Биотопливо как альтернативный источник энергии. Биотопливо для двигателя


Сможет ли биотопливо заменить бензин для автомобилей — Российская газета

Постепенное истощение запасов нефти и газа, удорожание добычи углеводородов, катастрофическое загрязнение окружающей среды при добыче и сжигании угля привели к необходимости использования альтернативных источников энергии.

Особое место среди них занимает биотопливо - различные виды горючих продуктов из растительного сырья, главным преимуществом которых является возобновляемость. Сейчас главное внимание исследователей и практиков направлено на получение жидких и газообразных видов топлива для транспортных средств, а также для систем отопления и производства электроэнергии.

Неудивительно, что первым практически используемым в качестве биотоплива веществом стал обычный этиловый спирт, поскольку получение этанола из растительного, прежде всего пищевого, сырья (зерна, картофеля, сахарной свеклы и т.д.) было налажено еще несколько столетий назад. Правда, для совершенно иной цели. Но резкое удорожание нефти продемонстрировало выгодность использования этанола в качестве топлива для автомобильных двигателей внутреннего сгорания, особенно в странах с дешевым сырьем для микробиологического синтеза спирта. Первой такой страной стала Бразилия, в которой подавляющее количество автомобильного топлива обычно представляет собой смесь 80 процентов биоэтанола из сахарного тростника и 20 процентов бензина. Бразилия производит сейчас около 20 миллиардов литров биоэтанола, примерно столько же спирта (из кукурузы) поступает на рынок США.

Широкое использование спирта уже сейчас вызвало серьезную проблему - огромные площади в США заняты под посевы кукурузы для непищевых целей, поскольку фермерам выгоднее "выращивать" биоэтанол. Кроме того, этиловый спирт энергетически менее эффективен, чем бензин из-за присутствия в молекуле атома кислорода.

В России использование биотоплива на основе этилового спирта проблематично по несколько другим причинам. Во-первых, у нас законодательно ограничен оборот этанола, а во-вторых, этот спирт необходимо как-то перевести в "непитьевое" состояние - даже денатурирование ядовитым пиридином себя не оправдало. И безопасный процесс перевода уже разработан на основе давно известной реакции дегидратации - отщепления воды от молекул спиртов. При определенных условиях получается смесь углеводородов, близкая по составу к бензину. Этот вариант разработан в Институте общей и неорганической химии РАН под руководством члена-корреспондента РАН Александра Гехмана. Хотя при недавнем резком снижении цен на нефть получение синтетического бензина из этанола теряет смысл. Но даже и при повышении стоимости барреля, как подсчитали въедливые ученые, для производства 1 литра биотоплива требует более 1 литра нефти - для работы тракторов и комбайнов, для производства пестицидов и для самого микробиологического синтеза этанола.

Другим спиртом, который можно использовать в качестве возобновляемого биотоплива, является бутиловый спирт, который можно микробиологически получать из сахарного тростника, пшеницы, кукурузы, корнеплодов и даже из отходов лесопереработки. Александр Гехман приветствует этот подход.

При этом эксперт замечает, что "существует и ряд нерешенных технологических проблем, прежде всего из-за невозобновляемости микроорганизмов, используемых для производства биобутанола. Хотя если новым биотопливом удастся заместить хотя бы 5 процентов обычного бензина, это уже можно считать перспективным".

Другим видом биотоплива, производимого уже сейчас в значительных количествах, является биодизель. Это топливо, по составу близкое к дизельному топливу из нефти, получают из липидов (жиров) масличных растений - рапса в нескольких странах ЕС, подсолнечника (Франция и Италия), сои в США, Бразилии и в Африке, пальмового масла в Индонезии и Малайзии. Производство биодизеля в ЕС постоянно растет, как и импорт биодизеля из других стран. По прогнозам, объем потребления биодизеля в ЕС к 2020 году достигнет от 21 до 26 миллионов литров.

Однако увеличение площадей под возделывание этих культур приводит к росту цен на продовольствие и сведению лесов. Делались попытки получения биодизеля из водорослей, но этот процесс оказался неконкурентоспособным. Правда, появилась надежда, что проблема будет решена с помощью микроскопических грибов-паразитов, обитающих внутри древесины и расщепляющих целлюлозу с образованием смеси углеводородов. Такой способностью обладают грибы Gliocladium roseum, паразитирующие на южноамериканском кустарнике эукрифия. Самое поразительное, что при разложении целлюлозы грибы выделяют такие углеводороды, как декан, метилциклогексен, ундекан, октан и бензол. По своему составу эта смесь очень близка к дизельному топливу и вполне может использоваться вместо него. Это открытие было сделано в США, но не менее интересные разработки проводятся и в России.

Так, в работе с участием декана химфака МГУ академика Валерия Лунина была разработана и запатентована биотехнология получения биодизеля на основе липидов мицелиальных грибов, например, гриба Cunnihghamella japonica, образующего до 50 процентов липидов, близких по составу к маслу рапса. Валерий Лунин подчеркивает, что "по сравнению с растительными маслами липиды грибов имеют ряд существенных преимуществ, а именно высокая скорость роста грибов, независимость выхода продукта от сезонных и климатических условий, отсутствие потребности в посевных площадях, возможность создания безотходных технологий".

В России весьма перспективно производить биогаз - метан (или водород) из органических отходов. При этом не требуется использовать пищевое сырье и терять посевные площади, к тому же метан в 20 раз сильнее оказывает влияние на парниковый эффект и его утилизация - прекрасный способ борьбы с глобальным потеплением. Получают биометан в так называемых метан-танках с помощью метанобразующих бактерий. Трудно перечислить все виды отходов для производства биометана - это навоз, отходы многочисленных пищевых производств, фекалии, бытовые отходы, те же водоросли, органический мусор, растительные отходы и т.д. В России на агропредприятиях производится ежегодно около 800 миллионов тонн отходов, из которых можно получить около 70 миллиардов кубометров биометана, при сжигании которого - около 110 миллиардов кВт-ч электроэнергии. Метан-танки устанавливают на свалках, на очистных сооружениях пищевых производств, они могут и отапливаться биометаном. После решения проблемы раздельного сбора отходов в России можно было бы резко сократить площади полигонов твердых бытовых отходов.

Производство биотоплива, несомненно, имеет множество положительных моментов. Однако, как говорит завлаб Института химической физики РАН доктор химических наук Владимир Арутюнов: "Довольно простые оценки, которые еще 40 лет назад сделал Петр Капица, показывают невозможность обеспечить за счет возобновляемых источников энергии уровень энергопотребления развитых стран для всего населения Земли. Следует указать и на этическую сторону вопроса получения биотоплива. Более 2 миллиардов людей в мире испытывают серьезный недостаток продуктов питания. Из-за роста потребности в этаноле и соответствующего роста цен на зерно растут цены и на свинину, говядину, мясо птицы, молоко и т.д. А в России мы еще и не в состоянии полностью обеспечить свои потребности в продовольствии. И вообще, когда схлынет ажиотажный бум, место биотоплива в мировой энергетике не превысит нескольких процентов в мировом энергобалансе".

Справка

Российские автопроизводители также работают над созданием биотопливных машин. Так, еще в 2008 году три Лады Калины, заправленные смесью биобутанола и бензина, проехали 4 тысячи километров от Иркутска до Тольятти. Биотопливо для авто произвел Тулунский гидролизный завод из отходов лесопереработки - щепок и опилок. В 2010 году в ноябре прошел еще один тысячекилометровый автопробег Киров-Москва. Лада Калина на биотопливе проходила испытание и в городских условиях. Год назад создана и биотопливная Лада Гранта. Однако, по мнению производителей, маркетинговые параметры не позволяют рассматривать этот проект как самодостаточный.

rg.ru

Виды биотоплива: сравнение твердого, жидкого, газообразного

Альтернативой традиционным энергоресурсам (газу, каменному и бурому углю, нефти) являются различные виды биотоплива, для изготовления которых используется растительное либо животное сырье.

А также отходы промышленности и результаты жизнедеятельности организмов.

Содержание статьи:

Что такое биологическое топливо

Наиболее перспективным направлением в энергетике являются технологии, предусматривающие использование возобновляемых ресурсов, к числу которых относится и биологическое топливо.

Наиболее распространенным видом биологического топлива являются обычные дрова. 38% населения Земли используют их для отопления и приготовления пищи

В качестве сырья для его производства можно брать биомассу растительного/животного происхождения, включая отходы промышленных производств либо остатки жизнедеятельности животных.

Обработка таких веществ производится термохимическим или биологическим методом, в последнем случае топливо получают при помощи различных видов микроорганизмов.

Хотя в ближайшем будущем биотопливо вряд ли сможет полностью вытеснить традиционные углеводороды, развитие этой отрасли возобновляемой энергетики способствует сохранению запасов полезных ископаемых

Во многих странах действуют специальные программы по расширению доли биотоплива в национальном и региональном энергопотреблении. В ряде государств имеются также обязательные нормы использования этого источника энергии.

Достоинства и недостатки биотоплива

У биологических видов горючего есть свои положительные и отрицательные стороны. Интерес к использованию этого вида сырья вызван его несомненными достоинствами. К ним относятся:

  • Бюджетная стоимость. Хотя на данный момент цены на биотопливо практически совпадают со стоимостью бензина, биологические вещества считаются более выгодным видом горючего, поскольку при сжигании дают меньше выбросов. Биотопливо пригодно к применению в различных условиях, при этом его можно адаптировать к двигателям разных конструкции. Еще одним плюсом является оптимизация работы мотора, который дольше остается чистым из-за малого количества сажи и выхлопным газов.
  • Мобильность. Биологическое топливо отличается от других вариантов альтернативных источников энергии своей мобильностью. В конструкции солярных и ветряных установок обычно входят тяжелые аккумуляторные батареи, поэтому они чаще всего используются стационарно, тогда как биогорючее можно без особых хлопот перевозить из одного региона в другой.
  • Возобновляемый источник энергии. Хотя, по мнению исследователей, существующих залежей сырой нефти хватит как минимум на несколько сотен лет, ископаемые запасы все-таки конечны. Биотопливо, изготавливаемое из растений и отходов жизнедеятельности животных, относится к числу возобновляемых ресурсов, которым в обозримом будущем не грозит исчезновение.
  • Охрана атмосферы земли. Крупным недостатком традиционных углеводородов является большой процент CO2, который выделяется при сжигании. Этот газ создает в атмосфере нашей планеты парниковый эффект, создавая условия для глобального потепления. При сгорании же биологических веществ количество  углекислого газа снижается до 65%. Помимо этого культуры, используемые в производстве биотоплива, потребляют оксид углерода, уменьшая его долю в воздухе.
  • Экономическая безопасность. Запасы углеводородов распределены неравномерно, поэтому часть государств вынуждена закупать нефть или природный газ, тратя на приобретение, транспортировку, складирование большие средства. Различные виды биологического горючего можно получать практически в любой стране. Поскольку для его изготовления и переработки понадобится создание новых предприятий и, соответственно, рабочих мест, это принесет пользу народному хозяйству и положительно скажется на благосостоянии людей.

Совершенствование технологий и развитие новых методов сможет усилить положительный эффект биотоплива. Так, разработка технологий с использованием планктона и водорослей позволит значительно снизить его цену.

В то же время на современном этапе развития наук и технологий производство биотопливо связано с рядом сложностей и неудобств. Прежде всего, это природные ограничения в выращивании растений. Для произрастания культур, используемых для выработки биомассы, требуется учитывать ряд факторов, а именно:

  • Водопользование. Сельскохозяйственные растения потребляют много воды, являющейся ограниченным ресурсом, особенно в засушливых местах.
  • Инвазивность. Выращиваемые на топливо культуры часто бывают агрессивны. Они заглушают аутентичную флору из-за чего может пострадать биоразнообразие и экосистема региона.
  • Удобрения. Для произрастания многих растений требуется дополнительное внесение питательных веществ, которые могут нанести вред другим культурам или общей экосистеме.
  • Климат. Отдельные климатические зоны (например, пустыня или тундра) не подходят для выращивания биотопливных культур.

Активное выращивание сельскохозяйственных растений связано и с истощением земледельческих ресурсов,  Несоблюдение правил агротехники может привести к снижению содержания полезных компонентов почв и, как следствие, к их истощению, что вызовет обострение продовольственной проблемы.

Происходит нарушение экосистемы. Для производства биомассы  обычно требуется расширение территорий, задействованных в сельском хозяйстве. Нередко с этой целью проводится зачистка территории, что приводит к разрушению микроэкосистемы (например, леса), гибели растений и животных.

Для выработки биотоплива уже сейчас выращивается большой объем сельскохозяйственных культур. На производство биомассы идет более 50% производимого в Европе рапса, более трети американского зерна, почти половина выращиваемого в Бразилии сахарного тростника

Возникают проблемы с выращиваем монокультур. Для получения большего урожая биомассы производители часто засеивают земли определенным растением. Подобная практика не слишком хорошо отражается на состоянии сельскохозяйственных угодий, поскольку монокультура ведет к изменению окружающей среды.

На полях, занятых одним видом растений, обычно паразитируют особые разновидности вредителей. Попытка борьбы с ними при помощи инсектицидов и пестицидов приводит лишь к выработке устойчивости к данным средствам.

Чтобы избежать описанных выше проблем, ученые советуют не пренебрегать биоразнообразием культур, совмещая на полях несколько растений, а также использовать местные сорта флоры.

Поколения альтернативного горючего

Широкий ассортимент растительного сырья, используемого для биомассы, принято разделять на несколько поколений.

К первому поколению относятся сельскохозяйственные культуры, в которых содержится высокий процент крахмала, сахаров, жиров. Это такие популярные растения, как кукуруза, сахарная свекла, рапс, соя. Поскольку выращивание этих культур наносит ущерб климату, а их изъятие с рынка влияет на ценообразование продуктов, ученые пытаются заменить их на другие виды биомассы.

Из сельскохозяйственных растений, относящихся к первому поколению сырья, в настоящее время вырабатываются почти все виды современного жидкого топлива (биодизель, этанол)

В группу второго поколения биомассы входит древесина, трава, сельскохозяйственные отходы (скорлупа, шелуха). Получение биотоплива из такого сырья требует больших затрат, однако позволяет решить вопрос утилизации не пищевых остатков с одновременным производством горючих материалов.

Особенностью культур, входящих в эту разновидность, является присутствие в них лигнина и целлюлозы. Благодаря им биомассу можно сжигать и газифицировать, а также подвергать пиролизу, получая жидкое топливо. Главным недостатком биомассы второго поколения считается недостаточная отдача с единицы площади, из-за чего под такие культуры приходится отводить значительные земельные ресурсы.

Сырьем для производства биотоплива третьего поколения служат водоросли, которые выращиваются в промышленных масштабах, например, в открытых водоемах.

Наиболее перспективным вариантом считается биотопливо, получаемое из одноклеточных водорослей. Такие растения быстро набирают массу, при этом для их выращивания не требуется плодородных земель

Подобная практика имеет большие перспективы, однако в настоящее время такие технологии только разрабатываются. Ученые также ведут исследования по созданию методик, позволяющих получить биотопливо четвертого и даже пятого поколения.

Три разновидности биотоплива

В зависимости от того, в каком агрегатном состоянии находится вещество, различают три основных типа биотоплива:

  • Твердое: дрова, торф, отходы жизнедеятельности животных, отходы сельскохозяйственного производства.
  • Жидкое: биодизель, диметиловый эфир, биоэтанол, биобутанол.
  • Газообразные: биогаз, метан, биоводород.

Каждый тип веществ имеет свою специфику, речь о которой пойдет ниже.

Тип #1: твердое

К числу наиболее популярных твердых разновидностей биологического топлива относятся древесина, торф, отходы жизнедеятельности животных.

Древесина (дрова, щепа, опилки)

Древним видом биотоплива являются хорошо знакомые всем дрова, которые издавна применяются для обогрева домов и приготовления еды. До сих пор их активно используют в разных странах для получения тепло/электроэнергии, в частности, на дровах работает крупная Австрийская теплоэлектростанция, мощность которой составляет 66 мегаватт.

В то же время у подобного сырья имеются недостатки. Энергетическая ценность дров относительно невелика: при сжигании часть вещества оседает в виде сажи, из-за чего камины и печи необходимо регулярно прочищать. Кроме того, для восполнения запасов древесины требуется определенное время — новые деревья вырастут лишь через 15-20 лет.

Отличной альтернативой обычным дровам являются пеллеты (гранулы), для производства которых используется некондиционная древесина (кора, щепа, опилки, сучья).

Пеллеты, получаемые из древесины, торфа и различных отходов, имеют разный цвет. Светлые используются для топки каминов и печей, тогда как темные, с большим содержанием коры, предназначены для твердотопливных котлов

Для производства топливных пеллет сырье измельчается в пыль, которая затем высушивается и прессуется при высокой температуре. Благодаря содержащемуся в древесине лигнину образуется клейкая масса, из которой формируются небольшие цилиндрики длиной 5-70 мм и диаметром 6-10 мм.

Современной альтернативой традиционным дровам являются топливные брикеты четырех-, шести- или восьмигранной формы. Этот экологически чистый материал имеет высокую теплоотдачу

К числу популярных видов биотоплива причисляется древесная щепа, которая часто служит источником энергии на европейских ТЭЦ. Выработка этого сырья производится на лесозаготовках либо на специальных производственных линиях, оснащенных машинами-шредерами.

Болотный и лесной топливный торф

Это распространенная разновидность биотоплива, применяемая в бытовых и промышленных целях на протяжении веков. Торф представляет собой не полностью разложившийся в условиях болота слой мха, добыча которого осуществляется во многих странах мира (Россия, Белоруссия, Канада, Швеция, Индонезия и другие).

Торф, содержащий 50-60% углерода, считается популярным газоносным материалом. Это ценное сырье может применяться не только в качестве топлива, но и как удобрение либо теплоизолятор

Для удобства производственного процесса биомассу обычно перерабатывают на месте добычи. Процесс состоит в очистке (просеивании) сырья от посторонних выключений с последующей сушкой и формовкой в виде брикетов или гранул.

Топливо из сельскохозяйственных отходов

В сельскохозяйственном производстве, как правило, накапливается большое число разнообразных растительных отходов: внешние оболочки растений, ореховая скорлупа, солома.

Подобное сырье также можно подвергать прессовке и гранулированию, получая топливные пеллеты, характеристики которых практически не отличаются от гранул, изготовленных из древесной биомассы.

Биотопливо животного происхождения

Наряду с дровами еще в старину люди начали применять топливо животного происхождения, а именно кизяки – высохший навоз домашних животных. Современные технологии сушки и переработки подобного сырья позволяют получать твердые разновидности биотоплива, совершенно лишенные неприятного запаха.

С давних пор кочевые народы применяли в качестве горючего высушенный навоз лошадей, верблюдов, крупного рогатого скота. В настоящее время из отходов жизнедеятельности домашних животных изготовляется биотопливо в виде брикетов либо пеллет

Поскольку в настоящее время отходы животноводства накапливаются в промышленных масштабах, изготовление из них топлива одновременно решает вопрос об их утилизации.

Тип #2: жидкое

Жидкие варианты биотоплива, отличающиеся безопасностью и экологичностью, большей частью применяются в качестве замены бензина и других подобных средств. К числу наиболее распространенных вариантов относятся биоэтанол, биометанол, биобутанол, биодизель, диметиловый эфир.

Биоэтанол из растительных культур

Это распространенное жидкое биотопливо, которое используется для заправки автомобилей. Хотя чистое вещество не применяется в качестве горючего, его добавка в бензин способствует улучшению работы двигателя, увеличению его мощности, осуществлению контроля за нагревом мотора, снижению выбросов выхлопных газов.

На многих автозаправках Европы, Азии, Северной и Южной Америки предлагается не только традиционное горючее, но и различные виды биотоплива, прежде всего смеси, содержащие биоэтанол

Биоэтанол оценили также любители каминов. Это вещество имеет хорошую теплоотдачу, к тому же при его горении не образуется сажа или дым, а количество выделяемого углекислого газа сводится к минимуму. Благодаря таким особенностям биогорючее можно применять даже для топки каминов в многоквартирных домах.

Выработка биоэтанола осуществляется из сырья первого поколения, содержащего крахмал либо сахар. Зерновые, кукуруза, сахарный тростник, свекла перерабатываются  по технологии спиртового брожения.

Биобутанол для заправки автомобилей

Биобутанол — полученный биологическим путем аналог бутанола. Бесцветная жидкость, обладающая характерным запахом, широко применяется в качестве химического сырья в промышленности, а также может использоваться как транспортное горючее.

Показатель энергоемкости бутанола близок к бензину, что позволяет частично заменять последний в топливных элементах. В отличие от биоэтанола, биобутанол может применяться самостоятельно, без добавления традиционных видов горючего.

Сырьем для производства этого биовещества служат самые разнообразные растения: свекла, маниока, пшеница, кукуруза.

Диметиловый эфир (C2H6O)

Это также экологически чистое топливо. При его сжигании в выхлопных газах отсутствуют соединения серы, а содержание соединений азота на 90% ниже, чем при сгорании бензина. Диметиловый эфир можно применять без специальных фильтров, но в конструкцию автомобиля (система питания, зажигание двигателя) приходится вносить кардинальные изменения.

Диметиловый эфир считается перспективным вариантом автомобильного топлива. Машины с двигателями, рассчитанными на это горючее, разрабатывают такие крупные компании, как Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan

Без каких-либо переделок можно использовать комбинированное топливо, содержащее 30% диметилового эфира в машинах, которые оснащены LPG-двигателями.

Жидкое горючее может производиться из различного сырья: природного газа, угольной пыли, биомассы и прежде всего из остатков целлюлозно-бумажного производства, трансформирующихся в жидкость при небольшом давлении.

Биометанол из одноклеточных водорослей

Подобное вещество является аналогом обычного метанола, который широко применяется для производства ряда химических соединений (уксусная кислота, формальдегид), а также используется в качестве антифриза и растворителя.

Впервые вопрос о производстве этого вида биотоплива был поднят в 1980-х годах, когда группа ученых предложила получать жидкую субстанцию путем биохимической трансформации морского фитопланктона, культивирование которого будет производится в специальных водоемах.

Биометанол имеет ряд потенциальных преимуществ:

  • Высокую энергоотдачу (14 при получении метана, 7 при выработке метанола).
  • Отличную продуктивность фитопланктона (до 100 тонн с гектара в год).
  • Нетребовательность одноклеточных организмов, для культивирования которых не нужна пресная вода, плодородные почвы.
  • Сохранение земледельческих ресурсов, поскольку фитопланктон выращивается в прудах или морских заливах.

Хотя промышленное изготовление биометанола до сих пор не налажено, в настоящее время ведутся упорные исследования и разработка технологий для развития производства этого вида альтернативного горючего.

Биодизель как альтернатива транспортному горючему

Это жидкое моторное биотопливо, состоящее из смеси эфиров жирных кислот. Вещество безопасно для людей и животных, практически полностью разлагается в земле за 28 дней, а также имеет относительно высокую (<100) температуру возгорания. Биодизель снижает процент выхлопов вредных газов, а также продлевает срок эксплуатации мотора, поскольку имеет в своем составе смазочные компоненты.

Горючее применяется для заправки автодвигателей как самостоятельно, так и в комбинации с обычным топливом. Следует учитывать лишь небольшой срок хранения биологического вещества: через три месяца начинается распад биологического вещества с полной потерей свойств.

Для биодизеля в странах ЕС был принят специальный стандарт EN14214. В ряде стран действует также стандарт EN590, допускающий добавку 5% биодизеля в другое топливо.

Тип #3: газообразное

К основным разновидностям газообразного биологического топлива относятся биогаз и биоводород.

Биогаз как замена природного газа

Биогаз представляет собой практически полный аналог природного газа: в нем содержится 13-50% CO2, 49-87% метана, а также примеси h3 и h3S. Если это вещество очистить от углекислого газа, можно получить биометан.

Газообразное биотопливо изготовляется из биомассы методом водородного или метанового брожения. Последнее вызывается тремя видами микроорганизмов: сначала сырье подвергается воздействию гидролизных бактерий, которые затем сменяются кислотообразующими и метанообразующими микробами.

Производство биогаза может вестись на промышленных и кустарных устройствах. Наиболее распространенный способ производства – аэронобное сбраживание в метантанках

В качестве сырья могут применяться разнообразные материалы: силос, навоз, водоросли, сточные воды, помет, фекальные остатки, бытовые отходы. Исходное вещество приводится в гомогенное состояние, после чего его при помощи погрузчика его помещают в реактор. Там поддерживается комфортная температура в +35-38о С, необходимая для осуществления процесса метанового брожения.

Сырье постоянно перемешивается, при этом образующийся газообразный продукт отводится в газгольдер (блок для хранения), откуда он попадает в электрогенератор.

Биоводород, полученный химическим методом

Разновидность газообразного биотоплива, представляющую собой аналог обычного водорода, получают из биомассы с помощью биохимического либо термохимического методов.

При термохимическом способе подготовленное сырье (например, отходы древесины) нагревают до температуры 500—800° C без доступа кислорода, при этом выделяются газы h3, CO, Ch5.

Перспективным методом выработки биоводорода является биофтолиз. В этом случае газ производится при помощи водорослей, которые помещаются в морскую воду, канализационные стоки

При биохимическом способе сырье выдерживается в комфортных условиях при нормальном давлении и температуре примерно в 30° C. В биомассу вносятся специальные микроорганизмы Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes, которые разлагают исходный продукт, выделяя водород. Для ускорения производства с использованием полисахаридов допускается внесение энзимов.

Выводы и полезное видео по теме

На представленном ниже ролике можно увидеть процесс изготовления популярного вида биотоплива — древесных брикетов:

Виды биологического топлива различаются не только агрегатным состоянием, но и характеристиками. При выборе подобных материал необходимо принимать во внимание их планируемое использование, эффективность, функциональные свойства и стоимость.

sovet-ingenera.com

инструкция как производить в домашних условиях. Применение и преимущество в современном мире!

Большая часть современных машин, установок, механизмов и систем, функционируют используя нефть, уголь или природный газ в качестве топлива. Но не стоит забывать, что их запасы быстро уменьшаются и со временем вообще иссякнут. Уже в наше время возникают военные конфликты за право обладания территориями, богатыми природными ресурсами. Поэтому все более актуальным становится поиск другого, «неиссякаемого» источника энергии.

Многие исследователи в области энергетики считают, что именно биотопливо в будущем заменит использование нефти и газа. Сама идея использования биологических отходов в качестве топлива появилась относительно недавно, но уже показала эффективность биотоплива, как источника энергии. Поэтому, на данный момент, исследователи придумывают все новые и новые способы добычи биологического топлива.

Краткое содержимое статьи:

Где применяется биотопливо?

Фактически биотопливо на 100% заменяет обычное топливо. Оно может использоваться для обогрева помещений (брикеты, пиллеты, биогаз), как горючее для автомобильных двигателей (биодизель), или как другой вид топлива. Правда в таком случае, необходима замена некоторых механизмов. Например, биодизель более вязкий чем обычная солярка.

Использование биодизеля в качестве горючего, требует установки двигателя способного работать с более вязким топливом. Другим решением будет использовать смесь из биодизеля и классического дизеля. Такое топливо воспринимают все дизельные двигатели

По какой технологии производится биотопливо?

Прежде всего, необходимо заметить, что бывает твердое, жидкое и газообразное биологическое топливо. Для производства твердого биотоплива (брикетов и пиллетов), используются растительные отходы сельского хозяйства (стебли подсолнухов, листья кукурузу, солому…), отходы деревообрабатывающей промышленности (щепки, опилки, кора…), и другие растительные отходы.

На первом этапе, сырье измельчается. Затем просушивается и прессуется в блоки (в форме цилиндра или параллелепипеда). Для производства жидкого биотоплива используют специальные технические культуры (чаще всего рапс).

Первоначально сырье отжимается для получения растительного масла. Затем протекает химическая реакция с одноатомными спиртами, в результате которой получается биодизель.

Для производства биогаза подходят практически любые отходы животного и растительного происхождения. Сырье помещается в герметичный резервуар и заливается водой. В процессе брожения выделяется газ с высоким содержанием метана.

Добыча биотоплива своими руками

Для получения биотоплива в домашних условиях, не нужно обладать специализированным образованием или вкладывать огромные суммы денег. В данном разделе, мы подскажем вам как самостоятельно произвести «домашнее» биотопливо всего за несколько шагов.

Твердые виды биотоплива

Находим поставщика сырья. Это может быть владелец лесопилки, у которого много остатков производства (стружка, щепки, опилки), или крупный фермер, который рад будет избавиться от стеблей и листьев растений. Главное обеспечить постоянный источник сырья для вашего производства.

Подготавливаем помещение для производства вдали от жилых помещений (производство довольно шумное), и сухое складское помещение. Закупаем оборудование (измельчитель сырья, сушилка и машину для прессовки и нарезки). Оно не дешевое! Но оно быстро окупится, если производить брикеты не только для собственных нужд, но и для продажи.

Находим потенциальных покупателей (соседи, знакомые или небольшие предприятия). Это поможет не только обеспечить обогрев вашего дома, но и получить хорошую материальную прибыль.

Жидкое топливо на биологической основе

Высаживаем большие площади рапса, подсолнечника или сои. Это необходимое для производства сырье.

Подготавливаем помещение для производства топлива (большое и хорошо вентилируемое) и место складирования. Закупаем оборудование. Пресс для отжима масла, емкости для хранения (не металлические!), фильтры для очистки масла от примесей. Также понадобится метанол и гидроксид натрия.

Будьте внимательны! Для производства качественного топлива необходимо соблюдать все пропорции при изготовлении.

Находим покупателей. Биодизельное топливо хорошо подходит для неприхотливых двигателей тракторов. Попробуйте заключить контракт с тракторной бригадой или крупным агропредприятием.

Производство биогаза в домашних условиях

  1. Выкапываем яму для резервуара. Стены резервуара могут быть из любого материла, главное, чтобы он был герметичным. Объем резервуара зависит от ваших нужд (из одного килограмма биологических отходов, выделяется пол килограмма биогаза).
  2. Наполняем резервуар био мусором (растительные и животные отходы), заливаем водой и герметично закрываем крышкой (не забывая проделать канал, через который газ будет попадать в емкость для хранения.
  3. Через металлическую трубу соединяем резервуар для брожения биомусора с емкостью для хранения.
  4. Подсоединяем систему к газовому котлу для обогрева. Не забываем про регуляторы давления. Этот этап лучше доверить специалисту! Неправильная эксплуатация системы может привести к утечке газа и взрыву.

Фото биотоплива

Видео о биотопливе

 

electrikmaster.ru

Как сделать биотопливо своими руками?

Биотопливо – это вид топлива, которое было получено из сырья растительного и животного происхождения, из продуктов жизнедеятельности человека, а также органических промышленных отходов.

Способы изготовления своими руками

Существует множество вариантов производства биотоплива в домашних условиях. Эти варианты мы и рассмотрим.

Биотопливо из навоза

Биотопливо из навоза получается путем брожения органических отходов. Смесь помещается в специальный герметичный бункер на длительный срок. В результате испарения жидкости, выделяется газ, которым и можно воспользоваться при обогреве жилых помещений или для приготовления пищи и жидкое удобрение, которое является основой экологического земледелия.

Продукция, которая выращивается с использованием таких удобрений, является экологически чистой и ее продажная стоимость возрастает по сравнению с продуктами выращенными с использованием пестицидов и других химических удобрений.

Производство биогаза

Вторым продуктом, который мы получаем в результате брожения навоза, является газ.

Для получения газа из этого сырья используется:

  • навоз;
  • птичий помет;
  • стоки туалета;
  • пищевые отходы;
  • растительная масса;

Все сырье должно быть измельчено, иначе трубы, предназначенные для вывода отработанного сырья, могут засориться.

Получить газ можно и в домашних условиях. Для этого, необходимо приобрести газонепроницаемую емкость. Эта емкость должна быть герметичной, так как воздух не должен контактировать с полученным газом.

Затем необходимо поместить сырье (навоз) внутрь этой емкости, немного нагреть и подождать 5 дней. Затем, полученный газ собрать в емкость и применять по своему усмотрению. Устройство по изготовлению биогаза можно собрать самостоятельно, а можно приобрести у фирмы, специализирующейся по продаже этого оборудования.

Уголь для создания биогаза

Для создания биотоплива может пригодиться и древесный уголь, тот самый уголь, без которого нам не обойтись на природе при жарке овощей и шашлыка. Его можно приобрести в магазине, а можно и сделать самому.

Уголь в домашних условиях можно изготовить 2 способами:

  • в бочке;
  • в яме;

Рассмотрим каждый способ по отдельности.  И после этого вы сможете делать уголь самостоятельно.

Для изготовления древесного угля в бочке вам понадобится, собственно говоря, бочка объемом 200 литров. Внизу бочки делаем штуцер для нагнетания кислорода. Затем в бочке разводим костер, постепенно добавляя поленья.

Когда бочка будет наполовину наполнена дровами, начинаем нагнетать кислород. Для этого, можно воспользоваться пылесосом. После этого, количество дыма уменьшится, а огонь будет гореть лучше. Когда поленья немного прогорят, необходимо закрыть бочку крышкой, а имеющиеся щели замазать мокрой глиной или землей. Ожидаем до полного остывания бочки и древесный уголь готов.

Для изготовления угля в яме нам необходимо выкопать яму, диаметр которой будет равен 0,8 м со скошенными стенками, и разжечь в ней костер. Но прежде, чем разжигать костер, возьмите достаточное количество поленьев, сушняка, веток деревьев из которых вы будете получать уголь.

Дрова в костер укладывайте плотно и постепенно по слоям, один за другим. Дождитесь полного выжигания дров (на это уйдет порядка 3 часов), далее накрывайте поленья мхом или сухими листьями, присыпьте землей и все хорошенько утрамбуйте. Спустя 2 дня уголь будет готов.

Рапсовое биотопливо

Из семян рапса поступивших в маслобойню получают масло и шрот. Далее, это масло поступает в специальную установку, где в результате различных химических реакций из рапсового масла получают метиловый эфир – биодизель.

Перед использованием, его необходимо профильтровать. Этот вид дизеля отличается лучшей воспламеняемостью по сравнению с обычным дизельным топливом.

Разновидности и преимущества

На сегодняшний день, существует 3 вида биотоплива:

  • жидкое;
  • твердое;
  • газообразное;

Жидкое биотопливо

Является самым обсуждаемым видом. Ведь жизнь современного человека зависит от нефти, без нее человечество не сможет выжить, а нефть является ископаемым ресурсом и в какой-то момент ее запасы иссякнут.

Жидкое биотопливо способно заменить этот ископаемый ресурс.

К жидкому биотопливу относятся:

  • спирты (этанол, метанол, бутанол),
  • биодизель,
  • биомазут,
  • эфиры;

Твердое

В основном к нему относится древесина (отходы деревообработки и топливные гранулы, брикеты). Источником для их получения служат как правило, леса, где растут трава, кустарники и деревья.

Газообразное топливо

Относятся биогаз, водород.

Также, биотопливо можно классифицировать по поколениям. Существуют биотоплива 1, 2, 3 и 4 поколений:

  1. К 1 поколению относится биотопливо, полученное в результате переработки сельхоз растений в биодизель и этанол.
  2. 2 поколение – биотопливо, полученное от отходов продуктов питания.
  3. К 3 поколению биотоплива относится биотопливо, полученное при использовании внедренных технологий в результате разрушения биомасс.
  4. 4 поколение биотоплива производится на землях непригодных для занятия сельским хозяйством и без разрушения биомасс.

Еще одной классификацией биотоплива является деление биотоплива на первичное и вторичное. К первичному биотопливу относится биотопливо, которое не прошло обработку. К вторичному – обработанное. Вторичное биотопливо подвергается разнообразным изменениям перед использованием и может быть в твердой, жидкой и газообразной формах.

Преимущества

Преимущества биотоплива следующие:

  1. Мобильность. Биотопливо обладает возможностью производиться в любом уголке света вне зависимости от климатических условий и рельефа, потому что этот вид топлива может производиться из различных органических соединений.
  2. Возобновляемость. Так как биотопливо получается из разнообразных органических соединений растительного или животного происхождения, например, навоз, то его количество не иссякнет.
  3. Экологичность. Это более чистый вид топлива и при сгорании выбрасывает меньше вредных веществ в воздух, чем ископаемое топливо.
  4. Забота об окружающей среде. Производство биотоплива решает проблемы связанные с утилизацией мусора.

Использование

Биотопливо для каминов

Установка традиционных каминов требует наличия дымоходов. Зачастую, этого нельзя сделать в обычных квартирах. И тут на помощь приходят биокамины со специальным биотопливом для них. Биотопливо для каминов состоит смеси этанола с примесями. Перед розжигом, его заливают в специальный металлический блок и зажигают специальной длинной спичкой.

При сгорании, оно выделяет углекислый газ в безопасном количестве и воду, что способствует увлажнению воздуха в помещении и не является опасным для человека. Однако, следует соблюдать определенную технику безопасности, чтобы использование биокаминов и биотоплива было безопасно.

А именно:

  1. Нельзя добавлять биотопливо в пламя, это приведет к пожару. Его следует добавлять только в остывшую горелку.
  2. Разжигать камин стоит только специальной зажигалкой или длинной спичкой.
  3. Для хранения биотоплива следует использовать упаковку производителя и не переливать в другую тару.
  4. Если жидкость для биокаминов пролилась, то необходимо тщательно вытереть пол и проветрить помещение и лишь после этого приступить к розжигу камина.

Во время горения биотоплива для каминов, вы можете наслаждаться видом красивых и ровных язычков пламени, которое внешне не отличается от пламени горящих дров.

Биотопливо для каминов может выпускаться в виде геля. В составе этого геля присутствует морская соль, которая придает звук горению — потрескивание, характерное горению поленьев.

Главные особенности биотоплива:

  1. При сгорании, биотопливо выделяет очень малое количество сажи.
  2. Пламя в биокамине имеет оранжевого оттенка, поэтому в биотопливо добавляют специальные присадки, которые придают оранжевую естественность пламени.
  3. Биотопливо можно и лучше применять в керосиновой лампе, так как он не выделяет копоти и запаха, характерного сгоранию керосина.

Биотопливо для каминов бывает 3 основных видов:

  1. Биодизель (получено из различных масел либо отходов переработки пищевой промышленности).
  2. Биоэтанол ( как правило, применяется для биокаминов в виде бесцветной жидкости без запаха).
  3. Биогаз (газ полученный из прошедших специальную обработку отходов мусора).

При выборе биотоплива для каминов, следует помнить, что биотопливо должно иметь сертификаты качества научно-исследовательских учреждений.

Биотопливо для парников

Конский навоз способен быстро разгорается до 60 градусов, затем остыть до 33–38 градусов и поддерживать столь высокую температуру в течение 2,5–3 месяцев.

Отопление теплицы газом в условиях мирового кризиса является делом дорогостоящим. Именно поэтому, люди все чаще обращаются к возобновляемым источникам энергии.

Одним из самых лучших видов биотоплива для теплицы является конский навоз.

У навоза крупного рогатого скота температура нагрева меньше, в связи с большей плотностью и влажностью. Поэтому, для ускорения разогрева, в него добавляют опилки, сухой лист и прочие материалы, увеличивающие рыхлость навоза.

Растительными видами биотоплива для теплиц считаются:

  1. Солома. Для получения биотоплива, солому смешивают с минерально-азотным комплексом удобрений. Однако, она обладает способностью лишь краткосрочного обогрева.
  2. Опилки. Этот вид биотоплива мало распространен в качестве биотоплива для теплиц, так как при контактировании с водой они выделяют формальдегиды, которые отравляют водные источники.
  3. Кора.
  4. Листья деревьев. Как правило, листья деревьев смешивают с навозом, соломой, травой. Чтобы биотопливо из листьев разогрелось, в него необходимо добавить азотный комплекс удобрений.
  5. Трава.
  6. Льняная костра.
  7. Отходы хлопчатобумажной промышленности.

Для получения качественного биотоплива для парника, необходимо смешивать конский навоз с соломой или с коровьим навозом в пропорции 50/50, конский навоз с пищевыми отходами или корой или опилками в соотношении 70/30 или же коровий навоз с опилками или древесным листом в таком же соотношении 70/30.

Внимание! Мощность обогрева биотоплива мала, поэтому этот вид топлива не подходит для обогрева больших парников, где свободно может ходить человек, его лучше использовать в качестве подогрева заглубленных парников.

Биотопливо для автомобилей

Альтернативным видом топлива для автомобилей является биотопливо.

Существуют следующие виды биотоплива для автомобилей:

  • биоэтанол;
  • биометанол;
  • биобутанол;
  • биодизель;

В некоторых странах уже началось использование биотоплива, смешенного с бензином.

Самым популярным видом биотоплива, которое используется у автомобилей, является этанол. Этот вид газа получается путем переработки продуктов, содержащих много сахара или крахмала, таких как сахарный тростник, кукуруза, картофель, сахарная свекла или ячмень, и смешивается с бензином в соотношении 10%э танола к 90% бензина.

Следующим по популярности, является биодизель. Он получается путем переработки растений в составе которых есть много масла (соя, рапс или подсолнух). Получение этого вида топлива более затратно.

Для этого необходимо вырастить растения, потом собрать и переработать в качественный продукт и в короткие сроки реализовать, так как биодизель годен в течение 3 месяцев, а затем он начнет разлагаться. Все это требует больших материальных затрат. В повседневной жизни, биодизель применяется в разведенном виде с бензином.

Использование биотоплива в топливной системе автомобиля, способствует поддержанию системы автомобиля в чистоте, так как при сгорании этанол растворяет гарь, а это, в свою очередь, увеличивает расход топлива автомобиля примерно на 6%.

Почему лучше использовать биотопливо?

Биотопливо является альтернативным, возобновляемым источником энергии на земле.

Основные его достоинства следующие:

  1. Ценовая доступность позволяет использовать этот вид топлива во всех сферах жизнедеятельности человека.
  2. Возобновляемость. Одним из важных преимуществ над бензином является способность биотоплива возобновляться.
  3. Биотопливо способствует замедлению глобальных изменений. Его использование уменьшает парниковый эффект (до 65%)
  4. У стран-производителей биотоплива, уменьшается зависимость от импорта данного товара.
  5. Превосходная заправка для автомобиля.

slarkenergy.ru

Биотопливо как альтернативный источник энергии

Биотопливом называется топливо, которое извлекают путем обработки биомассы биологическим (посредством бактерий) или термохимическим способом. Как биомасса используется растительное или животное сырье, а также органические промышленные отходы или продукты жизнедеятельности организмов. На сегодняшний день наиболее используемые источники биотоплива — это растения или отходы деревопереработки.

По своему агрегатному состоянию биотопливо бывает твердым, жидким и газообразным.

Из чего делают биотопливо

Твердое

Одним из наиболее известных источников твердого биотоплива являются дрова, которые местами до сих пор используют для получения тепловой и электрической энергии. Несмотря на разработку проектов по выращиванию так называемых энергетических лесов, большим вниманием начинает пользоваться способ получения биотопливных брикетов и гранул из продуктов деревопереработки.

Так, первые производят из различных биоотходов (птичий помет или навоз). Эти отходы высушиваются и прессуются соответствующим образом, после чего используются для обогрева жилых и производственных помещений. Аналогичным образом производят и топливные гранулы, также известные как пеллеты. Сырьем для получения пеллет служат опилки, солома, кора, щепа, а также отходы сельскохозяйственного производства. Так, сырье сначала перемалывается в муку, после поступает в сушилку, а затем в специальный пресс. Там под воздействием высокой температуры и давления лигин, вещество содержащееся в древесных отходах, становится клейким. В результате этого на выходе получаются готовые небольшие цилиндры экотоплива.

Жидкое

К жидкому биологическому топливу относятся этанол, биобутанол и биометанол, а также биодизель. В большинстве своем его получают из растительного сырья. Так, наибольшее распространение на сегодняшний день в качестве транспортного топлива получили биоэтанол и биодизель. По данным на 2014 год, первый занимал около 74% биотопливного рынка, 23% — принадлежали биодизелю.

Сырьем для биоэтанола служат растения, в которых присутствуют крахмал или сахар, которые подвергаются процессу спиртового брожения. Совместное использование этанола и бензина дает ряд преимуществ для автомобиля. Применение такой смеси лучше сказывается на работе двигателя и его мощности, предотвращает перегрев мотора, а также препятствует образованию сажи, нагары и дыма.

Тем не менее наиболее предпочтительным топливом для двигателя является биобутанол, который пока не пользуется популярностью. Он производится из того же сырья, однако лучше этанола соединяется с бензином, а также может быть использован в качестве самостоятельного топлива.  

Биодизельное топливо получают из сои, рапса, хлопка,водорослей или жирных масел (того же рапсового или пальмового и кокосового). Биодизельное топливо применяется для заправки автомобилей как самостоятельно, так и совместно с обычным дизелем. Кроме отсутствия негативного влияния на экологию, биодизель также содействует более длительной эксплуатации двигателя, из-за присутствия малого количества серы.

Газообразное

На сегодняшний день существуют два вида газообразного топлива — биогаз и биоводород. Наибольшее распространение пока получил только один из них — биогаз.

Биогаз состоит из смеси углекислого газа и метана. Он получается путем ферментации натуральных отходов, среди которых сточные воды и бытовые отходы, навоз, отходы рыбного и забойного цеха, трава и водоросли. На первом этапе производства используемое сырье измельчают до получения однородной массы. Смесь поступает в утепленный реактор, где живут бактерии. В процессе своей жизнедеятельности бактерии выделяют биогаз. Для этого необходимо постоянно перемешивать сырьевую массу и поддерживать температуру в реакторе на уровне 35 — 38 градусов Цельсия. Образовавшийся в результате биогаз направляется в резервуар для хранения, откуда впоследствии через систему очистки подается в котел или электрогенератор.

Биоводород получают в результате термохимических, биохимических или биотехнологических реакций. Биоводород используется не так широко. На сегодняшний день он применяется только для получения водородных топливных элементов в электроэнергетике.

ecologynow.ru

Биодизель своими руками

Производство биодизеля в домашних условиях - Получение биодизеля своими руками

Общий технологический процесс получения биодизеля. 

Для получения биодизеля используют любые виды растительных масел — подсолнечное, рапсовое, льняное и т.д. При этом биодизель полученный из разных масел имеет некоторые отличия. Так, например пальмовый биодизель имеет наибольшую калорийность, но и самую высокую температуру фильтруемости и застывания. Рапсовый биодизель несколько уступает пальмовому по калорийности, но лучше переносит холод, потому более всего подходит для дизельных двигателей эксплуатирующихся вевропейских стран и России.

Сам процесс получения биотоплива, в принципе, достаточно прост. Нужно уменьшить вязкость растительного масла, чего можно достичь различными способами. Любое растительное масло — это смесь триглицеридов, т. е. эфиров, соединенных с молекулой глицерина с- трехатомным спиртом (C3H8O3). Именно глицерин придает вязкость и плотность растительному маслу. Задача при приготовлении биодизеля- удалить глицерин, заместив его на спирт. Этот процесс называется трансэтерификацией.

 Реакция в целом выглядит так,

Ch3OC=OR1|CHOC=OR2 + 3 Ch4OH → (Ch3OH)2CH-OH + Ch4COO-R1 + Ch4COO-R2 + Ch4OC=O-R3|Ch3COOR3

Триглицериды+метанол→ глицерол+эфиры,

Где R1, R2, R3 : алкильные группы.

 В результате применения метанола образуется метиловый эфир, в результате использования этанола- этиловый эфир.

 Из одной тонны растительного масла и 111 кг спирта (в присутствии 12 кг катализатора) получается приблизительно 970 кг (1100 л) биодизеля и 153 кг первичного глицерина.Для начинающих лучше использовать метанол, с этанолом процесс идет чуть сложнее. Необходимо помнить о всех правилах работы с метанолом.В качестве щелочи берется гидроксид калия КОН или гироксид натрия — NaOH. Для начинающих рекомендуется использовать именно NaOH, он очень гигроскопичен, его необходимо хранить плотно закрытым и при покупке, потряхивая банку, убедиться, что он не набрал влагу.

Правила работы со щелочами.

Необходимо также соблюдать правила безопасности при работе с гидроксидами (щелочами), избегать попадания в глаза, беречь от открытых источников огня, использовать при работе перчатки и защитные средства. Щелочь очень активно может реагировать с алюминием, оловом и цинком — для хранения щелочи нужно использовать стеклянную посуду, нержавеющую сталь или специальный полипропилен высокой прочности.

Обычно необходимое количество метанола составляет 20 % от масла по весу, например для использования 100 л отработанного масла потребуется 20 л метанола. При смешивании щелочи и метанола образуется метоксид, реакция экзотермическя, с выделением тепла.

Правила работы с метанолом.

Метанол-яд! Соблюдать максимальные меры предосторожности! Нельзя вдыхать пары, необходимо избегать открытых источников огня, использовать защитные средства для кожи, в случае случайного контакта промыть большим количеством воды. В процессе работы недопустимо присутствие детей и домашних животных!

 В процессе реакции масло просто нагревается до определенной температуры (для ускорения химической реакции) и добавляется смесь катализатора и спирта. Некоторое время смесь перемешивается и отстаивается. В результате успешной реакции смесь должна расслоиться, образуя биодизель в верхнем слое, называемый химически «эфир», затем слой, содержащий много мыла и на дне остается глицерин. Глицерин и мыльный слой затем отделяются, а биодизель промывается различными способами для удаления остатков мыла, катализатора и других возможных примесей. После промывок он обезвоживается для удаления остатков воды.

( производство биодизеля в домашних условиях, биотопливо в домашних условиях, биотопливо своими руками, биодизель своими руками )

При обычной температуре реакция проистекает очень медленно или совсем не идет. Нагревание, также как использование кислоты (основания) просто способствут ускорению реакции. Химия процесса одинакова как при работе с небольшими объемами в гараже, так и на больших промышленных мощностях. При использовании отработанных растительных масел, необходима фильтрация сырья для удаления возможных примесей. Также важно удаление возможной воды для предотвращения гиролиза триглицеридов и образования солей жирных кислот вместо реакции трансэтерификации и образования биодизеля.В домашних условиях это часто достигается простым нагреванием смеси до 120 °C, при этом вся имеющаяся вода выкипает. В течение этого процесса возможно разбрызгивание, для предотвращения чего операция должна проводиться в достаточно большой емкости, заполненной не более чем на две трети, закрытой, но неплотно.В лабораторных условиях первоначальное масло просто перемешивается с осушающим агентом, таким как сульфат магния для удаления воды. После этого осушающий агент удаляется простой фильтрацией. Иногда вязкость масла не позволяет хорошо очистить его таким способом.

Шаги процесса

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

 

Нейтрализация свободных жирных кислот.

Титрование масла. При использовании свежего растительного масла количество используемой щелочи постоянно и составляет около 1 % от веса используемого масла. Это 3,5 грамма на литр растительного масла. Но при использовании отработанного масла (более закисленного, с другим содержанием Свободных Жирных кислот) необходимо рассчитать количество добавляемой щелочи, для чего проводят титрование. При титровании используется изопропиловы спирт (так как он не реагирует с маслом). Необходимо провести по меньшей мере, три титрования, чтобы избежать потом ошибок при использовании больших количеств реактивов. Титрованием определяется количество свободных жирных кислот, присутствующих в масле и количество щелочи, необходимое для их нейтрализации.В процессе титрования нужно быть уверенным, что все вещества сухие, и учитывать, что в результате смеситель немного нагреется.

Трансэтерификация.

Рассчитанное количество щелочи после титрования (обычно гидроксида натрия — NaOH) медленно при помешивании растворяется в избытке спирта (для более полного протекания реакции) и эта смесь смешивается с теплым раствором масла при нагревании (обычно около 50 °C) в течение нескольких часов (4-8) для прохождения реакции трансэтерификации. Реакционная смесь должна поддерживаться выше точки кипения спирта (около 70 °C), но в некоторых системах из соображений безопасности рекомендуется поддерживать диапазон температур от комнатной до 55 °C. Обычно время реакции составляет от 1 до 10 часов, и при нормальных условиях скорость реакции удваивается при повышении температуры реакции на 10 °C. Для предотвращения испарения спирта реакцию нужно проводить в закрытой емкости, но важно избегать плотно закрытой системы (опасность взрыва).

 

 После завершения реакции на дне осаждается глицерин. Биодизель должен быть цвета меда, в то время как глицерин темнее. При поддержании температуры около 38 С глицерин остается в жидком состоянии и может быть легко удален снизу смесителя отдельным шлангом.Глицерин, полученный из отработанных масел обычно коричневый и твердеет при температуре 38 С, глицерин из свежего масла остается в жидком состоянии при более низких температурах. Его прекрасно можно использовать, как побочный продукт, предварительно выпарив из него метанол нагреванием до 65,5 С.

 

Удаление остатков мыла.

Обычно полученный биодизель содержит много растворенных остатков мыла от реакции ионов Na+ с водой. Этого можно попытаться избежать, выпарив предварительно всю воду и стараться не допускать воды при приготовлении метоксида. Важно использовать сухой смеситель. После получения биодизеля лучше дать ему отстояться в течение недели, таким образом все мыльные остатки оседают и уходят при последующей фильтрации. Другой метод заключается в неоднократной промывке водой этих остатков. При первом промывании лучше добавить слегка подкисленную винным уксусом воду, кислота доведет раствор до нейтрального, удаляя любую щелочь, присутствующую в растворе. Некоторые экспериментаторы используют технику «пузырьковой промывки», длительностью около 12 часовПри использовании этанола часто образется эмульсия, от которой можно избавиться просто отстаиванием, центрифугированием, или добавлением низкокипящего (то есть, легко удаляемого) неполярного растворителя, и дальнейшей фильтрацией. Верхний слой — смесь биодизеля и спирта- фильтруется. Избыток спирта можно удалить в процессе выпариванияили дистилляции, или экстрагировать водой, но после биодизель должен быть осушен с помощью осушающего агента.

Определение качества получившегося биодизеля.

Качество получившегося продукта определяется, прежде всего, на глаз и проверкой рН. Проверить кислотность можно с помошью лакмусовой бумажки или обычным лабораторным цифровым рН- метром. Он должен быть нейтральным, 7,0. На вид он должен выглядеть как чистое подсолнечное масло. Не допускается наличие никаких взвесей, примесей, частиц или замутнений. Мутность означает присутствие воды, которая удалается нагреванием, частицы необходимо отфильтровать через 5 микронный фильтр. После первого применения биодизеля обязательно следует проверить топливные фильтры.

Существует множество различных технологий первичной очистки масла с помощью адсорбентов. Также используются различные адсорбенты при очистке (промывке) готового биодизеля. Небходимо использовать фильтры для очитски воды после промывки биодизеля, которые отбирают типичные  загрязнители- спирты, кетоны, альдегиды, амины и аммиак, пестициды и гербициды, хлорорганические соединения, фенолы и масла, SО2, углеводороды, летучие соединения, сероводород, меркаптаны и промышленные растворители, другие загрязнители. После прохождения воды через фильтр возможно ее повторное использование  или сброс в канализацию.

Биодизель,Биодизельное топливо, спирт, жидкое биотопливо,производство биодизеля в домашних условиях, альтернативная энергия, биодизель своими руками, технология производства биотоплива в домашних условиях, дизельный двигатель,

 

www.ecotoc.ru

Биотопливо своими руками в домашних условиях, учимся делать биогаз и биодизель

10.11.2014

Все мы знаем, что все старое рано или поздно возвращается, наша жизнь – это спираль, ретроспективная эволюция и тому подобное. То же самое можно сказать и о биогазе – ведь это не современное изобретение, ведь биотопливо добывалось еще древними китайцами. Давайте же вместе разберемся, каким образом изготовить биотопливо в домашних условиях.

Под биогазом подразумевается «коктейль» из газов, которую получают посредством прения органических веществ без какого-либо доступа кислорода. К роли материала, из которого делают такое топливо, может выступать обычный навоз, трава, ботва, другого рода отходы. Согласитесь, практически все мы уверены, что навоз может быть лишь удобрением, а о том, что из него можно сделать топливо для обогрева теплиц, хозяйственных и жилых помещений, мы даже не слышали.

Содержание статьи:

Что такое биогаз?

Вот как приблизительно выглядит биотопливо с химической точки зрения:

  1. Метан.
  2. Углекислый газ.
  3. Примеси иных газов, к примеру, сероводорода.

Если переработать 1 килограмм органики, то можно получить до 0.5 килограмма биотоплива.

Основные приемущества

Преимуществ у использования биогаза есть немало.

  1. Низкая стоимость, он стоит сегодня примерно как бензин, но в то же время он намного чище, что позволяет существенно сэкономить на ТО котлов, работающих на таком топливе.
  2. Вы не будете зависеть от нефти, которая, как известно, есть не во всех странах.
  3. Источник, из которого добывается биотопливо, возобновляется, в отличие от того же бензина. Нефть не бесконечна, рано или поздно она закончится, а вот перечисленные материалы, необходимые для производства биологического топлива, будут всегда.
  4. Снижается количество вредных газов, которые выбрасываются в атмосферу. Если привести цифры, то это примерно 65% разницы.

Читайте так же нашу статью про брикеты отопления

Что может повлиять на изготовления биотоплива?

Что имеет значение для нас – тех, кто планирует изготовить биотопливо в домашних условиях – так это, в первую очередь, окружающая среда. То есть, чем выше температура, тем интенсивнее будут проистекать все химические реакции, и тем активнее будет выделяться газ. Именно по этой причине первое оборудование, производящее биотопливо в домашних условиях, было создано и применено в местности с теплым климатом. Но это не значит, что если погода холодная, то делать такое топливо нельзя – ведь конструкцию можно утеплить, обогревать горячей водой, чем, собственно, многие и занимаются сегодня.

Также на изготовление может повлиять сырье, которое обязано быстро разлагаться, иметь в себе много жидкости, никаких чистящих средств или других препаратов, способных повлиять на ферментацию, присутствовать не должно.

Как производится биотопливо

Многие интересуются, каким образом можно создать биотопливо своими руками и какие материалы можно при этом использовать. Давайте разберемся вместе, так как вариантов может быть несколько.

Биотопливо из навоза

Навоз по праву считается самым популярным типом топлива, который производится кустарными методами. Так что если у вас есть какая-либо живность, то было целесообразным приобрести соответствующее оборудование для производства биогаза. Такая покупка способна окупиться в течение двух-трех лет.

Максимальное количество тепла добывают именно из конского навоза. Вместе с тем, такой навоз порой трудно достать, так что может подойти какой-то иной – коровий, козий, свиной и так далее.

В большинстве случаев для отопления дома используются смеси, произведенные на базе навоза:

  1. Навоз и листья в соотношении 7 к 3.
  2. Навоз и солома.
  3. Навоз и опилки – 7 к 3.
  4. Навоз и костра изо льна – 7 к 3.
  5. Коров и лошадей – 1 к 1.
  6. Навоз и бытовые отходы – 4 к 6.

Как уже говорилось, технология подобного производства основывается на брожении, сама она осуществляется в специальных герметичных резервуарах при относительно высокой температуре. Ненужная вода в это время удаляется и освобождается биогаз, а его, в свою очередь, можно использовать не только для обогрева, но и при приготовлении еды.

Важно! Если применять биотопливо в котле, то потребуется регулировать горелку. Для чего? Чтобы эффективность горения оставалась прежней при том, что метана в биотопливе не так много, чем в привычном нам газе.

Для этих целей идеально подойдет комбинированный котел, подробнее о них читайте тут

Применение древесного угля

Биотопливо в домашних условиях можете производить и из древесного угля, который необходим не только на природе при жарке шашлыка, как оказывается. Те, кто хоть единожды покупал такого рода уголь, отлично знают, что он стоит дорого. Но это не приговор, поскольку вы сможете уменьшить растраты, изготовив уголь самостоятельно. Потребуются лишь некоторые знания и «прямые» руки. В целом, для этого есть два способа.

Изготовление древесного угля в бочке

Для приготовления древесного угля вам потребуется двухсотлитровая металлическая бочка. В нижней ее части делаете штуцер, дабы в дальнейшем проводить принудительное нагнетание кислорода, к примеру, при помощи пылесоса.

Разводите в бочке небольшой костер, постепенно добавляя чурки. Дабы уголь услался поплотнее, время от времени встряхивайте его. Как только бочка будет заполнена дровами до половины, начинаете нагнетать кислород. После этого дыма станет меньше, а огонь будет гореть уже лучше. Вскоре бочка закрывается крышкой, все щели замазываются мокрой землей или раствором из глины.

Видео инструкция

Этот способ получения угля характеризуется тем, что при его использовании может появляться некоторое количество золы. Так что когда бочка полностью остынет, высыпаете все наружу, отсеиваете золу, а готовый уголь складываете в мешки.

Изготовление угля в яме

В большинстве случаев уголь жгут в лесу – это в разы удобнее, чем, скажем, на собственном участке. Но ввиду того, что в последнее время участились лесные пожары, необходимо тщательным образом продумать метод и способ жжения.

При выборе места позаботьтесь о том, чтобы рядом с ним находились большие запасы сушняка или старых деревьев, вместе с тем, процедура жжения угля не должна нанести вред окружающей природе. Для того чтобы приготовить пару мешков угля, нам потребуется яма глубиной в полметра и общим диаметром порядка 0.8 метра. Стенки этой ямы должны быть несколько скошены. Как видите, с этим вполне можно справиться собственноручно.

Дно ямы тщательно уплотняем и разжигаем на нем костер, используя для этого сухую бересту или тонкие ветки. После того, как огонь должным образом разгорится, добавляете в него заранее приготовленные дрова (они должны быть небольшого размера, до 30 сантиметров в длину). Если диаметр веток не превышает семь сантиметров, то распилить их можно и самому, не прибегая к посторонней помощи. Старайтесь укладывать дрова постепенно и, что главное, максимально плотно – обжегся один слой, добавляете другой и так далее. Те дрова, которые уже хорошо обгорели, поправляете заранее приготовленной палкой.

Чтобы дрова полностью выжигались, требуется около трех часов. Далее накрываете дрова сухими листьями, мхом и ветками, сверху насыпаете землю и все это аккуратно утрамбовываете. Дабы уголь окончательно остыл, требуется минимум два дня, по истечении который биотопливо в домашних условиях будет готово.  Через два дня снимаете с ямы землю и все остальное, выгребаете древесный уголь, просеиваете его и упаковываете в мешки.

Если же вы не планируете производить древесный уголь дальше, то зарывайте яму таким образом, чтобы плодородный шар оказался на самом верху, сверху его обратно засыпаете листьями. Разумеется, описанная нами методика требует некоторых и физических, и финансовых затрат, но все они не идут ни в какое сравнение с покупкой уже готового древесного угля. Но есть и другой, не менее важный момент – все это будет сделано лично вами, только вашими силами.

Возможно вас так же заинтересует статья про альтернативные способы отопления частного дома

Биотопливо из рапса

Из рапсовых семян тоже можно производить биологическое топливо. Дабы вникнуть в такую процедуру, можете своими силами провести несложный химический опыт. Берете пять грамм каустической соли и пересыпаете ее (очень быстро, дабы в нее не попал воздух) в стеклянную емкость на два литра, в которой уже находится 200 грамм метанола. Образованную смесь тщательным образом перемешиваете, затем добавляете туда масло, нагретое до температуры 55 градусов.

Чтобы было удобно перемешивать, можете использовать в качестве емкости трехлитровую банку, которая плотно закрывается крышкой.

Важно! В крыше обязательно оставляете отверстие под блендер.

В течение двадцати минут перемешиваете смесь, используя низкие обороты блендера. Затем полученную смесь оставляете на один час при тех же 55 градусах, если же температура будет комнатной, то потребуется уже 24 часа. По истечении этого времени вы заметите, что на дне банки скопился гицерин, а все оставшееся пространство наполнено желтоватой жидкостью – это и будет наше биотопливо. Его необходимо профильтровать.

Видео

В качестве заключения

Итак, учитывая все перечисленные выше преимущества использования биотоплива в качестве альтернативы популярным сегодня типам топлива, можно уверенно говорить, что это достаточно целесообразное решение, к примеру, для фермера. И если вы ознакомитесь с тематической литературой, где более детально рассмотрены методы и схемы производства биотоплива, добавите к этому собственные знания и навыки, то у вас все получится.

И помните: сырье, используемое при работе, должно прекрасно разлагаться и содержать много жидкости. Получается, что навоз – это оптимальный вариант. Также в нем не должно быть никаких посторонних веществ.

Вам может понравиться

v-teplo.ru