Биотопливо. 
Экологически чистые нетрадиционные источники энергии

Биотопливные источники Биотопливо — топливо из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов.

Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга) и газообразное (синтез-газ, биогаз, водород).

Существует много способов для получения биотоплива, к примеру, есть заводы по переработке стеблей сахарного тростника, семян рапса, кукурузы, сои, и других растений.

Производится жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель) и твёрдое биотопливо (дрова, солома).

На ранней стадии разработки находятся технологии по получению топлива из целлюлозы, органических сельскохозяйственных, бытовых отходов, отходов лесной промышленности. Они являются наиболее перспективными и безопасными для окружающей среды.

Считается, что биотопливо в большей степени соответствует экологическим стандартам, потому что при сгорании выделяет меньше парниковых газов, губительных для окружающей среды.

На самом деле, не все биотопливо одинаково безвредно для природы и эффективно, ряд технологий имеет существенные недостатки.

Тем не менее, есть и удачные решения, которые смогут стать достойной альтернативой, или же служить следующей ступенью в процессе перехода от традиционных видов топлива к экологически чистым ресурсам нового поколения.

Достоинства.

• · Производство биотоплива осуществляется с помощью самых разнообразных органических материалов. Опираясь на это преимущество можно сказать, что такой вид альтернативной энергии может быть доступен каждому и кстати в любой стране и регионе в независимости от того какие там условия (климат, рельеф и многое другое).
• · Производство биотоплива в виде топливные брикеты производство поможет решить очень важную проблему окружающей среды, как утилизация мусора. Ведь имеются большие перспективы на решение такой экологически важной проблемы. О ней уже много лет думают большое количество людей, в том числе и ученые всего мира.

Недостатки.

• · Многие ученые беспокоятся о том, что уничтожение лесов нанесет очень большой вред окружающей среде. Но, как известно биотопливо производится не только с помощью деревьев, которые проходят такую процедуру, как сушка пиломатериалов.
• · Также некоторые ученые утверждают, что если выращивать большое количество разнообразных растений для производства, то это может привести к истощению плодотворности нашей планеты. Впоследствии многие страны третьего мира могут просто-напросто умереть с голода. [5]

Энергия биомассы. Биомасса ѕ это выраженное в единицах массы количество живого вещества организмов, приходящееся на единицу площади или объема. В процессе переработки она преобразуется в органические отходы и биогаз.

В настоящее время биомасса широко используется в качестве топлива, что является результатом постоянных усилий ученых и специалистов по созданию экологически чистой энергии и предотвращению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

В энергетических целях биомассу либо сжигают, используя теплоту сгорания (в этом случае продукты пиролиза могут загрязнять атмосферу), либо перерабатывают путем анаэробного сбраживания с целью получения биогаза (рис. 1). Биогаз, состоящий на 60−70% из метана и на 20−40% из углекислого газа, получают в специальных установках, основной частью которых является реактор (метантенк), т. е. бродильная камера, в которую загружают биомассу.

• 1 ѕ приемный бункер; 2 ѕ мостовой грейферный кран; 3 ѕ дробилка; 4 ѕ магнитный сепаратор;
• 5 ѕ насос-смеситель; 6 ѕ метантенк; 7 ѕ шнековый пресс; 8 ѕ рыхлитель; 9 ѕ емкость для сбора

отжима; 10 ѕ цилиндрический грохот; 11 ѕ упаковочная машина; 12 ѕ крупный отсев;

13 ѕ склад удобрений; 14 ѕ газголдер; 15 ѕ компрессор; 16 ѕ уравнительная касера; I ѕ направление движения отходов; II ѕ направление движения биогаза

Рис. 1. Принципиальная схема переработки ТБО методом анаэробного компостирования для получения биогаза:

Материалом для переработки на биогазовых установках служат твердые бытовые отходы, навоз, отходы деревообработки (кора, опилки, стружки), осадки биологических очистных устройств и др.

С экологической точки зрения укажем на некоторые отличительные особенности использования этого энергетического направления:

• 1) биотехнологическая трансформация биомассы в энергию считается абсолютно безвредной;
• 2) в отличие от традиционных источников энергии данный метод не загрязняет окружающую среду;
• 3) вырабатывается не только энергия, но и одновременно природная среда очищается (освобождается) от продуктов жизнедеятельности и других отходов.

После очищения от углекислого газа и сероводорода биогаз сжигают и используют в стандартных водонагревателях, газовых плитах, горелках и других приборах.

В строительной сфере биогаз, как показывает мировой опыт, широко используется как источник экологически чистой энергии при производстве многих строительных материалов: гипса, стекла, керамзита и др. Доказано также, что при сухом способе производства цемента экологически и экономически выгоднее во вращающихся обжиговых печах использовать не традиционные источники энергии, а биогаз.

К нетрадиционным возобновляемым источникам энергии относят также энергию приливов, энергию ветровых волн, тепловые насосы, энергию температурных колебаний различных слоев морской воды и т. д.

Перспективным методом использования нетрадиционных источников энергии считается объединение ряда зданий в единую энергосистему в виде гелиои ветрогелиокомплексов, а также ветроэнергоактивных комплексов, дополненных тепловыми насосами для трех сред (Селиванов, 1993). Эксплуатация подобных жилищно-энергетических комплексов позволит не только экономить невозобновляемые источники энергии, но и исключить или свести к минимуму вредное воздействие энергетики на окружающую среду.

Россия.

В Белгородской области весной 2005 г. прошли первые испытания тепловоза с дизельным двигателем, адаптированным и работающем на рапсовом масле. Уже в 2006 г., все тепловозы, приписанные к местной железной дороге, рассчитывают перевести на топливо из рапса. ²

Большие надежды за рубежом возлагают на получение энергии из биомассы, содержащей различные сахара, путем ее сбраживания с получением спирта (этанола). В Бразилии разработана национальная программа использования этанола, полученного из сахарного тростника, для замены почти четверти потребляемого в стране бензина. Уже сегодня около 10% продаваемого там бензина содержит 10% -ную добавку этанола, что заметно снижает содержание вредных веществ в выхлопных газах.

Масштабная программа замены бензина этанолом, получаемым при переработке излишков кукурузы и других зерновых культур, осуществляется и в США. На долю так называемого газохола (смеси бензина с этанолом) уже приходится около 10% топливного рынка страны. Причем, как заключили американские эксперты, если спирта в бензин добавлять не больше 8%, то нет нужды даже в перенастройке карбюраторов или инжекторов.

Использование спирта в качестве топлива на транспорте получило широкое распространение во Франции и Швеции. ³

Биотомпливо — это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои. 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, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, солома) и газообразное (биогаз, водород).

Энергия биомассы -Для производства электрической и тепловой энергии в лесоперерабатывающей промышленности широко используется биомасса — энергоносители растительного происхождения, образуемые в процессе фотосинтеза. Если производство биомассы соизмеримо с ее сжиганием, содержание углекислого газа в атмосфере остается неизменным. Наиболее оптимальный способ использования биомассы — ее газификация с последующим срабатыванием в газовых турбинах. Предварительные расчеты показывают, что турбогенераторы, работающие на продуктах газификации биомассы, могут успешно конкурировать с традиционными тепловыми, ядерными и гидравлическими энергоустановками. Наиболее перспективными областями применения таких турбогенераторов уже в ближайшем будущем могут стать отрасли экономики, в которых скапливаются большие объемы биомассы (в частности, сахарные и винокуренные заводы, перерабатывающие сахарный тростник). Ежегодный объем органических отходов (биомассы) в СНГ составляет 500 млн. т. Их переработка потенциально позволяет получить до 150 млн. т условного топлива в год: за счет производства биогаза (120 млрд. м³) — 100−110 млн. т, этанола — 30−40 млн. т. Окупаемость современных технологий производства биогаза из отходов по оценкам специалистов составляет от 3 до 5 лет. За счет использования биогаза к 2000 г. можно получить годовую экономию органического топлива 6 млн. т, а к 2010 г. в 3 раза больше. Для этого необходимо создать высокоэффективные штампы анаэробных микроорганизмов, специальные виды энергетической биомассы, технологии, эффективное оборудование. Специалисты научно-исследовательского центра «АКМАС» во Владивостоке (Россия) разработали метод получения биотоплива из морской воды. Сейчас все говорят о биотопливе, как об экологически чистом продукте. В Европа его делают из рапса, из пшеницы, в Америке — из кукурузы, в Юго-Восточной Азии — из риса. Но все это продукты питания, цены на которые будут расти, так же, как и на углеводороды. Например, в Приморье собираются к форуму АТЭС построить завод по производству биотоплива из сои, который будет перерабатывать 40 тыс. т сои в год.

• -Биотоплива второго поколения. Биотоплива второго поколения — различные топлива, полученные различными методами разложение химических соединений при нагревании биомассы, или другие топлива, отличные от метанола, этанола, биодизеля. Этот способ позволяет превратить биомассу в жидкость, которую легче и дешевле транспортировать, хранить и использовать. Из жидкости можно произвести автомобильное топливо, или топливо для электростанций.
• -Биотоплива третьего поколения

С 1978 года по 1996 года исследовал водоросли с высоким содержанием масла. Проблема заключается в агроклиматичекских условиях не всегда пригодных для выращивания водорослей. Например, водоросли любят высокую температуру, для их производства хорошо подходит пустынный климат, но требуется некая температурная регуляция при ночных перепадах температур. Кроме выращивания водорослей в открытых прудах из можно культивировать в биореакторах, которые могут работать на основе ТЭЦ, а значит не требуется жаркий климат. На основе переработки водорослей получают газообразное топливо.

Энергия биомассы Понятие «биомасса» относят к веществам растительного или животного происхождения, а также отходам, получаемым в результате их переработки. В энергетических целях энергию биомассы используют двояко: путем непосредственного сжигания или путем переработки в топливо (спирт или биогаз). Есть два основных направления получения топлива из биомассы: с помощью термохимических процессов или путем биотехнологической переработки. Опыт показывает, что наиболее перспективна биотехнологическая переработка органического вещества. В середине 80-х годов в разных странах действовали промышленные установки по производству топлива из биомассы. Наиболее широкое распространение получило производство спирта.

Одно из наиболее перспективных направлений энергетического использования биомассы — производство из неё биогаза, состоящего на 50−80% из метана и на 20−50% из углекислоты. Его теплотворная способность — 5−6 тыс. ккал/м3 .

Наиболее эффективно производство биогаза из навоза. Из одной тонны его можно получить 10−12 куб. м метана. А, например, переработка 100 млн. тонн такого отхода полеводства, как солома злаковых культур, может дать около 20 млрд. куб. м метана. В хлопкосеющих районах ежегодно остается 8−9 млн. тонн стеблей хлопчатника, из которых можно получить до 2 млрд. куб. м метана. Для тех же целей возможна утилизация ботвы культурных растений, трав и др.

Биогаз можно конвертировать в тепловую и электрическую энергию, использовать в двигателях внутреннего сгорания для получения синтезгаза и искусственного бензина.

Производство биогаза из органических отходов дает возможность решать одновременно три задачи: энергетическую, агрохимическую (получение удобрений типа нитрофоски) и экологическую.

Установки по производству биогаза размещают, как правило, в районе крупных городов, центров переработки сельскохозяйственного сырья.