла.

Отличительной особенностью культур, относящихся к сырью 1-го поколения, является максимальное наличие в их составе крахмалов, сахаров и жиров. Крахмалы и сахара после многоступенчатой переработки превращаются в биоэтанол, жиры в биодизель. Транспортное биотопливо в основном получают из сырья 1-го поколения.

К сырью 2-го поколения относятся древесина, трава и непищевые остатки культивируемых растений, содержащие целлюлозу или лигнин.

Типичным представителем сырья 2-го поколения являются простейшие водоросли, растения рыжик и ятрофа с предельным содержанием масла. Выращивание культур второго поколения требует меньших затрат, нежели первого поколения. Такое растительное сырьё можно с большим эффектом сжигать, получать биогаз, разлагать в термической реакции пиролиза. Недостатком сырья второго поколения является необходимость иметь большие площади культивируемых культур.

К сырью 3-его поколения относятся быстрорастущие водоросли с максимальным содержанием масла.  Данные культуры культивируются в искусственных водоемах.

 

Виды биотоплива:

С учетом агрегатного состояния – топливо биологического происхождения может быть в жидком, твердом или газообразном состоянии.

Наиболее распространенной формой биотоплива, безусловно, является твердая биомасса.

Твердая масса представлена в виде топливных брикетов и гранул, горючего торфа, биоугля, древесной щепы и дров.

Жидкое (моторное) топливо – продукт переработки растительного сырья, который обеспечивает работу двигателей внутреннего сгорания. Сюда относится: биоэтанол, биометанол, биодизель, биобутанол, диметиловый эфир.

В газообразном состоянии биотопливо представлено биогазом и биоводородом.

 

Топливные брикеты:

Для получения топливных брикетов из биологических отходов широко используется технология переработки птичьего помёта и навоза. Данная биомасса предварительно высушивается и прессуется в брикеты. В последующем подготовленные топливные брикеты используются для обогрева жилых помещений и заводских цехов.

 

Топливные гранулы:

Топливные гранулы получают из древесных отходов, скорлупы ореха,  подсолнуховой лузги, опилок, коры и щепы. На начальном этапе переработки, биомасса, измельченная до муки, поступает в сушилку, затем под пресс. В условиях повышенного давления и высокотемпературной среды выделяется природный полимер лигнин, который проявляет клеящие свойства. На выходе получаются топливные цилиндрики, имеющие минимальный процент зольности (не более 3 %).

 

Горючий торф:

Технология получения горючего торфа особой сложностью не отличается. Добытый торф доставляется на перерабатывающий завод, где просеивается, просушивается, а затем прессуется в брикеты. Впоследствии торфяные брикеты используются при обогреве загородных домов и производственных помещений.

 

Древесная щепа:

В европейских странах налажено производство древесной щепы, которая является продуктом сжигания на местных ТЭЦ. Выработка щепы выполняется на лесозаготовках с помощью шредеров (специальных рубильных машин). Сырьем для производства щепы выступают остатки коры, сучьев, пней, мелких веток.

 

Биоуголь:

Биоуголь – конечный продукт нагревания древесины и растительных остатков без доступа кислорода. Химический процесс отжига древесины получил название пиролиза. На Западе активно практикуется технология торрефакции (отжига древесной массы) на выходе которой получаются биотопливные гранулы с максимальным объемным теплосодержанием.

 

Дрова:

Дрова сегодня считаются одним из самых популярных видов топлива биологического происхождения. Для получения больших объемов дров высаживаются энергетические лесные массивы, с которыми ассоциируются быстрорастущие леса, кустарники и травы (акация, тополь, кукуруза). Посадку биотехнологических культур, как правило, выполняют в шахматном порядке или квадратно-гнездовым способом. Нередко, практикуется высадка в междурядье деревьев других сельскохозяйственных быстрорастущих культур (комбинированный способ). От момента посадки до полного среза деревьев или растительных культур должно пройти не менее 4-6 лет. В развитых странах мира практикуется обслуживание целых плантаций быстрорастущего тополя и ивы. В Северной Индии выделены огромные площади для высадки эвкалипта и тополя. Главной целью данных мероприятий является получение больших объемов экологически чистого и энергоемкого топлива для обогрева жилищ и закрытых производственных площадок.

 

Биоэтанол:

Биоэтанол является классическим биотопливным заменителем бензина, который занимает лидирующие позиции в перечне моторных топлив биологического происхождения. Основная сфера применения биоэтанола – топливо для работы двигателей автомобилей, однако в последние годы продукт используется в качестве биотоплива для домашних каминов.

В смеси с бензином, биоэтанол имеет множество достоинств: повышает мощность двигателя, не перегревает его во время работы, не образует нагара и сажи, не выделяет дым.

При использовании в качестве топлива для каминов биоэтанол демонстрирует лучшие экологические качества, нежели обычные дрова: выделяет минимум углекислоты, не дает сажи и дыма. Как топливо для каминов биоэтанол используется даже в многоквартирных домах.

Для получения этанола берется сырьё, содержащее крахмал, сахар или целлюлозу, причем последний вариант считается наиболее экономически оправданным.

Крахмал или сахар содержится в кукурузе, картофеле, батате, ячмене, сахарной свекле, зерновых, сахарном тростнике. Производство этанола из сахарного тростника более выгодно, чем из кукурузы.

На данный момент известно два способа получения биоэтанола: спиртовое брожение (микробиологический способ) и гидратация этилена (синтетический способ).

При проведении реакции брожения получается 15%-раствор биоэтанола, который впоследствии проходит несколько этапов очистки и концентрирования посредством дистилляции.

В промышленных масштабах биоэтанол получают в процессе гидролиза из целлюлозосодержащего сырья (древесные опилки, солома). Полученную смесь впоследствии подвергают спиртовому брожению.

 

Биометанол:

Биометанол применение в качестве моторного топлива для двигателей внутреннего сгорания. Общая доля использования продукта в качестве топлива для легковых и грузовых автомобилей составляет 20 %. На базе биометанола сегодня создана уникальная угольная суспензия «метакол», которая является альтернативой применения топочного мазута, но в отличие от него обладает более высокой энергоемкостью и не требует использования специальных котлов. Среди ярких достоинств данного продукта, следует выделить: малый выброс углекислого газа в атмосферу и возможность утилизировать органические отходы. К недостаткам необходимо отнести: наличие бесцветного пламени, что может создавать аварийную ситуацию и травление внутренних полостей карбюраторов и алюминиевых систем.

Технология производства биометанола на данный момент четко не отлажена. Перспективным направлением является процесс получения продукта из фитопланктона, посредством биохимического преобразования исходного сырья. Процесс преобразования включает брожение биомассы, а затем прямое окисление метана.

Преимущества данной технологии очевидны: не требуется пресная вода и почва. Фитопланктон имеет хорошую энергетическую отдачу и обладает высокой продуктивностью.

Сфера применения биометанола не ограничивается автомобильной отраслью – продукт также широко используется в химической промышленности для получения метиламинов, формальдегидов, растворителей, его добавляют в антифризы и природный газ.

 

Биодизель:

Биодизель – продукт биологического происхождения на основе животных и растительных жиров (масел), а также их производных.

Биодизель обладает множеством достоинств:

а) отличные смазочные качества продукта позволяют существенно продлить срок эксплуатации двигателей внутреннего сгорания;

б) полностью распадается при попадании в почву, не причиняя вреда животным и растениям;

в) не содержит серы в отличие от дизельного топлива;

г) позволяет вводить в оборот ранее неиспользуемые низкокачественные земли сельскохозяйственного назначения;

д) остаточный компонент производства биодизеля – жмых можно в дальнейшем использовать в качестве корма для скота.

Для производства биодизеля в разных странах мира используется рапс и его разновидности, соя, касторовое, кокосовое и пальмовое масло, растение ятрофа из семейства молочайных.

В последние годы учеными ведутся работы по совершенствованию технологии получения биодизеля из водорослей. Эксперты подсчитали, что с одного акра земли можно получить 2400 литров пальмового масла, а с водной поверхности – 3570 баррелей бионефти (где один баррель приравнивается к 150 литрам).

 

Диметиловый эфир:

Диметиловый эфир – отождествляется с топливом биологического происхождения, который отвечает всем требованиям экологически чистого продукта, не требующего дополнительных этапов очисток. Автомобили с двигателями внутреннего сгорания, работающие на диметиловом эфире, производит отечественный флагман автомобилестроения «КАМАЗ», китайский производитель «SAIC Motor», европейские корпорации «Volvo» и «Nissan».

 

Биогаз:

Биогаз, чаще всего выступает заменителем природного газа и представляет собой смесь метана и углекислого газа. Из биогаза можно также получать электрическую энергию или использовать готовый продукт в качестве топлива. Технология производства биогаза предусматривает расщепление сложных органических соединений под влиянием бактерий. Данный процесс получил название метанового брожения. Конечным продуктом метанового брожения является биогаз и органическое удобрение.

Сырьем для промышленного производства биогаза служит широкий перечень органических отходов:

— сладкая/соленая молочная сыворотка;

— отходы от производства биодизеля;

— виноградная выжимка, жом овощной и фруктовый;

— отходы переработки картофеля;

— отходы получения крахмала и патоки;

— отходы производства чипсов;

— отходы рыбного и забойного цехов;

— пивная дробина;

— фекальные осадки;

— зерновая барда;

— птичий помёт и навоз.

Биогаз можно также получать из силосных культур и водорослей. Одним из способов получения биогаза является сбор свалочного газа. Правильная организация сбора свалочного газа позволяет улучшить экологическую ситуацию в крупных городах.

Ключевой задачей биогазовых станций является улучшение экологии окружающей среды за счет переработки разлагающихся отходов с последующим получением органических удобрений. Только после выполнения вышеперечисленных задач ставится цель получения доступной электрической и тепловой энергии.

Биогазовые установки возводятся на птицефабриках, мясокомбинатах, водочных производствах и имеют статус высокоэффективных очистных сооружений. Современная биогазовая станция вполне может заменить санитарно-ветеринарный завод, который вместо переработки падали в мясокостную муку будет производить биогаз. В нынешних реалиях не менее половины птицеферм Европы отапливаются биогазом. Из одной тонны навоза КРС можно получить до 65 кубометров биогаза. Некоторые крупные автопроизводители Европы уже наладили сборку автобусов, работающих на биогазе.

 

Биоводород:

Биоводород – газообразный продукт, полученный из биомассы биохимическим или термохимическим способом.

При биохимическом способе воздействия – процесс расщепления биомассы инициируют особые бактерии. При термохимическом способе биомассу нагревают до 800°С без доступа кислорода. В ходе реакции из биомассы выделяется H2, CO и CH4.

Водород также могут производить из канализационных стоков или морской воды отдельные виды зеленых водорослей (к примеру, Chlamydomonas reinhardtii).

В промышленных масштабах применение водорода ограничено, поскольку при взаимодействии с воздухом образуется гремучая смесь, которая крайне взрывоопасна.

 

Влияние использования топлива биологического происхождения на экологию:

Во многих странах мира возрастает спрос на топливо биологического происхождения. В погоне за выгодой большинство поставщиков деревянных гранул наращивают объемы торговли, тем самым способствуя вырубке лесов и других зеленых насаждений.

Интригой до сих пор остается вопрос углеродной нейтральности биоэнергетики – ученые спорят, существует ли риск добавления СО2 в атмосферу или доля таких выбросов не повлияет на природный баланс.

В некоторых странах Азии из-за непродуманных действий правительства, в связи с изъятием сельскохозяйственных земель из оборота, и выделением их под энергетические культуры ощущается острая нехватка продовольствия.

 

Примечание: © Фото //www.pexels.com, //pixabay.com

 



Ознакомиться с концепциейНовинки технологийФорумТаблица Менделеева



карта сайта

[related_]

биотопливо для камина купить своими руками в домашних условиях альтернативная энергия для биокаминов цена как сделать примеры презентация
виды ооо производство переработка поколения технология установка минусы плюсы использование получение биотоплива заводы в россии москва из отходов для автомобилей из водорослей
альтернативное твердое жидкое биотопливо спб домашних без дымохода как источник энергии

 

Еще технологии:

comments powered by HyperComments