Биотопливо

Содержание

В биодизель Это топливо природного происхождения, получаемое в результате реакции растительных масел или животных жиров с низкомолекулярными спиртами. Эта реакция называется переэтерификацией; то есть новые сложные эфиры жирных кислот (также называемые сложными моноалкиловыми эфирами) образуются из исходных триглицеридов.

В других контекстах, вместо использования слова «переэтерификация», говорят, что биомасса подвергается алкоголизу, потому что она обрабатывается спиртами; среди них и преимущественно метанол и этанол. Использование метанола для производства этого биотоплива настолько распространено, что это почти его синоним.

Биодизель – это экологически чистая альтернатива использованию дизельного топлива, дизельного топлива или нефтедизеля (еще больше подчеркивая, что его состав состоит из нефтяных углеводородов). Однако их свойства и качество с точки зрения производительности в дизельных двигателях не сильно различаются, так что оба топлива смешиваются в разных пропорциях.

Некоторые из этих смесей могут быть богаче биодизелем (например, B100) или богаче нефтедизелем (всего лишь 5-20% биодизеля). Таким образом, потребление дизельного топлива увеличивается по мере появления на рынке биодизеля; не без предварительного решения ряда этических, производственных и экономических проблем.

С простой точки зрения, если можно получить масло как жидкость, способную сжигать и генерировать энергию для движения машин, почему бы не масло природного происхождения? Однако одного этого недостаточно: вы должны пройти химическую обработку, если хотите конкурировать или не отставать от ископаемого топлива.

Когда эта обработка проводится водородом, говорят о рафинировании растительного масла или животного жира; степень его окисления низкая или его молекулы фрагментированы. Тогда как в биодизеле вместо водорода используются спирты (метанол, этанол, пропанол и др.).

Виды биотоплива

Как и другие вещества, биотопливо имеет три разновидности по своему агрегатному состоянию:

• Твердый тип производится на основе отходов сельского хозяйства либо деревообработки.
• Жидкий тип представлен биобутанолом, биоэтанолом, диметиловым эфиром, биодизелем.
• Газообразный тип: биоводород, биометан, биогаз.

Все три разновидности имеют свои специфические особенности, которые рассмотрены ниже.

Твердое биологическое топливо

Самый традиционный пример твердого биотоплива — дрова. С их помощью обогревают жилища уже несколько тысяч лет. Но это далеко не самый экологичный вид топлива, поскольку древесному фонду для возобновления требуются десятки лет.

Альтернативой дровам становятся пеллеты, которые производятся из некондиционной древесины — коры, веток, опилок, обрезков, а также щепы. Сырье перемалывается, затем из него под воздействием высокого давления и высокой температуры формируются мелкие цилиндрики или брикеты. Из-за правильной формы их удобно хранить. Кроме того, это прекрасный способ утилизации отходов деревообрабатывающей промышленности.

Помимо древесной массы для изготовления твердого топлива используют солому, ореховую шелуху, внешние оболочки растений. Такое сырье прессуется и гранулируется.

Не менее часто пеллеты изготавливают из навоза. Современные технологии позволяют устранить неприятный запах из такого вида топлива. Это хороший способ использования отходов жизнедеятельности животных. Кроме того, это дешевое сырье очень быстро возобновляется.

Жидкое биологическое топливо

Жидкое топливо служит альтернативой бензину, либо дополнением к традиционному автомобильному топливу. Различают пять основных видов жидкого биотоплива:

• Биометанол. В качестве сырья для его производства служат одноклеточные водоросли. Разведение таких водорослей не требует ни пресной воды, ни земельных площадей, а потому это одно из наиболее перспективных направлений развития биотехнологий.
• Биодизель — основан на смешивании эфиров жирных кислот. Он абсолютно безопасен, хранится три месяца, разлагается за четыре недели. Применяется как альтернативное автомобильное горючее либо как добавка к традиционному топливу.

• Биобутанол, является аналогом бутанола, но производится из растений: кукурузы, пшеницы, маниока и свеклы. Это вещество способно заменить традиционное автомобильное горючее.
• Биоэтанол получают из сырья, содержащего сахара и крахмал, путем спиртового брожения. Применяется для топки каминов, поскольку обладает высокой теплоотдачей и не образует побочных продуктов горения. Может использоваться в качестве добавки к автомобильному топливу, поскольку защищает мотор и снижает количество выбросов.
• Диметиловый эфир производится из отходов бумажного производства. Может применяться для изготовления автомобильного топлива для машин с LPG-двигателями.

Газообразное биологическое топливо

Основными типами газообразного биотоплива являются:

• Биоводород — аналог водорода. Получают его из органического сырья двумя способами — термохимическим (нагрев до 800 градусов без доступа кислорода) и биохимическим (легкий подогрев и микроорганизмы). Преимущество этого вида топлива — его возобновляемость. Для сырьевой массы используются органические отходы; бактерии, участвующие в переработке сырья, можно использовать неоднократно.
• Биогаз является аналогом природного газа. В его состав входит метан, углекислый газ, а также малое количество примесей (водород и сероводород). Если этот газ очистить от углекислоты, то получится биологический метан. Биогаз получается в результате метанового либо водородного брожения. Метановое брожение включает три этапа биологической обработки сырьевой массы: при помощи гидролизных бактерий, а также кислотообразующих и метанообразующих микроорганизмов. В качестве сырья служат отходы жизнедеятельности животных, водоросли, бытовые отходы. Сфера применения такая же, как у природного газа.

Обзор популярных марок

Биодизельное топливо для автомобилей в основном производится в Америке (США, Канаде и Бразилии), а также Индии, Китае и Европе. Зачастую это преподносится как забота об экологии и расширения использования альтернативных источников энергии.

Результат на выходе получается довольно неоднозначный. Одно дело, когда для изготовления подобного горючего перерабатывают отходы, а совсем другое – переработка специально выращенных для этого растений.

Главный ингредиент всех марок биогорючего для каминов – спирт, особых различий по качеству и составу он у разных производителей не имеет (+)

С этаноловым биотопливом ситуация несколько иная. Его производят в гораздо меньших масштабах. В основном этим занимаются в Европе, но и в России есть свои фабрики. Для производства этого биогорючего также нужно сырье растительного происхождения, однако не в столь громадных объемах, как в случае с автомобильным аналогом.

В отечественных магазинах каминное биотопливо можно выбрать из следующих брендов:

1. Kratki BioDECO (Польша).
2. InterFlame (Россия).
3. BioKer (Россия).
4. Planika Fanola (Германия).
5. Vegeflame (Франция).
6. Bionlov (Швейцария).
7. Bioteplo Slimfire (Италия).

Выбор достаточно обширный. Цена за литр колеблется в пределах 260–600 рублей. Стоимость часто зависит от наличия/отсутствия и комбинации дополнительных добавок. Некоторые ароматические масла стоят достаточно дорого. Хотя они и присутствуют в составе биотоплива в самых малых пропорциях, но на цену все равно влияют.

Как выбрать

При выборе горючего для биокаминов необходимо обратить внимание на ряд факторов:

• наличие сертификатов соответствия;
• показатель производительности и энергетической способности;
• отсутствие продуктов распада в топливном баке после сгорания;
• отсутствие резких и неприятных запахов от жидкости;
• срок годности;
• подлинность упаковки;

Рудольф Дизель и его двигатель

Дизельный двигатель появился в 1890 году, уже в конце 19 века, в ответ на ограничения паровых двигателей. В нем собрано все, что вы хотели от двигателя: мощность и долговечность. Он также работал с любым типом топлива; и, к восхищению самого Рудольфа и французского правительства, он умел работать с растительными маслами.

Поскольку триглицериды являются источниками энергии, было логично предположить, что при сжигании они выделяют тепло и энергию, способную производить механическую работу. Компания Diesel поддержала прямое использование этих масел, так как приветствовала тот факт, что фермеры могут перерабатывать собственное топливо в местах, удаленных от нефтяных месторождений.

Первая функциональная модель дизельного двигателя имела успех, когда она была представлена ​​10 августа 1893 года в Огасте, Германия. Его двигатель работал на арахисовом масле, поскольку Рудольф Дизель твердо верил, что растительные масла могут конкурировать с ископаемым топливом; но так же, как они были обработаны грубым способом, без последующей обработки.

Этот же двигатель, работавший на арахисовом масле, был представлен на Всемирной выставке в Париже в 1900 году. Однако он не привлек особого внимания, поскольку к тому времени масло было гораздо более доступным и дешевым источником топлива.

Свойства биотоплива

После денатурации этанол становится безвредным для внешней среды, поэтому каминное биотопливо совершенно не оказывает никакого вредного воздействия ни на человека, ни на растения и животных. Когда этанол горит, то он разлагается, после чего образуются оксид углерода, пар и небольшой объем тепла. При горении появляются пламенные языки. Биотопливо совершенно безопасно и горит оно без появления запаха и дыма, поэтому нет необходимости в установке вытяжки. Кроме того, полученное тепло не пропадает, а остается в таком же объеме. КПД такого топлива составляет 95%. Ознакомьтесь с видео чтобы понять каким образом танцующие языки пламени играют с использованием био-топлива.

Видео: как горит Биотопливо

Пламя при горении топлива выглядит так, словно горят настоящие поленья. Если же использовать биотопливо, содержащее морскую соль, то создастся иллюзия настоящего огня с потрескивающими дровами .

Основные виды биотоплива:

1. Твердое — в основном дрова, топливные брикеты, пеллеты как вид био топлива на основе твердых гранул неприятного запаха;
2. Жидкое — биоэтанол, являющийся заменителем бензина с добавлением чистого спирта, биодизель из растительных масел, биометанол (перспективное направление на основе конверсии морского планктона и последующей переработки в экологическое топливо), биобутанол выводят из нефти и диметиловый эфир (добывается из переработанной целлюлозы);
3. Газообразное — биогаз, считающийся аналогом газа, который изготавливается из специально обработанных отходов;

Пеллеты — разновидность биотоплива в качестве твердых гранул

Биодизель — это топливо, которое производится путем переработки растительных, животных жиров, а также жиров микробного происхождения. Сырьем могут служить пальмовое, кокосовое и другие масла или переработанные отходы пищевой промышленности. В настоящее время разрабатывается технология производства топлива из морских водорослей. Биодизель, полученный из масел, является наиболее популярным биотопливом в европейских странах.

Биоэтанол — это спирт, который вырабатывается при ферментации углеводов. Наиболее распространенные углеводы для таких целей — это сахар и крахмал, которые содержатся в кукурузе или сахарном тростнике.

Достоинства и недостатки биотоплива

Используя биокамин, даже настольный , можно наслаждаться дома живым огнем, безопасным для окружающей среды. Следует только правильно выбрать вид биотоплива, ведь от этого зависят резкость и цвет пламени

Для этого нужно обратить внимание на следующие важные моменты

Биотопливо должно:

1. сгорать до конца;
2. иметь достаточно высокую теплопроизводительность;
3. иметь подлинные сертификаты о качестве.

Биотопливо имеет следующие достоинства:

1. Является экологически чистым продуктом, так как при его горении не выделяются какие-либо вредные вещества, дым, сажа и т. д.;
2. возможность регулировки насыщенности горения;
3. не требуется устанавливать специальные вытяжки;
4. легкость в уходе (горелки очень хорошо очищаются);
5. биоэтанол легко транспортировать;
6. при горении биоэтанола выделяются водяные пары, вследствие чего происходит увлажнение воздуха в помещении;
7. при горении биологического топлива исключается возврат пламени;
8. биотопливо имеет низкую стоимость, а это является существенным для семейного бюджета.

Формула Биоэтанола для производства биологического топлива

Кроме того, нет никаких сложностей в применении биотоплива. Если топливо гелевое, то нужно только открыть банку и положить ее среди камней или в охапку искусственных дров, а затем поджечь. Одной такой банки биотоплива достаточно на 3 часа непрерывного горения камина. Чтобы получить более объемное пламя, нужно зажечь сразу несколько банок с топливом.

Чтобы потушить огонь, необходимо только перекрыть поступление кислорода к пламени, закрыв банки с топливом.
Если используется жидкое топливо, то его нужно залить в отопительный блок камина и поджечь. Такое биотопливо выпускается обычно в пятилитровых канистрах, в которых имеется шкала расхода. Одна такая канистра рассчитана на 18-20 часов бесперебойного горения.

Недостатки биотоплива заключаются в следующем:

1. Чтобы долить топливо, сначала нужно выключить камин и дать ему остыть, во время работы камина этого делать нельзя;
2. нельзя хранить топливо возле открытого огня;
3. нельзя разжигать биотопливо с помощью бумаги и поленьев — только с помощью специальных железных зажигалок.

Изготовление биодизеля

Биодизель  представляет собой метиловый эфир, который получают методом химической реакции. Биотопливо можно использовать в качестве основного горючего для ДВС, а также свободно смешивать биодизель и солярку.  В основе процесса изготовления биодизеля лежит снижение показателя вязкости, который имеет растительное масло. Вязкость снижается разными способами. Само растительное масло является смесью эфиров, которые связаны с молекулой глицерина. Такая смесь еще называется триглицерид. Еще одним компонентом в составе выступает трехатомный спирт.

Если коротко, то в очищенное от механических примесей растительное масло просто добавляется метиловый спирт и щёлочь. Смесь нагревают приблизительно до 50 °С. Далее происходит отстаивание и охлаждение, в результате чего имеет место расслаивание на две фракции. Эти фракции делятся на легкую и тяжёлую. Лёгкая фракция — метиловый эфир, который и называется биодизелем. Тяжёлой фракцией становится глицерин. Наличие глицерина обеспечивает маслу вязкость и плотность. Для получения биодизеля глицерин нужно удалить. Более того, его замещают спиртом. Данный процесс получил название трансэтерификации.

Первичным сырьем может быть любой вид растительного масла, в том числе и отработанное. Для последнего необходима качественная фильтрация, которая позволит удалить из отработки ненужные примеси и воду. Удаление воды является очень важным этапом, так как в процессе производства биодизеля  из масла с водой произойдет гидролиз триглицеридов. Итоговым результатом станет не биотопливо, а соли жирных кислот.

Биодизель изготавливают по следующей схеме:

1. масло нагревают до необходимой температуры;
2. затем в масло добавляется катализатор;
3. вместе с катализатором происходит добавление спирта;

Предварительный нагрев масла необходим для ускорения реакции. Добавляемый спирт может быть как метанолом, так и этанолом. Для первого случая результатом станет метиловый эфир, для второго-этиловый эфир. Дополнительным способом ускорения реакции может стать добавление кислоты. Полученная смесь тщательно перемешивается и затем некоторое время отстаивается.

Как уже было сказано, процесс отстаивания смеси приводит к расслаиванию. Верхним слоем становится биодизель-эфир, в середине появляется промежуточный мыльный слой, а глицерин выпадает в осадок в виде тяжелой фракции.

Биодизель отличается тем, что имеет медовый цвет, глицерин в осадке более темного цвета. Следует добавить, что полученный из отработанного масла глицерин имеет коричневый цвет и склонен к затвердеванию при температуре около 37 градусов. Глицерин, который получен из свежего масла, способен оставаться жидким при более низких температурных показателях. Такой глицерин используется в виде побочного продукта в результате изготовления биотоплива. Из него заранее выпаривают метанол путем нагрева почти до 70 градусов и далее используют по назначению.

Важным этапом в процессе получения биотоплива является отделение глицерина и мыльного слоя от эфира. Для этого полученный биодизель тщательно промывают многочисленными способами. Если поддерживать температуру на уровне 38 градусов, тогда глицерин в осадке не твердеет и остается жидким. В таком состоянии его легко удаляют методом подключения шланга к нижней части смесителя.

Промывка и фильтрация нужны для того, чтобы удалить остатки мыла, а также катализатора и других ненужных примесей. После промывки биодизель дополнительно осушают. Остатки воды удаляют путем добавления сульфата магния или других компонентов. Сам осушитель позже отфильтровывают.

Полученный биодизель оценивают визуально, методом проверки кислотно-щелочного pH баланса, а также другими способами. Визуально биотопливо должно иметь вид очищенного подсолнечного масла. В биодизеле недопустимы примеси, взвеси, частицы и любые замутнения. Мутный биодизель означает, что в нем присутствует вода. Такую воду выпаривают при помощи нагрева. Использование биодизеля требует повышенного внимания к работе топливной аппаратуры и тщательного контроля состояния топливных фильтров.

Если брать в расчет рапс, то с одного гектара этого растения добывают чуть более 1000 литров рапсового масла. Одна тонна растительного масла, 110 кг спирта и 12 кг катализатора  позволяют получить на выходе около 970 кг биодизеля. Данное количество риблизительно равно 1100 литрам.  Дополнительно получается еще около 150 кг глицерина.

Как сделать биотопливо самостоятельно

Своими руками топливо можно приготовить, если нет проблем с приобретением этанола. Если необходимо, чтобы пламя выглядело более эстетично и натурально, то для присадки можно применить бензин хорошего качества.

Такое биотопливо рекомендуется изготавливать непосредственно перед его применением, так как при длительном хранении смесь может расслаиваться.

Поскольку при горении биологического топлива не выделяется никаких вредных веществ, его можно использовать в котлах без подключения к вентиляционным каналам или дымоходам: достаточно будет лишь проветривать помещение.

Производство биодизеля из водорослей[править | править код]

Наиболее перспективным источником сырья для производства биодизеля являются водоросли. С одного акра земли можно получить 255 литров соевого масла, или 2400 литров пальмового масла. С такой же площади водной поверхности можно производить до 3570 баррелей бионефти.

Департамент Энергетики США с по  гг. исследовал водоросли с высоким содержанием масла по программе «Aquatic Species Program». Исследователи пришли к выводу, что Калифорния, Гавайи и Нью-Мехико пригодны для промышленного производства водорослей в открытых прудах. В течение 6 лет водоросли выращивались в прудах площадью 1000 кв.м. Пруд в Нью-Мехико показал высокую эффективность в захвате СО₂. Урожайность составила более 50 гр. водорослей с 1 кв.м. в день. 200 тыс. гектаров прудов могут производить топливо, достаточное для годового потребления 5 % автомобилей США. 200 тыс. гектаров — это менее 0,1 % земель США, пригодных для выращивания водорослей. У технологии еще остаётся множество проблем. Например, водоросли любят высокую температуру, для их производства хорошо подходит пустынный климат, но требуется некая температурная регуляция при ночных перепадах температур. В конце 90-х годов технология не попала в промышленное производство из-за низкой стоимости нефти.

Кроме выращивания водорослей в открытых прудах существуют технологии выращивания водорослей в малых биореакторах, расположенных вблизи электростанций. Сбросное тепло ТЭЦ способно покрыть до 77 % потребностей в тепле, необходимом для выращивания водорослей. Эта технология не требует жаркого пустынного климата.

В году несколько компаний объявили о строительстве заводов по производству биодизеля из водорослей:

• Global Green Solutions (Канада) по технологии компании Valcent Products (США) — мощность производства 4 млн. баррелей бионефти в год;
• Bio Fuel Systems (Испания);
• De Beers Fuel Limited (ЮАР) по технологии Greenfuel Technologies Corporation (США) — мощность производства 900 млн. галлонов биодизеля в год (водоросли + подсолнечное масло)
• Aquaflow Bionomic Corporation (Новая Зеландия) — мощность производства 1 млн. литров биодизеля в год.

Биотопливо — доступный и неисчерпаемый ресурс

Биотопливо — это используемые для получения тепловой энергии вещества биологического или животного происхождения.

В зависимости от целей и предназначения, биотопливо имеет различные агрегатные состояния: твёрдое, жидкое и газообразное.

Твёрдое

Твёрдое биотопливо на сегодняшний день держит пальму первенства как самый популярный вид альтернативного топлива.

Сырьём для производства твёрдого биотоплива служит биомасса, образующаяся из растительных остатков, стеблей и семян кукурузы, рапса, из соломы, опилок, щепы, хвои, листьев, а также сучки, ветки, кора, обрезки досок, бракованные части из дерева, навоз, торф и т. д. Биомассу прессуют в топливные гранулы (пеллеты) или брикетируют.

Энергетические леса, в состав которых входят быстрорастущие деревья и кустарниковые группы растений, позволяют поддерживать сырьевой баланс, обеспечивая производство биотоплива необходимым объёмом материала.

Быстрорастущие деревья сажают для использования их впоследствии в качестве сырья для производства биотоплива

Жидкое

В состав жидкого биотоплива входят спирты, эфиры, масла. Сырьём выступает та же биомасса, состоящая из растительных остатков, стеблей и семян кукурузы, рапса, сахарной свёклы и тростника, пшеницы, а также жмыха, выжимки, патоки и т.д.

Образование топлива происходит в результате спиртового брожения биологической массы с высоким содержанием крахмала и/или сахара, а также гидролизе. Образующийся в результате брожения раствор после очистки и дистилляции преобразуется в биоэтанол, биобутанол, биометанол, биодизель.

Простейшее устройство для анаэробного брожения

Газообразное

Газообразное биотопливо или биогаз образуется в результате анаэробного брожения (перепревания) органических веществ. Для производства биогаза используют метанообразующие, гидролизные или кислотообразующие бактерий.

Размещение экологически чистого производства

Наряду с общепринятой, используется и альтернативная классификация биотоплива по поколениям:

• к первому поколению относится биотопливо, производимое из биологического сырья посредством брожения;
• биотопливо второго поколения получают из неопасных отходов производства и потребления;
• к третьему поколению относится производство биотоплива из растительных жиров, содержащихся в водорослях.

Непривычные, экзотические и забытые виды биотоплива

Здесь стоит коснуться древесины, которая может выступать как биотопливо. В первую очередь надо упомянуть скипидарно-спиртовую смесь, которая ещё в 1826 году использовалась в роли топлива. А ведь скипидар получают при пиролизе древесины. Есть отдельные упоминания, что при так называемом «быстром» высокотемпературном пиролизе сконденсирована жидкость, по своим характеристикам алогичная нефти.

Стоит вспомнить и прямое применение древесины как горючего для моторов. При сгорании древесины образуется окись углерода, которая и служит в качестве топлива. Во время Второй Мировой, Германией достаточно широко использовались машины с такими моторами, в том числе и легковые. В Советском Союзе так же были созданы газогенераторные автомобили, ЗИС 21, ЗИС 13, а также ГАЗ 42.

Работали они на обычных дровяных чурочках. Правда, при замене бензина на газ мощность двигателя падала, скорость движения и грузоподъемность тоже, а одной заправки газогенераторной установки хватало на девяносто километров пробега, но в условиях военного времени при дефиците других видов топлива и в удаленных местах такие автомобили успешно работали. И даже в Москве в военное время ходили автобусы, оснащенные газогенераторными установками.

Несмотря на всеобщее распространение бензина и солярки в качестве топлива для ДВС, постоянно идут поиски альтернативных источников получения горючего. И уже существует несколько самых разных видов биотоплива, способного обеспечить работу ДВС в любых условиях.

https://youtube.com/watch?v=TC7e85vaB0s

Мне нравится1Не нравится