Наличие биологических видов топлива в энергетическом балансе каждой страны становится все более актуальным вопросом в контексте энергетической и экологической безопасности. Поэтому сельское хозяйство играет важную роль источника поставки сырья не только для пищевой промышленности, но и для энергетической отрасли. Учитывая большой аграрный потенциал Украины, можно частично обеспечить себя собственными биоэнергетическими ресурсами, что будет способствовать уменьшению зависимости от импорта энергоносителей и улучшению окружающей среды.
Лучшее понимание рынка биотоплива и перспектив его роста требует рассмотрения базовых характеристик биодизеля и растительных масел, учитывая особенности технологического процесса.
Биодизель - это тип топлива из возобновляемых источников. Его обычно производят из масличных культур, животных жиров, а также в качестве альтернативы используют масляные отходы пищевой промышленности.
В качестве сырья для производства биодизеля чаще всего используют семена рапса. До недавнего времени в севооборотах рапс занимал незначительное место - сеяли его преимущественно на технические нужды для легкой и пищевой промышленности. Сегодня эта культура имеет приоритетное значение прежде всего для сельскохозяйственных предприятий, учитывая высокую рентабельность производства.
Соняшник в Україні вирощують для використання у продовольчій галузі, а ріпак і соя потенційно можуть набути широкого технічного застосування як сировина для виробництва біопалива. У 2014 р. валовий збір ріпаку становив близько 2198 тис. т, що на 6,5% менше від досягнутого рівня в 2013 р., хоча це майже вдвічі більше, ніж у попередні проаналізовані періоди (рисунок).
Произведенные в Украине семена полностью экспортируются, незначительная их часть остается для внутреннего потребления. Так, в 2014-м экспорт рапса составил 1900 тыс. т, что соответствует около 84,3% общего предложения семян, тогда как внутренняя переработка составила лишь 6,8% (внутреннее потребление - 153 тыс. т) (таблица).
Таким образом, можно сказать, что внутренний спрос на семена рапса незначителен, поскольку для продовольственных целей используется подсолнечник, а для производства биотоплива не создано достаточно условий - экономических, технических, законодательных.
Однако повышение мировых цен на семена масличных культур и растительного масла должно способствовать и в дальнейшем расширению площадей, а также увеличению их валовых сборов. Биодизель производят с помощью химической реакции растительного масла и этанолового или метанолового спирта в процессе этерификации. Метанол распространен в использовании, поскольку сравнительно дешевле этанола (доля в процессе производства составляет 7,5%). При использовании этанола могут возникнуть некоторые трудности с отделением побочной продукции (глицерина) от биодизеля и увеличиться энергетические затраты.
По техническим признакам биодизель характеризуется как метиловый эфир олеиновой кислоты. Рапсовое масло является доминирующим сырьем в Европе для его производства. В США биодизель производят в основном из соевого масла, несмотря на то, что оно присутствует в таком количестве, как все другие растительные масла и жиры вместе взятые. В тропических и субтропических странах выращивают большое количество масличных культур, в частности для производства биодизеля используют пальмовое, кокосовое масло и ятрофу.
Где используют биодизель?
Биодизель без труда можно использовать как смесь с дизельным топливом в современных двигателях. Широкую популярность приобрела смесь биодизеля с долей 20% в дизельном топливе (В20), хотя используют и смеси с более низкой долей биодизеля - 1, 2, 5%. Чистый биодизель (В100) пользуется высоким спросом во многих странах, особенно в Германии. Однако при низких температурах он, как и смесевые топлива, влечет применение специальных антифризных средств безопасности, поскольку топливо расслаивается с образованием слоев льда. Недостатком также является гигроскопичность горючего, то есть его свойство поглощать влагу из атмосферы, что вызывает коррозию элементов топливной системы. Биодизель агрессивен по отношению к резиновым деталям, поэтому некоторые двигатели приходится видоизменять.
В целом, биодизельное топливо безопасно в использовании, поддается биологическому расщеплению. Его применение способствует уменьшению выбросов оксида углерода, углеводородов и других токсичных газов в атмосферу, улучшению смазочного свойства дизельного топлива и повышению цетанового числа к минеральному горючему.
Качество биодизеля должно соответствовать требованиям, которые прописаны стандартами и нормами. Например, в ЕС качество такого вида топлива определяет действующая с ноября 2003 года во всех странах ЕС норма EN 14214, в Германии - DIN EN 14214. Эти нормы являются основополагающими для производителей автомобилей о разрешении на выпуск двигателей, потребляющих биодизель. В Германии этот стандарт входит как техническая база в постановление правительства «О требованиях к топливу и его маркировке». Контроль качества проводится, начиная от производства до реализации, транспортировки и применения. В Германии биодизель можно продавать только того качества, которое соответствует этой норме. Соблюдение требований качества регулярно проверяют соответствующие ведомства федеральных земель. Кроме государственного контроля, в Германии создана Рабочая группа по менеджменту качества биодизеля (нем. Arbeitsgemeinschaft Qualitа..tsmanagement Biodiesel e.V. (AGQM)), члены которой осуществляют пятиступенчатый контроль системы качества биодизеля (на добровольных началах). Из имеющихся около 1900 автозаправочных станций в эту группу входит более 1300, причем качество биодизеля отслеживается от производства до потребления. Требование качества по этой системе даже выше, чем того требуют европейские нормы.
В качестве горючего используют также растительное масло, однако свойства рапсового масла по сравнению с дизельным топливом существенно отличаются, главным образом, высокой вязкостью при низких температурах. Растительное масло нельзя использовать для обычного дизельного двигателя - для этого он требует специального переоборудования или даже замены на так называемый Ельсбетт-двигатель (англ. - Elsbett engine, производное от фамилии инженера-разработчика).
По многим техническим причинам смешивать растительное масло с традиционным горючим сложно. Однако некоторые тропические растительные масла, например кокосовое, которое более насыщено, позволяется смешивать непосредственно с дизтопливом. В тропических регионах есть большой потенциал для использования смеси растительного масла с дизельным топливом без технического переоборудования двигателя. Однако производители двигателей не предоставляют гарантий работы двигателям на растительном масле. Кроме того, развитие современных двигателей ведется в направлении совершенствования систем электронного управления двигателей и регулирования процесса сгорания, которые, как правило, не пригодны для работы на растительном масле.
Как стимулировать производство биотоплива?
Для стимулирования развития производства биотоплива правительства многих стран внедряют механизмы поддержки этого направления и дальнейшего развития отрасли на кратко- или долгосрочной перспективы. Поставленные цели и ожидаемые результаты от применения биологических видов топлива отличаются от страны к стране, но в целом они объединены тройной мотивацией:
Исчерпаемостью нефти и растущей зависимостью страны от ее импорта, а также повышением цен на нефтепродукты;
Ростом выбросов углерода и других вредных веществ как главных факторов изменения климата и равновесия в экосистеме;
Развитием новых рынков для сельского хозяйства.
По нашему мнению, важно определить приоритеты развития биотопливной отрасли и цели государственной политики в этой сфере, что непременно повлияет на разработку и принятие соответствующих законодательных решений и будет способствовать наращиванию производства отдельных видов биотоплива.
Насущная необходимость развивать альтернативные источники энергии внутри страны связана с острыми проблемами современности - высокой зависимостью от импорта энергоносителей, что влияет на нестабильность цен и сказывается на благосостоянии населения страны, а также с обострением экологической ситуации в связи с ежегодным увеличением выбросов вредных веществ в атмосферу.
Поэтому в этом контексте важную роль в развитии биологических видов топлива играет сельское хозяйство, поскольку именно сырье растительного происхождения используют как источник для их производства. В свою очередь, усиление конкуренции за сырьевые ресурсы сельского хозяйства со стороны промышленного производства биотоплива приводит к острым дискуссиям правительств многих стран по диверсификации сельскохозяйственного производства.
О. Макарчук
, канд. экон. наук, доцент, НУБиП Украины
Что такое биодизель и почему его не хотят производить в России?
Ответ редакции28 января 2003 года в Великобритании началась продажа нового вида топлива, которое состояло из тех же элементов, что и майонез. Приобрести экологически чистое топливо можно было в супермаркетах сети Sainsbury"s.
Топливо экономично и дёшево в производстве и может использоваться для заправки всех автомобилей, вне зависимости от модификации и размера. Кроме того, использование биодизеля сокращает выброс углекислого газа в окружающую среду на 5 %.
Само по себе биодизельное топливо не является абсолютно экологически чистым, но по сравнению с обычным дизелем оно всё же чище. В продуктах сгорания биотоплива на 8-10 % меньше окиси углерода, почти на 50 % меньше сажи и значительно меньше серы (0,005 % против 0,2 % у обычного дизельного топлива). Продукты сгорания биотоплива содержат лишь на 10 % больше окиси азота по сравнению с нефтяным дизельным топливом.
Что такое биодизель?
Биодизель — это метиловый эфир, получаемый в результате химической реакции из любых растительных масел и животных жиров. Его можно использовать в обычных двигателях внутреннего сгорания как самостоятельно, так и в смеси с обычным дизтопливом. Биотопливо несколько меняет технико-эксплуатационные параметры работы дизельных двигателей. Мощность двигателя при работе в номинальном режиме с использованием биотоплива снижается на 6-8 %. Вместе с этим расход топлива повышается примерно на 5-8 %.
Для производства биодизеля используют различные растительные масла — подсолнечное, рапсовое, соевое, арахисовое, пальмовое, хлопковое, льняное, кокосовое, кукурузное, горчичное, касторовое, конопляное, кунжутное, а также животные жиры. Но чаще всего топливо производят из рапса, как наиболее дешёвого среди растительных масел. С 1 гектара этого растения можно получить более 1000 литров масла.
Каковы преимущества биодизеля?
Биодизель имеет ряд существенных преимуществ:
Он сгорает практически без токсических отходов;
- при его использовании снижается выделение углекислого газа;
- количество копоти уменьшается до 50 %;
- обладает хорошими смазочными свойствами по сравнению с минеральным дизельным топливом;
- не имеет неприятного запаха;
- пролитое на землю топливо на 90 % разлагается микроорганизмами через 3 недели;
- производство биодизеля легко организовать, например, на базе небольшого фермерского хозяйства.
Есть ли недостатки у биодизеля?
При всех своих плюсах биодизель имеет и недостатки. Это топливо более агрессивно к деталям двигателя, особенно резиновым. При низких температурах могут образоваться отложения в виде кристаллов воска, что ведёт к закупорке деталей. Кроме этого, в холодное время года эффективность такого вида топлива снижается. Также биодизель может разлагать лакокрасочное покрытие кузова автомобиля. Поэтому в случае, если на кузов автомобиля попадёт такое горючее, машину нужно тщательно помыть, немедленно удалив следы биодизеля.
Как производят биодизель?
Сначала в очищенное от механических примесей масло добавляют метиловый спирт и щёлочь. Эту смесь нагревают до 50 °С. После отстаивания и охлаждения она расслаивается на две фракции: лёгкую и тяжёлую. Лёгкая фракция представляет собой метиловый эфир или биодизель; тяжёлая — глицерин.
В каких странах используют биодизель?
В настоящее время уже 48 стран мира нормативно закрепили и активно развивают производство «чистой» энергии биологического типа. Активно используются возобновляемые источники энергии из сельхозсырья в США, Бразилии, Японии, Китае, Индии, Канаде, странах ЕС.
Производство биодизеля в России
В России пока не существует единой государственной программы развития биодизельного топлива. Минсельхоз России разработал законопроект, согласно которому в России будут созданы условия для развития сектора биоиндустрии.
В ведомстве полагают, что потенциально в России можно ежегодно производить до 5,5 миллиона тонн рапсового масла:
0,5 миллиона тонн можно направлять для продовольственных нужд;
- около 2 миллионов тонн поставлять на экспорт в виде метилэфира;
- 2,5 миллиона тонн использовать внутри страны как биотопливо.
Согласно планам министерства, в 2020 году в России биотопливо должно увеличить свою долю на рынке с нуля до 8 % и составить 6-6,5 млн тонн. Препятствием на пути развития нового продукта может стать не решённый вопрос с акцизами, которыми в России облагается биоэтанол. Литр спирта в нашей стране облагается акцизом в размере 59 рублей, что пока лишает смысла инвестировать средства в производство такого вида топлива.
Внимание! Бесплатный бизнес-план, предлагаемый для скачивания ниже, является примерным. Бизнес-план, наилучшим образом соответствующий условиям вашего бизнеса, необходимо создавать с помощью специалистов.
Рассказывает начинающий предприниматель из Краснодарского края Максим Герасименко, владелец миниатюрного завода по производству биодизеля. Сергей приобрел мини-завод китайского производства, и арендовал часть цеха на одном из городских предприятий. Над производством биотоплива трудятся 8 человек, но основные работы полностью автоматизированы. Благодаря отличному качеству топлива и демократичной цене удалось заключить договор о поставках с компанией, которая занимается грузовыми перевозками.
Мини-завод по производству биодизеля
Вступление. Как я решился на производство биологического топлива?
Мне несказанно повезло в этой жизни. Химия, не только моя профессия, но и мое хобби. Я счастливый человек, так как занимаюсь любимым делом.
Работа на нефтеперегонном заводе доставляет мне удовольствие, абсолютно не напрягает и приносит хорошие деньги. Я делаю бензин и солярку, и тем самым делаю счастливыми тысячи людей.
Но в последнее время я стал серьезно задумываться о собственном небольшом бизнесе по специальности. И скажу сразу, что мой бизнес стал возможен благодаря современным технологиям.
Я решил заняться производством такого прогрессивного вида топлива, как биодизель.
Дело в том, что Краснодарский край – благословенное место, в котором прекрасно растут кукуруза, рапс или овес. Это главные производные для производства биологически чистого топлива.
Естественно, для перегонки нужны не только жирные природные масла, но и специальное оборудование, а также вспомогательные химические вещества.
Конечно-же, такие покупки требует значительных денежных вложений, а значит, нужен тщательный расчет.
Бизнес-план, как жизненная необходимость
Даже небольшой нефтеперегонный завод стоит больших денег. Кроме того, необходимо найти поставщиком сырья и наладить сбыт дизельного топлива. И если я превосходно представляю себя весь процесс перегонки, то с финансовой стороной вопроса мне нужна помощь.
Также нужен четкий план на что тратить деньги, дабы не метаться из стороны в сторону соря деньгами, и в итоге оставшись у разбитого корыта.
Именно поэтому мой бизнес-план должен отвечать на следующие вопросы:
- Общая сумма денег, необходимая на открытие завода;
- Какое дополнительное оборудование необходимо купить для завода;
- Какое количество человек придется нанять;
- Каким административным кодексом регулируется химическая промышленность.
На эти вопросы должен отвечать бизнес-план. Без него я даже и не думал начинать свой бизнес, ибо это неминуемо привело бы к краху и разорению.
Скачать план из Интернета или заказать у профессионала?
Если у Вас много свободных средств, то можно заказать бизнес-план у профессионального экономиста. Обойдется это в несколько тысяч долларов. План будет хорошим, созданным на заказ, но к сожалению лишних средств, у меня не было.
Благо в настоящее время, в глобальной сети можно сказать достаточно толковый бизнес план, специально «заточенный» под производство биодизеля. Такой план, не будет индивидуальным, но я и не думал унывать.
Я заплатил какие-то смешные деньги, скачал бизнес-план по производству биодизеля, а потом за несколько дней превратил его в индивидуальный план, который как нельзя лучше подходил к моей ситуации.
Можно сказать, что благодаря это бизнес-плану, я и смог открыть собственное перегонное производство, приносящее солидный доход.
Оборудование по производству биодизеля без метанола
Немного полезной информации и краткая презентация бизнес-плана биодизеля:
Бизнес-план по биотопливу
Предлагаю ознакомиться с настоящим бизнес планом по производству Биодизеля. Идея проекта по производству биотоплива запланирована на 2 года и принесёт вам стабильный бизнес с получением дохода.
Для финансирования предприятия вам понадобятся начальные вложения в размере 4180000 рублей. Для этого можно оформить кредит под 14 % годовых, который вы должны начать выплачивать с первого месяца работы.
Биодизель производиться на основе продуктов растительного и животного происхождения, а также их отходов.
Применяется оно для автомобилей с любым дизельным двигателем, в натуральном виде или в смеси с дизельным топливом.
При использовании экологического топлива двигатель начинает почти бесшумно, а выхлопные газы имеют другой запах и меньшее их количество.
У биодизеле есть свои плюсы и минусы.
Плюсом есть то, что двигатели работающие на таком виде топлива меньше ломаются, более выносливы, а само биотопливо работает как очиститель для мотора.
Минус – это то, что обычные топливопровода не выдерживают сильное воздействия топлива, поэтому они должни быть изготовлены из специального материала.
Топливо без примесей можно использовать только при температуре воздуха свыше 10 градусов тепла, иначе нужно делать смесь с дизелем на основе нефти. Также необходимо чаще менять топливные фильтры.
Чтобы открыть организацию по производству биодизеля вам понадобятся земельные участки, чтобы выращивать сырьё, или же покупное сырьё, оснащение и здание для его размещения, работники и реклама.
Производя биодизель, сначала мы получаем смесь, которая отстаивается, метил эфир, как самое лёгкое, поднимается к верху – это и есть наше топливо, остальное – это глицериновая фаза.
Как материал для производства можно брать отходы бумажного производства или масла растительного происхождения, отходы образовавшиеся в процессе их добывания, можно применить в сельском хозяйстве.
Таблица №1. Потенциал потребителей биодизеля в России
Метанол, добываемый с газа, является одним из компонентов топлива. По этому цена экологического топлива напрямую зависит от цены на газ. Сегодня существует очень мало компаний по выработке биотоплива, конкуренции, как таковой, практически нет.
В производстве биотоплива не обойтись без оснащения. Самым главным есть аппарат BioPro 190. Аппараты на производстве должны быть в идеальном техническом состоянии. Это позволит вам безопасно работать, повышать уровень своего бренда, не терять репутации и увеличивать потребительский рынок.
На распространение спроса, на биологическое топливо действуют несколько факторов. Это экономический фактор, ведь оно дешевле обычного, экологический, так как, используя биодизель заметно улучшается состояние окружающей среды.
Таблица №2. Прирост потребителей рынка биодизеля в России
И энергетический, так как материалы для производства неисчерпаемые, вы сами из выращиваете. Спрос на альтернативный вид топлива с каждым годом всё больше растёт.
И так, сделаем выводы. Существует риск, так как не каждый человек пока ещё доверяет экологическому виду топлива. Проект даст вам 1334,85 миллионов рублей прибыли, с которых потратите 624980 рублей на ежемесячные выплаты. Итого, чистый доход 1048,12 миллионов рублей.
Углеводородные ресурсы Земли исчерпаемы, это ясно всем. То, что они закончатся ещё не скоро, не снимает ответственности с учёных, которые осознают необходимость поиска новых решений. Современное альтернативное топливо изготавливается из отходов переработки сырья животного и растительного происхождения, из сельскохозяйственных культур, из морских водорослей. Проектов новых видов биотоплива довольно много, они находятся в разной степени готовности. Некоторые из них весьма неоднозначны и спорны, особенно с точки зрения экологии. Сегодня мы расскажем читателям «ЛГ» о самых интересных разработках в этой области.
Вначале были дрова и уголь
Самым первым видом биотоплива были обыкновенные дрова, вернее, сухие палки и сучья, обычный хворост, которые первобытные люди, научившиеся разводить и поддерживать огонь, использовали, чтобы согреть жилища и приготовить пищу.
Чуть позже древние люди открыли для себя древесный уголь. Древесный уголь - это нелетучая часть продуктов термического распада древесины. Исторически древесный уголь – один из самых первых видов топлива (и безусловно – био), целенаправленно изготавливавшихся людьми. Особенность древесного угля, несвойственная никакому другому топливу, это отсутствие в продуктах горения угарного газа. Поэтому древесный уголь начали вначале собирать на пожарищах, а потом и самостоятельно приготавливать и запасать ещё пещерные люди. Примитивные способы приготовления угля, состоящие в разогреве по-особому сложенных дров, накрытых дёрном, за счёт сжигания части дров в разных вариантах просуществовали до конца XIX века. Это не самая эффективная технология. Но так изготавливают древесный уголь до сих пор в странах Африки и Латинской Америки. Европейцы эту кустарную технологию модернизировали путём замены дёрна на металл или кирпич. Простейшие аппараты для приготовления древесного угля доступны и в нашей стране. Общие их недостатки – выброс ядовитых паров и газов в окружающую среду, низкий выход товарного продукта и неэффективное использование объёма аппарата.
Современное высокотехнологичное углевыжигательное оборудование исключает загрязнение окружающей среды. Современные технологии позволяют получать уголь с разной степенью прокалки – более богатый летучими веществами для быта и более прокалённый для промышленности. Прочность угля зависит не только от технологии изготовления, но и от породы. Из твердолиственных пород древесины уголь получается более прочный, чем из других. Существуют особые виды угля. Из очень плотного «каменного» дуба изготавливают т.н. белый уголь, особо ценимый в Восточной Азии. Сравнительно недавно освоено производство угля из экструдерных опилочных брикетов. В Азии и Южной Европе его предпочитают обычному углю.
К первому поколению современных технологий по производству биотоплива относится и переработка сельскохозяйственных культур, содержащих большое количество крахмала, сахаров (перерабатываются на этанол) и жиров (они отлично подходят для переработки в биодизель).
Во втором поколении биотопливных технологий начали использовать травы, древесину и остатки культивируемых растений.
Ещё одно направление – производство биотоплива из переработанных морских водорослей. Главные достоинства – это отсутствие необходимости в земельных ресурсах, большая скорость изготовления и высокая концентрация биомассы.
Выделяют три вида биологического топлива: жидкое, газообразное и твёрдое. Первый – это спирты, биомазут, биодизель, эфиры. Второй – газовые смеси с водородом, метаном, угарным газом, которые образуются при термическом разложении. Третий – это отходы деревообработки и дрова.
В основе технологии производства топливных гранул, как и топливных брикетов, лежит процесс прессования измельчённых отходов древесины, соломы, лузги и т.д.
Сырьё поступает в дробилку, где измельчается до состояния муки. Полученная масса поступает в сушилку, из неё – в пресс-гранулятор, где древесную муку прессуют 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 от 3 до 5 кубометров древесных отходов. Готовые гранулы охлаждают, пакуют в большие по нескольку тонн мешки или мелкую упаковку. Различают промышленные (доставляются насыпью без упаковки или в огромных мешках – биг-бэгах) и потребительские гранулы (в мелкой расфасовке, ориентированные на частных и небольших промышленных потребителей).
По заветам предков
Сухая перегонка или пиролиз (разложение при нагревании до 450 градусов без доступа воздуха) древесины – один из первых процессов химической технологии. Начиная с XII века её широко использовали на Руси для выработки сосновой смолы для просмолки деревянных судов и пропитки канатов; этот промысел носил название смолокурение. С развитием металлургии возник другой промысел, также основанный на сухой перегонке древесины, – углежжение с получением древесного угля. Начало промышленного применения пиролиза древесины относится к XIX веку; сырьём являлась только древесина лиственных пород, главным продуктом – уксусная кислота.
Для изготовления древесного угля в настоящее время обычно применяют древесину лиственных пород (например, берёзы), реже (главным образом при комплексной переработке сырья) – древесину хвойных пород.
Горючее из птичьего помёта
Биогаз образуется с помощью бактерий в процессе разложения органического материала при анаэробных (без доступа воздуха) условиях и представляет собой смесь метана и других газов. Теплотворная способность одного кубометра биогаза эквивалентна сгоранию 0,6–0,8 литра бензина, 1,3–1,7 кг дров или использованию 5–7 кВт электроэнергии.
Технология производства биогаза проста. Биомасса (птичий помёт, бытовые отходы или зелёная масса) периодически подаётся с помощью насосной станции или загрузчика в реактор. Реактор представляет собой подогреваемый и утеплённый резервуар, оборудованный миксерами. В реакторе живут полезные бактерии, питающиеся биомассой, которые и выделяют биогаз. Для поддержания жизни бактерий требуется подача корма, подогрев до 35–38°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.
Дорогое удовольствие в малых дозах
В основе технологии получения биодизельного топлива лежит реакция переэтерификации любого растительного масла или животного жира в присутствии катализатора в метиловые эфиры жирных кислот. В качестве сырья используют масла рапса и ряда других культур. Себестоимость биодизельного топлива заведомо выше, чем аналогичных нефтепродуктов, но в регионах с тёплым климатом, обеспечивающим успешное выращивание масличных культур и не имеющих своего минерального сырья, такое производство может существовать и занимать ограниченный сектор рынка.
Быстрый пиролиз позволяет превратить биомассу в жидкость, которую легче и дешевле транспортировать, хранить и использовать. Из жидкости можно произвести автомобильное топливо или топливо для электростанций. Из биодизельных топлив второго поколения, продающихся на рынке, наиболее известны BioOil производства канадской компании Dynamotive и SunDiesel германской компании CHOREN Industries GmbH. Однако пока эти проекты оказались финансово неустойчивыми.
Ряд специалистов считает, что смеси фирмы Dynamotive никак не могут рассматриваться как дизельное топливо. Их высокая кислотность и содержание тяжёлых смол приводят к быстрому разрушению двигателей. Фирма SunDiesel (Германия) предпринимает попытки изготавливать дизельное топливо из растительных материалов через синтез Фишера–Тропша. Технически это осуществимо, но экономически не может конкурировать с минеральными аналогами.
Большие биогонки
В последние несколько лет широко обсуждается тема использования морских водорослей для переработки в биотопливо для автомобилей, альтернативного тому, что мы привыкли заливать в бензобак.
Определённые виды водорослей имеют способность преобразовывать двуокись углерода в углеводы, масла и другие клеточные компоненты, используя процесс фотосинтеза. В отличие от сои или кукурузы, водоросли необычайно плодовиты; их можно выращивать где угодно, как в солёной, так и в пресной воде. Кроме того, такого понятия, как «сезон сбора урожая» просто нет – водоросли можно выращивать круглый год.
Неудивительно, что представители корпорации Ford посетили лабораторию биотоплива университета Уэйна (Wayne State University), которая занята выведением оптимальных сортов зелёных водорослей, используемых в качестве сырья для производства биодизеля. А сами исследователи Ford Motor Co. сейчас рассматривают несколько альтернативных видов топлива, таких как этиловый и бутиловый спирт.
По словам самих исследователей, конкретная производственная, технологическая и финансовая модель получения биотоплива ещё не создана.
Американские учёные исследуют особенности использования биодизельного топлива в автомобильных двигателях. Биодизель можно заливать в бак традиционного дизельного автомобиля, и мотор его «переварит». Машина поедет так же, как и на обычном дизеле. Однако недостатки у дизеля с приставкой «био» есть, и немалые: высокий уровень выбросов окиси азота и больший – на 20% – расход топлива. Повышенный выход оксида азота связан с тем, что в составе биодизельного топлива есть кислород, в то время как в традиционном дизтопливе – нет. Для преодоления вышеуказанных недостатков исследователи из университета Пардо (Purdue University) разработали систему контроля полного цикла работы двигателя. Главные элементы новой системы – механизм рециркуляции отработавших газов, который обеспечивает догорание выхлопа (аналог каталитического нейтрализатора в выхлопных системах бензиновых ДВС), а также умные электронные «мозги», способные регулировать работу мотора в зависимости от состава смеси, оборотов и других факторов. Новая система контроля позволила снизить выход оксидов азота до уровня традиционного дизеля, расход топлива также почти сравнялся, однако по этому показателю био всё ещё слегка отстаёт.
Концерн «Фольксваген» создал опытную модель автомобиля, которая совершит автопробег по британским просторам, заправляясь метаном, полученным из канализационных отходов.
Новейшую технологию получения биотоплива для автомобилей разработали учёные из знаменитой Аргонской национальной лаборатории в США.
Созданный в Лаборатории Endurance Bioenergy Reactor (Износостойкий Биоэнергетический Реактор) представляет собой простую, лёгкую в использовании портативную систему, в которой специальные биоинженерные бактерии поглощают различные отходы биологического происхождения для выработки топлива.
Эти фотосинтезирующие бактерии, которые были спроектированы учёными из Аргона под руководством биофизика Фила Лайбла, способны производить фитол (разновидность алкоголя) из различных источников, в том числе из древесной массы, оставшихся стеблей кукурузы, пищевых отходов и даже канализационных отходов. После выделения из ферментационного «бульона» фитол, по своим физическим и химическим свойствам похожий на дизельное топливо, считается «полностью готовым биотопливом», то есть его можно использовать непосредственно в дизельных двигателях и генераторах без дальнейшей обработки.
Биомассу или отходы загружают в специальный резервуар для брожения. Живущие там микроорганизмы начинают преобразование отходов в энергию. После окончания этого процесса бактерии подвергаются сублимационной сушке, упаковываются и сохраняются вместе с реакторным оборудованием для следующего цикла выработки энергии. Достаточно вскрыть пакет с бактериями и высыпать их в резервуар для брожения, и бактерии вновь готовы к работе.
Опытная модель реактора может вырабатывать топливо (до 50 галлонов в день) только в течение двух-четырёх дней.
Воздушные биоприключения
Пентагон последовательно готовится к полному переходу вооружённых сил США на альтернативное топливо. Необходимость поиска альтернативного топлива американские военные осознали давно. А в 2006 году группа учёных под руководством Майкла Хорничека получила задание Пентагона провести исследование возможных последствий нехватки нефти. В результате на стол тогдашнего министра обороны США Дональда Рамсфельда лёг доклад под названием «Война без нефти». В нём содержался непреложный вывод: американская армия должна как можно скорее соскочить с «нефтяной иглы». Только таким образом, подчёркивалось в документе, можно будет сохранить американское превосходство над другими странами.
Лидером по освоению перспективных альтернативных видов топлива являются военно-воздушные силы. И это неслучайно – на долю ВВС приходится 54 процента от общего объёма потребления топлива вооружёнными силами США. Ежегодно военно-воздушные силы «сжигают» в среднем 700 млн. баррелей топлива. Поэтому к 2016 году планируется перевести все самолёты и вертолёты военно-воздушных сил США на частичное использование биотоплива.
Первым новым типом топлива, получившим сертификат пригодности к эксплуатации в авиации, может стать горючее ACJ. Оно производится путём переработки этанола, который, в свою очередь, можно получать из сахарного тростника или кукурузы. Топливо ACJ получается относительно простым в производстве и, как следствие, достаточно дешёвым в сравнении с другими сортами. Однако уже на стадии разработки оно подверглось критике. Утверждается, что некоторые весьма технологические этапы производства ACJ почти полностью сводят на нет все экологические преимущества топлива.
Ещё одним видом внедряемого в ВВС США биотоплива является «алкогольное» ATJ (alcohol-to-jet). Оно вырабатывается из сахаров в древесине, бумаге, траве и другом растительном материале, содержащем много клетчатки. Полученные сахара ферментируются в алкоголь, который затем проходит через процедуру гидроочистки. Данное топливо может заменить используемое в настоящее время стандартное авиационное горючее.
Сейчас полностью завершились испытания летательных аппаратов, работающих на биотопливе, произведённом из угля и природного газа, а также из водорослей, грибов-рыжиков или масел животного и растительного происхождения. Это топливо носит общее название HRJ (Hydroprocessed Renewable Jet). В декабре 2011 года Министерство обороны США купило 450 тысяч галлонов (около 15 тысяч баррелей) этого биотоплива, потратив на него 12 млн. долларов.
Наиболее перспективным направлением развития биотоплива для ВВС сейчас считается создание комбинированных смесей из растительных и нефтяных компонентов. Иными словами, из какого-либо растения производится горючее-полуфабрикат, имеющее неплохие, но недостаточные для использования в авиации характеристики. Затем в него добавляется специальный комплекс присадок, изготовленный из нефтяного сырья. Присадки, естественно, могут немного испортить экологические параметры готовой смеси, однако значительно поднимут показатели экономичности.
В марте этого года фрегат ВМС США «Форд», заправленный 94,6 тысячи литров нового топлива, которое наполовину состояло из топлива HRD-76, полученного из водорослей, и наполовину – из нефтяного горючего F-76, вышел из порта базирования в городе Эверетт, штат Вашингтон. Он маневрировал до тех пор, пока его турбины полностью не «переварили» новое горючее.
В свою очередь, на базе ВМС Норфолк успешно прошли ходовые испытания экспериментального прибрежного катера сил специальных операций RCB-X. На нём было использовано композитное топливо, которое наполовину состояло из топлива F-76, а наполовину – из топлива HRD, производимого на основе водорослей альгае.
Возможность использования биотоплива на базе альгае проверялась на учениях ВМС «Римпак-2012», состоявшихся в июле прошлого года. Есть свои планы в переходе на альтернативные источники энергии и у армии (сухопутных сил) США. В частности, к 2025 году американские сухопутные войска планируют обеспечить за их счёт до четверти своей потребности в электричестве. Для нужд сухопутных сил создаётся гибридная версия армейского вездехода «хамви», способного работать как на обычном топливе, так и на электричестве.
Такой термин, как «биодизель», большинству понятен чисто интуитивно. Но зачастую при этом происходит определенная путаница. Ничего страшного, но все-таки лучше обойтись без нее и разобраться, что же такое биодизель.
Вернемся к ДВС
При работе в его цилиндрах происходит сгорание бензина или дизельного топлива. То и другое является продуктом переработки нефти, запасы которой ограничены, кроме того, при сжигании этих видов горючего образуются вещества, наносящие вред людям и окружающей среде. Одним из вариантов, позволяющим избежать подобного, является применение биодизеля как топлива для двигателей.
Надо пояснить, что оно собой представляет. Дело в том, что производство биодизеля основано на использовании животных жиров и растительного масла как исходного сырья. Можно провести простую аналогию – из нефти получают бензин и солярку, из масла или жира возможно получение топлива для работы ДВС.
Небольшое уточнение – в качестве горючего для работы моторов могут применяться разные вещества, например тот же самый спирт, получаемый из опилок, но в данном случае мы рассматриваем топливо именно для дизельных двигателей, а сырьем для биодизеля, так называется этот вид горючего, служат масло или остатки жира.
Как можно использовать биологическое топливо?
Использование жира и масла в качестве горючего может осуществляться такими способами:
- Напрямую, заливая масло в бак. Недостатком такого подхода будет неполное его сгорание, смешивание со смазкой и ухудшение ее смазочных свойств, а также появление отложений на форсунках, кольцах, поршнях из-за повышенной вязкости растительного топлива.
- Смешивая его с керосином или дизельным топливом.
- Путем преобразования растительного масла, источником получения которого может быть рапс, кукуруза, подсолнечник и т.д., и в итоге получение биодизеля.
Наиболее сложной из упомянутых считается технология преобразования масла, но тем не менее, она настолько проста, что легко реализуется, благодаря чему можно получить биодизель в домашних условиях.
Так что же такое биодизель?
Фактически биодизель является смесью эфиров, в основном это метиловый эфир, как результат химической реакции. К его достоинствам следует отнести:
- растительное происхождение, благодаря возможности выращивания растений мы получаем возобновляемый источник топлива;
- биологическая безопасность, биодизель является экологически безвредным, его попадание в окружающую среду не наносит ей никакого вреда;
- меньший уровень выбросов двуокиси углерода и других отравляющих веществ;
- незначительное содержание серы в выхлопных газах моторов, использующих биодизель;
- хорошие смазочные характеристики.
По сути дела, растительное масло – это смесь эфиров с глицерином, который придает ему вязкость. Процесс производства биодизеля основан на том, что надо удалить глицерин и заменить его спиртом. Стоит отметить, что недостатком такого топлива является необходимость его подогрева при низких температурах или применения смеси биодизеля и обычной солярки.
Технология производства биодизеля
Технология производства биодизеля достаточно проста. Обычно его изготовление осуществляется из различных сортов растительного масла. Для этого может быть использован рапс, соя, кукуруза и т.д., общий список веществ, пригодных для получения исходного сырья достаточно значителен. Для производства биодизеля также подходит масло, оставшееся после приготовления пищи. Схему подобного процесса можно увидеть на приведенном рисунке
Раз мы рассматриваем топливо растительного происхождения, то и технология его изготовления должна охватывать процесс выращивания исходного сырья. Наиболее подходящим для этого считается рапс, как требующий меньших затрат на получение. Хотя сейчас появляются большие перспективы у биодизеля из водорослей. При этом не занимается земля для выращивания культуры на топливо, и величина себестоимости биодизеля будет ниже, чем в других случаях.
Так вот, семена (рапс, соя, подсолнечник и т.д.) после проверки качества поступают на маслобойку. Оставшийся после производства масла шрот может быть использован комбикормовой промышленностью, а полученное масло, как предусматривает технология, идет на дальнейшую обработку. Она называется этерификацией, и после ее проведения, метиловых эфиров в составе биодизеля должно содержаться более девяноста шести процентов.
Сама технология проста, что делает возможным организацию производства биодизеля в домашних условиях. К маслу добавляется метанол (9:1), и в качестве катализатора – небольшое количество щелочи. Метанол может быть получен из опилок, а также вместо него допускается применять изопропиловый спирт или этанол. Процедура этерификации проходит в условиях повышенной температуры и занимает до нескольких часов. После окончания реакции в емкости наблюдается расслоение жидкости – сверху биодизель, внизу глицерин.
Глицерин удаляется (сливается снизу) и может использоваться в качестве сырья в каких-то других процессах. Получившийся биодизель надо очистить, порой вполне достаточно бывает выпаривания, отстаивания и последующей фильтрации. Подробней промышленный процесс производства приведен на видео.
Получение биодизеля в домашних условиях
Как видно из представленного описания, технология производства достаточно проста и позволяет изготавливать биодизель своими руками, вплоть до того, что в домашних условиях можно получать топливо, и порой не только для собственных нужд. Причины, по которым можно взяться за подобную работу, у каждого могут быть разными, но не касаясь их, стоит отметить, что во всем мире потребление биодизеля только растет.
Когда в домашних условиях изготавливают биодизель своими руками, главной проблемой будет не вопрос его производства, а обеспечение качества готовой продукции. Поставщиками сырья могут стать предприятия общественного питания, у которых в достаточном объеме есть использованное масло, и его можно купить по доступной цене. Выращиванием рапса стоит заниматься при потреблении биодизеля в большом количестве, например, для реализации на сторону или наличия большого парка техники.
При организации производства в домашних условиях наиболее актуальными будут проблемы:
- Плохой выход, т.е. из первоначального сырья получается не более девяноста трех процентов готовой продукции. Обусловлено это может быть особенностями используемой в домашних условиях установки или режимами переэтерефикации.
- Некачественная фильтрация. Подобный процесс достаточно сложный, и для получения в домашних условиях качественного биодизеля, ему надо уделить особое внимание. Для этого используются специальные технологии или адсорбенты.
Непосредственно с установкой по производству подобного топлива, можно ознакомиться на видео.
Существуют и другие варианты установок для производства в домашних условиях биодизеля, изготавливаемые промышленным способом.
Перспективы использования биодизеля
Как уже отмечалось, производство такого топлива только растет. И хотя сырьем для этого служит растительное масло, его получают в разных местах из разных культур. В Европе – рапс, в Индонезии – пальмовое масло, в Америке – соя, и т.д.
Однако наиболее перспективным считается получение биодизеля из водорослей . Для их выращивания могут использоваться как отдельные пруды, так и специальные биореакторы, а также участки морского побережья. Кроме того, при этом не только растет производство топлива, но и освобождаются земли для выращивания продуктов питания.
Хотя биодизель изготавливается из растительного масла, а не из опилок, он является отличным заменителем обычной солярки. Особенно в условиях ограниченных запасов нефти. И кроме того, нельзя исключать такого его достоинства, как возможность производства в домашних условиях. Несмотря на то, что при промышленном производстве он получается дороже солярки, тем не менее, является отличным альтернативным видом топлива для дизелей.
