Биотопливо как альтернатива современным видам топлива

Содержание:

1. Биотопливо. Виды.

1.1 Биоэтанол.

1.2 Биодизель.

1.3 Биогаз.

2.  Выгода от использования

3. Позиция Европы

4. Проблемы

4.1 Эффективность биотоплива

4.2 Еда против биотоплива.

5.ФАО: плюсы и минусы биотоплива.

6.Внедрение биотоплива в ведущих странах мира.

7. список ссылок на литературу. 

1 Биотопливо. Виды. 

Биото́пливо — топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки биологических отходов. Существуют также проекты разной степени проработанности, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранней стадии разработки или коммерциализации. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания),  твёрдое биотопливо и газообразное (биогаз, водород).

1.1 Биоэтанол. 

Биоэтанол - это биотопливный заменитель бензина. Производится из зерновых культур - по большей части пшеницы в Соединенном Королевстве, сахарной свеклы и маиса, соевых бобов и сахарного тростника в США и Южной Америке.

Производство  биоэтанола.

В настоящее  время большая часть биоэтанола производится из кукурузы (США) и сахарного тростника (Бразилия). Сырьём для производства биоэтанола также могут быть различные с/х культуры с большим содержанием крахмала или сахара: маниок, картофель, сахарная свекла, ячмень и т. д.

Большим потенциалом  обладает маниок. Маниоку в больших количествах производят Китай, Нигерия, Таиланд. Себестоимость производства биоэтанола из маниоки в Таиланде — около $35 за баррель нефтяного эквивалента.

Лучшим климатом для производства сахарного тростника  обладает Перу, страны Карибского бассейна. В больших количествах сахарный тростник могут также производить Индонезия и некоторые африканские страны, например, Мозамбик.

Этанол можно  производить в больших количествах  из целлюлозы. Сырьём могут быть различные отходы сельского и лесного хозяйства: пшеничная солома, рисовая солома, древесные опилки и т. д.

Производство  этанола из целлюлозы  пока экономически не рентабельно. 

1.2 Биодизель. 

Биодизель - биотопливный заменитель дизеля. Получают из масел зерновых культур - чаще всего семян репса в Соединенном Королевстве и пальмового масла в Южно-восточной Азии.

Производство  и сырье для  биодизеля.

Растительное  масло переэтерифицируется метанолом, реже этанолом или изопропиловым спиртом (приблизительно в пропорции на 1 т масла 200 кг метанола + гидроксид калия или натрия) при температуре 60°С и нормальном давлении.

Для получения  качественного продукта необходимо выдержать ряд требований:

1. После прохождения реакции переэтерификации содержание метиловых эфиров должно быть выше 96 %.
2. Для быстрой и полной переэтерификации метанол берется с избытком, поэтому метиловые эфиры необходимо очистить от него.
3. Использовать метиловые эфиры в качестве топлива для дизельной техники без предварительной очистки от продуктов омыления недопустимо. Мыло засорит фильтр и образует нагар, смолы в камере сгорания. При этом сепарации и центрифугирования недостаточно. Для очистки необходима вода или сорбент.
4. Заключительный этап — сушка метиловых эфиров жирных кислот. Так как вода приводит к развитию микроорганизмов в биодизеле и способствует образованию свободных жирных кислот, вызывающих коррозию металлических деталей.
5. Хранить биодизель более 3 месяцев не рекомендуется — разлагается.

Применяется на автотранспорте в чистом виде и в  виде различных смесей с дизельным топливом. В США смесь дизельного топлива с биодизелем обозначается буквой B; число после буквы означает процентное содержание биодизеля. В2 — 2 % биодизеля, 98 % дизельного топлива. В100 — 100 % биодизеля.

Применение смесей не требует внесения изменений в  двигатель. 

Сырьём для  производства биодизеля служат жирные, реже — эфирные масла различных растений или водорослей.

Европа — рапс;

США — соя;

Канада — канола (разновидность рапса);

Индонезия, Филиппины — пальмовое масло;

Филиппины — кокосовое масло;

Индия — ятрофа, (Jatropha);

Африка — соя, ятрофа;

Бразилия — касторовое масло.

Также применяется  отработанное растительное масло, животные жиры, рыбий жир и т. д. 
 

Биоэтанол и биодизель - так называемое "биотопливо первого поколения", так как они получены из сырого материала, который можно использовать в пищевом производстве. 

1.3  Биогаз 

Биогаз - биотопливная замена природного газа. Его получают из органических отходов, включая отходы животноводческих хозяйств и мусора, полученного от муниципальных, коммерческих и индустриальных источников, прошедших процесс анаэробного разложения. В Соединенном Королевстве биогаз производится из отходов животных, а также за счет выделяющегося на свалках газа.

Производство  и сырье для  биогаза.

Существуют промышленные и кустарные установки. Промышленные установки отличаются от кустарных  наличием механизации, систем подогрева, гомогенизации, автоматики. Наиболее распространённый промышленный метод — анаэробное сбраживание в метантенках.

Перечень органических отходов, пригодных для производства биогаза: навоз, птичий помёт, зерновая и меласная послеспиртовая барда, пивная дробина, свекольный жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки), трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов — соленая и сладкая молочная сыворотка, отходы производства биодизеля — технический глицерин от производства биодизеля из рапса, отходы от производства соков — жом фруктовый, ягодный, овощной, виноградная выжимка, водоросли, отходы производства крахмала и патоки — мезга и сироп, отходы переработки картофеля, производства чипсов — очистки, шкурки, гнилые клубни, кофейная пульпа.

Кроме отходов  биогаз можно производить из специально выращенных энергетических культур, например, из силосной кукурузы или сильфия, а также водорослей. Выход газа может достигать до 300 м³ из 1 тонны.

Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья. Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50—65 м³ биогаза с содержанием метана 60 %, 150—500 м³ биогаза из различных видов растений с содержанием метана до 70 %. Максимальное количество биогаза — это 1300 м³ с содержанием метана до 87 % — можно получить из жира.

Различают теоретический (физически возможный) и технически-реализуемый  выход газа. В 1950-70-х годах технически возможный выход газа составлял  всего 20-30 % от теоретического. Сегодня применение энзимов, бустеров для искусственной деградации сырья (например, ультразвуковых или жидкостных кавитаторов) и других приспособлений позволяет увеличивать выход биогаза на самой обычно установке с 60 % до 95 %.

В биогазовых расчётах используется понятие сухого вещества (СВ или английское TS) или сухого остатка (СО). Вода, содержащаяся в биомассе, не даёт газа.

На практике из 1 кг сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза.

Чтобы посчитать  выход биогаза из конкретного сырья, необходимо провести лабораторные испытания или посмотреть справочные данные и определить содержание жиров, белков и углеводов. При определении последних важно узнать процентное содержание быстроразлагаемых (фруктоза, сахар, сахароза, крахмал) и трудноразлагаемых веществ (например,целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин). Определив содержание веществ, можно вычислить выход газа для каждого вещества по отдельности и затем сложить.

Раньше, когда  не было науки о биогазе и биогаз ассоциировался с навозом, применяли понятие «животной единицы». Сегодня, когда биогаз научились получать из произвольного органического сырья, это понятие отошло и перестало использоваться.

Свалочный газ — одна из разновидностей биогаза. Получается на свалках из муниципальных бытовых отходов. 
 
 

2.Выгода от использования

 
Основная практическая польза использования  альтернативного биологического топлива  это то, что в рамках определенных ограничений по объему, они могут  быть объединены с традиционным "ископаемым" топливом и использованы в существующих энергетических системах, таких, как  двигатели легковых машин и грузовиков.

 
В использовании биотоплива вместо ископаемого топлива существуют два основных природосберегательных фактора. Во-первых, биотопливо - возобновляемый ресурс, поэтому оно является долгосрочным, относительно дешевым и надежным источником энергии. Во-вторых, биотопливо в своем производственном цикле и использовании выделяет гораздо меньше парниковых газов.

 
Так называемое "второе поколение  биотоплива", синтетическое топливо, хотя и получается из биомассы, имитирует химические характеристики ископаемого топлива. Это позволяет более глубоко интегрировать его в существующие топливные системы. Оно также может производится с большей долей "деревянной" биомассы, например из соломы, а не самой кукурузы. 

3.Позиция Европы

 
 
Европейская комиссия поставила задачу использовать к 2020 году альтернативные источники энергии как минимум  в 10% транспортных средств.

Правительство Великобритании анонсировало новые  требования к использованию возобновляемого  топлива в качестве меры, поддерживающей использование биотоплива и других возобновляемых источников энергии в транспортном секторе. Это позволит помочь Соединенному Королевству соответствовать требованиям Евросоюза.

 
В ноябре 2007 было создано Агентство  по возобновляемому топливу, которое  должно контролировать введение требований к использованию возобновляемого  топлива. Председателем комитета стал Эд Галлахер (Ed Gallaher), бывший исполняющий директор Агентства по окружающей среде Великобритании.

 
Было рассмотрено непрямое влияние  использования биотоплива на производство пищевых продуктов, разнообразие выращиваемых культур, цены на еду и площадь сельскохозяйственных земель. В отчете предлагалось снижение динамики внедрения биотоплива до 0,5% в год. Цель в 5 процентов таким образом должна быть достигнута не ранее чем в 2013/2014 гг, на три года позже, чем было изначально предложено. Более того, дальнейшее внедрение должно быть сопряжено с обязательным требованием к компаниям применять продвинутые технологии, которые бы поддерживали использование топлива второго поколения. 

4. Проблемы

 
Существует несколько природоохранных  и социальных факторов, связанных  с производством биотоплива, Два основных я хочу рассмотреть.

4.1 Эффективность биотоплива

 
 
Становится ясно, что источник биотоплива кардинально влияет на то, насколько оно целесообразно. Лучшие виды биотоплива могут выделять в 10 раз больше энергии, чем энергия, которая была задействована в их производстве, и при использовании выделяют лишь четверть того количества парниковых газов, которые бы выделились при использовании его ископаемого эквивалента. Этанол, получаемый из сахарного тростника в Бразилии часто приводится как пример "хорошего" биотоплива.

 
В отличие от хорошего, худшие образцы биотоплива требует гораздо больше затрат энергии при производстве, и выделяют много парниковых газов. Увеличение выбросов парниковых газов может быть и не напрямую связано с самим топливом - например, увеличение выброса происходит за счет газов, выделившихся во время лесных пожаров, организованных для расчистки сельскохозяйственных площадей. Биодизель из пальмового масла, производящийся в Индонезии, часто приводится как пример "плохого" биотоплива.

 
Я считаю необходимым развитие целесообразных видов биотоплива и стандартов, по которым можно было бы оценить эффективность каждого вида топлива. 

4.2 «Еда против биотоплива».

 
 
Запасы пищевых продуктов, используемые при производстве биотоплива первого поколения, могут быть успешно использованы при производстве продуктов питания. Многие злаковые и масляные культуры являются фундаментальными компонентами при производстве большого числа еды. Часто цитируется, что зерна, использованного при производстве полного бака этанола для большой машины, было бы достаточно, чтобы кормить одного человека целый год.

 
Существуют неоспоримые доказательства, что, хотя биотопливо гораздо более выгодно для окружающей среды, его использование имеет свои социальные и экономические последствия. В краткосрочной перспективе основные последствия будут включать более высокую потребность в зерновых культурах - соответственно можно ожидать и роста цен на продовольствие.

 5.ФАО: плюсы и минусы биотоплива. 

В начале октября опубликован ежегодный доклад ФАО(Food and Agricultural Organization- Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН)о состоянии сельского хозяйства и относительно продовольственной ситуации в мире. В этой связи ФАО считает необходимым, прежде всего, обеспечить защиту мелкотоварных фермеров и содействовать устойчивому развитию сельского хозяйства. Только так можно победить голод на планете. 
 
Ожидаемым, но необычайно обстоятельным можно считать обращение ФАО к проблеме биотоплива. Этому посвящена добрая половина 138-ми страничного исследования. Тем самым читателю как бы дают понять, в чем заключается одна из проблем современного сельского хозяйства и почему ощущается нехватка продовольствия. 
 
Как подчеркнул в этой связи генеральный директор ФАО Ж. Диуф, проблема использования биотопливо содержит в себе как риски, так и благоприятные возможности. Все зависит от политики в этом вопросе и политического контекста конкретной страны. В нынешнем виде получается так, что производители развитых стран поставлены в более благоприятные условия, чем крестьяне развивающихся стран. А все должно быть распределено равномерно. 
 

Способно  ли биотопливо серьезно повлиять на энергобаланс? 
 
Почему биотопливо так тесно связано с продовольственной проблемой, понятно – ФАО подчеркивает, что выработка биотоплива из сельскохозяйственного сырья с 2000 по 2007 год увеличилась в три раза. В данный момент биотопливо обеспечивает примерно 2% всего топлива, используемого на транспорте. По всем прогнозам такая тенденция продолжится, однако в целом вклад биотоплива в решение проблем транспортного топлива будет очень ограниченным. Иными словами, этанол и биодизельное топливо не могут серьезно повлиять на ситуацию на транспорте, не говоря уже о ситуации в мировой энергетике. Вместе с тем, спрос на такой вид топлива в предстоящие десятилетия будет расти, а значит больше пойдет сахара, кукурузы, масличных культур не на удовлетворение продовольственных запросов, а на нужды энергетиков. В итоге буду расти цены на сельскохозяйственные культуры и продовольствие. Вот в чем особенность биоэнергетики – с ее помощью решить проблему энергообеспечения нельзя, зато можно вызвать рост цен на продовольствие. Такой вывод можно сделать при ознакомлении с докладом. 
 
Экономично ли производить биотопливо? 
 
ФАО указывает, что спрос на биотопливо поддерживается во многом искусственно. Производителям предоставляются налоговые льготы и скидки, существуют нормативы обязательного добавления этанола при продаже бензина, биодизельного топлива – при продаже дизтоплива. Все это имеет свою цену с точки зрения экономических, социальных и экологических последствий и все это следует пересмотреть. ФАО отмечает далее, что пока все выгоды получают фермеры и производители развитых стран. В случае отказа этих стран от огромных аграрных субсидий и льгот производителям биотоплива, в случае отмены торговых барьеров, которые искусственно создали рынок, выгодный производителям богатых стран, плодами биотопливного бума могли бы воспользоваться все, в том числе и в бедных странах. Если развивающиеся страны смогут воспользоваться ситуацией и если выгоды от моды на биотопливо ощутят беднейшие крестьяне развивающихся стран, тогда биотопливо действительно может содействовать развитию села. 
 
Где производство биотоплива может оказаться полезным? 
 
Спрос на биотопливо и рост цен на сельскохозяйственное сырье в определенном смысле могут дать развивающимся странам благоприятный шанс, убеждены в ФАО. Сельское хозяйство может стать локомотивом роста и способствовать снижение голода и устранению нищеты. 
 

Производство  сырья для получения биотоплива может содействовать росту занятости в сельской местности, особенно если мелкотоварные хозяйства получат возможность в виде различных стимулов для расширения производства. Однако содействие мелкотоварным хозяйствам для участия в производстве сырья для биоэнергетики потребует инвестиций в инфраструктуру, исследования, в создание систему аграрного финансирования, распространении рыночной информации, изменения судебной системы и тд. 
 
Все это сопряжено также с рисками для продовольственной безопасности. Дело в том, что высокие цены на продовольствие уже негативно сказываются на развивающихся странах, которые очень сильно зависят от продовольственного импорта. 
 
Особенно велик риск для городской бедноты развивающихся стран. Эта категория населения тратит на продовольствие до половины всего своего заработка. 
 
По мнению Ж. Диуфа, при рассмотрении вопроса о развитии биоэнергетики следует принимать во внимание и проблемы наличия земель, а также воды. Ведь в первую очередь необходимо избавить человечество от угрозы голода. 
 
В докладе констатируется также, что не все благополучно с точки зрения экологических последствий развития биоэнергетики. Более широкое применения биотоплива не обязательно автоматически приведет к снижению парниковых выбросов в атмосферу, как это считалось ранее. Единственная культура, которая действительно может существенно снизить выбросы (в случае ее использования для производства этанола) – это сахарная свекла. С другими культурами все не так просто. 
 
В огромной степени эффект снижения выбросов от перехода на биотопливо определяется изменением характера землепользования. Такие изменения, например, вырубка лесов для нужд сельского хозяйства, таят в себе опасности с точки зрения качества почвы, сохранения биологического разнообразия, количества накапливаемых парниковых газов. 
 
Экологические последствия от внедрения биотоплива могут быть минимизированы в случае принятия международных критериев, касающихся комплексного воздействия на экологию по мере развития биоэнергетики. 
 
Сможет ли помочь биотопливо второго поколения? 
 
Это совсем не праздный вопрос. Специалисты ФАО отмечают, что разрабатываются новые виды биотоплива, которые предполагается получать из целлюлозы. Сырьем может служить трава, отходы сельскохозяйственного производства, отходы лесной промышленности. С точки зрения выбросов парниковых газов это топливо может улучшить имидж биотоплива. Однако пока коммерческих образцов такого топлива нет. 
 
Итак, в ФАО полагают, что исследования в этой области могут дать неплохой результат, касающийся выбросов СО2. Но, заметим еще раз, это только пожелания и планы. Признает это и ФАО, поэтому и призывает в первую очередь пересмотреть нынешнюю политику в области биотоплива. 
 
Биотопливо. Некоторые факты. 
 
В 2007 году в мире было произведено 52 млрд литров этанола. Это в 3 раза больше, чем в 2000 году. 
 
Больше всего этанола производят США – 27 млрд л, Бразилия – 19 млрд л и Китай – 2 млрд л. 
 
В 2007 году было произведено также около 10 млрд литров биодизельного топлива. Рост по сравнению с 2000 годом составил 11 раз. Основным производителем биодизельного топлива является Евросоюз – 6 млрд л, далее следуют США - 2 млрд л, Индонезия – 0,4 млрд л, Малайзия – 0,3 млрд л. 
 
Если брать первичную энергию, то в мировом энергобалансе ведущую роль будут играть ископаемые источники. При этом на долю нефти, газа и угля будет приходиться около 82% всей первичной энергии к 2030 году. В настоящее время этот показатель составляет 81%. На долю жидкого биотоплива в мировой транспортной энергетике к 2030 году придется 3% - 3,5%. 
 
Развитые страны мира (члены ОЭСР) потратили в 2006 году на стимулирование производства биотоплива более $10 млрд. 
 
Биотопливо второго поколения, получаемое из травы, отходов лесного промысла и тд., может снизить выбросы СО2 на 70% - 90%. Однако коммерческих образцов такого топлива пока нет. 
 
В настоящее время население 22 стран мира считается хронически недоедающим и живущим в условиях голода. Эти же 22 страны в огромной степени зависят от импорта продовольствия, а также энергоресурсов. 
 
 
 

5.Внедрение биотоплива в ведущих странах мира. 

ЕС – планируется достижение к 2020 году 10% доли биотоплива в общем количестве топлива, используемого транспортом.

США – согласно стандартам использования возобновляемых энергоносителей (Renewable Fuel Standards) планируется потребление 25,7 миллиардов литров биотоплива к 2010 году, и 227 миллиардов к 2030.

Китай – к 2020 году планируется достижение 15% доли биотоплива в общем расходе топлива на транспорт.

Индия – планируется достичь 10% к 2010 году.

Бразилия – к 2013 году планируется довести потребление до 2,5 миллиардов литров биодизельного топлива, и содержания этанола в бензине до 24-27 процентов.

Австралия – 2010 год – 1% биотоплива, 2020 год – 5,75% биотоплива 

Список  ссылок на литературу:

http://autorelease.ru

http://www.cardriver.ru

http://ru.wikipedia.org

http://dic.academic.ru/

http://www.shrota.net