Биотопливо

 

Неотложность перехода на возобновляемые топлива обусловлена тремя факторами: изменение климата, увеличение спроса на энергию, неуверенность доступа к истощимым ресурсам. В отличие от нефтяных, угольных и газовых ископаемых, применение топлив, производимых из возобновляемого сырья (в большинстве случаев — биомассы), не ведет к увеличению содержания СО2 в атмосфере. Образующаяся при горении биомассы двуокись углерода количественно точно соответствует двуокиси углерода, которую растение, являющееся основой топлива, адсорбировало в процессе своего роста. Сохранение баланса, при котором объем выращенных растений будет равен сбору урожая, позволит поддерживать содержание СО2 в атмосфере на одном уровне.

Биодизельное топливо получают эстерификацией растительных масел. Эстерификация является химическим процессом, в котором происходит превращение сырых растительных масел в эфиры с улучшением физических свойств, главным образом повышением стойкости. Наиболее подходящим сырьем для получения биодизельного топлива являются рапсовое и подсолнечное масло. Еще одним многообещающим методом получения дизельного топлива служит гидрогенизация (обработка газообразным водородом) растительных масел. Синтетическое дизельное топливо является смесью синтетических углеводородов, полученных газификацией биомассы. В качестве биомассы могут быть использованы пшеница, сахарная свекла, солома, древесные или органические отходы. Диметиловый эфир (ДМЭ) представляет собой газ, используемый в жидком состоянии при низком давлении. ДМЭ получают газификацией биомассы. Газификация — это процесс, при котором органический материал превращается в синтетический газ, представляющий собой смесь газообразного водорода с моноксидом углерода. Именно синтетический газ служит основой для образования различных компонентов альтернативного топлива.

Метанол получают газификацией биомассы, а этанол — ферментацией сельскохозяйственных культур с высоким содержанием сахара и крахмала. Ферментация — это биологический процесс, в котором материал, содержащий сахар, разлагается на этанол и двуокись углерода. В настоящее время ведутся исследования по производству этанола из целлюлозы. Первичное разложение этого сырья осуществляется с помощью ферментов и кислот. Биогаз — это топливо в газообразной форме, которое в основном состоит из гидрокарбонизированного метана. Данный продукт можно получить экстрагированием на установках для очистки сточных вод, на свалках мусора и в других местах, где присутствует биологически разлагающийся материал. В процессе анаэробной переработки происходит расщепление органического материала главным образом на метан и двуокись углерода. Производство также возможно путем газификации биомассы.

Биогаз в соединении с биодизельным топливом тоже является альтернативным видом топлива. Газообразный водород в соединении с биогазом является еще одним видом альтернативного топлива, при сгорании которого не выделяется СО2. Газообразный водород производится газификацией биомассы или электролизом воды с помощью возобновляемой электроэнергии Вещество можно смешивать в разной концентрации с биогазом.

Все перечисленные виды топлива, имея биологическое происхождение, в свою очередь обладают существенными различиями.

Оценка альтернативных топлив по критериям:

1) влияние на климат

2) топливный потенциал

3) расходы на сырьевые материалы

Первым критерием является влияние на климат. Если говорить точнее, речь идет о суммарном выбросе двуокиси углерода по всей цепи исходя из принципа «от источника до колеса». Этот принцип учитывает все этапы, начиная с выращивания сырьевого материала, включая удобрения, сбор урожая сырьевого материала, транспортировку его на завод по производству топлива, производство топлива, распределение по автозаправочным станциям и непосредственное использование в транспортных средствах. Пять из указанных альтернатив (синтетическое дизельное топливо, ДМЭ, метанол, биогаз и газообразный водород + биогаз) уменьшают воздействие на климат более чем на 90%. Аутсайдером по этому показателю является этанол. Его результаты варьируются между 0 и 75% в зависимости от технологии производства. Вторым критерием является эффективность использования энергии. Экономичность потребления энергии для отдельного вида топлива также оценивается по принципу «от источника до колеса». Процентная величина, взятая за единицу измерения, указывает количество энергии, достигающей ведущих колес транспортного средства. Результаты могут быть разными для одного и того же топлива в зависимости от технологии производства. ДМЭ и метанол получают самый высокий показатель при условии, что их производят из черного щелока (сложной смеси органических соединений и минеральных солей, используемой в целлюлозной промышленности). Самый высокий показатель для синтетического дизельного топлива также требует газификации черного щелока. Низкий показатель для этанола объясняется большим расходом энергии для культивирования и непосредственного производства.

Следующим критерием является топливный потенциал, характеризующий количество топлива, которое может быть произведено. Этот критерий определяется доступностью сырьевого материала и выбором технологического процесса. В определенных технологических процессах можно использовать сырье многих видов и практически все растительные культуры. Другие технологии ограничены частичным содержанием отдельных культур. Общая проблема при использовании сельскохозяйственного сырья состоит в том, что оно конкурирует с производством пищевых продуктов. ДМЭ, метанол, биогаз, биогаз + биодизельное и газообразный водород + биогаз получают самый высокий показатель топливного потенциала. Эти виды топлива могут производиться из всех культур, древесного сырья или других биологических продуктов. Биодизельное топливо, получившее самый низкий показатель, изготавливают из растительных масел (рапсового и подсолнечного). Их доступность ограничена, поскольку рапс можно выращивать на одной и той же земле каждый четвертый или каждый шестой год. Более того, для топлива может быть использовано только масло из семян. Эффективность использования земельных угодий является еще одним сравнительным критерием. Тема имеет важное значение по причине недостаточного количества земельных ресурсов. В качестве средства измерения рабочих показателей биотоплива может быть выбрана длина пробега на гектар в год. Урожай с гектара для каждой культуры рассчитывается на основе информации о средней урожайности с земли хорошего качества. ДМЭ и этанол в сочетании с газификацией получают самый высокий показатель. Эти топлива характеризуются высокой урожайностью, требуют малого потребления ископаемых топлив и имеют высокую эффективность использования энергии. Этанол получает низкий показатель по причине ограниченной эффективности использования энергии и в определенных случаях — потребности в большом количестве минеральных энергетических ресурсов. Биодизельное топливо получает самый низкий показатель из-за низкой средней урожайности и использования большого количества ископаемых видов топлива в процессе производства.

В оценке стоимости топлива учитываются расходы на сырьевые материалы, издержки производства, транспортные расходы, затраты на инфраструктуру и потребление энергии в сети распределения. В общем случае расчет затрат на будущее затруднителен по причине колебания цен на сырьевые материалы и ускорения технического прогресса.

Технологическая себестоимость топлива часто представляет собой лишь небольшую часть цены, которую платит конечный пользователь.

ДМЭ и метанол получают самый высокий показатель. При производстве из черного щелока они уже сегодня конкурентоспособны в отношении стоимости. Получение продукта путем газификации древесных материалов или выращенной древесины более дорогое. Стоимость биодизельного топлива примерно на 50% выше, чем обычного дизельного топлива. Биогаз, получаемый из отходов, обеспечивает наиболее интересные оценочные результаты в основном благодаря низкой стоимости самих отходов. Синтетическое дизельное топливо является самым дорогим по причине больших капиталовложений и сравнительно низкой эффективности производства. Производство этанола из древесных материалов тоже является дорогостоящим процессом, характеризуемым наибольшими издержками.

Топливная инфраструктура, отвечающая за доставку, хранение и распределение топлива часто считается наиболее сложной задачей в контексте альтернативных топлив. Синтетическое дизельное топливо получает самый высокий показатель. Его можно легко смешивать с традиционным дизельным топливом, не ставя под угрозу установленные стандарты и технические характеристики. Биодизельное топливо требует принятия определенных мер по причине его низкой стойкости при хранении. Метанол и этанол нуждаются в коррозионностойких материалах, дополнительных противопожарных мероприятиях и отдельной инфраструктуре, если они используются в качестве чистого топлива. С метанолом необходимо обращаться в полностью закрытых системах по причине большого риска для здоровья. ДМЭ находится в газообразном состоянии при комнатной температуре и атмосферном давлении. В транспортном средстве он используется как сжиженное топливо, хранящееся под давлением 4–5 бар. Инфраструктура для ДМЭ подобна той, которая создана для сжиженного нефтяного газа. ДМЭ тяжелее воздуха и может образовывать скопления в случае утечки, что создает опасность возникновения пожара. Биогаз находится в рабочем состоянии под высоким давлением (200 бар) и требует такой же инфраструктуры, как и нынешняя система для природного газа. Инфраструктура для газообразного водорода является наиболее дорогостоящей и сложной, поскольку газообразный водород требует еще более высокого давления, чем биогаз.

Биодизельное и синтетическое топлива имеют самый высокий показатель адаптации транспортных средств к разным видам альтернативного топлива. Транспортные средства, работающие на этих топливах, по существу сравнимы с транспортными средствами, в которых используется обычный дизель. Однако в сравнении с синтетическим, биодизельное топливо обладает меньшей энергоемкостью, а также предъявляет более высокие требования к техническому обслуживанию. В частности, речь идет о применении антикоррозионных материалов в топливной системе и специальных топливных фильтрах. Более высокая эмиссия окислов азота требует принятия мер для их нейтрализации. Самым приемлемым вариантом на сегодня является частичное (до 10%) добавление биодизельного топлива к обычному дизельному. Аналогичное применение синтетического ди- зельного топлива пока ограничивается его фактическим наличием, точнее практическим отсутствием. Автомобиль, работающий на метаноле, требует некоторых конструктивных изменений. Во-первых, это наличие теплообменника, обеспечивающего нагрев воздуха, поступающего в цилиндры. Такая конструктивная особенность необходима, учитывая высокую температуру вспышки метанола. Второй особенностью является топливный бак — он из пластика. Третье изменение связано с двигателем, имеющим в этом варианте более высокую степень сжатия и специально разработанное программное обеспечение электронного блока управления. Катализатор, установленный в выхлопной системе, применяется для нейтрализации повышенного содержания СО и СН.

Применение биогаза в дизельном двигателе связано с необходимостью решения проблемы воспламенения. Этот вопрос может решаться двумя путями: воспламенение от специальной свечи зажигания (биогаз + газообразный водород) или предварительный впрыск небольшого количества дизельного топлива (биогаз + биодизельное топливо). Двигатель, использующий систему зажигания для воспламенения газовой смеси, характеризуется пониженной эффективностью использования энергии. Во втором варианте для воспламенения посредством впрыска дизельного топлива требуется наличие у двигателя двух отдельных систем питания. Два компонента поступают в цилиндры через индивидуальные системы впрыска. Для достижения воспламенения от сжатия используется небольшая доля (10%) биодизельного топлива или синтетического дизельного топлива. Биогаз в этой альтернативе используется в охлажденном состоянии в сжиженной форме. Смесь биогаза и биодизеля имеет очень низкий уровень суммарной эмиссии, что позволяет достичь норм Euro 5. Также можно отметить очень низкий уровень внешнего шума. Сжатый газ имеет малую плотность энергии, что уменьшает запас хода приблизительно до 20%. Сложная система баков приводит к повышенной стоимости и увеличению собственной массы транспортного средства.

По материалам журнала «Автопарк»

Постоянный адрес статьи:
http://www.park5.ru/articles/1/295/

В данный момент проходит экспериментальная эксплуатация!-)

 

Готовые системы:

• Автономные для бытовых и промышленных объектов
• Резервные системы для бытовых и промышленных объектов
• Освещение для личных и общественных нужд
• энергообеспечения нефте- и газопроводов
• для телекоммуникаций
• Гибридные системы "Ветер-солнце"

Комплектующие:

• Солнечные батареи
• Контроллеры
• Аккумуляторы

Информация:

• Атлас ветростанций Украины
• Страница заказчика
• Расчет потребления
• Расчет окупаемости