Биодизель – топливо будущего или новая экологическая проблема

Конкурс Приволжского федерального округа.

 

Развитие идей энергоресурсосбережения

в образовательной системе.

 

Общероссийская общественная организация

 «Центр экологической  политики и культуры» 

ГАОУ ДПО «Институт развития образования РТ»

Министерство экологии и природных ресурсов РТ

Академия наук РТ

 

                                                Номинация:

Научно-исследовательские проекты в области энергоресурсосбережения.

 

                                               Тема:

 

          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Развитие идей энергоресурсосбережения

в образовательной системе.

 

 

 

Информационная карта участника.

 

1	Название номинации
2	Информация об участнике.	Ф.И.О.	Ахмадуллина Лена Степановна.
3		Полное наименование организации.	Муниципальное общеобразовательное учреждение «Тетюшской средней общеобразовательной школы №1»
4		Контактная информация.	РТ г. Тетюши ул. Шаталова д.27, тел.89274015829, [email protected].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Развитие идей энергоресурсосбережения

в образовательной системе.

 

 

1	Название номинации
2	Информация о проекте.	Название проекта.	Н                        Научно-исследовательский проект в области энергоресурсосбережения.
3		Количество и возраст участников.	Коробова анна Васильевна-18 лет; Абмаева Елена Юрьевна-17 лет; Климентова Екатерина Владимировна-18 лет.
4		Предполагаемые результаты.	Получить новые знания в данном профиле.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                             

 

 

 

 

 

                               

 

 

Введение. Цели. Задачи…………………………………………………………….….4

Немного о создателе…………………………………………………………………....6

Преимущества биодизеля…………………………………………………………..…..7

Недостатки биотоплива и вред экологии……………………………………………...8

Технология производства биодизеля………………………………………………….9

Реалии и перспективы………………………………………………………………...11                        

Разработка программы по развитию альтернативных источников энергии

в Татарстане……………………………………………………………….12                   

Применение…………………………………………………………………………….13

Справочный материал…………………………………………………………………14

Информация из с/х управлении, Тетюшского района……………………………..15

Опыт…………………………………………………………………………………….16

Подведение итогов…………………………………………………………………….17

Список литературы……………………………………………………………………18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                  

Цели:

 доказать, что действительно ли будущее за биотопливом или его производство приведет к новым экологическим проблемам.

Основные выдержки:

Мы узнали от учителей и из других источников, что биотопливо - это топливо, получаемое в результате переработки биологического сырья. В России более чем достаточно биомассы. Эти ресурсы не монополизированы гигантскими компаниями, и их стоимость не подвержена воздействию конъюнктуры мировых рынков.

Специалистами различаются следующие виды биотоплива:

-жидкое биотопливо (простое в транспортировке, но при этом имеются потери при испарении, велика вероятность разливов и утечек):

нефтяное топливо: мазут, дизельное топливо (газойль, солярное масло); керосин, лигроин, бензин, газолин; масла (сланцевое масло, обработанное машинное масло, растительные (рапсовое, арахисовое) или животные масла); спирты (этанол; метанол, пропанол); жидкое ракетное топливо; эфиры: (изомеры) спиртов (метил – трет – бутиловый эфир (МТБЭ); диметиловый эфир (ДМЭ); жирных кислот (этерифицированные растительные масла (биодизель); эмульсии (водотопливная эмульсия, этиловый спирт в бензинах, масла в бензинах); синтетическое топливо, производимое на основе процесса Фишера – Тропша: из угля (CTL), из биомассы (BTL), из природного газа (GTL).);

-твёрдое биотопливо (древесина; древесная щепа; древесные пеллеты; сапропель; торф; уголь; битуминозные

пески; порох (соединения азота, твердое ракетное топливо));

-газообразное топливо (более транспортабельно, но имеет большие потери; при нормальных условиях имеет низкую энергетическую плотность):

пропан, бутан, метан (природный газ, метан угольных пластов, рудничный газ, болотный газ, биогаз, лэндфилл – газ, гидрат метана); водород; продукты газификации угля (синтез, генераторный, коксовый газы) и древесины; смеси (пропан – бутановая смесь (LPG), смесь водорода и природного газа (HCNG).

Дисперсные системы, растворы:

аэрозоли (угольная пыль, алюминиевая, магниевая пыль); пены (газодизель – смесь природного газа с дизельным топливом, смесь водорода с бензином); суспензии; водородное топливо («жидкий порох»).

Другие виды топлива:

ядерное, термоядерное, ракетное. В настоящее время биотопливо рассматривается как топливо, которое может составить альтернативу существующим видам, как-то: нефть и его составляющие, газ, водородное топливо и т.д.

По сравнению с античностью общее производство и потребление энергии человечеством возросли в конце XX в.  в несколько десятков тысяч раз. Такая мощность энергопотребления всего на один порядок меньше уровня общих расходов энергии на процессы фотосинтеза на нашей планете. За последние 20 лет мировое энергопотребление возросло на 30 % .В развитых странах за тот же период значительно изменилась структура потребления – произошло замещение части угля на газ, считающийся более экологичным топливом, а также возросла с 4 до 10% доля атомной энергии. В настоящее время энергетические потребности мира составляют ~ 11- 12 млрд. т условного топлива ( у.т.) и удовлетворяются за счет нефти и газа на 58 – 60%, угля – на 30%, гидра- и атомной энергии – на 10 – 12 %. По данным XIII Нефтяного конгресса (1991 г.),разведанные запасы нефти в мире оцениваются в 140 – 145 млрд.  т  (160 млрд. м³), которых при современном потреблении может хватить на 35 – 45 лет. Потребность нефти в Российской Федерации – 270 – 300 млн. т, в целом по СНГ – 450 млн. т (для сравнения – США ежегодно потребляют около 800 млн. т нефти).

В энергетическом секторе наступает время перемен. Необходимость остановить безудержное потребление ископаемых ресурсов, запасы которых ограничены, сегодня осознается даже компаниями, непосредственно получающими прибыль от добычи и переработки полезных ископаемых.

 

 

Мы нашли данные по: мировым запасам горючих ископаемых, пригодных для

индустриальной   добычи. ТАБЛИЦА  1:

                                                                                                                                                                                                                                                                         

НЕФТЬ + ГАЗ	УГОЛЬ      МЛРД. т н. э.	соотно – шение
226	687	1 : 3,0
230	741	1 : 3,2

 

Извлекаемые запасы горючих ископаемых и прирост           биомассы (в пересчете на  нефтяной эквивалент) ТАБЛИЦА  2:

                                                                     

НАИМЕНОВАНИЕ	в СНГ МЛРД Т н.э	В    в мИРЕ МЛРД Т Н. Э.
НЕФТЬ	8 – 10	145
УГОЛЬ	~ 200	720
ГАЗ	~ 40	104
Образование растительной биомассы в год	~ 15 - 20	80

 

 Оказывается, что многие нефтяные гиганты имеют в своей структуре крупные подразделения, занимающиеся поиском альтернативных источников энергии.

В настоящее время одна из наиболее актуальных проблем в мире – поиск нового автомобильного топлива, которое станет достойной альтернативой бензину и дизелю. Подгоняет этот поиск и обеспокоенность людей ростом загрязнения окружающей среды, связанным с автомобильным транспортом. Ряд автомобилистов уже заправляют свои машины природным газом, кто – то ездит на электромобилях, а наибольшей популярностью в настоящий момент пользуются так называемые автомобили – гибриды, в которых используются два источника энергии (обычно это электричество и бензин).

Доступным и возобновляемым сырьем для производства моторного топлива является биомасса растений.

Биомасса – суммарная масса органического вещества, или общая масса особей одного вида, группы видов или сообщества организмов, выражаемая обычно в единицах массы сухого или сырого вещества, отнесенных к единицам площади или объема любого местообитания (г/м², кг/га, г/м³ и т.д.). Биомассу также выражают в единицах энергии (джоулях) на определенную поверхность, например Дж/м². Биомасса сообщества с уравновешенным круговоротом веществ остается относительно постоянной, так как практически вся первичная продукция (органическая масса, создаваемая растениями за единицу времени в процессе фотосинтеза) тратится в цепях питания и разложения.

Ежегодный прирост биомассы растений на Земле составляет от 170 до 200 млрд. т, считая на сухое вещество, что в пересчете на нефтяной эквивалент соответствует примерно 70 – 80 млрд. т. В настоящее время сжигание растительной биомассы составляет ~ 10% от потребляемых энергоресурсов (примерно 1 млрд т условного топлива). В будущем ожидается существенное расширение использования биомассы в виде продуктов ее переработки (жидкого, твердого топлива и др.), и в первую очередь отходов, которые скапливаются и разлагаются, загрязняя окружающую среду.

 

                                       Мы также с ребятами изучили жизнь одного из важнейших исследователей, вложивший большой вклад по созданию биотоплива. Немецкий изобретатель Рудольф Дизель, родился  18 марта 1858 в Париже в семье ремесленника из Аугсбурга. Учился в Мюнхенской высшей технической школе.

Увлекся идеей повысить КПД паровой машины. Для этого, как он полагал, сжигание горючей смеси следует проводить внутри цилиндра, предварительно повысив степень сжатия. Но слишком сильно сжимать горючую смесь нельзя: она перегревается и вспыхивает раньше времени. Дизель решил сжимать не горючее, а воздух, и только к концу сжатия впрыскивать в цилиндр жидкое топливо под высоким давлением. Все эти соображения Дизель изложил в работе Теория и конструкция рационального теплового двигателя. Вначале он попытался создать двигатель на угольной пыли, но успеха добился, лишь когда использовал в качестве горючего частично очищенную нефть. В 1897 работы над двигателем были завершены. Его КПД действительно был значительно выше, чем у созданных к тому времени паровых машин; кроме того, здесь не нужна была система зажигания. Историю своего изобретения Дизель изложил в книге Создание дизельного двигателя. Новый двигатель сразу нашел широкое применение, многие страны приглашали к себе его изобретателя. Обстоятельства гибели Дизеля трагичны: 29 сентября 1913 он отправился на пароходе из Антверпена в Лондон для проведения консультаций в английском Адмиралтействе, однако во время плавания упал за борт и утонул.

 Долгие годы Рудольф работал над созданием такого двигателя, в котором бы воздух сжимался таким образом, чтобы создавалась необходимая для воспламенения температура при соединении воздуха с топливом. В 1895 году Рудольф Дизель создал дизельный мотор, который работал на арахисовом масле. Любопытно, что самый первый дизельный мотор, изготовленный в 1890 году, работал на продуктах переработки нефти, но Дизель тогда решил, что растительное масло - более перспективный вид топлива. Впоследствии выпускались исключительно "обычные" дизеля. Главной причиной этого была дешевизна нефти.

Когда в 1900г. Рудольф Дизель продемонстрировал изобретенный им двигатель, он предполагал, что горючим для него будет арахисовое масло, но вскоре выяснилось, что  по причине высокой вязкости масла двигатель работал со сбоями и глох. Дешевая смесь углеводородов, получаемая от очистки сырой нефти, работала гораздо лучшие масла, и с помощью набиравшей тогда обороты нефтяной промышленности «дизельное топливо» вскоре заменило растительное масло. Дизельный двигатель быстро зарекомендовал себя для таких тяжелых механизмов, как сельскохозяйственная техника или баржи.

 

Биодизель – это экологически чистый вид топлива, альтернативный по отношению к минеральным видам, получаемый из растительных масел и применяемый для замены или экономии обычного дизельного топлива. Он может быть использован в обычных двигателях внутреннего сгорания как самостоятельно, так и в смеси с обычным дизтопливом. Обладая примерно одинаковым энергетическим потенциалом с минеральным дизельным топливом, биодизель имеет ряд существенных преимуществ:

- снижение (по сравнению с дизтопливом) вредных выбросов в атмосферу при сжигании, как в двигателях внутреннего сгорания, так и в технологических агрегатах (почти не содержит серы и канцерогенного бензола);

- увеличивает цетановое число топлива и его смазывающую способность, что существенно увеличивает ресурс двигателя;

- при сгорании выделяет ровно такое же количество углекислого газа, которое было потреблено из атмосферы растением, являющимся исходным сырьем для производства масла, за весь период его жизни;

- имеет высокую температуру воспламенения (более 100°С), что делает его использование относительно безопасным;

- разлагается в естественных условиях (подвергается практически полному биологическому распаду: в почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99% биодизеля);

- его источником являются возобновляемые ресурсы;

- производство биодизеля легко организовать, и оно рентабельно даже в условиях небольшого фермерского хозяйства, при этом используется недорогое оборудование;

- дизельный двигатель может быть переделан под биодизель с незначительными изменениями конструкции или даже совсем без них.

Его можно смешивать и с обычным дизелем. Большинство сторонников биодизеля рассматривают его как идеальное топливо для переходного периода от ископаемого топлива к топливу, основанному на водороде, который может растянуться на десятилетия;

- стоимость биодизеля в настоящее время не превышает стоимость «нефтяного» дизельного топлива и имеет тенденцию к снижению.

Мировым лидером по производству биодизеля через 10—15 лет может стать Бразилия, которая производит это топливо значительно дешевле других стран. Технология позволяет производить 1 л биодизеля примерно из 1,2 л соевого масла. Стоимость этого топлива сегодня примерно равна стоимости бензина.

Производство биодизеля позволяет ввести в оборот неиспользуемые сельскохозяйственные земли, создать новые рабочие места в сельском хозяйстве, машиностроении, строительстве и т.д.

                                                

 

 

Несмотря на преимущества, оказывается у биотоплива есть свои недостатки:

Токсичность биодизеля по большинству параметров ниже, он все же превосходит традиционный дизель по выделению окиси азота, которая, как полагают, является одной из главных причин разрушения озонового слоя. К тому же, биодизель быстрее густеет при низких температурах, чем традиционный дизель, что делает его применение проблематичным в холодных областях.

Под производство сырья для биодизеля отчуждаются большие земельные площади, на которых нередко используют повышенные дозы средств защиты растений. Это приводит к биодеградации грунтов и снижению качества почв. С другой стороны, жмых, получаемый в процессе производства растительного масла, используется в качестве корма для скота, что позволяет более полно утилизировать биомассу растения. Многие специалисты отмечают, что через 100—200 ч работы на биотопливе на дизеле наблюдаются повышенные количество углеродистых отложений и закоксовывание сопловых отверстий распылителей форсунок. Что вполне правомерно: в данном масле много смолистых веществ, поэтому его коксуемость (0,4 %) выше коксуемости дизельного топлива (0,2 %).

В холодное время года необходимо подогревать топливо, идущее из топливного бака в топливный насос, или применять смеси 20 % биодизеля и 80 % солярки марки В20.Долго не хранится (около 3 месяцев).

Вред экологии:

Биотопливо наносит больший вред экологии, чем бензин. Команда британских, американских и немецких исследователей во главе с профессором Паулем Крутценом пришла к неутешительному выводу: производство и использование биотоплива приводит к выбросу в атмосферу гораздо большего количества парниковых газов, чем сжигание нефти, газа или угля.

Как сообщает корреспондент «Нового Региона», ученые утверждают, что панацея, каковой казалось биотопливо 15-20 лет назад, может оказаться опаснее болезни, и призывают отказаться от альтернативного горючего.

Ученые установили, что в результате выращивания некоторых культур, используемых для производства биологического горючего, таких, как рапс или кукуруза, в атмосферу попадает на 50-70% больше закиси азота, чем при сжигании бензина, эквивалентного количеству биотоплива, произведенного из выращенных культур.

Это сводит к нулю все преимущества горючего, полученного из растительного сырья, так как закись азота не только один из основных газов, вызывающих парниковый эффект, но и одна из основных причин разрушения озонового слоя, как уже было сказано, защищающего НАШУ земную поверхность от губительной космической радиации.

 

С химической точки зрения биодизель представляет собой метиловый эфир. При его производстве в процессе этерификации масла и жиры вступают в реакцию с метиловым спиртом и гидроксидом натрия, служащим катализатором. В результате образуются жирные кислоты, а также побочные продукты, основным среди которых является глицерин - его можно использовать для приготовления мыла. Биодизель производят в процессе трансэтерификации или трансэфирообразования. Растительное масло переэтерифицируется метанолом, реже этанолом или изопропиловым спиртом (1 т масла + 100 кг метанола + гидроксид калия или натрия) при температуре 60°С и нормальном давлении.

Биодизельное топливо можно получать практически из любых масличных культур.Фактически, любое растительное масло (а также отходы масла, которое использовали в ресторанах и кафе, рыбий жир и т.п., а также животные жиры) может быть превращено в «биодизель».

В настоящее время в мире Европа лидирует в производстве биодизельного топлива, его сейчас изготавливают из рапса, сои и подсолнечника. Основой для производства биодизеля может послужить даже растительное масло, использованное в пищевой промышленности. Производство биодизеля быстро растет, и сегодня рассматриваются варианты его расширения за счет других культур.

 

 

                                   

         Подсолнечник.                        Соя.                                            

 

 

Рапс. 

 

 

           

                          

 

 

 

 

                                           Если в 2002 г. на природный газ приходилось 62,3%, на уголь 10,9%, на биотопливо – 3,2%, то к 2005 г. доля природного газа должна составить 65%, угля – 9%, а биотоплива – 5,7%. К 2015 г. долю природного газа планируется увеличить до 71%, биотоплива – до 14%, а от угля отказаться совсем. ). В будущем ожидается существенное расширение использования биомассы в виде продуктов ее переработки (жидкого, твердого топлива и др.), и в первую очередь отходов, которые скапливаются и разлагаются, загрязняя окружающую среду.

Действующие биодизельные программы:

Миннесота, США – 2% - ное содержание биодизеля от общего потребления дизельного топлива;

Франция – 7% от общего потребления к 2010 г. (этанол + биодизель);

Европейский союз – 5,75% от общего потребления к 2010 г. (этанол + биодизель);

Австралия – 350 млн л к 2010 г. (этанол + биодизель);

Зимбабве – 10% от общего потребления;

Малайзия – 20% от общего потребления;

Таиланд – 5% от общего потребления к 2011 г., 10% к 2012 г;

Новая Зеландия – 5% от общего потребления к 2008 г. (этанол + биодизель);

Индия – к 2030 г. Будет производить ежегодно 60 млн т биотоплив;

Китай – к 2020 г. Будет производить ежегодно 8 млн т биотоплив;

Индонезия – 10% биотоплив от общего потребления к 2010 г. (этанол + биодизель);

Южная Корея – 0,5% биодизеля от общего потребления с 2006 г., 5% с 2008 г.

 

 

 

 

В Татарстане разрабатывается целевая комплексная программа по развитию альтернативных (нетрадиционных) источников энергии, сообщил в ходе заседания Комитета по экономике и региональному развитию Ассамблеи регионов России (АРЕ) директор татарстанского Центра энергосберегающих технологий Евгений Мартынов. По его словам, программа, которая, как ожидается, будет представлена Правительству РТ в декабре этого года, направлена на осуществление комплекса мер по обеспечению энергетической независимости республики.

По словам Евгения Мартынова, разработкой программы по развитию альтернативных источников энергии по поручению правительства республики занимаются возглавляемый им Центр энергосберегающих технологий РТ и Министерство промышленности и торговли РТ. Он отметил, что такая программа в республике готовится впервые и будет представлять собой комплекс мероприятий, направленных на повышение эффективности и обеспечение независимости энергетической отрасли РТ. "Мы все заложники того, что для нас припасала природа, но ее запасы ограничены, поэтому необходимо работать над поисками альтернативных вариантов энергообеспечения", - сказал он. В ряду таких источников могут рассматриваться как невозобновляемые ресурсы (например, уголь), так и возобновляемые - биомасса, солнечная энергия, бытовые отходы. "Варианты могут быть самые неожиданные", - сказал Евгений Мартынов. Он рассказал участникам заседания экономического комитета АРЕ о том, что в республике разрабатывается, к примеру, несколько проектов по использованию в качестве нетрадиционных источников энергии мусора (на основе его утилизации) или метана, образующегося на полигонах. Кроме этого, в республике есть проекты по производству биотоплива, получаемого путем переработки местной сельскохозяйственной продукции - пшеницы или ржи. Руководитель Центра энергосберегающих технологий сообщил, что программа разрабатывается на три года. По его словам, ее структура будет готова в октябре, в декабре разработчики планируют представить проект на рассмотрение Кабинета министров РТ.

Евгений Мартынов с сожалением отметил, что пока государство по причине обеспеченности традиционными энергоресурсами "не видит необходимости стимулировать" развитие подобных программ, поэтому внедрение проектов альтернативной энергетики по всей стране идет с большим трудом. В связи с этим поддержка республиканской программы со стороны АРЕ, которая называет вопросы развития возобновляемых источников энергии в числе приоритетных в своей деятельности, может оказаться весьма кстати. Пока о конкретных шагах по сотрудничеству в этой сфере стороны не говорят, но явный интерес к этой теме, проявленный вчера участниками заседания экономического комитета АРЕ, дает основания полагать, что в перспективе республика может рассчитывать на помощь европейских партнеров в решении этой задачи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Биотопливо используется для производства масла. Рапсовое масло используют как другие масла в приготовлении блюд, для приготовления маргарина, в металлургической, мыловаренной, кожевенной и текстильной промышленности. Жмых содержит (в %) протеина около 32, жира 9, безазотистых экстрактивных веществ 30; ценный концентрированный корм для скота после удаления вредных гликозидов.

В связи с тенденцией роста цен на ископаемое топливо производство биодизеля на основе растительного масла (в том числе рапсового) становится всё более привлекательным. По данным продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН в сезоне 2003-2004 годов было собрано 36 млн тонн семян рапса, а в 2004-05 годах — 46 млн тонн. В 2005 году под рапс было отведено 264 тыс. кв. км., что составляет около 2 % мировой площади пашни. Постоянно растущая рентабельность топливного применения таких культур, как сахарный тростник, рапс, подсолнечник и др. вынуждает сельхозпроизводителей сокращать площади под продовольственными сельскохозяйственными культурами с продовольственными целями.

Мировым лидером применения биотоплива является Швеция. Сейчас 30% энергетического производства страны работает на основе альтернативного топлива (преимущественно пеллеты). К 2010 году эту цифру предполагается увеличить до 50%, а к 2050 году – до 100%. В топливно-энергетическом балансе Финляндии биотопливо занимает 25%, причем в основном используется щепа.

В России применение отходов лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств, а также топливных гранул (пеллет) для выработки тепловой энергии постепенно получает все больше сторонников. В первую очередь это направление развивается за счет негазифицированных районов, поскольку использование котельных на биотопливе по себестоимости вырабатываемого ресурса уступает только источникам теплоснабжения, работающим на газе.

Лидером по использованию биотоплива является Северо-Западный регион. Программы по переводу котельных на щепу или пеллеты действуют в Ленинградской и Вологодской областях, в Республике Карелии, то есть в лесных регионах округа.

  Связанно это с близостью сырьевой базы – на Северо-Западе нет недостатка в отходах лесозаготовительной и лесоперерабатывающей промышленности. Кроме того, здесь действует уже 10 предприятий по выпуску пеллет, ранее поставлявших продукцию исключительно на экспорт.

  Биотопливо широко применяется для заправки различных видов техники, а также для обогрева помещений. Оно производится из самых разных растительных компонентов: кукурузы, рапса, сахарного тростника. При изготовлении биотоплива, как правило, используются не сами растения, а остатки сырья, что способствует практически безотходному производству.

  В России также стимулируется применение биотоплива. По оценкам специалистов, уже сейчас биотопливо вполне конкурентоспособно при создании систем отопления в отдаленных районах. Котельное оборудование, приспособленное для работы с твердыми видами топлива, можно использовать и под биотопливо. Однако стоит отметить, что при организации таких котельных необходимо получить разрешение на применение, выдаваемое Ростехнадзором. Данное ведомство приравнивает котлы и другое оборудование, работающее на альтернативных источниках энергии, к обычным установкам. Таким образом, получение разрешения на применение осуществляется по стандартной схеме и не требует наличия специальной документации