Виды биотоплива: сравнение характеристик твердого, жидкого и газообразного топлива

Виды биотоплива и его экологические характеристики

Дата публикации: 4 марта 2019

Технологии по производству биологического топлива решают проблему с поиском возобновляемых источников энергии с минимальным использованием ценных ресурсов, а также позволяют экологично утилизировать отходы различных производств в промышленных масштабах.

Биотопливо: сырье и технологии

Биотопливо производят из любого органического сырья. Это могут быть отходы жизнедеятельности животных, оболочка и стебли растений, некондиционная древесина, а также отходы пищевой промышленности.

Биомасса дробится, подвергается биологической либо термохимической обработке (нагревание, воздействие различных видов микроорганизмов). После чего образовавшиеся вещества сортируются, очищаются, затем отправляются в коллектор.

Существует классификация биотоплива по типу исходного сырья:

  • Первое поколение топлива производится из растений с высоким содержанием сахаров, жиров, крахмала. Например, соя, рапс, кукуруза, а также сахарная свекла. Выращивание этих культур наносит вред климату.
  • Второе поколение биотопливного сырья: трава, древесина, отходы сельского хозяйства. Подобная биомасса требует более технологичных методов обработки, но решает также проблему утилизации промышленных отходов.
  • Сырьевой базой третьего поколения служат водоросли. Их специально выращивают, но для этого не требуется ни пресной воды, ни земельных площадей. Неприхотливые водоросли позволяют получать топливо без расхода ценных ресурсов.

Разные поколения биотоплива отличаются своими экологическими характеристиками. Наиболее предпочтительным вариантом для топливного производства является биомасса второго-третьего поколений.

Виды биотоплива

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

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

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

Твердое биологическое топливо

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

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

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

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

Жидкое биологическое топливо

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

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

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

Газообразное биологическое топливо

Основными типами газообразного биотоплива являются:

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

Плюсы и минусы биотоплива

Развитие биотехнологий решает проблему утилизации органических отходов, а также замены нефти и газа на альтернативные виды топлива. Но неразумное их использование может вызвать дополнительные проблемы с климатом, а также экосистемами. Рассмотрим несколько ключевых пунктов в развитии этой отрасли:

  • Биотопливо — это возобновляемый источник энергии с дешевым сырьем.
  • Технологии, основанные на переработке органических отходов, применимы везде, где есть люди и производственные комплексы.
  • Производство биологического топлива снижает уровень углекислого газа в атмосфере, а его применение вместо традиционного горючего уменьшает выработку углекислого газа.
  • Выращивание монокультур в больших масштабах (в качестве сырья для биотоплива) приводит к обеднению почвенного состава и снижению биоразнообразия, что оказывает влияние на климат.

Разумный подход к производству биологического топлива способен решить самые острые экологические проблемы окружающей среды.

К этому все и идет, если сейчас не искать альтернативные источники топлива, в том числе и био, то будет туго. Надо искать новые подходы, пусть где-то не выгодно или происходит урон окружающей среде. Методом проб и ошибок мы должны прийти к разумному компромиссу.

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Биотопливо

Биотопливо – это источник энергии, который получается из растительного или животного сырья. Бывает в жидком, твердом и газообразном состояниях.

Что это такое биотопливо и его виды

Само слово биотопливо у многих людей на слуху, но что это конкретно, мало кто знает, тем более мало кто сможет объяснить, как и из чего его производят.

Биотопливо – это источник альтернативной энергии, который производится из биологического сырья.

Существует несколько видов подобного топлива, которые отличаются по своему физическому состоянию, это:

  1. Жидкое биотопливо;
  2. Твердое биотопливо;
  3. Газообразное биотопливо.

Твердое биотопливо

Более широкое распространение в жизни человека получило твердое биотопливо. Этот вид топлива известен людям с древних времен – это обыкновенные дрова. В связи с развитием технологий и совершенствованием процессов обработки древесины, в данном сегменте твердого биотоплива появились новые участники, это топливные брикеты и топливные гранулы (паллеты), которые, по сути своей, похожи, отличаются лишь в технологии производства и способам использования.

Кроме древесных отходов, для изготовления брикетов и гранул используют отходы сельского хозяйства (солому, шелухи ветки и т.д.) и продукты жизнедеятельности животных (навоз, помет и т.д.).

Жидкое биотопливо

Данный вид биотоплива менее распространен, из-за малого производимого количества и необходимости конструктивных изменений в агрегатах, привычно работающих на бензине и дизельном топливе.

Существует несколько видов жидкого биотоплива, полученных путем переработки растительного сырья, это:

  • Биоэтанол – этиловый спирт;
  • Биометанол – метиловый спирт;
  • Биобутанол – бутиловый спирт;
  • Диметиловый эфир – простой эфир;
  • Дизельное биотопливо — жидкое моторное топливо для дизельных двигателей, состоит из смеси эфиров жирных кислот.

Газообразное биотопливо

Оно также пока не получило широкого распространения, к данному виду относятся:

  • Биогаз – газ, получаемый в результате брожения веществ растительного или животного происхождения. Процесс брожения, в этом случае, происходит под воздействием бактерий;
  • Биоводород – это водород, полученный из биомассы;
  • Метан – газ из семейства углеводородов.

Распространение данного вида энергоресурсов

В настоящее время биотопливо, во всех своих состояниях, разве лишь за исключением твердых видов, не нашло широкого распространения в повседневной жизни. Но в связи с тем, что запасы привычных видов энергии постоянно сокращаются, а запасы биомассы, которая может послужить сырьем для получения жидкого и газообразного видов биотоплива, колоссальны, то и работы по применению в повседневной жизни этих видов топлива, продолжаются.

Биотопливо, кроме различия по физическим свойствам, различаются еще по двум типам, это:

  1. Биотопливо первого поколения – производится из сельскохозяйственных культур (кукуруза, сахарный тростник, рапс, соя и т.д.),что создает конкуренцию прочим сельскохозяйственным культурам, используемых для пищи человека.
  2. Биотопливо второго поколения – в этом случае используется сырье, которое не используется человеком в качестве пищи. Это отработанные жиры и масла, деревья, трава.

Распространение данных видов топлива напрямую связано с использованием биодизеля и биоэтанола, который является хоть и не в полной мере, но все же заменителем бензина.

В настоящее время объемы биомассы, которые могут быть переработаны, используются лишь на 5 – 6%, это обусловлено

финансовыми тратами для внедрения существующих технологий, инвестиций в эти исследования и технологии.

Разработчики проекта «Стратегии развития топливно-энергетического комплекса России до 2020 года» учли существующий потенциал нашей страны, который состоит из двух составляющих, это:

  • Технический потенциал, который характеризуется приростом биомассы;
  • Экономический потенциал, целесообразный объем сбора биомассы.

В рамках стратегии развития страны, разработки новых технологий и способах их внедрения, роста цен на традиционные энергоносители, привлекательность биотоплива неукоснительно растет и процесс внедрения этих технологий будет продолжаться.

Применение биотоплива для автомобилей

Как уже выше писалось, для современного топлива автомобилей есть замена в виде биотоплива, это:

  • Для дизельных двигателей – биодизель;
  • Для двигателей внутреннего сгорания – биоэтанол.

Биодизель получают из растительных масел (рапсовое, соевое, пальмовое) и метанола.
Биодизель второго поколения производят из микроводорослей и масленичных культур. Отдельный вид биодизеля – грин-дизель, который является смесью углеводородов и представляется на рынке, как улучшающая добавка к обычному топливу.
Как правило, биодизель для заправки автомобилей используют в смеси с обычным дизельным топливом (соляркой) в соотношении 20/80%, где биодизеля 20%. Недостаток такого смешивания – повышенный расход топлива и снижение мощности.
Биоэтанол в чистом виде для заправки автомобиля использовать нельзя, т.к. это окислитель и растворитель. Для его использования требуется реконструкция авто с заменой элементов топливной системы на узлы, изготовленные из нержавеющей стали и стойкого пластика.

В мире созданы автомобили с двигателями внутреннего сгорания, которые работают на смеси биоэтанола и бензина в соотношении:

  • 85/15% — в США;
  • 10/90% — в странах Европы;
  • 20/80% — в Бразилии,

Считается, что при данных пропорциях (кроме США, там автомобили были реконструированы), такое соотношение топлива не вредит системам автомобиля, что позволяет использовать биоэтанол уже при существующих технологиях.

Биотопливо для камина

По общепринятому мнению – лучшим топливом для камина являются спиртосодержащие жидкости. В связи с этим можно с уверенность сказать, что в качестве биотоплива для камина можно использовать:

  • Биоэтанол – этиловый спирт;
  • Биометанол – метиловый спирт;
  • Биобутанол – бутиловый спирт;
  • Демитиловый эфир – простой эфир;
  • Дизельное биотопливо.
Читайте также:  Как сделать тепловой насос своими руками из старого холодильника: чертежи, инструкция и советы по сборке

Эти вещества можно использовать как в чистом виде, так и в составе с прочими составляющими.

Биотопливо для каминов производят в разных странах, это США, Канада, ЮАР и страны Европы. Наиболее известные в России польские компании «Kratki» и «Planika».

В России биотопливо для каминов производят: компания «БИОТЕПЛО», Мастерская биокаминов BioKer и еще ряд компаний.

Цены на биотопливо для каминов находятся в диапазоне от 500 («Planika») до 2000 рублей (BioKer) за 5 литров топлива.

Биотопливо из водорослей

Разработана и успешно используется технология получения биотоплива из водорослей.

Плюсом использования водорослей для промышленного применения, является то, что для их выращивания не требуется занимать части суши, они растут в любой воде и не требуют особого ухода, с одной стороны, а с другой – способны осуществлять значительный прирост биомассы за малые промежутки времени.

Имея в своем составе простые химические элементы, водоросли легко перерабатываются.

Как сделать своими руками

Человек в повседневной жизни периодически пользуется биотопливом, это с полной уверенностью можно отнести к твердым видам топлива – дрова, опилки, солома и т. д. Для изготовления топливных брикетов не нужно специальных приспособлений и механизмов, это может сделать каждый, у кого есть продукты переработки дерева и желание.

Более сложный процесс, это получение биотоплива из навоза, являющимся продуктом жизнедеятельности сельскохозяйственных животных. В этом случае получается биогаз, который можно использовать для сжигания, тем самым нагревать воду в системах горячего водоснабжения или теплоноситель, в системах обогрева зданий и сооружений.

Вначале следует определиться с местом, где будет располагаться установка. Выбранный участок должен быть удален от жилых строений, дабы не создавать неудобства запахами, выделяющимися в процессе брожения биомассы.

На выбранном участке выкапывается яма, в которой делается гидроизоляция и сооружается емкость накопитель. Емкость может быть из железобетонных колец с герметизацией стыков, кирпичной с оклейкой гидроизоляцией, металлической. В верхней части устраивается люк и крышка. Монтируются трубопроводы для отвода образовавшегося газа.

В построенную емкость загружается навоз, картофельная ботва и прочие растительные отходы, после чего все заливается водой. В емкости начнется процесс брожения, и как следствие, начнет выделяться биогаз.

В состав получаемого таким образом газа будет входить — метан, углекислый газ и примеси других газов.

С 1 кг органического вещества можно получить около 0,5 кг биогаза.


Что такое биотопливо, его виды и преимущества?

В связи с климатическими сдвигами, которые происходят на планете, многие страны начинают задумываться об экологии. В первую очередь для улучшения экологии на планете многие страны производят биотопливо, которое сможет заменить традиционное.

Еще одна причина производства биотоплива заключается в том, что запасы нефти и угля не бесконечны. Рано или поздно они исчерпаются, и когда это произойдет, людям будет жизненно необходимы альтернативные виды топлива, на которых смогут ездить автомобили, работать котлы, турбины и так далее.

Что такое биотопливо?

Многие слышали о биотопливе, однако мало кто на самом деле знает, что это такое и как его производят. Итак, биотопливо – это альтернативный вид топлива, который получается в результате переработки биологических отходов или биологического сырья.

Стоит отметить, что существует три вида биотоплива:

Кроме этого такое топливо может изготавливаться из разного биологического сырья, к примеру, из навоза, соломы, кукурузы и так далее.

Твердое биотопливо

Твердый тип биотоплива является наиболее часто применяемым в жизни человека. Самый яркий и всем известный пример твердого биотоплива – это, конечно же, дрова, которые используются с незапамятных времен для обогрева помещений и приготовления пищи.

Однако на сегодняшний день существуют и другие виды твердого биологического топлива. К примеру, древесные гранулы и пиллеты.

Они изготовлены из прессованных опилок, щепок, коры деревьев, соломы и других отходов аграрного хозяйства, таких как:

  • Лузга подсолнечника;
  • Скорлупа орехов;
  • Навоз и так далее.

Такие отходы прессуются и принимают вид гранул цилиндрической формы, которые имеют длину в 10-30 мм, и диаметр 6-10 мм.

Пиллеты, твердое биотопливо

В России пиллеты уже несколько лет являются достойной альтернативой обычным типам топлива. Они успешно заменяют солярку, уголь и дрова, при этом в отличие от солярки и угля, пиллеты при сгорании не выделяют вредных веществ и практически не дымят. Кроме этого такой вид топлива выделяет больше тепла, чем обычные дрова, благодаря чему пиллеты используются не только для обогрева частных домов, но и в промышленности.

Единственным конкурентом пиллет является газ, который подается через трубопровод. Кончено, если учитывать только стоимость сырья, то отопление на газу стоит в 3-4 раза дешевле. Однако если принять в расчет стоимость нового подключения газового оборудования (согласование проекта, разрешение газовой службы и так далее), то пеллеты выигрывают и здесь.

Что такое пеллеты? Это твердый тип биотоплива, который представляет собой небольшие гранулы цилиндрической формы. Они, как и любое другое твердое биотопливо, изготавливаются из отходов сельского производства (солома, опилки, кора, скорлупа орехов и так далее).

Стоит отметить, что за рубежом такое топливо широко применяется в автоматизированных котельных, как бытового, так и промышленного назначения. Во многом такую популярность пеллеты получили благодаря низкой стоимости. При этом по выделению тепла они не уступают углю и другим видам топлива.

Размер одной гранулы пеллет составляет 6-8 мм в диаметре и 5-70 мм в длину. Однако существуют пеллеты, имеющие размеры, превышающие указанные выше. К примеру, в Новосибирске выпускаются пеллеты, имеющие диаметр 10 мм.

В России в качестве сырья для производства данного типа биотоплива используются хвойные породы (остатки от переработки хвойного дерева). Но при этом стоит отметить, что наивысшее качество имеют пеллеты, которые сделаны из отходов переработки лиственных пород деревьев. Конечно, для производства такого топлива требуется современное оборудование более высокого уровня.

Жидкое биотопливо

Жидкий вид биотоплива, как правило, используется в автомобилях.

К нему можно отнести:

  • Биоэтанол (прекрасная альтернатива бензину, хотя и уступает последнему по энергоплотности);
  • Биометанол;
  • Биобутанол – имеет вид бесцветной жидкости;
  • Диметиловый эфир – изготавливается из угля, природного газа либо биомассы;
  • Дизельное биотопливо (биодизель);
  • Биотопливо второго поколения – изготавливается путем пиролиза биомассы.

Дизельное биотопливо

Биодизель производится из различных видов растительных масел. Для получения такого топлива из растительного масла в первую очередь требуется уменьшить вязкость последнего. Делается это при помощи спирта. Известно, что любое масло состоит из триглицеридов, что означает, что в составе масла имеется глицерин. Именно глицерин и делает масло вязким.

Чтобы вывести (нейтрализовать) глицерин масло подвергается процессу трансэтерификации – устранение глицерина при помощи спирта. В результате такого процесса получается чистое биологическое дизельное топливо. Получившаяся жидкость имеет цвет меда и не должна содержать примесей. Если жидкость, даже немного мутная, это говорит о том, что в ней присутствует вода. Удалить ее можно в процессе нагревания.

Биотопливо из соломы

Относительно недавно ученые из Нидерландов разработали еще один вид жидкого биологического топлива, которое может использоваться в автомобилях. Производится оно из соломы.

Согласно технологии производства такого топлива солома нагревается до определенной температуры, после чего к ней добавляются специальные ферменты. Это позволяет образовать сахара. Следующий этап заключается в том, что при помощи бактерий образованные сахара перерабатываются в этанол, который впоследствии можно использоваться в качестве топлива для автомобиля.

Изготовление биотоплива из соломы отличается экономичностью. Около трети перерабатываемой соломы отправляется в отходы, которые сжигаются. При горении они выделяют достаточное количество энергии (температуры), чтобы получить сахара из оставшихся двух третей соломы. Более того, при сжигании соломы образуется больше энергии, чем требуется для образования сахаров. Эту энергию вполне возможно использовать в других целях.

Ученые утверждают, что после переработки 5 т соломы по представленной технологии получается биотопливо для автомобилей, которого хватит на целый год езды.

Биотопливо из рапса

Рапс является самым перспективным сырьем, которое используется для производства биотоплива. Стоит отметить, что уже сегодня 80% биодизеля изготавливают именно из рапса.

Технология изготовления биологического дизельного топлива из рапса заключается в том в том, что исходное сырье (то есть семена рапса) попадает в специальное устройство (маслобойку). Здесь масло отделяется от рапсового шрота, который в дальнейшем используется в комбикормовой промышленности.

Полученное масло поступает для следующей обработки в этерификационную установку. В процессе этерификации из рапсового масла удаляется глицерин. Для этого в масло добавляется метанол и немного щелочного катализатора.

Газообразное биотопливо

К такому типу топлива относятся:

Зеленые технологии, биотопливо

Биотопливо из навоза

Долгое время отходы сельскохозяйственной и пищевой промышленности использовались исключительно для производства удобрений, однако сегодня эти же отходы позволяют вырабатывать биологическое топливо. В качестве сырья для производства топлива можно использовать навоз скота и птиц, а также пивная дробина, отходы боен, послеспиртовая барда, канализационные стоки, свекольный жмых и так далее.

В результате переработки таких отходов получается газообразное биотопливо, которое получается в результате брожения. Полученный в итоге биогаз может быть использован для производства электроэнергии или в котельных, для отопления жилых домов. Кроме этого такое топливо используется в автомобилях.

Однако стоит отметить, что для получения газообразного биотоплива для автомобилей биогаз, полученный в результате брожения необходимо отчистить от СО2, после чего он преобразуется в метан.

Биотопливо второго поколения

Биотопливо второго поколения – это такой вид топлива, который производится из непищевого возобновляемого сырья, в отличие от этанола, метанола, биодизеля и так далее. В качестве сырья для производства биотоплива второго поколения может использоваться солома, водоросли, опилки и любая другая биомасса.

Биотопливо из водорослей

На сегодняшний день ученые разработали специальную технологию получения биотоплива второго поколения из водорослей.

Развитие этой технологии в дальнейшем произвести настоящую революцию в мире биотоплива, так как главное сырье (водоросли) не требуют особого ухода и не нуждаются в удобрениях (для роста требуется вода и солнечный свет). Более того, они растут в любой воде (грязной, чистой, соленой и пресной). Также водоросли способны помочь в чистке канализационных магистралей.

Виды биотоплива: сравнение характеристик твердого, жидкого и газообразного топлива

Блог о строительстве котельных и мини-ТЭЦ “под ключ”

Основные виды топлива для промышленных котельных

Топливо – краеугольный камень при создании любой котельной. Вид топлива и способ его сжигания влияют не только на конструктивные особенности котла, в котором оно будет сжигаться, перечень необходимого вспомогательного котельного оборудования, но, что самое важное, на технико-экономическую эффективность всего объекта в целом.

Виды топлива (см. табл. 1) принято делить по способу получения – на природные и искусственные, которые получены в процессе человеческой деятельности (специально или попутно). Кроме того, топливо подразделяют по типу его агрегатного состояниятвердое, жидкое и газообразное.

Таблица 1. Классификация видов топлива для котельных

ТопливоАгрегатное состояние
ТвердоеЖидкоеГазообразное
ПриродноеИскопаемые угли (каменные, бурые, антрацит), торф, горючие сланцы, древесинаНефтьПриродный газ
Искусственное Брикеты, гранулы (пеллеты) (из торфа, древесных отходов и отходов сельского хозяйства), древесные отходы (щепа, дроблёнка, стружка, опилки, древесная мука, древесная пыль), отходы сельского хозяйства (лузга, солома, костра льна, шелуха) Нефтяные топлива (мазут, соляровое масло, печное топливо) Масла (сланцевое, отработанное машинное) Эмульсии (ВУТ – водоугольное топливо) Доменный газ, коксовый газ, газы нефтепереработки, биогаз

Уголь, торф, древесину, мазут и природный газ принято считать традиционными видами топлива. К нетрадиционным видам топлива относят различные горючие отходы – угольные, нефтяные, промышленные, древесные, сельскохозяйственные. Они сжигаются либо как «самостоятельные» материалы, или из них предварительно изготавливают брикеты, гранулы (пеллеты) или смеси (например, водноугольное топливо).

Нетрадиционные виды топлива еще часто называют альтернативными видами топлива. Особое место среди них занимает биотопливо, получаемое в основном из органических промышленных отходов и растительного сырья.

К твердому биотопливу относятся все горючие отходы деревообработки, сельскохозяйственного производства, торфа, в том числе, брикеты и гранулы (пеллеты) из них. У нас в стране твердое биотопливо пока все еще слабо используется для сжигания в котельных установках, в то время как Европа, например, с удовольствием покупает пеллеты российских производителей. Потому, что котельная на пеллетах выдерживает самые жесткие требования экологов. Например, одна из построенных нами пеллетных котельных успешно работает в заповедном районе Алтая:

По оценке экспертов энергетического рынка у газообразного биотоплива (биогаза) в России тоже неплохие перспективы. На биогазе, например, можно строить мини-ТЭЦ мощностью до 10 МВт.

Жидкое биотопливо – это в основном этанол, биодизель, используемые на транспорте и для «котельщиков» оно не представляет особого интереса.

Различные виды топлива сравнивают между собой с помощью удельной теплоты сгорания – специального показателя, характеризующего теплотворную способность топлива. Он показывает, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании 1 кг топлива. Удельная теплота сгорания измеряется в Дж/кг или калориях/кг. Чем больше удельная теплота сгорания топлива, тем меньше удельный расход топлива при той же величине коэффициента полезного действия (КПД) агрегата.

Для удобства проведения теплотехнических расчетов, связанных с различными видами топлива, используют понятие условного топлива (у.т.). В России удельная теплота сгорания 1 кг условного топлива равна 29,3 МДж или 7000 ккал, что соответствует теплотворной способности одного из видов каменного угля – антрацита (см. табл.2)

Таблица 2. Удельная теплота сгорания некоторых веществ в воздухе, МДж/кг.

Наименование вещества (топлива)

МДж/кг.
Торфот 8 до 15
Дрова (березовые, сосновые)10,2
Бурый угольот 14 до 15
Каменный угольот 22 до 29,3
1 у. т. (антрацит)29.3 (7000 ккал/кг)
Газ (метан)50,1
Мазут39,2
Дизельное топливо42,7

В теплоэнергетике не всегда нужно стремиться к выбору топлива с высокой удельной теплотой сгорания. Используемое топливо необходимо оценивать с разных сторон. Например, нередко бывает очень выгодно в качестве топлива использовать различные нетрадиционные виды топлива (горючие отходы), которые позволяют не только получать «бесплатное» тепло, но, что еще очень важно, одновременно решать проблему их утилизации. А это, согласитесь, тоже стоит денег.

К выбору вида топлива для проектируемой котельной нужно подходить очень внимательно, чтобы выбрать правильный («под себя») вид топлива. Рассматривают обычно топливо, которое доступно в этом регионе по соотношению «цена-качество».

Лучшим топливом по многим показателям, безусловно, является природный газ, однако, он есть далеко не везде. Необходимо взвесить все «за» и «против». В данном случае, под правильным выбором понимают такое топливо, которое позволяет достигать требуемых технологических характеристик котельной установки, при ее максимальной технико-экономической эффективности.

Твердое биотопливо. Свойства различных видов биомассы для использования в качестве твердого топлива

Из биомассы производится твердое, жидкое и газообразное биотопливо. Производство твердого биотоплива, как правило, проще всего, требует относительно небольших инвестиций и может быть организовано как в крупных, так и в малых масштабах. Биотопливо представляет собой альтернативу традиционным видам топлива для получения тепловой и электрической энергии — углю, природному газу, нефтепродуктам.

Самый технологичный вид твердого биотоплива — топливные гранулы. Гранулированная биомасса хороша тем, что позволяет в несколько раз сократить расходы на транспортировку и хранение биомассы, а также значительно повысить эффективность и автоматизировать технологию ее сжигания. Технология гранулирования биомассы известна достаточно давно — еще с 30-х гг. XX в. прошлого века и изначально применялась в основном в комбикормовой промышленности. Однако в начале 1980-х гг., после потрясшего мировую экономику энергетического кризиса, на преимущества гранул обратили внимание и с точки зрения использования их в качестве эффективного стандартизированного топлива. С тех пор сегмент гранулированного и прессованного биотоплива с каждым годом растет и развивается все быстрее. Этому способствуют рост цен на традиционные энергоносители, а также политика промышленно развитых стран, направленная на сокращение выбросов «парниковых» газов и переход на возобновляемые энергоносители. Сравнительная характеристика топливных гранул с другими видами топлива приведена в табл. 2.7.

Сравнение пеллет с другими видами топлива

Углекислый газ, кг/ГДж

Примечание. *МДж/м 3 .

Различные виды биомассы обладают неодинаковыми свойствами, существенными с точки зрения использования их в качестве топлива: сырья для производства топлива (табл. 2.8).

Характеристика некоторых видов биотоплива

Теплота сгорания, сух., б/зол., МДж/кг

Удельный вес, кг/м 3

Опилки, щепа, порошок

  • 0,01—
  • 0,04
  • 0,005—
  • 0,06

Теплота сгорания, сух., б/зол., МДж/кг

Удельный вес, кг/м 3

Шлам от водоочистки

Шлам от деревообработки

Древесное топливо разных пород деревьев также имеет свои энергетические характеристики (табл. 2.9 и 2.10).

Теплота сгорания древесины и коры разных пород

Теплота сгорания сухой беззольной массы, МДж/кг

Естественная зольность некоторых пород деревьев

Данные, приведенные в табл. 2.9—2.10, являются усредненными, так как деревья, произрастающие в неодинаковых условиях и в различных регионах, могут иметь разные свойства. Однако характеристики биотоплива, произведенного из этой древесины, ограничиваются характеристиками самой биомассы, т.е. зольность древесных гранул не может быть ниже естественной зольности древесины, а их теплотворная способность не может быть выше теплоты сгорания используемого сырья.

Пеллеты (топливные гранулы) — это изделия цилиндрической формы, спрессованные методом экструзии из высушенного, предварительно измельченного, растительного сырья. Предназначены для получения тепла методом сжигания. Пеллеты — глубоко переработанный и экологически чистый вид топлива. Преимуществом использования прессованного биотоплива является, во-первых, большая теплотворная способность по сравнению со щепой и кусковыми отходами древесины, во-вторых, меньшая стоимость оборудования для котельных установок мощностью до 2 МВт по сравнению с установками по сжиганию древесных отходов. Объем склада для хранения пеллет может быть уменьшен как минимум до 50% по сравнению со складом для древесной щепы. Гранулы можно хранить в непосредственной близости от жилых помещений (подвальных или подсобных), так как этот материал биологически не активный, поскольку прошел термическую обработку; он менее подвержен самовоспламенению ввиду того, что не содержит пыли и спор, которые также могут вызывать аллергическую реакцию у людей. По своим характеристикам топливные пеллеты конкурируют с природным газом, но по экологическим показателям превосходят все остальные виды топлива в той же степени, что и в цене.

Древесные гранулы можно изготавливать как из чистой древесины, так и из древесины в смеси с корой. И те, и другие имеют свою стоимость и востребованы на рынке. Гранулы с небольшим содержанием коры имеют самый низкий процент зольности, считаются продуктом высокого качества, пригодным для использования и в домашних котельных. Соответственно рынок сбыта этого продукта существенно расширяется. Процент использования коры в общем объеме перерабатываемого сырья не должен превышать 5%. Производят гранулы первого класса и промышленные.

Гранулы первого класса. Характеристики: диаметр — 6—8 мм, теплотворность — 16,9 МДж/кг (4,7 кВт • ч), содержание золы — менее 0,7%, плотность насыпом — более 600 кг/м 3 . При производстве гранул первого класса исключается применение связующих веществ, а также коры.

Промышленные гранулы. Характеристики: диаметр — 8, 10, 12 мм, теплотворность — 15,1 МДж/кг (4,2 кВт • ч), содержание золы — более 1,5%, плотность насыпом — более 500 кг/м 3 . При производстве промышленных гранул допускается незначительное количество коры.

Сырье для производства топливных гранул/брикетов

Прессованное или рафинированное биотопливо — топливные гранулы и брикеты — можно производить из самых разных видов биомассы, обладающих достаточной энергетической ценностью и физическими свойствами, позволяющими эффективно измельчать и прессовать материал. Наиболее распространенные виды сырья для производства твердого биотоплива: древесина (отходы лесозаготовки, лесопиления и деревообработки, с энергетических плантаций); отходы сельскохозяйственного производства (лузга подсолнечника, шелуха гречихи и проса, солома, тростник, подстилка домашних животных и птицы); торф; твердые бытовые отходы; осадки сточных вод.

В качестве возобновляемого сырья можно рассматривать и различные отходы промышленного производства, такие как маслоотра- ботка, нефтеотходы. Несомненно, они не являются биотопливом, однако на сегодняшний день существуют технологии использования таких отходов вместе с опилками и другими видами биомассы для производства брикетного топлива. Сжигание таких «композиционных» брикетов, с одной стороны, позволяет сократить вредные выбросы в атмосферу (по сравнению со сжиганием чистого нефтяного топлива или угля), а с другой — утилизировать опасные химические отходы с пользой для жилищно-коммунального хозяйства.

В местах с развитым лесопромышленным комплексом в качестве сырья для производства гранул и брикетов в основном используются древесные отходы и неделовая древесина. В регионах с развитым растениеводством чаще выпускают топливные гранулы и брикеты из отходов переработки растений — соломы, лузги подсолнечника, костры льна, зерноотходов. Животноводческие и птицеводческие предприятия в качестве сырья могут поставлять использованную «подстилку» для животных и птицы (чаще всего — опилки, перемешанные с пометом). В крупных городах создаются мусороперерабатывающие предприятия. Один из видов продукции таких заводов — топливные гранулы и брикеты.

Биотопливо, виды, распространение, производство и применение

Биотопливо, виды, распространение, производство и применение.

Биотопливо – это топливо, получаемое из биомассы (животного или растительного сырья, а также из биологических отходов) в результате проведения термохимической или биологической реакции.

Биотопливо как альтернативный источник энергии:

Перед человечеством всегда остро стоял вопрос поиска дешевых источников энергии, получение которых не требовало чрезмерных затрат. Проблема использования энергоносителей, особенно обострилась в XX веке, когда стало ясно, что бездумное сжигание углеводородов приведет к дальнейшему снижению их земных запасов. Ученые пришли к выводу, что запасы нефти и газа со временем иссякнут, а затраты на разработку новых месторождений существенно возрастут, поскольку придется привлекать больше техники и производственных мощностей. В этот период значительно ухудшилась экология, болезненно реагирующая на исчезающий лесной покров и продолжающееся загрязнение атмосферы , недр и воды.

Возросла актуальность поиска альтернативных источников тепловой энергии , которые могли бы заменить природный газ и нефть . И таким эффективным направлением, наряду с солнечной энергетикой, ветроэнергетикой стало использование энергоносителей биологического происхождения (биотопливо).

Под топливом биологического происхождения (биотопливом) следует понимать продукт, синтезируемый из животного, либо растительного сырья, а также из биологических отходов, который при определенном воздействии, выделяет тепловую энергию.

Среди других формулировок определения биотоплива встречается также и следующее: «Биотопливо – это топливо, получаемое из биомассы в результате проведения термохимической или биологической реакции».

54-60 % биотоплива составляют его традиционные формы: дрова, растительные остатки и сушёный навоз для отопления домов и приготовления пищи. Их используют 38 % населения Земли.

Классификация биотоплива:

Топливо биологического происхождения классифицируется в зависимости от агрегатного состояния и по принадлежности сырья к одному из трех поколений.

К сырью 1-го поколения относятся классические сельскохозяйственные культуры, например: сахарная свёкла.

Отличительной особенностью культур, относящихся к сырью 1-го поколения, является максимальное наличие в их составе крахмалов, сахаров и жиров. Крахмалы и сахара после многоступенчатой переработки превращаются в биоэтанол, жиры в биодизель. Транспортное биотопливо в основном получают из сырья 1-го поколения.

К сырью 2-го поколения относятся древесина, трава и непищевые остатки культивируемых растений, содержащие целлюлозу или лигнин.

Типичным представителем сырья 2-го поколения являются простейшие водоросли, растения рыжик и ятрофа с предельным содержанием масла. Выращивание культур второго поколения требует меньших затрат, нежели первого поколения. Такое растительное сырьё можно с большим эффектом сжигать, получать биогаз, разлагать в термической реакции пиролиза. Недостатком сырья второго поколения является необходимость иметь большие площади культивируемых культур.

К сырью 3-его поколения относятся быстрорастущие водоросли с максимальным содержанием масла. Данные культуры культивируются в искусственных водоемах.

Виды биотоплива:

С учетом агрегатного состояния – топливо биологического происхождения может быть в жидком, твердом или газообразном состоянии.

Наиболее распространенной формой биотоплива, безусловно, является твердая биомасса.

Твердая масса представлена в виде топливных брикетов и гранул, горючего торфа, биоугля, древесной щепы и дров.

Жидкое (моторное) топливо – продукт переработки растительного сырья, который обеспечивает работу двигателей внутреннего сгорания. Сюда относится: биоэтанол, биометанол, биодизель, биобутанол, диметиловый эфир.

В газообразном состоянии биотопливо представлено биогазом и биоводородом.

Топливные брикеты:

Для получения топливных брикетов из биологических отходов широко используется технология переработки птичьего помёта и навоза. Данная биомасса предварительно высушивается и прессуется в брикеты. В последующем подготовленные топливные брикеты используются для обогрева жилых помещений и заводских цехов.

Топливные гранулы:

Топливные гранулы получают из древесных отходов, скорлупы ореха, подсолнуховой лузги, опилок, коры и щепы. На начальном этапе переработки, биомасса, измельченная до муки, поступает в сушилку, затем под пресс. В условиях повышенного давления и высокотемпературной среды выделяется природный полимер лигнин, который проявляет клеящие свойства. На выходе получаются топливные цилиндрики, имеющие минимальный процент зольности (не более 3 %).

Горючий торф:

Технология получения горючего торфа особой сложностью не отличается. Добытый торф доставляется на перерабатывающий завод, где просеивается, просушивается, а затем прессуется в брикеты. Впоследствии торфяные брикеты используются при обогреве загородных домов и производственных помещений.

Древесная щепа:

В европейских странах налажено производство древесной щепы, которая является продуктом сжигания на местных ТЭЦ. Выработка щепы выполняется на лесозаготовках с помощью шредеров (специальных рубильных машин). Сырьем для производства щепы выступают остатки коры, сучьев, пней, мелких веток.

Биоуголь:

Биоуголь – конечный продукт нагревания древесины и растительных остатков без доступа кислорода. Химический процесс отжига древесины получил название пиролиза. На Западе активно практикуется технология торрефакции (отжига древесной массы) на выходе которой получаются биотопливные гранулы с максимальным объемным теплосодержанием.

Дрова:

Дрова сегодня считаются одним из самых популярных видов топлива биологического происхождения. Для получения больших объемов дров высаживаются энергетические лесные массивы, с которыми ассоциируются быстрорастущие леса, кустарники и травы (акация, тополь, кукуруза). Посадку биотехнологических культур, как правило, выполняют в шахматном порядке или квадратно-гнездовым способом. Нередко, практикуется высадка в междурядье деревьев других сельскохозяйственных быстрорастущих культур (комбинированный способ). От момента посадки до полного среза деревьев или растительных культур должно пройти не менее 4-6 лет. В развитых странах мира практикуется обслуживание целых плантаций быстрорастущего тополя и ивы. В Северной Индии выделены огромные площади для высадки эвкалипта и тополя. Главной целью данных мероприятий является получение больших объемов экологически чистого и энергоемкого топлива для обогрева жилищ и закрытых производственных площадок.

Биоэтанол:

Биоэтанол является классическим биотопливным заменителем бензина, который занимает лидирующие позиции в перечне моторных топлив биологического происхождения. Основная сфера применения биоэтанола – топливо для работы двигателей автомобилей , однако в последние годы продукт используется в качестве биотоплива для домашних каминов.

В смеси с бензином, биоэтанол имеет множество достоинств: повышает мощность двигателя, не перегревает его во время работы, не образует нагара и сажи, не выделяет дым.

При использовании в качестве топлива для каминов биоэтанол демонстрирует лучшие экологические качества, нежели обычные дрова: выделяет минимум углекислоты, не дает сажи и дыма. Как топливо для каминов биоэтанол используется даже в многоквартирных домах.

Для получения этанола берется сырьё, содержащее крахмал, сахар или целлюлозу, причем последний вариант считается наиболее экономически оправданным.

Крахмал или сахар содержится в кукурузе, картофеле, батате, ячмене, сахарной свекле, зерновых, сахарном тростнике. Производство этанола из сахарного тростника более выгодно, чем из кукурузы.

На данный момент известно два способа получения биоэтанола: спиртовое брожение (микробиологический способ) и гидратация этилена (синтетический способ).

При проведении реакции брожения получается 15%-раствор биоэтанола, который впоследствии проходит несколько этапов очистки и концентрирования посредством дистилляции.

В промышленных масштабах биоэтанол получают в процессе гидролиза из целлюлозосодержащего сырья (древесные опилки, солома). Полученную смесь впоследствии подвергают спиртовому брожению.

Биометанол:

Биометанол применение в качестве моторного топлива для двигателей внутреннего сгорания. Общая доля использования продукта в качестве топлива для легковых и грузовых автомобилей составляет 20 %. На базе биометанола сегодня создана уникальная угольная суспензия «метакол», которая является альтернативой применения топочного мазута, но в отличие от него обладает более высокой энергоемкостью и не требует использования специальных котлов. Среди ярких достоинств данного продукта, следует выделить: малый выброс углекислого газа в атмосферу и возможность утилизировать органические отходы. К недостаткам необходимо отнести: наличие бесцветного пламени, что может создавать аварийную ситуацию и травление внутренних полостей карбюраторов и алюминиевых систем.

Технология производства биометанола на данный момент четко не отлажена. Перспективным направлением является процесс получения продукта из фитопланктона, посредством биохимического преобразования исходного сырья. Процесс преобразования включает брожение биомассы, а затем прямое окисление метана.

Преимущества данной технологии очевидны: не требуется пресная вода и почва. Фитопланктон имеет хорошую энергетическую отдачу и обладает высокой продуктивностью.

Сфера применения биометанола не ограничивается автомобильной отраслью – продукт также широко используется в химической промышленности для получения метиламинов, формальдегидов, растворителей, его добавляют в антифризы и природный газ.

Биодизель:

Биодизель – продукт биологического происхождения на основе животных и растительных жиров (масел), а также их производных.

Биодизель обладает множеством достоинств:

а) отличные смазочные качества продукта позволяют существенно продлить срок эксплуатации двигателей внутреннего сгорания;

б) полностью распадается при попадании в почву, не причиняя вреда животным и растениям;

в) не содержит серы в отличие от дизельного топлива;

г) позволяет вводить в оборот ранее неиспользуемые низкокачественные земли сельскохозяйственного назначения;

д) остаточный компонент производства биодизеля – жмых можно в дальнейшем использовать в качестве корма для скота.

Для производства биодизеля в разных странах мира используется рапс и его разновидности, соя, касторовое, кокосовое и пальмовое масло, растение ятрофа из семейства молочайных.

В последние годы учеными ведутся работы по совершенствованию технологии получения биодизеля из водорослей. Эксперты подсчитали, что с одного акра земли можно получить 2400 литров пальмового масла, а с водной поверхности – 3570 баррелей бионефти (где один баррель приравнивается к 150 литрам).

Диметиловый эфир:

Диметиловый эфир – отождествляется с топливом биологического происхождения, который отвечает всем требованиям экологически чистого продукта, не требующего дополнительных этапов очисток. Автомобили с двигателями внутреннего сгорания, работающие на диметиловом эфире, производит отечественный флагман автомобилестроения «КАМАЗ», китайский производитель «SAIC Motor», европейские корпорации «Volvo» и «Nissan».

Биогаз:

Биогаз, чаще всего выступает заменителем природного газа и представляет собой смесь метана и углекислого газа . Из биогаза можно также получать электрическую энергию или использовать готовый продукт в качестве топлива. Технология производства биогаза предусматривает расщепление сложных органических соединений под влиянием бактерий. Данный процесс получил название метанового брожения. Конечным продуктом метанового брожения является биогаз и органическое удобрение.

Сырьем для промышленного производства биогаза служит широкий перечень органических отходов:

– сладкая/соленая молочная сыворотка;

– отходы от производства биодизеля;

– виноградная выжимка, жом овощной и фруктовый;

– отходы переработки картофеля;

– отходы получения крахмала и патоки;

– отходы производства чипсов;

– отходы рыбного и забойного цехов;

– птичий помёт и навоз.

Биогаз можно также получать из силосных культур и водорослей. Одним из способов получения биогаза является сбор свалочного газа. Правильная организация сбора свалочного газа позволяет улучшить экологическую ситуацию в крупных городах.

Ключевой задачей биогазовых станций является улучшение экологии окружающей среды за счет переработки разлагающихся отходов с последующим получением органических удобрений. Только после выполнения вышеперечисленных задач ставится цель получения доступной электрической и тепловой энергии .

Биогазовые установки возводятся на птицефабриках, мясокомбинатах, водочных производствах и имеют статус высокоэффективных очистных сооружений. Современная биогазовая станция вполне может заменить санитарно-ветеринарный завод, который вместо переработки падали в мясокостную муку будет производить биогаз. В нынешних реалиях не менее половины птицеферм Европы отапливаются биогазом. Из одной тонны навоза КРС можно получить до 65 кубометров биогаза. Некоторые крупные автопроизводители Европы уже наладили сборку автобусов, работающих на биогазе.

Биоводород:

Биоводород – газообразный продукт, полученный из биомассы биохимическим или термохимическим способом.

При биохимическом способе воздействия – процесс расщепления биомассы инициируют особые бактерии. При термохимическом способе биомассу нагревают до 800°С без доступа кислорода. В ходе реакции из биомассы выделяется H2, CO и CH4.

Водород также могут производить из канализационных стоков или морской воды отдельные виды зеленых водорослей (к примеру, Chlamydomonas reinhardtii).

В промышленных масштабах применение водорода ограничено, поскольку при взаимодействии с воздухом образуется гремучая смесь, которая крайне взрывоопасна.

Влияние использования топлива биологического происхождения на экологию:

Во многих странах мира возрастает спрос на топливо биологического происхождения. В погоне за выгодой большинство поставщиков деревянных гранул наращивают объемы торговли, тем самым способствуя вырубке лесов и других зеленых насаждений.

Интригой до сих пор остается вопрос углеродной нейтральности биоэнергетики – ученые спорят, существует ли риск добавления СО2 в атмосферу или доля таких выбросов не повлияет на природный баланс.

В некоторых странах Азии из-за непродуманных действий правительства, в связи с изъятием сельскохозяйственных земель из оборота, и выделением их под энергетические культуры ощущается острая нехватка продовольствия.

Ссылка на основную публикацию
×
×