Биотопливо и двигатель — друзья или враги?

Александр [streetcartest1]

05.03.2017,
Просмотров: 3525

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.

Биотопливо для автомобилей

Любому водителю далеко не все равно, что льется в бак его машины. Во многих случаях именно некачественное топливо приводит к серьезным проблемам с автомобилем. Поэтому вполне понятен интерес ко всему, что связано с бензином, соляркой и прочими видами топлива. А как следствие этого – к альтернативным видам горючего для ДВС, одним из которых является биотопливо.

Содержание

1. Что это такое, и из чего делают биотопливо?
2. Биотопливо первого поколения
3. Второе поколение
4. Третье поколение
5. Двигатель на биотопливе – немного истории и его варианты
6. Биотопливо из опилок или спирт как он есть
7. Биодизель, или как сделать биотопливо
8. Газ как вид автомобильного топлива
9. Непривычные, экзотические и забытые виды биотоплива

Что это такое, и из чего делают биотопливо?

Все ресурсы, которые есть на Земле, условно можно поделить на возобновляемые и не возобновляемые. Уголь, нефть, металл, в природе не восстанавливаются, а вот дрова, кукуруза, навоз могут быть получены вновь и вновь. Все, что растет или является отходами переработки такого сырья – источники возобновляемой энергии. Вот из этих биоресурсов люди ещё с давних пор получали нужное для своего существования, в том числе и биотопливо.

Биотопливо первого поколения

Однако и между собой отдельные его виды различаются, скажем так, по значимости источников сырья для биотоплива. Связано это с используемыми ресурсами. Например, чтобы получить биотопливо из рапса, его надо сначала вырастить, а уж потом отправить семена на переработку. Для выращивания такой культуры занимается посевная площадь, и фактически речь идет о выборе приоритетов – а чего мы хотим иметь, продукты питания или биотопливо. Кроме того, получение биомассы, идущей на производство биотоплива, связано с использованием специализированных удобрений, что наносит определённый вред земле и окружающей природе. Такой вид сырья относится к первому поколению.

Второе поколение

Однако биотопливо можно получить из иных источников, таких как отходы других производств. Его делают, например, из опилок, а также остатков стеблей, шелухи, остающейся после обработки зерновых, и многого другого. Все это дает так называемое биотопливо второго поколения, для которого не требуется специально выращивать сырье, а сделать его можно из отходов других производств.

Третье поколение

Следующим этапом развития стало биотопливо третьего поколения. Его источником являются водоросли. Существуют определённые их сорта, содержащие значительное количество растительных жиров, из которых можно сделать тот же самый биодизель. Конечно, чтобы получить биотопливо из водорослей, их надо выращивать, но для этого совсем не требуется занимать посевные площади. Водоросли могут расти в прудах, биореакторах, на морском дне или в специально устроенных заливах, т.е. занимают те участки земной поверхности и морского дна, которые не задействованы в производстве продуктов питания. Так что, биотопливо третьего поколения, хотя и находится еще в стадии отработки технологии производства, надо признать наиболее перспективным.

Двигатель на биотопливе – немного истории и его варианты

Это для нас сегодня бензин и солярка являются единственными видами топлива, на которых работает всем нам привычный двигатель. Но надо отметить, что далеко не всегда было именно так. На заре своего существования, для ДВС как топливо применялось всё, что только подходило – масло, спирт, эфир, газ, дрова и т.д.

Поэтому должно быть достаточно интересно вспомнить о биотопливе, которое использовалось раньше. В этом случае стоит особо отметить:

• спирт в различных его видах;
• масло;
• газ.

Биотопливо из опилок или спирт как он есть

Биотопливо подобного типа наиболее известно, и по-видимому, это один из первых вариантов горючего, которое потреблял двигатель. Среди различных его видов стоит отметить биоэтанол, биометанол и биобутанол.

1.Этанол или обычный спирт достаточно хорошо известен в истории автомобилестроения. Достаточно сказать, что в свое время Генри Форд организовывал строительство заводов по производству спирта, предназначенного на роль топлива. Сейчас его изготовление широко развернуто в Бразилии, по оценкам экспертов, сорок процентов автотранспорта этой страны используют этанол в чистом виде, шестьдесят процентов – в смеси с бензином.

Из чего сегодня делают этанол? Чаще всего сырьем служит сельскохозяйственная продукция, в той же Бразилии, чтобы сделать биоэтанол, применяют сахарный тростник, солому, древесные отходы и другое аналогичное сырье. Из опилок на гидролизном производстве так же можно получить этанол. Чем же он так хорош, что это вызывает его всеобщее использование?
Здесь надо обратить внимание на:

1. детонационную стойкость;
2. теплоту сгорания;
3. теплоту испарения.

Из чего бы ни пришлось сделать подобное биотопливо, из опилок или тростника, ему свойственны антидетонационные свойства, они выше, чем у обычного бензина. Благодаря этому можно повысить мощность, двигатель, работающий на этаноле, допускает увеличение степени сжатия. Теплота сгорания спиртовоздушной смеси незначительно отличается от характеристик традиционной топливовоздушной смеси, а за счет хорошей испаряемости спирта обеспечивается лучшее наполнение цилиндров и полное ее сгорание.

Из недостатков этанола стоит отметить его повышенную агрессивность по отношению к некоторым цветным металлам, пластмассам и резине, вследствие чего может возникнуть необходимость частично дорабатывать двигатель. Однако самым главным минусом такого горючего является его гигроскопичность, оно сильно поглощает воду, а затем смесь расслаивается в баке, в результате чего он окажется заполнен в основном водой. Одним из методов борьбы с этим является использование смесей спирта и бензина, до десяти процентов этанола, добавленного в обычный бензин, только улучшают его характеристики.

Дополнительно стоит отметить, что производство биоэтанола как топлива, хоть из тех же самых опилок, отличается от производства питьевого спирта. Топливный спирт не пригоден для питья, он имеет явно выраженный сивушный запах и повышенное содержание метанола.

2.Метанол, или метиловый спирт, при всех своих достоинствах ядовит. Хотя его можно сделать из отходов, из тех же самых опилок, обычно биометанол не используют в качестве горючего.
3.Биобутанол. Как биотопливо для автомобилей подходит даже в большей степени, чем биоэтанол. Может изготавливаться из биомассы, опилок, и при этом ничем не отличаться от бутанола, полученного по традиционной технологии.

Среди его достоинств необходимо отметить:

• большую энергетическую ценность;
• меньшую агрессивность;
• возможность смешиваться с бензином;
• возможность прямой и полной замены бензина без переделки автомобиля.

Рассматривая спирт как замену бензину, стоит отметить, что плюсы и минусы биотоплива подобного типа достаточно очевидны, и все недостатки при необходимости могут быть успешно устранены. Однако в настоящее время такое биотопливо чаще всего применяется в смеси с обычным бензином, хотя технологии его получения, например из опилок, позволяют полностью реализовывать используемую биомассу и исключить нефть из употребления.

Биодизель, или как сделать биотопливо

Это другой, не менее известный вид горючего. Он заменяет солярку, а не бензин. Производят его из растительного масла. Сырье в различных районах земного шара может быть разное: рапсовое, пальмовое, кокосовое, соевое масло, водоросли и т.д. Биотопливо подобного типа изготавливается достаточно просто, вплоть до того, что существуют самодельные установки, позволяющие производить биотопливо в домашних условиях.

Технология его получения такова – масло смешивается в определенных пропорциях со спиртом и щелочью, в результате образуется биодизель и высвобождается глицерин, который может использоваться для каких-то других целей. Так что при наличии источников растительного масла, в том числе и его остатков после кулинарной обработки пищи, вполне возможно сделать биотопливо своими руками.

Достоинством биодизеля является отсутствие серы в составе выхлопных газов, и как следствие этого то, что такое биотопливо не теряет смазочных свойств, благодаря чему двигатель может служить гораздо дольше. Надо отметить, что вредного воздействия от такого топлива на окружающую природу нет. К недостаткам биодизеля стоит отнести необходимость его подогрева в холодное время года и то, что он не хранится более трех месяцев.

Наиболее оптимальным признано его использование в смеси с обычной соляркой, выпускаются несколько разновидностей такого топлива, обозначаемых буквой В, а цифры рядом говорят о содержании биодизеля в составе топлива. Например, В5 означает содержание в нем пяти процентов биодизеля и девяноста пяти процентов солярки.

Газ как вид автомобильного топлива

Существует и биотопливо в виде газа. Источником его является биогаз, получаемый как результат анаэробного (без доступа воздуха, метанового) брожения навоза. Однако рассматривать его как достаточно массовый вид горючего для двигателей автомобиля было бы слишком оптимистично.

Хотя, как и обычный природный газ или пропан-бутан, биогаз может использоваться как топливо, но это скорее вариант для стационарных двигателей, установленных в местах, где много отходов животноводства и сельского хозяйства.

Непривычные, экзотические и забытые виды биотоплива

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

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

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

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

Новый биотопливо может работать в обычных дизельных двигателях

• Share на Facebook

• Share в Twitter

• Share на Reddit

• .

Предоставлено: Getty Images

Новый способ очистки биодизеля, чтобы он работал в стандартных дизельных двигателях автомобилей, может помочь расширить использование возобновляемых видов топлива, считают ученые.

Биодизель, изготовленный из растительного сырья, может представлять собой более экологичную альтернативу дизельному топливу, полученному из ископаемого топлива, или нефтедизелю, который используется в настоящее время. В Европейском союзе (ЕС) коммерческое дизельное топливо уже должно содержать не менее 7 процентов биодизеля.

Но молекулярный состав этих видов топлива означает, что они кипят при температурах, отличных от нефтедизеля, а это означает, что только специально разработанные двигатели могут работать на чистом биодизельном топливе или смесях, содержащих значительное количество топлива. [10 лучших новых экологических технологий]

Теперь ученые в Германии нашли способ превратить химические вещества, полученные из растений, в биодизельное топливо, которое соответствует характеристикам кипения, требуемым стандартом EN 590, установленным Европейским комитетом по стандартизации для коммерческого дизельного топлива, продаваемого в ЕС.

Лукас Гуссен, профессор органической химии в Рурском университете Бохума, руководивший исследованием, сказал, что его мотивация возникла во время поездки на биодизельный завод в Руанде несколько лет назад. Проблема, по его словам, заключалась в том, что только один автобус был переоборудован для работы на топливе из-за нехватки средств.

«Если вы собираетесь использовать биотопливо, вам нужна существующая инфраструктура, к которой вы можете подключиться», — сказал он Live Science. «Все остальное будет недоступно для большинства стран и обществ. Это должно быть отправной точкой».

Причина, по которой обычное биодизельное топливо не работает в стандартных дизельных двигателях, заключается в том, что около 95 процентов составляющих его молекул имеют одинаковую длину и, следовательно, кипят примерно при одинаковой температуре.

Напротив, нефтедизель состоит из смеси углеводородов разной длины и структуры, которые кипят при разных температурах, что дает нефтедизелю гораздо более широкий диапазон температур кипения. Важно отметить, что именно на такие характеристики кипения рассчитаны современные автомобили.

«Все двигатели специально рассчитаны на это топливо, — сказал Гуссен. «Дизельное топливо и дизельные двигатели развивались вместе».

Существуют процессы, позволяющие превращать растительные масла в биотопливо, пригодное для использования в стандартных дизельных двигателях, но значительная часть топлива сжигается для проведения очистки. Гуссен и его коллеги решили найти способ использовать катализаторы — вещества, ускоряющие химические реакции, — чтобы делать то же самое при низких температурах, используя очень мало энергии.

В статье, опубликованной в Интернете сегодня (16 июня) в журнале Science Advances, они сообщают, что, используя комбинацию трех катализаторов, они смогли смешать метиловый эфир рапсового масла (RME) — обычное сырье для производства биотоплива — и этилена в топливо с таким же профилем кипения, как у нефтедизеля. Этилен является распространенным углеводородом, который может быть получен из этанола растительного происхождения или сланцевого газа.

Чтобы продемонстрировать его потенциал в качестве моторного топлива, исследователи построили модель дизельного автомобиля и использовали биодизель для его движения. Однако топливо еще далеко от коммерциализации; производство первой партии стоило более 1125 долларов за кварту. [Hyperloop, реактивные ранцы и многое другое: 9Футуристические транзитные идеи]

Основная проблема нынешнего процесса заключается в том, что в нем используются дорогие недолговечные катализаторы, предназначенные для производства небольшого количества ценных химических продуктов, сказал Гуссен. Он добавил, что найти более дешевые и надежные альтернативы, подходящие для коммерческого производства, будет огромной проблемой, равно как и разработать эффективные промышленные процессы с высокой пропускной способностью.

Но Гуссен сказал, что одним из самых больших препятствий на пути более широкого использования биодизеля является его несовместимость со стандартными двигателями. Но его новое исследование показывает, что эту проблему можно преодолеть.

«Эта точка кипения казалась совершенно непреодолимым препятствием, — сказал он. «Теперь мы говорим: «Как мы можем сделать катализатор, который сделает это дешевле?» Это совершенно другой вопрос, чем «Как мы вообще можем перейти от биодизеля к чему-то, что мы можем заправить в автомобиль?» , сказал Дункан Васс, профессор катализа в Бристольском университете в Соединенном Королевстве.

Использование дешевой и распространенной добавки, такой как этилен, для преобразования биотоплива имеет смысл, сказал он, но он согласился с авторами исследования, что существующие катализаторы не подходят для этой цели и что найти подходящую замену будет сложно.

«[М] будет трудно найти простой, дешевый, долгоживущий, гетерогенный катализатор, который может дать те же результаты, что и эти очень сложные системы», — сказал Васс Live Science.

Также слишком рано называть технологию «устойчивой», добавил он, пока не будет проведен полный анализ жизненного цикла процесса и продуктов.

Оригинальная статья о Live Science.

Copyright 2017  LIVESCIENCE.com , компания по закупкам. Все права защищены. Этот материал нельзя публиковать, транслировать, переписывать или распространять.

ОБ АВТОРАХ

Эдд Гент — британский независимый научный писатель, проживающий в Индии.

U.S. Laboratories Research Решения по биотопливу для различных типов двигателей

Трой Хокинс

Биотопливо ближе к тому, чтобы стать конкурентоспособным по стоимости и безвредным для климата решением для сокращения выбросов углерода в легковых и грузовых автомобилях, согласно двум новым исследованиям. Аргоннская национальная лаборатория Министерства энергетики США (DOE) сотрудничала с Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии Министерства энергетики (NREL), Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией (PNNL) и Национальной лабораторией Айдахо (INL) в рамках исследования. Результаты показали, что биотопливо в сочетании с передовой конструкцией двигателя может сократить выбросы парниковых газов (ПГ) примерно на 60%, одновременно повышая эффективность использования топлива или уменьшая выбросы выхлопных газов.

Аналитик энергосистемы Аргонна Пахола Татиана Бенавидес, инженер-технолог NREL Эндрю В. Бартлинг и инженер PNNL Стивен Филлипс были ведущими аналитиками двух исследований, опубликованных в ACS Sustainable Chemistry & Engineering.

«Идея состоит в том, чтобы разработать новое биотопливо, смешанное с обычным топливом, для улучшения характеристик двигателя. Это означает, что легковой или грузовой автомобиль с бензиновым двигателем может проехать дальше на том же количестве топлива, а дизельное транспортное средство может соответствовать более строгим стандартам выбросов», — говорит Трой Хокинс, руководитель группы по топливу и продуктам в Аргонне и автор обеих статей ACS Sustainable Chemistry. & Инженерные исследования.

Биотопливо имеет значительные преимущества перед нефтяным бензином. Но сами двигатели также имеют решающее значение для энергоэффективности. Разработка низкоуглеродного топлива и двигателей для совместной работы может максимизировать использование энергии и производительность автомобиля.

«Мы находимся на пересечении новых инноваций как в двигателях, так и в биотопливе», — заявляет Хокинс. «Наша цель состояла в том, чтобы разработать новое биотопливо, смешанное с обычным топливом, для улучшения характеристик двигателя. Это означает, что легковой или грузовой автомобиль с бензиновым двигателем может проехать дальше на том же количестве топлива. Или дизельный автомобиль может соответствовать более строгим стандартам выбросов».

В ходе обоих исследований аргоннские ученые работали с другими национальными лабораториями над определением перспективных видов топлива для различных типов двигателей. Исследователи учитывали стоимость, воздействие на окружающую среду и потенциал выхода на коммерческие рынки.

Исследование проводится при поддержке инициативы «Совместная оптимизация топлива и двигателей» (Co-Optima), совместно возглавляемой Управлением энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США, Управлением биоэнергетических технологий и Управлением транспортных средств.

Argonne является частью консорциума Co-Optima, состоящего из девяти национальных лабораторий и более 20 университетов и отраслевых партнеров. Консорциум изучает, как одновременные инновации в топливе и двигателях могут повысить экономию топлива и производительность автомобиля при одновременном снижении выбросов.

Ученые и эксперты каждой лаборатории Министерства энергетики США играли важную роль на каждом этапе исследования, сказал Хокинс.

«Это исследование — действительно хороший пример того, как лаборатории могут работать вместе, чтобы помочь Министерству энергетики выполнить свою миссию, — говорит Хокинс.

Исследование Co-Optima основано на цели выявления и понимания биосмесей или биотоплива. Биотопливо производится из биомассы – органических материалов, включая растения, сельскохозяйственные отходы и влажные отходы. Биотопливо можно смешивать с обычным топливом для снижения выбросов и улучшения характеристик топлива и двигателя.

По словам Бенавидеса, в сотрудничестве с экспертами по топливу Co-Optima исследователи использовали процесс отбора для составления списка биотоплива для своих исследований.

Аргоннские ученые разработали список биотоплива, работая с экспертами, включая руководителя технической группы PNNL и члена группы руководителей Co-Optima Даниэля Гаспара, старшего научного сотрудника NREL Джину Фиорони, старшего научного сотрудника NREL Роберта Маккормика и Анте Джорджа, старшего менеджера Sandia National Министерства энергетики. Лаборатории (СНЛ).

«Мы работали с другими экспертами, чтобы использовать определенные критерии, чтобы сузить множество кандидатов на биотопливо до короткого списка для нашего исследования. Этот список был разработан на основе требуемых свойств и режима сгорания двигателя», — комментирует Бенавидес.

Преобразование биомассы в биотопливо представляет собой сложный процесс, в котором участвуют переменные параметры сырья, технологий преобразования и типов топлива. Особенно сложно найти пути использования биотоплива, которые также отвечают экономическим, технологическим и энергетическим целям.

Одно исследование было проведено в соавторстве с Benavides. Команда оценила 12 способов производства биотоплива для оптимизации многорежимных двигателей внутреннего сгорания. Многорежимные двигатели могут обеспечить большую эффективность и экономию средств за счет использования различных методов воспламенения, сгорания и/или подготовки топлива, в зависимости от требований вождения.

Исследователи использовали возобновляемую биомассу, содержащуюся в побочных продуктах лесного хозяйства, таких как древесные отходы и побочные продукты сельского хозяйства, такие как кукурузная солома. Они использовали технологии конверсии, включая либо ферментацию, катализ при высокой температуре и давлении, либо их комбинацию.

«Мы обнаружили, что не только семь видов биотоплива могут быть произведены с конкурентоспособной стоимостью, но и что эти семь различаются с точки зрения используемого сырья и технологии переработки», — говорит Бартлинг. «Это означает, что биоперерабатывающие заводы могут более гибко выбирать, где и как строить свои объекты».

Исследователи NREL и PNNL провели технико-экономическую оценку путей производства биотоплива, проанализировав стоимость и эффективность технологии.

«Наши результаты показали, что многие виды биотоплива конкурентоспособны по сравнению с текущими ценами на нефтяное топливо», — отмечает Филлипс.

Исследователи также проанализировали воздействие на окружающую среду. Анализ жизненного цикла путей с использованием модели GREET Аргонны (парниковые газы, регулируемые выбросы и энергия, используемая в технологиях) показал впечатляющие результаты. Десять видов биотоплива могут сократить выбросы парниковых газов на 60% по сравнению с нефтяным бензином. В список входят спирты, фурановые смеси и олефины.

Второе исследование было проведено в соавторстве с Бартлингом. Исследователи проанализировали 25 способов производства биотоплива, оптимизированного для двигателя, известного как воспламенение от сжатия с контролируемым смешиванием. Этот дизельный двигатель в основном используется в грузовых перевозках.

Для разработки способов производства биотоплива исследователи использовали исходное сырье, начиная от растительных материалов, таких как древесная щепа или кукурузная солома, и заканчивая маслами из соевых бобов и купеи, влажными отходами и переработанным жиром. Они использовали технологии конверсии, включая ферментацию, газификацию и гидротермальное сжижение.

«Разнообразный набор ресурсов биомассы, доступных в США, имеет большой потенциал для замены части топлива и химикатов, которые в настоящее время получают из нефти», — говорит Дэймон Хартли, руководитель группы исследований и анализа операций INL. «Однако одним из самых больших барьеров является широкий разброс качества сырья. Это может иметь большое влияние на то, как материал ведет себя при конверсии».

Как и в первом исследовании, большинство технологий показали хорошие результаты. Стоимость большинства видов биотоплива была конкурентоспособной по сравнению с текущими ценами на газ.

Согласно анализу жизненного цикла GREET, с точки зрения воздействия на окружающую среду выбросы ПГ были сокращены более чем на 60% по 12 из 25 путей.

«Мы оценили выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла для каждого варианта двигателя с воспламенением от сжатия с контролируемым смешиванием. Сюда входят не только выбросы выхлопных газов, но и выбросы вверх по течению, возникающие в результате выращивания биомассы, транспортировки сырья, производства и распределения биотоплива», — объясняет Хокинс.

Исследователи не собирались составлять окончательный список видов биотоплива, говорит Бенавидес. Вместо этого исследования предлагают заинтересованным сторонам руководство по выбору путей использования биотоплива, которые наилучшим образом отвечают их потребностям.

«Мы предоставляем исследователям и производителям рекомендации по оценке биотоплива на основе ряда сложных переменных», — добавляет Бенавидес. «Жизненный цикл и технико-экономический анализ важны для заинтересованных сторон как можно раньше. Мы не можем сказать заинтересованным сторонам, какой выбор сделать, но эти инструменты могут указать им правильное направление с самого начала».

Хотя многие из этих путей производства биотоплива потенциально могут быть конкурентоспособными по стоимости, еще слишком рано фиксировать цены на постоянно колеблющемся газовом рынке. «Задача заключается в обеспечении конкурентоспособных цен в долгосрочной перспективе, — продолжает Хокинс.

В то время как эти пути производства биотоплива нацелены на легковые и дизельные грузовики, исследователи из Аргонны также изучают потенциал использования этих путей в трудно электрифицируемых секторах, таких как авиация и морская промышленность. Цель состоит в том, чтобы как можно быстрее вывести биотопливо на рынок в ряде отраслей.