Боитопливные технологии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ УКРАИНЫ

АЗОВСКИЙ РЕГИОНАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ

ЗАПОРОЖСКОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

 

КАФЕДРА ФИНАНСОВ

 

 

 

Реферат

«Биотопливные технологии»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

План

1. Понятие биотоплива. Технологии получения.
2. Биотопливо по-европейски и по-американски.
3. Биотопливная альтернатива Украины.

Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Понятие биотоплива. Технологии  получения билтоплива.

Биотопливо  — это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в  результате переработки стеблей  сахарного тростника или семян  рапса, кукурузы, сои.

Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, брикеты,топливные гранулы, щепа, солома, лузга) и газообразное (биогаз, водород).

В мире все больше говорят о необходимости  замены нефти, угля и газа на биотоплива. Но пока немногие понимают, что же это  такое на самом деле. Иногда можно  встретить рассказы о чудесных веществах, совершенно не загрязняющих окружающую среду и более эффективных, чем  бензин, керосин и др. топливо.

В действительности ничего принципиально  нового в биотопливах нет. Биотоплива использовались тысячелетиями и  для многих остаются единственным источником тепла и средством приготовления  пищи. Главным биотопливом были и  остаются дрова, причем их экологичность  совсем неочевидна – достаточно лишь вспомнить о нелегальной вырубке  лесов.

Впрочем, теперь под понятием «биотопливо» редко  подразумевают дрова. Речь, обычно, идёт о более высокотехнологичных  продуктах, получаемых из сельскохозяйственных культур или отходов переработки  растительного и животного сырья. С возобновляемостью у них  все в порядке, чуть сложнее обстоит  дело с вредными выбросами. Сторонники говорят, что биотоплива меньше загрязняют атмосферу, а противники возражают, что при сгорании биотоплив выделяются те же продукты, что и при сжигании ископаемых топлив.

Рассмотрим  некоторые и видов биотоплива:

• твердое биотопливо

Дрова — древнейшее топливо, используемое человечеством. В настоящее время  в мире для производства дров или  биомассы выращивают энергетические леса, состоящие из быстрорастущих пород (тополь, эвкалипт и др.). В России на дрова и биомассу в основном идет балансовая древесина, не подходящая по качеству для производства пиломатериалов.

Топливные гранулы и брикеты — 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 помета) 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 объемах.

Энергоносители  биологического происхождения (главным  образом навоз и т. п.) брикетируются, сушатся и сжигаются в каминах  жилых домов и топках тепловых электростанций, вырабатывая дешёвое  электричество. В последнее время  разработаны методы непосредственного получения электричества с помощью специальных бактерий при сбраживании биологических отходов.

Отходы  биологического происхождения —  необработанные или с минимальной  степенью подготовки к сжиганию: опилки, щепа, кора, лузга, шелуха, солома и т.д.

Древесная щепа – производится путем измельчения  тонкомерной древесины или порубочных остатков при лесозаготовках непосредственно  на лесосеке или отходов деревообработки  на производстве при помощи мобильных  рубительных машин или с помощью  стационарных рубительных машин (шредеров). В Европе щепу в основном сжигают  на крупных теплоэлектростанциях мощностью  от одного до нескольких десятков мегаватт.

• Биоэтанол

Сахарный тростник — сырьё  для производства этанола

Мировое производство биоэтанола в 2005 составило 36,3 млрд литров, из которых 45 % пришлось на Бразилию и 44,7 % — на США. Этанол в Бразилии производится преимущественно из сахарного тростника, а в США из кукурузы.

В январе 2007 года, в своём  ежегодном послании Конгрессу Дж. Буш предложил план «20 за 10». План предлагает сократить потребление  бензина на 20 % за 10 лет, что позволит сократить потребление нефти на 10 %. 15 % бензина предполагается заменить биотопливом. 19 декабря 2007 года президент США Дж. Буш подписал закон о Энергетической независимости и безопасности (EISA of 2007). EISA of 2007 предусматривает производство 36 миллиардов галлонов этанола в год к 2022 году. При этом 16 млрд галлонов этанола будет производиться из целлюлозы — не пищевого сырья.

Этанол является менее  «энергоплотным» источником энергии  чем бензин; пробег машин, работающих на Е85 (смесь 85 % этанола и 15 % бензина; буква «Е» от английского Ethanol), на единицу объёма топлива составляет примерно 75 % от пробега стандартных машин. Обычные машины не могут работать на Е85, хотя двигатели внутреннего сгорания прекрасно работают на Е10 (некоторые источники утверждают, что можно использовать даже Е15). На «настоящем» этаноле могут работать только т. н. «Flex-Fuel» машины («гибкотопливные» машины). Эти автомобили также могут работать на обычном бензине (небольшая добавка этанола всё же требуется) или на произвольной смеси того и другого. Бразилия является лидером в производстве и использовании биоэтанола из сахарного тростника в качестве топлива. Автозаправки в Бразилии предлагают на выбор Е20 (или Е25) под видом обычного бензина, или «acool», азеотроп этанола (96 % С₂Н₅ОН и 4 % воды; выше концентрацию этанола невозможно получить путём обычной дистилляции). Пользуясь тем, что этанол дешевле бензина, недобросовестные заправщики разбавляют Е20 азеотропом, так что его концентрация может негласно доходить до 40 %. Переделать обычную машину в «flex-fuel» можно, но экономически нецелесообразно.

Критики применения этанола  в качестве автомобильного топлива  зачастую заявляют, что под плантации  тростника часто вырубаются тропические  леса Амазонки. Но сахарный тростник не растёт в бассейне Амазонки.

Более серьёзным является то, что при сгорании этанола в  выхлопных газах двигателей появляются альдегиды (формальдегид и ацетальдегид), наносящие живым организмам не меньший  ущерб, чем ароматические углеводороды. Причём, эти вещества появляются даже на каталитических дожигателях.

Получение биотоплива

В настоящее время разработано  и успешно применяется несколько  технологий получения биотоплива. Основными  из них являются следующие:

• производство топлива из отходов сельскохозяйственного производства;
• добавление биологических компонент в традиционные виды топлива;
• химический синтез горючего.

В случае получения биотоплива из отходов сельскохозяйственного  производства сырьем служат растительные остатки и навоз. Отходы проходят сушку и нагреваются до температуры 400-500 С^о. Из выделившихся при такой обработке газообразных фракций получают высококачественное дизельное топливо, лишенное вредных примесей. Полученное дизельное топливо нейтрально по отношению к CO², поскольку при сгорании такого топлива выделяется столько же углекислого газа, сколько было поглощено при росте растений. Чистота такой биологической солярки удовлетворяет самым строгим нормам. По оценкам специалистов, сельское хозяйство только лишь европейских стран способно обеспечить до 80% современных потребностей в дизельном топливе.

Для улучшения экологических  характеристик топлив, в них добавляют  биологические компоненты, такие  как рапсовое масло.  Если в дизельное топливо добавить до 30% рапсового масла, то его экологические характеристики значительно улучшаться, а энергетические характеристики практически не изменятся. Важно также, что такое биотопливо можно использовать в традиционных двигателях внутреннего сгорания.

Химический синтез бензинов и дизельных топлив весьма энергоемок. Как правило, сырьем для такого способа  получения горючего служит древесина. Изменяя параметры технологического процесса, из древесины можно получить различные виды топлива, от авиационных  бензинов до дизельных топлив. Синтетическое  топливо обладает хорошими экологическими показателями. При его сгорании не образуется вредных веществ, оно  нейтрально относительно CO². По причине больших энергозатрат и сложности технологических процессов синтетическое топливо весьма дорого.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Биотопливо по-европейски и по-американски.

В странах Европейского союза благодаря  государственной поддержке производство дизельного топлива с биологическими добавками увеличилось более  чем в 5 раз и достигло объемов 10 миллионов тонн за 3 года. Во всем мире производство биотоплива за этот период увеличилось более чем в 2,5 раза.

В качестве биологических добавок  используют производные вещества из растительных масел, получаемых из подсолнечника, рапса, сои и других масличных  культур. Масла для биотоплива получается путем отжима и экстрагирования  с последующим очищением. Теплота  сгорания чистых биодобавок к биотопливу приближается к теплоте сгорания самого дизельного топлива.

Примечательно, что в США и Бразилии в качестве сырья для получения биотоплива используется соя, а в Европе более 75% биодизеля получают из рапса. К 2020 году в странах Европейского союза  доля биодобавок к дизкльному топливу  будет доведена до 20%. США и Китай  к этому сроку доведут процент  биодобавок до 40%.

В Германии давно проводятся научные  изыскания на тему получения топлива  из органических отходов, а в последнее  десятилетие этот процесс поставлен  на промышленную основу. Немецкие специалисты  разработали способ существенно  удешевить процесс получения  автомобильных видов топлива  из отходов сельскохозяйственного  и деревообрабатывающего производств. Разработанная технология позволяет производить синтетический бензин из опилок и соломы. Она включает два основных этапа. Первичная обработка и подготовка сырья может осуществляться непосредственно на фермах и деревообрабатывающих предприятиях. Финальная стадия производства синтетического топлива проходит на заводе.

Первые  поставки синтетического автомобильного топлива, произведенного по новой технологии, можно ожидать в 2012 году. Если такое  топливо появится на европейских  АЗС, то себестоимость его  может составлять 50 евроцентов за один литр.

Военно-морское  и военно-воздушное ведомства  США активно исследуют возможность  применения биотоплива в качестве энергоносителя для боевых и транспортных летательных  аппаратов.

Так, в апреле 2010 года ВМС США провели  летные испытания истребителя Boeing F/A-18 Super Hornet, заправленного топливной  смесью, в состав которой входят биодобавки. Самолет совершил полет  со скоростью 1380 километров в час. В  общей сложности полет, в ходе которого был использован и форсаж, продлился 45 минут и успешно завершился. Также были проведены первые летные испытания многоцелевого вертолета Sikorsky MH-60S Seahawk на смеси обычного авиационного топлива и биотоплива. ВМС признали первый полет Seahawk на биотопливе успешным.

Аналогичные испытания проводят и ВВС США, которые используют более сложную  топливную смесь - она на 50 процентов  состоит из обычного авиакеросина, на 25 процентов - из топлива, полученного  путем переработки говяжьего  жира, и на 25 процентов - из биотоплива, полученного из переработанного  угля. Полеты на такой смеси топлива  уже осуществили несколько самолетов, включая военно-транспортный Boeing C-17 Globemaster III.

В планах американских ВМС к 2012 году завершить  испытания нового биотоплива и оборить  его использование всеми летательными аппаратами военно-морских сил. А  к 2020 году довести долю неископаемых выдов топлива до 50%. Военно-воздушные  силы США активно  реализуют программы по переводу всех самолетов на биотопливо, что позволит военным экономить значительные средства на покупке керосина.

Компания Airbus в октябре 2009 года провела несколько  испытаний нового топлива, состоящего на 50% из обычного авиакеросина и на 50% из керосина, получаемого по технологии gas-to-liquids (GTL).

Технология GTL - это новая технология получения  из газа экологически чистого синтетического топлива, не содержащего серы, в связи  с чем этот вид топлива уже  окрестили "новым биотопливом".

Примечательно, что синтетическое топливо GTL не только считается экологически чистым, но и имеет сравнительно низкую себестоимость  производственного цикла по сравнению  с керосином - сегодняшние технологии позволяют сделать рентабельными  продажи GTL-топлива уже при цене 20 долларов за баррель. Использование  этого вида топлива не требует замены двигателей.

По  мнению Airbus, к 2030 году третья часть всех воздушных полетов будет осуществляться на биотопливе. С их словами соглашаются  эксперты американской аэрокосмической  корпорации «Боинг», которые утверждают, что уже к 2015 году около 1% от всего  объема авиатоплива в мире будет  составлять биотопливо.  В настоящий момент несколько европейских компаний предполагают к 2030-2040 годам приступить к перелетам между городами на биотопливе.

Правительства стран Европейского союза обещают  предоставить экономические преференции  тем авиационным компаниям, которые  будут использовать биотопливо для  своих самолетов.

Компании-разработчики биотоплива уверяют, что оно может  конкурировать по цене с нефтепродуктами  уже через пару лет.

Lufthansa объявила о запуске нового  проекта по использованию авиационного  биотоплива. Lufthansa станет первой  авиакомпанией использующей биотопливо  для осуществления коммерческих  дальнемагистральных рейсов.