Биотопливо как альтернатива современным видам топлива

Содержание:

1. Биотопливо. Виды.

1.1 Биоэтанол.

1.2 Биодизель.

1.3 Биогаз.

2.  Выгода от использования

3. Позиция Европы

4. Проблемы

4.1 Эффективность биотоплива

4.2 Еда против биотоплива.

5.ФАО: плюсы и минусы биотоплива.

6.Внедрение биотоплива в ведущих странах мира.

7. список ссылок на литературу. 

1 Биотопливо. Виды. 

Биото́пливо — топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки биологических отходов. Существуют также проекты разной степени проработанности, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранней стадии разработки или коммерциализации. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания),  твёрдое биотопливо и газообразное (биогаз, водород).

 

1.1 Биоэтанол. 

Биоэтанол - это биотопливный заменитель бензина. Производится из зерновых культур - по большей части пшеницы в Соединенном Королевстве, сахарной свеклы и маиса, соевых бобов и сахарного тростника в США и Южной Америке.

Производство  биоэтанола.

В настоящее  время большая часть биоэтанола производится из кукурузы (США) и сахарного тростника (Бразилия). Сырьём для производства биоэтанола также могут быть различные с/х культуры с большим содержанием крахмала или сахара: маниок, картофель, сахарная свекла, ячмень и т. д.

Большим потенциалом  обладает маниок. Маниоку в больших количествах производят Китай, Нигерия, Таиланд. Себестоимость производства биоэтанола из маниоки в Таиланде — около $35 за баррель нефтяного эквивалента.

Лучшим климатом для производства сахарного тростника  обладает Перу, страны Карибского бассейна. В больших количествах сахарный тростник могут также производить Индонезия и некоторые африканские страны, например, Мозамбик.

Этанол можно  производить в больших количествах  из целлюлозы. Сырьём могут быть различные отходы сельского и лесного хозяйства: пшеничная солома, рисовая солома, древесные опилки и т. д.

Производство  этанола из целлюлозы  пока экономически не рентабельно. 

1.2 Биодизель. 

Биодизель - биотопливный заменитель дизеля. Получают из масел зерновых культур - чаще всего семян репса в Соединенном Королевстве и пальмового масла в Южно-восточной Азии.

Производство  и сырье для  биодизеля.

Растительное  масло переэтерифицируется метанолом, реже этанолом или изопропиловым спиртом (приблизительно в пропорции на 1 т масла 200 кг метанола + гидроксид калия или натрия) при температуре 60°С и нормальном давлении.

Для получения  качественного продукта необходимо выдержать ряд требований:

1. После прохождения реакции переэтерификации содержание метиловых эфиров должно быть выше 96 %.
2. Для быстрой и полной переэтерификации метанол берется с избытком, поэтому метиловые эфиры необходимо очистить от него.
3. Использовать метиловые эфиры в качестве топлива для дизельной техники без предварительной очистки от продуктов омыления недопустимо. Мыло засорит фильтр и образует нагар, смолы в камере сгорания. При этом сепарации и центрифугирования недостаточно. Для очистки необходима вода или сорбент.
4. Заключительный этап — сушка метиловых эфиров жирных кислот. Так как вода приводит к развитию микроорганизмов в биодизеле и способствует образованию свободных жирных кислот, вызывающих коррозию металлических деталей.
5. Хранить биодизель более 3 месяцев не рекомендуется — разлагается.

 

Применяется на автотранспорте в чистом виде и в  виде различных смесей с дизельным топливом. В США смесь дизельного топлива с биодизелем обозначается буквой B; число после буквы означает процентное содержание биодизеля. В2 — 2 % биодизеля, 98 % дизельного топлива. В100 — 100 % биодизеля.

Применение смесей не требует внесения изменений в  двигатель. 

Сырьём для  производства биодизеля служат жирные, реже — эфирные масла различных растений или водорослей.

Европа — рапс;

США — соя;

Канада — канола (разновидность рапса);

Индонезия, Филиппины — пальмовое масло;

Филиппины — кокосовое масло;

Индия — ятрофа, (Jatropha);

Африка — соя, ятрофа;

Бразилия — касторовое масло.

Также применяется  отработанное растительное масло, животные жиры, рыбий жир и т. д. 
 

Биоэтанол и биодизель - так называемое "биотопливо первого поколения", так как они получены из сырого материала, который можно использовать в пищевом производстве. 

1.3  Биогаз 

Биогаз - биотопливная замена природного газа. Его получают из органических отходов, включая отходы животноводческих хозяйств и мусора, полученного от муниципальных, коммерческих и индустриальных источников, прошедших процесс анаэробного разложения. В Соединенном Королевстве биогаз производится из отходов животных, а также за счет выделяющегося на свалках газа.

Производство  и сырье для  биогаза.

Существуют промышленные и кустарные установки. Промышленные установки отличаются от кустарных  наличием механизации, систем подогрева, гомогенизации, автоматики. Наиболее распространённый промышленный метод — анаэробное сбраживание в метантенках.

Перечень органических отходов, пригодных для производства биогаза: навоз, птичий помёт, зерновая и меласная послеспиртовая барда, пивная дробина, свекольный жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки), трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов — соленая 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 отходов  биогаз можно производить из специально выращенных энергетических культур, например, из силосной кукурузы или сильфия, а также водорослей. Выход газа может достигать до 300 м³ из 1 тонны.

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 %, 150—500 м³ биогаза из различных видов растений с содержанием метана до 70 %. Максимальное количество биогаза — это 1300 м³ с содержанием метана до 87 % — можно получить из жира.

Различают теоретический (физически возможный) и технически-реализуемый  выход газа. В 1950-70-х годах технически возможный выход газа составлял  всего 20-30 % от теоретического. Сегодня применение энзимов, бустеров для искусственной деградации сырья (например, ультразвуковых или жидкостных кавитаторов) и других приспособлений позволяет увеличивать выход биогаза на самой обычно установке с 60 % до 95 %.

В биогазовых расчётах используется понятие сухого вещества (СВ или английское TS) или сухого остатка (СО). Вода, содержащаяся в биомассе, не даёт газа.

На практике из 1 кг сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза.

Чтобы посчитать  выход биогаза из конкретного сырья, необходимо провести лабораторные испытания или посмотреть справочные данные и определить содержание жиров, белков и углеводов. При определении последних важно узнать процентное содержание быстроразлагаемых (фруктоза, сахар, сахароза, крахмал) и трудноразлагаемых веществ (например,целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин). Определив содержание веществ, можно вычислить выход газа для каждого вещества по отдельности и затем сложить.

Раньше, когда  не было науки о биогазе и биогаз ассоциировался с навозом, применяли понятие «животной единицы». Сегодня, когда биогаз научились получать из произвольного органического сырья, это понятие отошло и перестало использоваться.

Свалочный газ — одна из разновидностей биогаза. Получается на свалках из муниципальных бытовых отходов. 
 
 

2.Выгода от использования

 
Основная практическая польза использования  альтернативного биологического топлива  это то, что в рамках определенных ограничений по объему, они могут  быть объединены с традиционным "ископаемым" топливом и использованы в существующих энергетических системах, таких, как  двигатели легковых машин и грузовиков.

 
В использовании биотоплива вместо ископаемого топлива существуют два основных природосберегательных фактора. Во-первых, биотопливо - возобновляемый ресурс, поэтому оно является долгосрочным, относительно дешевым и надежным источником энергии. Во-вторых, биотопливо в своем производственном цикле и использовании выделяет гораздо меньше парниковых газов.

 
Так называемое "второе поколение  биотоплива", синтетическое топливо, хотя и получается из биомассы, имитирует химические характеристики ископаемого топлива. Это позволяет более глубоко интегрировать его в существующие топливные системы. Оно также может производится с большей долей "деревянной" биомассы, например из соломы, а не самой кукурузы. 

3.Позиция Европы

 
 
Европейская комиссия поставила задачу использовать к 2020 году альтернативные источники энергии как минимум  в 10% транспортных средств.

Правительство Великобритании анонсировало новые  требования к использованию возобновляемого  топлива в качестве меры, поддерживающей использование биотоплива и других возобновляемых источников энергии в транспортном секторе. Это позволит помочь Соединенному Королевству соответствовать требованиям Евросоюза.

 
В ноябре 2007 было создано Агентство  по возобновляемому топливу, которое  должно контролировать введение требований к использованию возобновляемого  топлива. Председателем комитета стал Эд Галлахер (Ed Gallaher), бывший исполняющий директор Агентства по окружающей среде Великобритании.

 
Было рассмотрено непрямое влияние  использования биотоплива на производство пищевых продуктов, разнообразие выращиваемых культур, цены на еду и площадь сельскохозяйственных земель. В отчете предлагалось снижение динамики внедрения биотоплива до 0,5% в год. Цель в 5 процентов таким образом должна быть достигнута не ранее чем в 2013/2014 гг, на три года позже, чем было изначально предложено. Более того, дальнейшее внедрение должно быть сопряжено с обязательным требованием к компаниям применять продвинутые технологии, которые бы поддерживали использование топлива второго поколения. 

4. Проблемы

 
Существует несколько природоохранных  и социальных факторов, связанных  с производством биотоплива, Два основных я хочу рассмотреть.

4.1 Эффективность биотоплива