Производство биотоплива: возможные источники сырья и технология. Двигатели на биотопливе


Биодизельное топливо: свойства, плюсы и минусы

Биодизельное топливо уже достаточно давно у всех на слуху. Однако далеко не каждый человек может разъяснить, в чем же заключается разница между обычной соляркой и биодизелем, Данная статья развеет мифы и даст четкое представление о способах и этапах синтеза биодизельного топлива, а также о его недостатках и преимуществах.

В странах Запада идея производства топлива из возобновляемых ресурсов чрезвычайно популярна. В России биодизельное топливо остается экзотикой. И такое положение дел сохранится, скорее всего, до того момента, пока не истощатся запасы нефти. А это произойдет, по прогнозам ученых, не менее чем через сто лет.

Производство биодизельного топлива

Исходным сырьем для производства такого топлива могут служить очень многие сельскохозяйственные культуры. В зависимости от климатического пояса это может быть соя, семена кукурузы и подсолнечника, рапс. И это далеко неполный список. Некоторые умельцы умудряются наладить производство биодизельного топлива в домашних условиях из остатков подсолнечного масла.

Рапсовые культуры являются наиболее подходящими, так как они быстро растут и не прихотливы к погодным и другим условиям. Но в последнее время активно обсуждается возможность производства топлива из водорослей. По предварительным оценкам, такое сырье в недалеком будущем потеснит рапсовые культуры. Это обусловлено тем, что для выращивания водорослей нет необходимости занимать посевные площади. Кроме того, результат будет иметь и лучшие технико-экономические показатели.

Технология производства

Как и при организации любого технологического процесса, в самом начале осуществляется входной контроль поступающего исходного сырья. В данном случае осуществляется выборочная проверка зерен. По качеству семян судят о качестве всей партии поставки.

Следующий этап – получение масла. Для чего сырье отправляют на маслобойку. Жмыхи, полученные после выдавливания масел, не выбрасываются, используются для производства корма для скота.

Масла подвергается последующей обработке (так называемая этерификация). Она заключается в обогащении масла метиловыми эфирами. Общее содержание данных веществ по всему объему должно быть не менее 96 %.

Суть технологии довольно простая: необходимо добавить метанол и активатор химических процессов (любая щелочь). Источником метанола обычно служат древесные опилки. Однако можно и упростить задачу. Вместо того, чтобы выделять метанол, можно разбавить масло необходимым количеством изопропилового спирта или этанола.

Для протекания процессов этерификации необходимо нагреть масло до высоких температур. По времени это занимает обычно до двух часов. При этом необходимо постоянно наблюдать за процессом и не отвлекаться: даже незначительное повышение температуры может привести к воспламенению масла.

О завершении химической реакции свидетельствует получение глицеринового осадка на дне и образование двух слоев в емкости. Поэтому желательно, чтобы для этих процессов использовалась прозрачная емкость: в таком случае визуально можно безошибочно определить, когда процесс завершен, что избавит от необходимости последующих доработок и предотвратит получения брака.

Свойства биодизеля

Биотопливо обладает поистине удивительными свойствами. Так, обыкновенная поваренная соль в 10 раз более токсичная по сравнению с биодизелем.

Также следует отметить и чрезвычайно высокую температуру воспламенения биотоплива – 150 градусов против 50 градусов по Цельсию у обычного бензина. Данное обстоятельство делает биодизель значительно более безопасным при транспортировке и хранении.

При сжигании такого топлива не образуется неприятных запахов. Вместо привычной вони чувствуется приятный аромат заморских растений.

Применение биодизеля не ухудшает рабочих характеристик силового агрегата: мощность и крутящий момент не меняются. При этом еще и увеличивается срок полезной эксплуатации ДВС.

Варианты использования биотоплива

Подобное топливо допускается заливать в бак автомобиля. При этом оно ничуть не уступает традиционному дизелю, а по некоторым параметрам даже и превосходит таковой. Многие владельцы авто и тяжелой техники (грузовики, комбайны, спецтехника) не могут отважиться на такой шаг. Но по многочисленным свидетельствам водителей биодизельное топливо не причиняет вреда двигателю и не загрязняет систему впрыска.

Иногда биодизель смешивается в определенных пропорциях с традиционными видами топлива и заливается в бак транспортного средства. Подобный опыт еще недостаточно хорошо изучен. Но, судя по отзывам, такая методика также имеет право на жизнь.

Преимущества биодизельного топлива

Самое главное преимущество – использование в качестве исходного сырья возобновляемых ресурсов, что в перспективе может обеспечить энергетическую безопасность всего мира. Несмотря на бурный рост популярности транспортных средств на электрической тяге, двигатель внутреннего сгорания еще очень долго будет играть решающую роль в мировой экономике. Да вряд ли крупные океанские корабли даже в отдаленной перспективе смогут быть переведены на электрическую тягу. Потенциальными производителями биодизельного топлива в нашей стране являются фермерские хозяйства и колхозы. Ведь обеспеченность топливо данных субъектов – чрезвычайно острый вопрос в преддверии посевных кампаний. Если оснастить хозяйства необходимым технологическим оборудованием и предоставить специалистов, то они вполне могли бы выйти на самообеспечение топливом. Это мероприятие положительно сказалось бы на динамике роста цен. В результате этого комплекса мер существенно возрастет конкурентоспособность предприятия.

Немаловажной особенностью биодизельного топлива является то, что оно производится из растительного сырья. Причем взращивание этих культур не истощает землю, а положительно сказывается на ее плодородности. Так, для производства топлива могут использоваться арахисовое, рапсовое, горчичное, рапсовое, соевое и другие масла. Появляются сообщения о попытках производства биодизеля из животных жиров. Только вот пока не совсем понятно, насколько это экономически целесообразно.

Недостатки биодизеля

Основным минусом биодизельного топлива является его высокая себестоимость. Пока цена на нефтепродукты явно более конкурентная по сравнению с этим инновационным продуктом. Еще один значительный недостаток – маленький срок годности готового к применению биотоплива: если в течение трех месяцев его не использовать по назначению, то топливо придет в негодность (разложится). И завершающий аккорд – необходимость изымать из оборота значительные посевные площади, пригодные для выращивания продовольственной продукции. В условиях дефицита продовольствия на планете это обстоятельство постепенно приобретает все большее значение.

Воздействие на экологию

Удивительно, но данный вид топлива абсолютно безвреден для природы и его попадание в окружающую среду не вызывает никаких негативных последствий для флоры и фауны. Этого не скажешь о нефти и нефтепродуктах. Общеизвестным является тот факт, что всего лишь один литр бензина или топлива загрязняет не менее миллиона литров воды в мировом океане и приводит к гибели множества живых организмов и микроорганизмов. Одним из важнейших свойств биодизельного топлива является его быстрый период распада: в течение одного месяца микроорганизмы уничтожат практически весь объем топлива. Таким образом, если перевести речной и морской виды транспорта на инновационное топливо, то вредные последствия аварий и утечек дизеля можно свести к минимуму.

Выбросы вредных веществ в атмосферу

Пониженное количество выбросов углекислого газа при сгорании – большой плюс биодизельного топлива. По заверениям научных сотрудников, которые занимаются данными вопросами, объемы выбросов CO2 при сжигании биодизеля не превышают объемов переработки углекислого газа теми растениями, которые послужили источником сырья для производства топлива на протяжении всего жизненного цикла.

И все же выбросы при сгорании топлива имеют место. Именно поэтому называть биодизель экологически чистым видом топлива не совсем корректно. Хотя некоторые полагают, что объемы выработки углекислого газа настолько малы, что ими можно пренебречь. Это утверждение весьма спорное.

Технические характеристики

Сера считается вредной примесью и служит основным источником загрязнения окружающей среды при сгорании. Исходное минеральное углеводородное сырье (нефть) для производства традиционных видов топлива содержит довольно много фосфора. Этот загрязнитель удаляется всеми доступными способами. Следует сказать, что современные технологии позволяют проводить очистку весьма эффективно. И все бы хорошо. Да вот только при снижении концентрации фосфора резко падают антифрикционные свойства вещества. В отличие от обычного топлива, биодизельное не нуждается в проведении очистки по фосфору, так как его там практически нет. Биодизель обладает очень хорошим антифрикционным воздействием при попадании на трущиеся поверхности в месте контакта.

Реальный случай, который попал в книгу рекордов Гиннеса: трак (грузовой магистральный автомобиль) проехал значительно более одного миллиона километров на биодизельном топливе с двигателем от производителя. Звучит просто фантастически, но это правда. Дело в том, что при использовании такого топлива последнее осуществляет еще и функцию сказки трущихся частей. Это приводит к тому, что износ изделий происходит значительно позже. Существенное увеличение полезного срока эксплуатации изделий – важное направление повышения эффективности экономической деятельности субъектов хозяйствования.

Безопасность при хранении

Важная (с точки зрения обеспечения безопасности при организации хранения запасов топлива) характеристика – температура вспышки. Если топливо воспламеняется при низкой температуре – это огромный минус. Плюс биодизельного топлива заключается в том, что значение температуры воспламенения - не менее 150 градусов. При работе с биодизелем не следует пренебрегать техникой безопасности и допускать халатность при исполнении обязанностей. Данный вид топлива, возможно, имеет чуть меньшую взрывоопасность по сравнению с бензином или соляркой, но все же представляет большую угрозу.

Подведение итогов

Биодизель – это очень перспективный вид топлива. В США и странах Запада оно активно используется на протяжении уже более чем двадцати лет, но в России ему уделяется мало внимания. Виной тому является высокая себестоимость изготовления биодизеля.

При сгорании биодизельное топливо практически не выделяет вредных веществ, что положительно сказывается на состоянии окружающей среды. Производство является безотходным, так как все что остается от растительных волокон после выжимки масел, отдается на корм животному скоту.

Медленно, но верно спрос на биодизель растет. Это привлекает инвесторов со всего мира. В ближайшей перспективе прогнозируется бурный рост показателей производства биотоплива.

fb.ru

Биотопливо и двигатель - друзья или враги?

05.03.2017, Просмотров: 599

В двадцать первом веке человечество, как никогда, обеспокоенно поисками альтернативных источников энергии. Традиционные, такие как нефть, газ и уголь, имеют ограниченный запас, да и не всегда соответствуют нормам экологии. Необходимо новое вещество или процесс, который будет создавать тепло в наших домах и перемещать автомобили, поезда и самолеты.

Биотопливо является одним из таких альтернативных источников. Производится оно из растений или органических отходов.

У меня автомобиль с большим мотором и большим расходом. Поэтому я изучал этот вопрос применительно к моторам. Для ДВС существует несколько разновидностей биотоплива:

  • биоэтанол — это спирт;
  • биометан — газ;
  • биодизель.
Любое из них обладает своими положительными и отрицательными сторонами. В некоторых странах многие автомобилисты уже давно подмешивают биотопливо в обычный бензин или дизель.
Что можно считать преимуществами?

Рассмотрим простые и понятные показатели.

  • Экологичность. Пожалуй, самое важное преимущество. Биотопливо практически не загрязняет окружающую среду вредными продуктами сгорания. Хотя многие простые водители мало обращают на это внимания.
  • Цена. Этот фактор для большинства будет стоять на первом месте. Стоимость биотоплива ощутимо ниже стоимости традиционного бензина и дизтоплива.
  • Загрязнение двигателя. Биотопливо сгорает очень чисто, практически не образуя нагара и сажи.

К отрицательным показателям принято относить:

  • Неразвитая сеть заправочных станций, где предлагается биотопливо.
  • Для перехода на чистое биотопливо потребуется переделывать всю топливную систему автомобиля. Без переделок допускается только подмешивание в соотношении 1 к 10.
  • Повышенный расход топлива. Для меня лично это самый главный недостаток. Несмотря на более низкую цену, сэкономить у меня не получилось. Есть мнение, что на некоторых автомобилях повышение расхода незначительное, и тогда удается сэкономить.
Как и из чего добывают биотопливо

Наиболее распространенным и применяемым в автомобилях, наверное, считается биоэтанол. Это обычный спирт этанол, получаемый в процессе разложения и перегонки различных сельхоз культур. Наиболее распространенными растениями для этого являются сахарный тростник и кукуруза. Реже на перегонку идут: зерно, сахарная свекла и картофель. Главное, чтобы количество крахмала и сахара было максимальным.

Биоэтанол подмешивают к бензину в количестве до 10% от общего объема. Это практически мировой стандарт. Такая пропорция не требует вмешательства в топливную систему автомобиля. Когда биоэтанола больше 10%, необходимо переделывать всю систему питания. Встречаются автомобили с гибридной системой питания, в них можно заливать как бензин, так и чистый биоэтанол.

Не менее популярным является биодизель. Это тоже продукт переработки культурных сельскохозяйственных растений. В отличии от биоэтанола, на его производство идут не крахмалистые, а растения с высоким содержанием масла, например, рапс, подсолнух или соя. Производство биодизеля намного сложнее, чем перегонка биоэтанола. Порядок производства биодизеля примерно такой:

  • выращивание необходимой культуры;
  • сбор урожая и перегонка его на масло;
  • этерификация масла при помощи метанола и нагрева до 60 градусов.

Так как процесс этерификации обратимый, хранится биодизель около 3х месяцев. После этого начинается процесс разложения и он теряет свои свойства.

Биодизель тоже смешивают с обычным ДТ в определенных пропорциях. Для применения такого топлива никаких переделок не нужно. Альтернативное топливо для автомобиля — это экологично, но его энергоэффективность ниже, по сравнению с традиционными вариантами. Соответственно, мощность двигателя снижается, а расход топлива наоборот — увеличивается.

Наименее распространен такой вид биотоплива, как биометан. Это газ, получаемый из отходов растений. В процессе нагрева и прессования отходов выделяется биометан и углекислый газ. Для дальнейшего применения углекислый газ нужно удалить.

Этот вид биотоплива, скорее, имеет экспериментальное значение. Говорить о какой-то массовости в производстве и применении не стоит.

Таким же экспериментальным видом можно назвать топливо, получаемое из водорослей. Эта разработка — одна из самых современных, на данный момент находится в начальной стадии и до полномасштабного внедрения еще далеко. Уже сейчас можно сказать, что основным преимуществом будет возможность выращивания водорослей в водоемах и на участках земли, не предназначенных для земледелия. Уход за ними минимальный, а количество топлива, получаемого из них после переработки, максимальное, по сравнению с другими растениями.

Последствия применения биотоплива

Когда применяется биоэтанол, даже в небольшой концентрации, происходит очищение камер сгорания, клапанов и всей топливной системы. Это возможно благодаря спиртам, содержащимся в составе биотоплива. Спирты растворяют сажу и нагар и, в дальнейшем, препятствуют их образованию.

Вот только вопрос — куда уйдет эта сажа и нагар на начальном этапе применения биотоплива? В моторное масло. Если вовремя его не сменить, возможны негативные последствия для ДВС, вплоть до капитального ремонта. В дальнейшем будет заметна незначительная экономия на чистке мотора и топливной системы.

При переходе на биотопливо настоятельно рекомендуется промыть всю топливную систему. Спирт растворит все отложения на стенках бака, и весь этот мусор пойдет прямо в двигатель. Предварительная чистка не помешает и мотору. Перед переходом на биотопливо можно промыть двигатель во время замены масла.

Итоги моих экспериментов

Применительно к своему автомобилю, я не нашел выгоды в использовании биотоплива. Кроме поддержания чистоты камер сгорания и топливной системы, других положительных моментов не получил. Расход стал выше, тяга мотора ниже, стоимость пробега в 100 километров практически не изменилась.

В целом, для мотора биотопливо скорее друг чем враг, но пока не иссякнут привычные нам нефть и газ, альтернативные источники не обретут большой популярности. Хотя начинать думать об этом нужно уже сейчас.

autoburum.com

Биотопливо своими руками - оцениваем возможности производства!

Вопросы обеспечения своего личного домашнего хозяйства необходимыми для его функционирования энергетическими ресурсами – это проблема, которая в той или иной степени остроты встаёт перед любым собственником. Нередко сложности заключаются даже в невозможности подвести соответствующие коммуникации, например, в отсутствии газораспределительных сетей в районе проживания. Но все ж, если рассматривать все в комплексе, то основные проблемы – это высокие тарифы на энергоносители, которые нередко ставят под вопрос рентабельность приусадебного хозяйства. К сожалению, даже падение цен на основные источники энергии на мировом рынке никои образом не отражаются на конечном потребителе – тарифы остаются на прежнем уровне и даже имеют тенденцию к росту.

Биотопливо своими руками

Естественно, в такой ситуации все больше хозяев начинает задумываться о возможностях использования альтернативных источников энергии. В частности, много разговором сейчас идёт про биотопливо – высококалорийные энергоносители (жидкие, твердые или газообразные), которые получают путем переработки сырья, нередко в буквальном смысле слова «валяющегося под ногами». В частности, многих интересует вопрос, насколько реально изготовить такое биотопливо своими руками, в условиях небольшого частного хозяйства.

Мнений по этому поводу немало, вплоть до таких, что наладить подобное мини-производство – буквально «пара пустяков». Можно ли верить столь оптимистическим заверениям? Скорее всего, нет – любое биотопливо потребует и специального, часто – весьма дорогостоящего оборудования, и необходимых знаний, и навыков, и постоянного источника сырья. Давайте разбираться подробнее…

Содержание статьи

Что такое биотопливо и из чего оно получается?

Практически все добываемые на планете энергоносители являются продуктом многолетней естественной переработки органики. Сложные биохимические процессы, происходившие в наслоениях отживших растений и в останках животных, под влиянием внешних факторов (температуры, давления) с течением времени приводили к образованию залежей угля, нефтеносных пластов, к скоплению горючих газов в толще грунтов. Именно эти природные ископаемые и являются по сей день основными энергоносителями, используемыми человеком.

Добыча энергоносителей часто проводится в самых экстремальных условиях

Проблема в том, что все эти ресурсы — небезграничные, и их количество год от года уменьшается. Восстановления их практически не происходит (на это требуются многие миллионы лет). Все они, в подавляющем большинстве, залегают на больших глубинах, часто в труднодоступных местах (в арктических областях или на морских шельфах), их добыча требует применения сложных технологий, а плюс к этому немалую сложность представляют еще и вопросы транспортировки.

Одним словом, подобные проблемы, очевидно, будут лишь нарастать со временем, и человечеству ничего не остается, как рассматривать возможности альтернативных источников энергии. В качестве одного из наиболее перспективных направлений в настоящее время рассматривают биоэнергетику.

В самом деле, законы биохимии не меняются, органика – возобновляемый вид сырья, так почему бы искусственно, в короткие сроки, не провести те самые процессы получения энергоносителей? Мало того, в качестве сырья можно использовать ведь не только специально выращиваемые культуры, но и разнообразные биологические и технологические отходы, попутно решая вопрос их утилизации.

Сырье для производства биотоплива часто буквально валяется под ногами

В таблице ниже схематично представлены основные направления в производстве и попутном использовании биологического топлива. Надо сказать, что подобные подходы могут применяться как в больших масштабах, так и в достаточно изолированных, автономных системах, например, средних или малых сельскохозяйственных комплексах.

Исходное сырье для переработкиТехнологические линииПолучаемый продуктПродукт вторичного использования или переработки
Сельскохозяйственные животноводческие отходы, остаточые продукты кормового производстваУстановки по получению биогазаБиогаз (биометан)Обеспечение животноводческих комплексов "дармовой" электроэнергией
Обеспечение автономного обогрева
Экологически чистые органические удобрения
Технические культуры с высоким содержданием масла (подсолнечник, рапс, соя, кукуруза и т.п.)Перерабатываюшие линииБиоэтанол (спирт)
Растительное техническое маслоБиодизель
Отходы сельскохозяйственного производства (растениеводство и пищевое производство)Перегонные и пиролизные установкиГазообразное топливо (пиролизные газы)Электроэнергия
Тепловая энергия
Жидкое топливо (спирты)
Отходы деревоперерабатываюшей промышленностиПиролизные установкиГазообразное топливо (пиролизные газы)Электроэнергия
Тепловая энергия
Грануляционные установкиТопливные брикеты (пеллеты)

Некоторые страны с развитой агротехнической инфраструктурой возводят производство биотопливо в ранг глобальных национальных программ. Яркий пример – Бразилия, где внедрение технологий производства альтернативных видов топлива идет «семимильными шагами», и вполне вероятно, что это страна вскорости сможет претендовать на звание одного из крупнейших поставщиков подобных энергоносителей.

В Бразилии и многих других странах колонки с биотопливом уже никого не удивляют

Однако, вернемся в «родные края». В наших условиях тоже вполне возможно производить практически любые виды биологического топлива, используя при этом или специально выращиваемое для этих целей сырье, или же применяя технологии переработки отходов сельскохозяйственного, пищевого производства, лесозаготовок или деревообрабатывающей промышленности. В частности, можно рассмотреть процесс создания жидкого биотоплива (биодизель) и твердого (топливные пеллеты).

Производство биодизеля

Достоинства биодизеля и основы его производства

Можно ли дизельное топливо — солярку, продукт, полученные путем ректификации, то есть прямой перегонки нефти, получить из растительного сырья? Оказывается, вполне, так как по молекулярной структуре растительные и животные масла весьма схожи с классическим дизтопливом.

Это, по сути, те же «длинные» углеводородные молекулы, но только не в свободном линейном состоянии, а связанные в «триады» поперечным каркасом из жирных кислот – глицерина. Значит, чтобы из масла выделить именно энергетическую сгораемую составляющую, нужно очистить его от глицерина. В этом то и состоит технологический процесс получения биодизеля.

Биодизель из разных сортов масла

В итоге должна получиться желтая (с возможным оттеночным разнообразием) жидкость, не имеющая того специфического запаха, который свойственен привычной солярке. Тем не менее, это готовое топливо, которое можно применять как в чистом виде, так и в качестве присадки к «классическому» дизтопливу. Интересно, что обычные дизельные двигатели не нуждаются ни в какой доработке при переходе даже на чистый биодизель.

(Чаще  все же, из-за высокой температуры порога замерзания, биодизель применяют в смеси с обычной соляркой, и получаемое топливо обычно обозначается буквенным символом «В» с числом, которое показывает процентное соотношение биологической составляющей топлива от общего объема. Например, наиболее распространенное топливо «В20» — 20% биодизеля и 80 % солярки).

Вместе с тем, такое биологическое топливо, не отставая по своей калорийности, даже во многом отличается от продукта нефтепереработки в лучшую сторону:

  • Такое топливо обладает выраженные смазывающим эффектом, что существенно продлевает жизнь деталям дизельного двигателя.
  • В таком топливе практически не содержится серы, которая и окисляет моторное масло, быстро выводя его из состояния пригодности, и «съедает» резиновые уплотнители, и просто чрезвычайно вредна для окружающей среды, куда попадает в результате выхлопа.
  • Точка воспламенения биодизеля – значительно выше, чем у обычной солярки (около 150 °С). А это означает, что биологическое топливо намного безопаснее и в хранении, и в транспортировке, и в использовании. Токсичность такого топлива — намного ниже, чем полученного от нефтеперегонки.
  • Одним из базовых показателей дизельного топлива является «цетановое число», показывающее способность горячего к воспламенению при компрессии. Чем оно выше, тем качественнее топливо, тем плавнее работает двигатель и меньше изнашиваются его детали. Если для обычного дизтоплива этот показатель начинается от 40 – 42, то для биодизеля цетановое число ниже 51 и не встречается (кстати, по европейским стандартам качества цетановое число в любом дизтопливе, применяемом на территории Евросоюза, должно быть доведено не ниже, чем до 51).

К недостаткам биодизеля можно отнести более высокую температуру начала кристаллизации (обычно такое топливо требует предварительного разогрева) и сравнительно небольшой срок возможного хранения готового продукта (обычно – до 3 месяцев).

В качестве сырья для производства в промышленных масштабах технического растительного масла, а затем – биодизеля, используются высокоурожайные маслосодержащие культуры – например, подсолнечник, соя, кукуруза.

Продукты для производства технических растительных масел — сырья для выработки биодизеля

Особое внимание у аграриев в последнее время стал завоевать рапс, из-за своей чрезвычайно высокой урожайности, неприхотливости, а кроме того, он из всех перечисленных культур в гораздо меньшей степени истощает почву.

Одна из наиболее перспективных технических культур — рапс

Однако, тенденции развития производства биодизеля таковы, что считается нецелесообразным занимать под него ценные посевные площади, которые могут быть больше востребованы в продовольственных целях. Наиболее перспективным направлением становятся фермы по выращиванию зеленых водорослей особых пород, которые чрезвычайно быстро растут и дают отменный по энергетическому содержанию билогический материал.

От зеленых водорослей — к полноценному топливу

При создании определенных условий для роста и жизнедеятельности водорослей в искусственных водоемах (биореакторах), они активно накапливают растительные жиры и сахара, которые затем в процессе переработки становятся исходным продуктом для получения горючего углеводорода. По большому счету, высоким по цене является только само по себе оборудование, а водорослям для активного роста нужны лишь вода, солнечный свет и углекислый газ.

Так будут выглядеть заводы по производству биодизеля из зеленых водорослей

Применяют для производства биодизеля и другие масла – пальмовое, кокосовое, а также животные жиры, как правило – в виде отходов перерабатывающей или пищевой промышленности.

В чем же заключается процесс «отрыва» углеводородной цепочки от ненужной глицериновой основы? Нужно просто заменить это плотное связующее другим, более химически активным и летучим. В качестве такого реагента оптимально подходит метиловый спирт (метанол). Он сам по себе является высокогорючим веществом и даже в ряде случаев может применяться в качестве совершенно отдельного вида топлива, поэтому никак не понизит свойств биодизеля.

Химический процесс вытеснения глицериновой составляющей (в научной литературе эта процедура называется перэтерификацией) должен пойти и сам по себе, но он не является необратимым – вещество может переходить как в необходимое состояние, так и вновь в исходное. Для того чтобы избежать подобной нестабильности и чтобы ускорить процесс применяется катализатор. В его качестве чаще всего используют щелочи (NaOH или КОН). Для максимальной равномерности обменного процесса обрабатываемую смесь подвергают постоянному перемешиванию и подогреву до температуры порядка 50 градусов.

Обычно, в зависимости от объемов и качества исходных продуктов, процесс может идти от 1 до 10 часов. В итоге смесь должна дать выраженное расслоение. В верхней части реактора (сосуда, где происходил процесс) остаётся легкая фракция – собственно, сам биодизель. В нижней – выраженная плотная масса – глицериновая составляющая.

Расслоение состава после перэтерификации

Теперь осталось отделить биодизель, подвернуть его очистке от излишков метанола и от остатков катализатора. Оставшуюся глицериновую фракцию также подвергают процессу очистки, так как сам по себе глицерин является весьма ценным продуктом с широкой сферой применения.

Оптимальной дозировкой компонентов считается такая: для переработки тонны растительного масла потребуется 111 кг метилового спирта и порядка 12 кг катализатора – гидроксида натрия или калия. При соблюдении технологии процесса на выходе должно получиться примероно 970 кг (или 1110 литров) готового очищенного биодизеля и 153 килограмма глицерина.

Можно, конечно, расписать сложную химическую формулу, но она вряд ли что скажетполезного читателю . Лучше привести наглядную блок-схему производственного процесса, чтобы стало понятно, насколько непросто качественно провести все операции.

Блок-схема стандартного производственного процесса по выпуску биодизеля

Растительное масло или отжимается на месте, или поступает в готовом виде, или же применяются жировые отходы пищевого производства. После процесса очистки – поступает в переэтерификационные реакторы. Туда же, по своему каналу, поступает подготовленная смесь катализатора и реагента – метанола. Далее, следуют технологические циклы разделения фракций и их многоступенчатой очистки. В итоге биодизель и очищенный глицерин поступают как конечный продукт на склад, а извлеченные излишки метанола возвращаются для повторного использования.

А можно ли производить самостоятельно?

Казалось бы, все просто и понятно, но это в продуманной технологической линии. А вот можно ли изготовить биодизель самостоятельно?

1. Во-первых, нужно сразу четко осознать, что этот организация такого мини-производства будет лишь в том случае оправдана, если существует надежный и практически неиссякаемый источник сырья – растительных или животных жиров нужной степени очистки. Например, если есть возможность на пищевых предприятиях или в учреждениях общественного питания за очень невысокую сумму скупать остатки использованного масла. Производить масло самостоятельно выращивая для этого соответствующие культуры или приобретая семена для отжима – в масштабах личного хозяйства такая перспектива даже не должна рассматриваться, так как дело буде заведомо убыточным.

2. Следующий важный аспект – немалые сложности работы с химическими компонентами.

  • Щелочные составы — очень гигроскопичны, моментально впитывают влагу, то есть их хранение становится немалой проблемой. Это еще и с учетом того, что гидроксиды натрия и калия, — чрезвычайно «агрессивные» вещества, и легко вступают в реакцию с большинством металлов. Стало быть, хранить их можно будет только в нержавеющей или стеклянной посуде, или полипропиленовой таре.
  • Немало проблем создаст и метанол. Прежде всего нужно постоянно помнить о его высочайшей токсичности – отравление таким спиртом нередко заканчивается летальным исходом. (Особое внимание, если в доме есть люди с пристрастием к спиртному – метанол по виду и запаху мало отличается от этилового, «винного» спирта). Все работы с метанолом должны проводиться с обязательной защитой органов дыхания, глаз, кожи, слизистых.

Конечно, реакцию можно провести и с более безопасным этиловым спиртом, но в итоге горючее получается более плотное и вязкое, его качество для заправки двигателей – существенно ниже.

  • Кустарным способом, «на глаз», очень непросто соблюсти правильную дозировку исходных компонентов и их определить их качество.

— Обычно исходят из того, что указанного выше соотношения метанола и масла для нормального протекания реакции может оказаться недостаточным – во многом это зависит от биохимического состава приобретенного сырья. Поэтому метанол всегда добавляется в избыточном количестве, примерно 1 : 4 в объемном соотношении к маслу. Точнее вычислить без лабораторных исследований, увы, невозможно.

— Ранее не зря упоминалось, что сырье должно быть определенной степени «чистоты» — если применять наобум любые полученные жировые или масляные отходы, можно не только не получить нужного биодизеля на выходе, но и серьезно «запороть» оборудование. Например, если в масле содержится слишком много воды, то она попросту разрушит катализатор, процесс выйдет из-под контроля, и в реакторе вместо ожидаемого биодизеля начнет образовываться мыло (так называемая сапонификация). Мало того, если при этом применялся NаОН, то, скорее всего, можно будет «поймать глоп» — мыло быстро густеет и заполняет собой весь объем реактора, полностью поглощая собой непрореагировавшее масло.

На предприятиях для удаления излишков воды применяют специальные осушающие агенты, которые затем, после обработки, выводятся с помощью фильтрации. Удалить воду в домашних условиях можно, конечно, обычным предварительным нагревом масла до 110 ÷ 120 градусов – вода должна при этом выпариться и улетучиться. Однако, нагревание масла нередко приводит и к другой «неприятности» – к повышению концентрации свободных жирных кислот. Об этом – следующий пункт.

— Второе уязвимое место исходного сырья – это концентрация свободных жирных кислот (FFА) – есть определенные технологические ограничения на их содержание. Такой недостаток – повышенная концентрация FFA, обычно свойственен отходам пищевого производства, то есть маслам, подвергнутым уже тепловой обработке, так как сами по себе эти кислоты – продукт термического разложения масел. При реакции с катализатором FFA переходят в воду и мыло, об опасности которых уже упоминалось выше. На технологических линиях этот вопрос решается проведением анализов поступающего сырья и выработки соответствующей рецептуры по оптимальному процентному содержанию катализатора.

Итак, масло для переработки должно содержать минимальное количество воды и FFA. Но в домашних условиях провести необходимое лабораторное исследование – вряд ли представляется возможным. То есть, производитель весьма сильно рискует и качеством продукции, и сохранностью собственного оборудования.

3. Третий «блок проблем» – необходимое для процесса оборудование. Хотя в сети встречаются описания и фотографии самостоятельно изготовленных «линий» по производству биодизеля, назвать их удачными, удобными и т.п. – не получается.

К сожалению, кустарные аппараты еще очень далеки от совершенства

Можно отдать дань уважения авторам за оригинальность, за использование самых неожиданных деталей и узлов, например, старых стиральных машин или холодильников, за интересные решения проблем разделения и очистки конечного продукта, но все же претендовать на какую-то «прорывную» модель установки, рекомендованную к самостоятельному изготовлению, нельзя.

Видео — Пример самодельной установки для получения биодизеля

Одним из самых сложных и трудоемких процессов является  отделение глицериносодержащей фракции от биодизеля, а затем – проведение очистки горючего от остатков мыла, щелочной составляющей, излишков метанола. Кстати, метанол – очень недешевое сырье, и просто выпаривать его в атмосферу — крайне нерентабельно. Значит, при его повышенной летучести, необходимы специальные очистные герметичные камеры, позволяющие без потерь провести процесс перегонки.

Мыльную составляющую отделяют путем отстаивания, водной промывки с последующей фильтрацией и выпариванием излишков. Для удаления щелочей используют подкисленные составы (например, уксусной кислоты).

Некоторые домашние мастера предпочитают установку специальной аэрационной колонны, в которой биодизель  проходит отстаивание и с помощью искусственно созданных компрессором воздушных пузырьков очищается от химических примесей. Подобный пример приведен в продолжении видеосюжета:

Видео — Как сделать биодизель

Одним словом, говорить о высокой (или хотя бы какой-нибудь) рентабельности подобного кустарного производства – вряд ли приходится. Производительность подобных установок – невысока, невозможно организовать непрерывный цикл, самодельная аппаратура требует практически постоянного контроля со стороны человека. Да и качество получаемого биодизеля проконтролировать сложно. То есть, для нужд личного хозяйства, для заправки собственной машины (на свой страх и риск) это применить можно, но не станет ли подобное топливо дороже обычной солярки?

А если рассматривать организацию производства биотоплива, как собственное дело, то в этом случае не обойтись без приобретения специальных технологических установок.

Вниманию заинтересованных людей представлено немало моделей мини-линий по производству биодизеля

Если задаться целью, то будет не так сложно подобрать необходимый производственный мини-комплекс, оптимально подходящий к имеющейся в распоряжении площади. На интернет-площадках представлено немало подобных технологических установок, различающихся по потребляемой мощности, производительности, степени автоматизации, количеству необходимых для обслуживания операторов, и, конечно, по стоимости оборудования. Производство линий по выработке биодизеля освоили и отечественные, и европейские компании.

Видео: автоматизированная модульная линия по выпуску биодизеля

Твердое биотопливо — пеллеты

В последнее время очень много ходит различных слухов или даже своеобразных «легенд» о том, что одним из наиболее перспективных и высокорентабельных видов малого бизнеса может стать производство топливных пеллет – особого вида биологического топлива.  Давайте внимательнее глянем на достоинства твердого гранулированного топлива и на процесс его получения.

Для чего и как производят топливные пеллеты

Лесозаготовки, деревообрабатывающие предприятия, сельскохозяйственные комплексы, некоторые другие производственные линии обязательно выдают, помимо основной продукции, очень большое количество древесных или иных растительных отходов, которые, казалось бы, уже не имеют никакой практической ценности. Еще не та дано они попросту сжигались, выбрасывая дым атмосферу, или даже бесхозяйственно разлагались огромными «терриконами». Но ведь в них заложен огромный энергетический потенциал! Если эти отходы привести в состояние, удобное для использования в виде топлива, то, наряду с решением проблемы утилизации, можно ещё и прибыль получить! Именно на этих принципах и базируется производство твердого биотоплива – пеллет.

Пеллеты чрезвычайно удобны в хранении, транспортировке, использовании

По сути – это спрессованные гранулы цилиндрической формы, имеющие диаметр от 4 ÷ 5 и до 9 ÷ 10 мм, и длину примерно 15 ÷ 50 мм. Такая форма выпуска очень удобна – гранулы легко фасуются в мешки, их несложно транспортировать, они отлично подходят для автоматической подачи топлива в твёрдотопливные котлы, например, с помощью шнекового загрузчика.

Котлы на пеллетах имеют возможность автоматической подачи топлива из бункера

Пеллеты прессуются и их отходов натуральной древесины, и из коры, веток, хвои, сухих листьев и других побочных продуктов лесозаготовок. Получают их из соломы, лузги, жмыха, а в некоторых случаях сырьем служит даже куриный помет. На производстве пеллет пускают торф – именно в такой форме у него достигается максимальная теплоотдача при сгорании.

Производить пеллеты можно из самых разных материалов

Безусловно, разное сырье дает и различные характеристики получаемых пеллет – по их энергоотдаче, зольности (количеству остающегося несгораемого компонента), влажности, плотности, цене. Чем выше качество, тем меньше хлопот с отопительными приборами, тем выше КПД системы отопления.

Некоторые пеллеты можно использовать не только в виде топлива, но и как удобрение или состав для мульчирования почвы. Тем не менее основное их предназначение, безусловно – топливо для котлов, и здесь у них немало выраженных преимуществ перед другими видами твердого топлива. Так, например, это абсолютно чистый вид топлива с точки зрения экологии. В процессе производства пеллет не используется никаких химических добавок или формовочных смесей.

По своей удельной калорийности (в объемном отношении) пеллеты оставляют позади все виды дров и угля. Хранение же такого топлива не требует больших площадей или создания каких-либо особых условий. В спрессованной древесине, в отличие от опилок, никогда не начинается процессов гниения или прения, так что риска самовоспламенения такого биотоплива нет.

Теперь – к вопросу производства пеллет. По сути, весь цикл просто и понятно изображен на схеме (показано сельскохозяйственное сырье, но в равной мере это относится и к любым древесным отходам):

«Краткий курс» по производству пеллет

В первую очередь отходы проходят стадию дробления (обычно до размеров щепы до 50 мм длиной и 2 ÷ 3 мм толщиной). Затем следует процедура сушки – необходимо, чтобы остаточная влажность не превышала 12%. Если есть необходимость, то щепу дробят в еще более мелкую фракцию, доводя ее состояние почти до уровня древесной муки. Оптимальным считается, если размер частиц, поступающих на линию прессования пеллет, будет в пределах 4 мм.

Прежде чем сырье попадет в грануляторы, его слегка пропаривают или кратковременно погружают в воду. И, наконец, на линии прессовки пеллет эта «древесная мука» продавливается через калибровочные отверстия специальной матрицы, имеющие конусную форму. Такая конфигурация каналов способствует максимальному сжатию измельченной древесины с, естественно, резким ее нагревом. При этом имеющееся в любой целлюлозосодержащей структуре вещество лигнин надежно «склеивает» все мельчайшие частицы, создавая очень плотную и прочную гранулу.

Формирование пеллет в цилиндрической матрице

На выходе из матрицы полученные «колбаски» срезаются специальным ножом, что дает цилиндрические гранулы нудной длины. Они поступают в бункер, а оттуда – в приемник готовых пеллет. По сути, осталось только охладить готовые гранулы и расфасовать по мешкам.

Схема работы аппарата с плоской матрицей

Матрицы могут быть плоскими или цилиндрическими или плоскими. Первые — более производительные, используются в основном в мощных промышленных установках. На небольших грануляторах, которые чаще используются в индивидуальном хозяйстве, обычно устанавливаются плоские.

Видео: небольшое производство по переработке древесных отходов в пеллеты

А как быть «частному собственнику»?

Итак, все, казалось бы, просто. Но эта «простота» — для налаженного производства, а стоит ли затевать такой процесс самому?

1. Прежде всего, нужно очень внимательно «осмотреться» с точки зрения источника сырья для частного производства.

  • Если поблизости есть какой-либо деревообрабатывающий комбинат (крупная мастерская), и там по «смешным» ценам или даже бесплатно, в порядке самовывоза, можно на постоянной основе получать готовые опилки – то стоит попробовать. Скорее всего, все первоначальные затраты будут вскорости оправданы – появится возможность не только полностью обеспечить себя гранулированным биотопливом, но и реализовать излишки.

Если удалось найти такого поставщика — то дело пойдет!

Вполне понятно, что весьма выгодным будет наличие пеллетной линии, если хозяин сам занимается вопросами деревообработки, и опилки в хозяйстве, как говорится, «не переводятся».

  • Хуже, если доступны только крупные отходы древесины – в этом случае придётся продумывать вопрос ее дробления, а это уже лишние расходы и на оборудование, и на электроэнергию.
  • Если же расчет строится из волюнтаристских предположениях – «что найду, то и переработаю», то, скорее всего, ничего путного не получится. Оборудование для гранулирования стоит недешево, и вряд ли когда-нибудь себя при таком подходе оправдает.

При оценке возможностей получения сырья нужно оценивать и породу древесины. Вряд ли стоит связываться с тополем или ивой – мало того, что и сама древесина низкокалорийная, она еще и плохо спекается в гранулы из-за низкого содержания лигнина. Не слишком удачным выбором станет и липа. А вот опилки от хвойных пород по причине повышенного содержания смол подходят все без исключения.

2. Следующий важный вопрос – это проблема оборудования.

Собственно, особых проблем-то с этим и нет – в продаже представлено немало установок различной мощности и производительности, отечественной, европейской или китайской сборки. Назвать их дешевыми – наверное, нельзя. Какие из них лучше или хуже – тоже судить сложно, лучше на эту тему покопаться в форумах интернета.

Аппарат по производству пеллет заводской сборки

Там же, на форумах, можно отыскать предложения мастеров, которые занимаются изготовлением грануляторов на заказ. У них есть наработанные схемы, собственные чертежи, опыт сборки и наладки установок. Возможно, что и по цене такой аппарат окажется намного привлекательнее, нежели заводской.

Видео: модель гранулятора с неподвижной плоской матрицей на 4 кВт

А вот насчет самостоятельного изготовления – вопрос весьма спорный. Прежде всего, готовых чертежей таких изделий добыть практически невозможно – разве, что скопировать с собранного аппарата. Мастера, которые освоили производства подобных установок, вряд ли будут делиться всеми нюансами конструкции и сборки.

Вторая сложность – подвижные и стационарные детали в грануляционной камере испытывают огромные нагрузки, и без соответствующих знаний сопромата и прикладной механики правильно рассчитать их — практически невозможно. Делать «на глаз» — не получится.

Главные детали гранулятора — матрица и дробящие ролики

Основные детали – матрицу и дробящие ролики, можно приобрести в готовом виде. Но исполнить сам корпус, смонтировать его на станине, установить электропривод, продумать систему передач с нужным передаточным числом, точно подогнать все детали и узлы – здесь нужны незаурядные способности слесаря, механика, фрезеровщика, токаря…

Конечно, если есть полная уверенность в своих силах, то можно попробовать – в интернете встречаются примеры, в которых домашние мастера хвастают своими удачами. Мало того, некоторым даже удается уйти от обычных схем и изменить конструкцию, сделав ее проще, но без потери возможностей установки.

Возможно, предлагаемое ниже видео для кого-нибудь и станет отправной точкой в разработке и изготовлении собственного пеллетного гранулятора:

Видео: как устроен компактный аппарат для гранулирования пеллет

В завершение можно отметить следующее.

В масштабах одной публикации просто невозможно даже вкратце пройтись по всем современным методам изготовления биотоплива. Так, заслуживают отдельных статей вопросы выработки и использования биогаза из отходов животноводства, производства биоэтанола из растительного сырья. Если у читателя есть интересная информация по этим вопросам – мы будет рады опубликовать ее на нашем портале. Во всяком случае, эти темы тоже не останутся без рассмотрения.

Следите за обновлениями!

stroyday.ru

альтернатива есть  — журнал За рулем

Питательную энергию для двигателей внутреннего сгорания можно не только выкачивать из истощенных недр, но и выращивать на поле или даже брать из компостной кучи.

«Вольво» предлагает на родине широкую гамму моделей, работающих на биоэтаноле. Несколько прежних двигателей заменил единственный 1,6-литровый турбомотор мощностью 180 л.с. Силовой агрегат прошлой волны, 2-литровый 145-сильный атмосферник, уйдет со сцены вместе с устаревшими моделями C30, S40, V50.

«Вольво» предлагает на родине широкую гамму моделей, работающих на биоэтаноле. Несколько прежних двигателей заменил единственный 1,6-литровый турбомотор мощностью 180 л.с. Силовой агрегат прошлой волны, 2-литровый 145-сильный атмосферник, уйдет со сцены вместе с устаревшими моделями C30, S40, V50.

«Вольво» предлагает на родине широкую гамму моделей, работающих на биоэтаноле. Несколько прежних двигателей заменил единственный 1,6-литровый турбомотор мощностью 180 л.с. Силовой агрегат прошлой волны, 2-литровый 145-сильный атмосферник, уйдет со сцены вместе с устаревшими моделями C30, S40, V50.

Несмотря на отчаянные усилия конструкторов электрифицировать все, что движется, автомобилю в ближайшем будущем без традиционного двигателя не обойтись. Беда в том, что на большей части планеты его меню состоит лишь из невозобновляемых ресурсов — нефти и газа. Однако мотор не прочь питаться и разбавленным горючим. А потому нехитрый бизнес героя фильма «Джентльмены удачи» за 40 лет сделал не один шаг вперед.

АЛКОГОЛИКИ — НАШ ПРОФИЛЬ

На первом месте по популярности — добавление в бензин биоэтанола, то есть спирта из растительного сырья. Около 90% его производства приходится на Бразилию и США. Южноамериканцы гонят спирт из сахарного тростника, северные соседи — преимущественно из кукурузы. Сгодятся и другие растения с высоким содержанием крахмала или сахара, а также целлюлоза.

В некоторых странах добавление от 5 до 15% этанола установлено законодательно. Стандартному двигателю не повредит, если ему в бензин плеснут до 10% спирта. На колонки со смесями, содержащими более десятой доли этанола, обязательно наносят предупреждение об этом: старым двигателям такой рацион может не понравиться.

Бразильцы практикуют езду на биотопливе еще со времен нефтяных кризисов 70‑х годов прошлого века. Сейчас в стране нет в продаже бензина, в котором этанола менее 20% (Е20). Альтернатива этой смеси — только чистый Е100 (95–96% спирта и 4–5% воды). В Швеции и США распространена смесь Е85. Заправлять ими можно только «гибкотопливные» (flex-fuel) автомобили. Их система питания настроена под этанол — чистый или в сочетании с бензином в любой пропорции. Кроме того, октановое число спирта выше, чем у бензина, поэтому обычно требуются еще и переделки по железу, чтобы поднять степень сжатия до 12…13,5:1. Отсюда — более высокий КПД, лучшие мощностные показатели и меньшее количество выбросов. С другой стороны, теплотворная способность E85 ниже, чем у бензина, — если двигатель заправить такой смесью, он потеряет примерно четверть прежних сил.

На рынке Бразилии, мирового лидера в использовании этанола (парк автомобилей flex-fuel превышает 14,5 млн. штук), представлено более 80 моделей разных мировых брендов. В США такие автомобили почти столь же популярны (около 10 млн. машин), что заставляет местную «большую тройку» тоже выпускать биомодификации.

На рынке Бразилии, мирового лидера в использовании этанола (парк автомобилей flex-fuel превышает 14,5 млн. штук), представлено более 80 моделей разных мировых брендов. В США такие автомобили почти столь же популярны (около 10 млн. машин), что заставляет местную «большую тройку» тоже выпускать биомодификации.

На рынке Бразилии, мирового лидера в использовании этанола (парк автомобилей flex-fuel превышает 14,5 млн. штук), представлено более 80 моделей разных мировых брендов. В США такие автомобили почти столь же популярны (около 10 млн. машин), что заставляет местную «большую тройку» тоже выпускать биомодификации.

ВЕГЕТАРИАНСКОЕ МЕНЮ

По нестандартным рецептам готовят и дизельное топливо. Сырьем служат рапс, соя, различные масла и жиры. Такое топливо маркируют буквой В и цифрами, соответствующими доле растительных компонентов в смеси. Цетановое число топлива выше, чем у обычного: 51 против 42–45. Горючее отлично разлагается, не нанося вреда окружающей среде, и практически не содержит серы. Из значимых недостатков — недолгий срок хранения.

Биодобавки к дизельному топливу пока не получили такого широкого распространения, как биоэтанол. Тем не менее его производят во многих странах. Есть страны, где пятипроцентное содержание «био» узаконено и не требует упоми

www.zr.ru

инструкция по изготовлению из древесных отходов своими руками, оборудование, установка, видео, цена, фото

И нефть, и газ считаются невосполнимыми ресурсами, поскольку восстановление их запасов занимает целые геологические эпохи. Сегодня мы исследуем те возможности, к которым начинают присматриваться основные потребители энергоресурсов: производство биотоплива из древесных отходов, растительного сырья и даже канализационных стоков. 

На фото — пеллеты, вид биотоплива из древесины, завоевывающий популярность в нашей стране.

Что это такое

Если коротко — это та органика, которая:

  1. Обходится дешево;
  2. Может гореть с выделением большого количества тепла.

В эту категорию попадают самые разные вещества:

  • Жидкое биотопливо представлено этиловым, бутиловым  и метиловым спиртами, диметиловым эфиром и биодизелем — горючими органическими жирами.

Полезно: название происходит от основного потребителя — дизельных двигателей.Дизель способен работать на жирах так же, как двигатель внутреннего сгорания — на спиртах, горючих газах  и эфире.Собственно, правильное название дизтоплива — соляровое масло. При нормальном давлении и комнатной температуре добиться его воспламенения довольно трудно.

  • Твердое биотопливо — это и привычные нам дрова, и пеллеты — топливные гранулы из опилок, и торфяные брикеты, и даже солома и щепа.
  • Газообразные виды биотоплива — метан, водород и так называемый биогаз — смесь метана и CO2, выделяемая при брожении органических отходов.

В этих цистернах органические отходы превращаются бактериями в биогаз.

Зачем это нужно

Старая пословица «пока гром не грянет, мужик не перекрестится» исчерпывающе описывает ситуацию с использованием ископаемых энергоресурсов нынешней цивилизацией. Добыча и переработка нефти обеспечивает сверхприбыли, отказываться от которых во имя туманных идей экологии и светлого будущего никто не спешит.

Автомобили так же, как и сто лет назад, жгут литрами бензин; ТЭЦ работают на мазуте;  все перспективные разработки в области разработки альтернативных источников энергии скупаются крупными корпорациями и ложатся под сукно; проекты, которые не удается купить, всеми силами дискредитируются.

Однако не нужно быть семи пядей во лбу, чтобы понять, что нефтяное изобилие продлится недолго. Мировые запасы нефти закончатся в ближайшие полвека, и человечество столкнется с неизбежным энергетическим голодом.

Выходы из предсказуемого тупика очевидны:

  1. Использование для получения энергии восполнимых ресурсов — геотермальной энергии, солнца (см. солнечное отопление) и ветра. Идея хороша; но есть несколько «но».Энергетические установки всех соответствующих типов очень дороги; ветряки и гелиосистемы, кроме того, занимают огромные площади, а их эффективность непредсказуема — все определяется погодой.Кроме того, накопленную энергию трудно, условно говоря, взять с собой в дорогу: существующие аккумуляторы при разумной массе обеспечивают автомобилям слишком маленький пробег, несопоставимый с традиционными машинами на бензине.

Пейзаж, типичный для Германии, где государственная стратегия развития предусматривает использование энергии из экологически чистых источников.

  1. Поиск альтернативных источников высокопотенциальной энергии. Самым глобальным из доступных общественности является проект строящегося во Франции ИТЭР — экспериментального термоядерного реактора.Однако пока что термоядерная энергетика не может решить базовую проблему: расходы энергии на удержание плазмы в магнитной ловушке почти не уступают полезному выходу существующих прототипов реакторов.Открытия в области холодного термоядерного синтеза успешно закиданы банановой кожурой под взмахи дирижерской палочки нефтяных корпораций.Другие альтернативные источники энергии, периодически упоминающиеся в прессе, пока что далеки от практического воплощения — то ли из-за сознательной информационной блокады, то ли из-за инертности мышления государственных структур. Причем не только российских.
  2. Третий путь не означает никаких революций в технологии и, соответственно, в экономике. Автомобили по-прежнему используют дизеля и двигатели внутреннего сгорания; ТЭЦ так же коптят небо.Но в топках и цилиндрах горит топливо, воспроизводство которого занимает не миллионы лет, а считанные годы — продукты переработки растительного и животного сырья.

Грех спорить: жечь лес в топке — варварство. Хорошая новость — в том, что многие виды деревьев растут очень быстро.

Темпы внедрения

Какова динамика производства биотоплива? Как растет его потребление?

Мир

В 2007 году суммарный объем произведенного во всем мире жидкого биотоплива составил 54 миллиарда литров. Если оценивать литраж потребления, впрочем, цифры не выглядят столь уж внушительно: это всего 1,5 процента от общего потребления жидкого горючего всех типов.

Любопытно, что на тот момент большей частью произведенного биотоплива был этанол: 46 миллиардов литров. Крупнейшие производители — США и Бразилия. На их долю пришлось 95% мирового производства.

К 2010 году, однако, доля этих стран снизилась до 90%, а общее производство жидкого биотоплива выросло до 105 миллиардов литров. 86 из них — этиловый спирт, остальное — биодизель.

Европа ставит целью к 2020 году перевести на альтернативные источники энергии 10% транспорта. В Швеции существует три сотни заправок, где можно заправлять дизельные машины… сосновым маслом. 8 марта 2013 годы был выполнен первый трансатлантический авиарейс на биотопливе.

Россия

Приведем голые факты без какой-либо их оценки.

  • Экспорт Россией биотоплива (прежде всего соломы, жмыха и щепы) на 2010 год составил 2,7 миллиона тонн. При этом в стране потреблялось всего 20% от произведенного биотоплива всех типов.
  • К концу 2013 года в России планируется запустить 50 электростанций на биогазе. Суммарная мощность всех, однако, составит всего 120 мегаватт.Для сравнения — печально прославившаяся электростанция Фукусима  в Японии на момент аварии имела суммарную мощность шести энергоблоков в 4,7 гигаватта.

Общую тенденцию показывает график. Собственно, у человечества просто нет альтернатив.

Оборотная сторона

Разумеется, ни одно явление в современном мире не может быть только позитивным или негативным. В чем подвох в случае биотоплива?

Теневая сторона его производства касается, прежде всего, использования растительного сырья.

Огромные площади, занятые так называемыми энергетическими (предназначенными для сжигания) лесами, кукурузой для производства этанола, рапсом, из которого выжимают масло для дизелей, отнимаются у производителей пищевой продукции.

По оценке экспертов, общее количество голодающих в мире в ближайшее десятилетие возрастет до 1,2 миллиарда человек именно из-за растущего спроса на биотопливо.

Нюанс: производство метана, водорода и биогаза из отходов — тот редкий случай, когда ни экологии, ни экономике стран — производителей не наносится никакого вреда.

Безвестный художник очень наглядно показал пользу от переработки биологических отходов.

Методы производства

Давайте полюбопытствуем, как производятся наиболее популярные виды топлива из растительного сырья. Перечислить все применяющиеся технологии в рамках одной статьи нереально, поэтому затронем самых ходовые типы горючего.

Пеллеты

Так называются топливные гранулы из прессованных опилок, которые позволяют автоматизировать подачу топлива в котел и дают при сгорании несколько больше тепла по сравнению с дровами.

Их производство не требует сложного оборудования; однако строить мини-завод по их изготовлению своими руками явно не стоит. При устоявшемся уровне цен на пеллеты и на необработанную топливную древесину производство может окупить себя только при больших объемах.

Как работает установка по производству биотоплива этого типа?

  1. Бревно очищаются от коры на окорочном станке.
  2. Щепорубочная машина превращает их в мелкую щепу.
  3. Молотковая мельница превращает щепу в мельчайшие опилки.
  4. Опилки просеиваются, неразмолотая щепа удаляется.
  5. Барабанная сушилка удаляет из опилок лишнюю влагу.
  6. Наконец, пресс превращает их в гранулы.
  7. Физико-химические изменения, делающие гранулы прочными, происходят при их охлаждении. Негранулированные  опилки отсеиваются и отправляются на повторную переработку.

Более популярно, однако, производство пеллет не по полному циклу, а из готовой щепы или опилок.

Отходы деревообработки — оптимальное сырье для производства пеллет.

Биодизель

Что это такое — мы уже упоминали в начале статьи. Как работает завод по производству биотоплива из обычного растительного масла?

Суть производства — в удалении из растительного жира молекул глицерина, придающего ему недопустимую в двигателях вязкость, и замещение его молекулами спирта. Правильное название этого процесса — этерификация.

Инструкция по изготовлению биодизеля примерно такова:

  1. Масло (льняное, подсолнечное, рапсовое — это безразлично) смешивается со спиртом (этиловым или метиловым) и катализатором — соответственно этиловым или метиловым эфиром. Смесь тщательно перемешивается.
  2. Отстоявшаяся смесь расслаивается. В верхней части емкости остается собственно биодизель — текучая жидкость цвета меда, снизу более вязкий и темный глицерин. Между ними — слой готового к  применению жидкого мыла, которое тоже можно использовать.
  3. Последний этап — осушение (в растительном масле довольно велико содержание воды). Для этого в биодизель добавляется сульфат магния, поглощающий воду; затем он отфильтровывается обычным тонким механическим фильтром.

Цена получившегося продукта определяется, прежде всего, себестоимостью растительного сырья. Закупать растительное масло ради производства дизтоплива – идея, по меньшей мере, странная уже потому, что соляровое масло стоит куда дешевле.

Полезно: биодизель более химически агрессивен по сравнению с соляровым маслом. Он сокращает ресурс сальников, резиновых прокладок, довольно быстро забивает топливные фильтры и  уже поэтому является источником энергии, скажем так, неоднозначным.

Схема производства биодизеля из рапса по полному циклу.

Биоэтанол

Оборудование для производства биотоплива этого типа представляет собой весьма производительный и эффективный… самогонный аппарат. Сама технология производства мало изменилась за последние десятилетия, разве что ассортимент сырья заметно расширился.

Знаменитый Остап Бендер говорил измученным сухим законом американцам, что гнать самогон можно даже из обыкновенной табуретки, и предлагал поделиться рецептом табуретовки.

Из чего производят этанол для технических нужд без малого век спустя после описанной в «Двенадцати стульях» эпопеи?

  • Большая часть биоэтанола производится, как уже говорилось, в Бразилии — из сахарного тростника и в США — из кукурузы. Очевидно, уроки Остапа запомнились и нашли применение в государственном масштабе.
  • Клубни маниока, растения, которое в больших количествах выращивают Китай, Тайланд и Нигерия — тоже очень перспективное сырье. Главное его достоинство — простота и технологичность производства, а раз так — то и дешевизна.Если верить Википедии, стоимость производства из маниоки спирта, соответствующего по топливной эффективности баррелю (159 литров) нефти — всего 35 долларов. Баррель сырой нефти на мировом рынке стоит примерно втрое дороже.

Производимый из этих клубней спирт намного дешевле сырой нефти

  • Наконец, целлюлоза, получаемая из опилок, соломы и прочих отходов древесно-растительного происхождения — источник биоэтанола почти неисчерпаемый.Однако из-за относительной сложности производства в настоящее время он считается экономически неоправданным.

Что же, подождем дальнейшего роста цен на нефть. Возможно, в обозримом будущем и правда представится возможность заправить машину табуретовкой…

Что с технологией производства биотоплива в домашних условиях?

Ну что вы, в самом деле, после указа 1985 года в нашей стране даже спрашивать про такое смешно…

  • Измельченное растительное сырье с добавкой дрожжей проходит процесс брожения, в результате чего получается брага с содержанием спирта не больше 15 процентов. При большей концентрации дрожжевые бактерии гибнут.
  • Отфильтрованная брага проходит ректификацию: нагревается в ограниченном объеме. При этом легкие фракции (прежде всего этанол) возгоняются первыми. Затем спиртовые пары конденсируются в непрерывно охлаждаемом змеевике (или аналогичном по функциональности устройстве).

При промышленных объемах вместо традиционных дрожжей применяются продукты биоинженерии — искусственные ферменты глюкамилаза или амилосубтин.

Технология со времен Остапа не изменилась.

Если вы обдумываете идею перевести свою машину на другой вид топлива — лучше учесть, что без адаптации серийный ДВС может гарантированно работать на спирто-бензиновой смеси, содержащей не больше 10 процентов спирта. Впрочем, встречаются свидетельства беспроблемной работы двигателей и при соотношении 40/60.

Заключение

Возможно, дополнительную полезную информацию вы сможете извлечь из видео в конце статьи. Успехов!

otoplenie-gid.ru

Биотопливо: что это такое, инструкция по производству, получению своими руками, виды

Экономические теории позапрошлого века стали приближаться к действительности. Стало возможно просчитать время окончания запасов в недрах и на земле, человечество задумалось над альтернативами их восполнения. Выход из сложившейся ситуации –  биотопливо.

Примерные  подсчеты сведены в поданную ниже таблицу.

Динамика пополнения биологических ресурсов земли

Последние десятилетия, несмотря на упорное сопротивление нефтяных, угольных и газовых промышленных корпораций, дали нам технологии переработки органических отходов и полученные из них всевозможные виды биотоплива, которые завоевывают все большее энергетическое пространство.

Биотопливные источники энергии стремятся стать не менее эффективными по основным показателям, чем нефть или газ.

Биологическое топливо как источник экологической энергии

Биологическое топливо производится из продуктов сельскохозяйственного  происхождения, органических отходов жизнедеятельности человека в местах его концентрированного размещения.

Другими словами, сырьем для биотоплива является то, что до сих пор выбрасывалось и создавало огромные кучи мусора и свалки по всей планете. Вот что такое биотопливо, и посему оно приобретает все большую ценность в нашем мире.

В этом главное преимущество биологического топлива перед традиционными источниками получения энергии. Вторым существенным преимуществом является экологичность продуктов сжигания биотоплива в сравнении с канцерогенными выхлопами бензиновых и дизельных двигателей.

К существенным недостаткам биотоплива можно отнести следующие:

  • низкая теплотворная способность в сравнении с бензином;
  • более высокая себестоимость производства биотоплива;
  • коррозионность состава масел биотоплива для тех материалов, которые используются в частях машин и механизмов.

Справедливо сказать, что развитие технологий не стоит на месте, и, безусловно, специалисты и ученые стремятся упростить и удешевить получение биотоплива, при этом максимально улучшив энергетические характеристики каждого вида разрабатываемого биотоплива.

Прогресс в этом направлении огромен за то короткое время, что прошло с начала развития биотехнологий в топливе.

Изготовление биотоплива возможно буквально в любой точке планеты, в отличие от жестко привязанных к недрам нефти и газа. Рассмотрим основные его виды и технологии добычи.

Многообразие сырья для биологического топлива гарантирует полное обеспечение потребностей

Жидкое биотопливо получают из растительных масел путем перегонки масла с добавлением катализаторов и получения биодизеля и побочного продукта, глицерина.

Производство жидкого биотоплива каждый из нас наблюдал или производил самостоятельно в виде самогона, он же этанол.

В мире сырье для производства жидкого топлива используют различное, вот основные разновидности получаемого конечного продукта:

  • биоэтанол;
  • биометанол;
  • биобутанол;
  • диметилэфир;
  • биодизель.

Кукуруза — основное сырье для биоэтанола и биобутанола

Из кукурузы и сахарного тростника производят биоэтанол. Это производство на 90% развито в Бразилии и США, они основные поставщики сырья.

Широко известно производство из этих же составляющих биобутанола, что развивается в США.

Биобутанол является спиртом и имеет широкое применение в промышленности. Сырьем для него может служить также свекла, пшеница, маниока, ведется работа по расщеплению целлюлозы.

Культивация биопланктона для производства биотоплива

Рапс — основная масличная культура для производства биодизеля

Промышленная культивация биопланктона в воде поставляет сырье для метанола. Этот проект поддерживается всеми европейскими прибрежными странами, и является очень экономичным вследствие несметных запасов биомассы в мировом океане.

Экологически чистым видом биотоплива является диметиловый эфир. Производство его экономично, так как не требует дополнительных переработок по очистке, а продукт экологически чистый, содержание серы в нем практически стремится к нулю.

Самые высокие технические характеристики биотоплива получаются из рапсового масла.

Производство биодизеля из рапса включает следующие этапы:

  • тонкая очистка рапса;
  • отжим рапсового масла и получение жмыха;
  • этерификация рапсового масла через добавление катализатора;
  • сепарация или отделение биодизеля от глицерина.

Используется биологическое топливо в концентрированном виде или смешивается с традиционным топливом для дизеля в целях получения более чистых выбросов в окружающую среду.

Кроме рапса, для производства биодизеля может использоваться любое масло растительного или животного происхождения, а также жиры микробного происхождения.

Популярно использование в мире биобензина – вида жидкого биотоплива, основанного на 99,9% из этилового спирта и добавлении присадок и добавок, снижающих коррозию и сохранность резиновых частей в традиционных конструкциях двигателя и топливной системы автомобилей.

При регулярном использовании этого экологичного вида биотоплива конструкция автомобиля может быть изготовлена из другого конструкционного материала: нержавеющей стали или пластика, нерастворяемых этанолом.

В этом случае можно использовать в автомобиле в качестве топлива и обычный бензин, и биобензин.

Биотопливо е 95  – одна из популярных и применяемых в автомобильном мире марок биобензина.

Среди множества преимуществ использования е95 выделим основные:

  • сниженная цена топлива;
  • снижение концентрации вредных веществ — при сгорании удлиняет сроки эксплуатации масла, фильтров;
  • не образуется нагар на свечах зажигания;
  • свежий воздух вокруг вас при движении;
  • двигатель не перегревается во время сильной жары и в пробках;
  • этанол более безопасен при ДТП, так как имеет меньшую температуру возгорания и подверженность к взрывам, чем бензин.

К недостаткам использования биобензина специалисты причисляют повышение расхода топлива при использовании его в инжекторных моделях автомобилей, более низкую теплотворную способность в сравнении с традиционным топливом.

Стоимость производства единицы тепловой энергии

На сегодняшний день состояние мировой экономики и  технологий не готово к массовому переходу на использование биотоплива, хотя задача сохранения экологии и окружающей среды продолжает оставаться ключевой для цивилизации.

Биологическое топливо имеет свои особенности, которые в условиях массового использования бензина, нефти, газа из недр земли, являются недостатками.

Конструкционные материалы, используемые во всех без исключения машинах и механизмах неустойчивы к реакциям биотоплива, корродируют, выходят из строя.

Новые конструкционные материалы, и тем более двигатели, устойчивые к воздействиям органических масел, пока не созданы или имеют недостаточно эффективные технические характеристики.

Другой глобальной проблемой при использовании органических растительных продуктов как сырья для биотоплива заключается в увеличении площадей посевов, которые на планете ограничены.

Современные технологии также не предлагают пока решений для массового внедрения.

Твердое биологическое топливо: экономичность и снижение себестоимости продукции

Из тех же органических продуктов, что и биотопливо жидкое, производится и твердое биотопливо, имеющее не менее широкую сферу применения в промышленности и сельском хозяйстве.

  1. Итак, твердое топливо изготовляется из всевозможных продуктов органического происхождения. Это могут быть части растений, продукты их биологической переработки животными, отходы жизнедеятельности человека.
  2. Основная трудность производства твердого биотоплива состоит в  применении технологий для расщепления целлюлозы.
  3. Ученые изучают различные естественные процессы, чтобы смоделировать процесс расщепления, происходящий в природе с помощью живых существ и их внутрижелудочной ферментации.
  4. Сырьем для создания твердого биотоплива является так называемая биомасса — приготовленная в необходимой консистенции и составе готовая смесь из органического продукта.
  5. Изготовление твердого биотоплива заключается в выжимании или выпаривании жидкости из биомассы при регулярном равномерном перемешивании и формирование сухого продукта.Популярными и эффективными формами твердого биотоплива являются:
    • брикеты;
    • гранулы;
    • пеллеты.

Общая схема получения топлива из биомассы

Распространенным видом сырья для твердого биотоплива является древесина.

Как самые пригодные для производства твердого биотоплива используются:

  • сухие ветки;
  • щепки;
  • опилки;
  • отходы от работы деревообрабатывающей и лесной промышленности.

Если вам интересно, как производится твердое биотопливо — презентация работы пресса по изготовлению биотоплива из опилок, представлена на видео.

Производство топливных гранул из древесины

Сырье прессуется под большим давлением, без добавления каких либо составляющих в брикеты или гранулы цилиндрической формы, затем просушивается.

Такой продукт имеет хорошие показатели теплотворности и себестоимости, экологичен, практически не имеет каких либо отходов.

Для сравнения, примерная теплотворная способность органических источников тепла:

  • дерево влажное: 2400 ккал/кг, зольность до 30%;
  • дерево сухое: 2900 ккал/кг, зольность до 20%;
  • уголь бурый:  3910 ккал/кг, зольность до 40%;
  • уголь черный: 4900 ккал/кг, зольность до 30%;
  • брикеты из опилок: 4400 ккал/кг, зольность до 1%.

Таким образом, то же количество тепла можно получить, сжигая в два с половиной раза меньше сырья, если использовать биотопливо из опилок.

Производство пеллет из опилок

Производство биотоплива из отходов древесины приобрело распространенный характер, заводы по производству пеллет возводятся в прогрессирующих темпах.

Для обогрева жилых домов, производственных помещений широко используются котлы на биотопливе, для обслуживания больших площадей строятся экологичные котельные на биотопливе, применяющие топливные брикеты из древесины.

Биологическое топливо для биокаминов  Fanola  из древесины

Древесина используется как сырье в производстве топливной жидкости для каминов под названием Fanola. Это жидкость полностью биологического происхождения, не выделяющая токсинов при горении, не дымящая, не требующая при установке камина дымоходов и вентиляции.

Объем образующегося СО2 сравним с выдыхаемым человеком. Теплотворная способность биотоплива для камина Fanola на 40% выше, чем при сгорании древесины.

В приморских районах популярно производить биотопливо из водорослей. Низкая себестоимость, высокое содержание углерода в определенные периоды года, хорошая урожайность такого вида водорослей как морская капуста.

Laminaria digitata рассматривается как важнейшее сырье для производства биотоплива. Водоросли составляют более 50% всей биомассы на планете, при этом не требуют затрат на возделывание и самовосстанавливаются с известной периодичностью.

Совет. Если у вас небольшая ферма или производство, то установите себе оборудование для производства биологического топлива, так как оно окупится в ближайшие несколько лет.

Установки на биологическом топливе в домашних хозяйствах

Фермерские хозяйства и животноводческие комплексы успешно производят биотопливо из навоза. Технология основана на процессе брожения навоза под воздействием тепла в специальных герметичных бункерах, отделении жидких удобрений, выпаривании излишней жидкости и сушка твердого продукта.

При брожении выделяется биогаз, что используется для обогрева помещений и приготовления пищи, как биотопливо для теплиц или для печей.

Производство твердого топлива из навоза

Достаточные объемы собственного сырья делают такой безотходный животноводческий комплекс эффективным. Котельная на биотопливе, обслуживающая все участки собственного хозяйства, отопление, газ, электричество, полученные из собственного сырья, значительно удешевляют суммарную себестоимость продукции.

При наличии достаточного сырьевого ресурса несложно производить биотопливо своими руками. Экономически проект производства биотоплива в домашних условиях имеет смысл, когда его количество способно выполнить какую-либо самостоятельную энергетическую задачу.

Достаточно сделать расчет ежедневной нормы сырья для получения энергии, потребляемой ежедневно в хозяйстве на основные потребности, перечисленные ниже:

  • генератором биотоплива для поддержания процесса производства;
  • потребление энергии на обогрев помещений;
  • потребление энергии на приготовление пищи;
  • потребление энергии на обеспечение сельскохозяйственных производственных процессов.

Солома —  основное сырье для топливных брикетов

Следующим этапом будет изучение самого технологического процесса, его протяженности во времени и необходимого оборудования. Необходимо иметь или изучить основы физики процессов, чтобы правильно построить.

Основные технологические конструкции и составные элементы нетрудно найти на фото в интернете. Инструкция по изготовлению часто выкладывается мастерами на форумах, и сами они охотно делятся секретами и вопросами, как сделать тот или иной элемент наиболее эффективно.

Домашние биотопливные установки могут производить данный ресурс разных видов и состояний, стопроцентно используя сырье и попутные продукты каждого из этапов его переработки.

Например, получая биотопливо для парника, параллельно производят биогаз для обогрева и приготовления пищи. Таким образом, из имеющихся отходов получаем биотопливо второго поколения.

В условиях домашнего хозяйства можно воссоздать многие технологии производства биотоплива так как они первоначально и были подсмотрены у природы.

В основе их, получение энергии в результате естественных природных процессов:

  • нагревание естественным путем или с незначительным добавлением катализаторов;
  • сушка;
  • прессование в брикеты;
  • сбор газа от брожения навоза;
  • современные приборы контроля за процессами.

Заключительным в цепочке является транспортирование до места потребления, которым в большинстве случаев является котел.

otoplenie-gid.ru

Экологичность авиационных ВРД и биотопливо.

Здравствуйте, друзья!

В последнее время на сайте появились комментарии, касающиеся авиационного топлива и понятий ему сопутствующих, в частности экологичности, стоимости и мировых запасов сырья для его производства.

Вопрос на самом деле не праздный. Им в наше время занимаются на государственном и межгосударственном уровнях во многих странах мира. Одна из сторон такой деятельности – это разработка альтернативы для традиционного топлива – керосина, который, как известно, получается путем перегонки нефти. В частности это разработка различных видов авиационного биотоплива.

Значение авиации для современного мира вообще переоценить невозможно. Она на данный момент единственный в своем роде быстрый вид транспорта который значительно ускоряет и улучшает мировое торговое взаимодействие между странами и решает проблемы глобального туризма.

Областей мировой экономики, где успешно применяется воздушный транспорт достаточно много. Ежегодно с его помощью во всем мире перевозится более 2,5 млрд. пассажиров. Количество людей, занятых в воздушной индустрии ( название вполне правомерное по-моему :-)) составляет более 33 миллионов.

По некоторым данным в денежном варианте доля грузовых перевозок по миру составляет порядка 430 млрд. долларов, а перевозка пассажиров, то есть туризм по большей части, приближается к триллиону долларов. Если бы мировая коммерческая авиация была бы государством, то она стала бы 21-й в мире по объему ВВП.

Цифры впечатляющие :-). Однако на голом месте ничего само собой не возникает, и за все надо платить. За такую авиационную глобальность тоже приходится расплачиваться.

Что мы хотим получить от двигателя самолета? Понятно, что первое – это тяговая эффективность, второе – экономичность (иной раз и наоборот бывает :-)), и при всем этом неплохо бы (а в настоящее время попросту обязательно :-)), чтобы двигатель был экологичен. Понятно, в меру своих возможностей. Причем возможности эти регламентируются в последнее время все жестче.

И вот как раз с двумя последними понятиями имеются некоторые проблемы. Во-первых, экономичность. Турбореактивный двигатель никогда не отличался особо малым потреблением топлива, и это было его основным недостатком.

Повышение топливной эффективности всегда было одной из приоритетных задач авиационной инженерии. Движки совершенствовались, появились двухконтурные и далее турбовентиляторные двигатели. По сравнению с первыми массовыми пассажирскими реактивными самолетами конца 50-х и 60-х годов современные лайнеры стали экономичнее почти на 70%.

Теперь по средним оценкам для основного парка новых самолетов расход топлива составляет порядка 3,5 литра на одного пассажира на каждые 100 км пути. А для А380 и В-787 эта цифра может быть снижена до 3-х литров. То есть, в общем-то, эти самолеты по расходу топлива можно в определенном смысле сопоставить с семейным автомобилем :-).

Однако, несмотря на все успехи в совершенствовании техники, топлива расходуется очень много. Например, ИЛ-96 (двигатели ПС-90А) в полете может расходовать до 8000 кг керосина за час полета. А сколько самолетов одновременно расходует топливо находясь в воздухе ежедневно?….

Запасы живительных углеводородов (тех самых, которые именно оживляют машины по всему миру, на земле, на воде и в воздухе) на планете тают, а цены на них имеют противоположную динамику движения :-).  Причем, на самом деле, не всегда ее можно предсказать, что затрудняет планирование бюджета авиакомпаний. Такова действительность, и будущее в этом смысле рисуется не очень хорошее.

Теперь второй аспект – экологичность турбореактивного двигателя. Само понятие благоприятной экологической обстановки начало основательно волновать человечество примерно последние лет тридцать. А на заре существования ТРД о нем просто никто не задумывался и мало кого волновало, что попадает в атмосферу вместе с реактивной струей выходящих газов.

А попадает немало всякого нехорошего :-). Это и угарный газ, и несгоревшие углеводороды, двуокись и окись азота, диоксид серы и еще различные прелести в более мелких концентрациях и, конечно же, всем известная двуокись углерода СО2, напрямую влияющая на изменение климата на планете. По крайней мере ученые так говорят :-).

Правда, если соблюдать справедливость, то стоит упомянуть, тот факт, что доля авиационного транспорта в мировых выбросах СО2 в атмосферу составляет только 2% на сегодняшний день. Однако, это около 650 млн. тонн (общие выбросы составляют примерно 34 млрд. тонн). К тому же, во-первых, эти выбросы производятся по большей части в верхних, наиболее чувствительных к изменениям  слоях тропосферы (а также в стратосфере).

А, во-вторых, известно, что ежегодный прирост интенсивности воздушного движения в мире составляет около 5%, и в связи с этим происходит ежегодное увеличение выбросов СО2 авиацией в атмосферу на 2-3%.

Если такие темпы сохранятся в ближайшем будущем, то к 2050 году мировая доля авиатранспорта из 2-ух процентов перерастет в 3. Для атмосферы в целом это много. И, если принимать во внимание глобальные изменения климата на планете, то вполне понятно, что необходимы меры для уменьшения количества вредных выбросов и повышения экологичности авиационных двигателей. Впрочем, это уже давно стало всем известным фактом.

Вот как раз исходя из этих двух, вышеназванных аспектов и принимаются меры определенного характера в авиации многих стран мира (в той или иной степени, надо сказать :-)). Совершенствуются, как уже было сказано, силовые установки самолетов и вертолетов. Улучшается оборудование аэропортов, системы и схемы захода на посадку, системы управления воздушным движением с целью возможного уменьшения времени «холостого висения» самолетов в воздухе.

Однако, в последнее время все больше набирают темп усилия по поиску и использованию альтернативных видов топлива для самолетов. Ранее я уже писал о криогенном топливе. Использование, например, СПГ (сжиженного природного газа) позволяет снизить выбросы СО2 на 17% (впечатляющая цифра, не правда ли :-)), при этом не теряя в мощности двигателей. Использование жидкого водорода еще более повышает эти возможности.

Однако, криогеника, к сожалению, требует довольно серьезной переделки конструкции летательного аппарата по сравнению с существующей классической схемой. Кроме того в основательных изменениях нуждается также инфраструктура аэропортов. Это одна из причин, по которой в последние годы все чаще на первые позиции выходит применение биотоплива для авиационных двигателей, использование которого, как оказалось, не является столь революционным.

Определение биотоплива таково – это топливо либо из растительного или животного сырья, либо из отходов промышленности (конечно органических), либо из продуктов жизнедеятельности живых организмов. Авиационное биотопливо становится заменой (реально полноценной ) авиационному керосину.

Этот продукт имеет два основных преимущества перед традиционным нефтяным углеводородным топливом. Во-первых, оно производится при использовании возобновляемых источников. Нефтяное топливо, к сожалению, этим похвастаться не может, как и динамикой своих цен :-).

А, во-вторых, процент вредных выбросов в атмосферу при использовании биотоплива значительно ниже. В частности, например, достаточно мало выбросов серы. То есть в атмосферу не поступает диоксид серы SO2, один из самых вредных компонентов сгорания традиционных реактивных топлив.

Кроме того тот СО2, который в атмосферу все же попадает в результате работы авиационных двигателей на биотопливе, потом поглощается растениями, выращиваемыми для его производства, во время их роста примерно в том же объеме.

Пример выделения углекислого газа в атмосферу с использованием традиционного топлива и биотоплива.

Это позволяет свести активное загрязнение атмосферы из-за работы движков практически к нулю. Правда, остается доля СО2, которая вносится в атмосферу при производстве биотоплива. Это сам процесс производства и повышения качества (рафинирование), транспорт и хранение.

Однако, по современным оценкам, эти выбросы ниже аналогичных по назначению при производстве нефтяных видов топлива практически на 80%. Выгода в этом отношении вполне очевидна.

Говоря о жидком биотопливе, надо отметить, что начиналось все, собственно, с наземного транспорта. Всем, я думаю, известны такие названия, как биодизель и биоэтанол. Первое – это замена дизельному топливу, а второе – бензину.

Сырье для первого – это биомасса масличных растений, для второго – в основе своей сахарный тростник (или другие сахаропроизводящие растения, то есть, грубо говоря самогонка :-)), а также, как это не печально, древесина. Это было так называемое биотопливо первого поколения.

Главный его недостаток в том, что оно вырабатывается из того же сырья, что и продовольствие. Кроме того при производстве используется немалое количество пресной воды, вырубаются леса. И того, и другого, и третьего на нашей планете в последнее время имеется немалый дефицит. А поэтому переводить такое жизненно важное сырье на топливо было бы по меньшей мере не умно.

В связи с этим в настоящее время пришел черед производства так называемого биотоплива второго поколения. Для этого используются биомасса растений, которые практически не влияют на пищевую цепочку человека. Они могут расти без влияния на необходимые нам культурные растения, в том числе и на тех же посевных площадях, где продовольственные культуры временно не высеваются, или же на тех землях, где они вовсе не растут.

Районы мира, хорошо приспособленные для выращивания сырья для биотоплива.

К такого рода растениям относится, например, Ятрофа куркас (Jatropha curcas) – растение, содержащее от 27 до 40% масла и растущее на засушливых землях. Или Рыжик (Camelina) – по сути дела сорняк для традиционных зерновых культур. Кроме того здесь могут быть использованы микроскопические водоросли, растущие в загрязненной воде и содержащие масла до двухсот раз больше, чем традиционные масличные культуры.

Масличная культура Рыжик ( Camelina).

Растение Jatropha Curcas (Ятрофа).

С использованием биотоплива, произведенного из вышеупомянутых растений (в основном в смеси с традиционным керосином) уже состоялось немало полетов, достаточно серьезных, в том числе и с пассажирами на борту.

Есть и еще один источник для производства биотоплива второго поколения. Это бытовые и коммунальные отходы, отходы сельского хозяйства, не говоря уже об отходах пищевой, лесной и деревообрабатывающей промышленности.

Ну, и наконец, биотопливо третьего поколения. Для его производства используются исключительно водоросли с высоким содержанием масла. В этой области дела обстоят пока в основном на уровне исследований. Перспективы очень хорошие, но и технологических проблем, связанных с выращиванием водорослей хватает.

Сырье для биотоплива третьего поколения (водоросли).

Однако уже биотоплива второго поколения имеют возможность заменить частично или полностью ныне используемые реактивные топлива в авиации без снижения качества и характеристик работы двигателей. Это означает, что они должны быть по своим параметрам ничуть не хуже использующихся в эксплуатации нефтяных топлив.

Основные параметры это: минимальная температура воспламенения, температура замерзания, минимальная энергоемкость, вязкость, содержание серы в топливе, а также плотность.

Эти условия сводятся к тому, чтобы не нужно было выполнять какие-либо коренные изменения в техническом устройстве летательных аппаратов и инфраструктуре аэропортов. Топлива первого поколения (типа биодизеля и биоэтанола) в этом плане поставленным условиям не отвечают. Однако биотоплива второго поколения вполне соответствуют указанным параметрам и иной раз даже их превосходят.

То есть перспектива прорисовывается вполне реальная. Уже на данном этапе биотопливо второго поколения для воздушно-реактивных двигателей достаточно успешно может быть использовано на практике. Об этом говорят достаточно многочисленные тестовые полеты, проведенные различными авиакомпаниями мира.

Схема одного из циклов испытания самолетов, заправленных биотопливом.

Такого рода испытания проводятся со всесторонними проверками работы двигателя на всех фазах полета. В некоторых случаях проводились проверки с выключением и последующим запуском двигателя в полете.

Многие из этих компаний теперь ставят перед собой долгосрочные задачи по внедрению биотоплива в практику полетов. Особенно это касается США. К примеру, американская (международная) ассоциация ASTM, занимающаяся вопросами стандартизации еще в июле 2011 года установила в стандарте D7566 (стандарт и спецификации авиационных углеводородных топлив), новые поправки, позволяющие формально использовать в эксплуатации (для коммерческих рейсов) авиационное топливо HRJ.

Это топливо на 50% может состоять из биодобавок, произведенных из биомассы ятрофы, рыжика или водорослей. В этом составе оно ничем не отличается от находящегося в каждодневном использовании керосина ( типы J-A и J-A-1).

Как раз в начале лета 2011 года трансатлантический рейс выполнил самолет Boeing 747-8F, чьи двигатели работали на горючем, 15% которого составляло биотопливо, произведенное из рыжика.

Boeing 747-8F

Интересно, что в США большой движущей силой в вопросе ускорения перехода авиации на новый вид топлива стала инициатива ВВС, как наземного, так и морского базирования. Уже существуют планы перехода всей транспортной авиации флота США на смесь керосина с биотопливом к 2020 году. Скорей всего это будет авиационное топливо HRJ.

Однако полномасштабное использование биотоплива в общей авиационной массе на данный момент времени пока еще экономически невыгодно. Это связано с недостаточной развитостью самого производства такого топлива.

Тем не менее подсчитано, что для того, чтобы такое производство, так сказать, утвердилось и получило возможность к полномасштабному развитию, необходимо, чтобы хотя бы 1% всего расходуемого авиационного керосина в мире был заменен на биотопливо. В общем-то, совсем немного.

В заключение хочу показать любопытную диаграмму. Она показывает какие нужны площади для выращивания сырья для биотоплива при условии полной замены им традиционного нефтяного керосина. Здесь 1 — водоросли, 2 — площадь Ирландии, 3 — площадь штата Монтана, 4 — ежегодные мировые посевы кукурузы, 5 — Рыжик, 6 — Ятрофа, Площадь Австралии… Есть о чем поразмыслить :-)…

Сравнительная диаграмма площадей необходимых для выращивания сырья для биотоплива при условии полной замены им традиционного керосина. Красноречиво :-)...

Таковы возможности и существующие перспективы. Во что они обернутся в нашем изменчивом мире пока не ясно. Хочется верить, что к лучшему :-)…

До новых встреч.

Фотографии кликабельны.

Related posts:

  1. Типы авиационных двигателей.

avia-simply.ru