Баннер

Классификация биотоплива

Согласно ГОСТ Р 52808-2007 "Нетрадиционные технологии. Энергетика биоотходов. Термины и определения", биотопливо – это твердое, жидкое или газообразное топливо, получаемое из биомассы термохимическим или биологическим способом.

Это определение ложится в основу наиболее распространенной и самой простой, для понимания, классификации биотопливных продуктов, а именно – разделению их по агрегатному состоянию. Однако, это не единственная и не претендующая на максимальную полноту описания свойств и применимости различных видов биотоплива, классификация. Специалисты биотопливной отрасли чаще оперируют классификациями биотоплива по поколениям или по способу их производства (данные классификации хоть и используют разные входные данные, но во многом пересекаются – их мы будем рассматривать как некий единый подход).

Рассмотрим более подробно каждую, из упомянутых выше, классификаций. Забегая вперед, отметим, что бОльшая научность, заложенная в разделении биотоплива по поколениям и способам производства, позволяет вывести некую общую классификацию, в то время как разделение по агрегатному состоянию имеет ценность в основном для людей, только начавших изучение биотопливной отрасли, упрощая понимание ее базовых терминов. Таким образом, ни одна из классификаций не существует просто так, в каждой заложена своя ценность и назначение.

Итак, приступим...

Классификация видов биотоплива по агрегатному состоянию

Твердое биотопливо

Самый распространенный представитель вида – дрова. Опустив историю возникновения и эволюцию процесса сжигания древесины, отметим, что в настоящее время для производства дров или биомассы используются, так называемые, энергетические леса. В их составе включают быстрорастущие породы древесины, кустарников и трав (ива, тополь, эвкалипт, акация, сахарный тростник, кукуруза и др.). Посадку производят квадратно-гнездовым способом или в шахматном порядке. В междурядьях из деревьев часто высаживают сельскохозяйственные культуры (так называемые, комбинированные посадки). Период ротации энергетического леса (от срезания до срезания) составляет 4-6 лет. Экологические достоинства энергетической биомассы:

  • предупреждение эрозии почвы;
  • при сжигании биомассы, в атмосферу выделяется только CO2, поглощенный при ее росте.

Ярким примером использования биомассы является электростанция, находящаяся в Зиммеринге (Австрия). Ее мощность - 66 МВт. Ежегодное потребление биомассы - 190 тысяч тонн.

Другим, пока несколько меньше распространенными видом твердого биотоплива, являются древесные топливные гранулы (ДГТ). Это топливный продукт, полученный прессованием древесных отходов (опилок, щепы, коры, некондиционной древесины и др.), соломы, отходов сельского хозяйства (навоза, куриного помета, лузги подсолнечника, ореховой скорлупы,) и другой биомассы.

ДГТ - экологически чистое биотопливо, зольность которого не превышает 3 %.

Упрощенно, процесс производства ДГТ (или, как их еще называют, пеллет) выглядит следующим образом. Биосырье поступает в дробилку, где измельчается до консистенции муки. Данная мука передается в сушилку, а уже из неё — в специальный пресс-гранулятор. Сжатие во время прессовки повышает температуру муки, при этом лигнин, содержащийся в древесине, становится клейким, что позволяет получать на выходе плотные цилиндрики. Готовые гранулы охлаждают, пакуют в стандартную упаковку или доставляют потребителю россыпью. Наиболее распространенное применение пеллет – отопление объектов индивидуального строительства (частные дома, коттеджи), а также небольших производственных помещений. Самый динамично развивающийся рынок потребления пеллет – страны Европейского Содружества. По разным оценкам, в некоторых странах Европы до 2/3 жилых помещений отапливаются с помощью пеллет. Также необходимо отметить, что в США и европейских странах действует ряд стандартов на топливные гранулы. Ознакомиться с ними Вы можете в нашем разделе «Библиотека».

Также, среди видов твердого биотоплива необходимо упомянуть топливные брикеты (высушенные и брикетированные энергоносители биологического происхождения, например, навоз) и биологические отходы с минимальной степенью подготовки к сжиганию (опилки, щепа, кора, лузга, солома, шелуха и т.д.). В Европе топливные брикеты, наряду с пеллетами, используют для отопления жилых и производственных помещений, а щепу в основном сжигают на крупных теплоэлектростанциях мощностью до нескольких десятков мегаватт.

Жидкое биотопливо

Весьма и весьма перспективный класс биотоплива, основное применение которого – двигатели. Его получают из самых разнообразных растений – от пшеницы и сахарной свеклы, до рапса и отходов деревообработки.

Жидкое, или как его еще называют, моторное биотопливо – вещество, получаемое в ходе переработки растительного сырья (кукурузы, рапса, сахарной свеклы, сахарного тростника), средствами технологий, в основе которых лежит использование естественных биологических процессов (например, брожения).

биоэтанол

Большая доля мирового производства жидкого (моторного) биотоплива приходится на биоэтанол (этанол, получаемый из сахарного тростника, зерна и сахарной свеклы, а также рапсового метилового эфира из семян рапса). Причина популярности биоэтанола кроется в экономической эффективности его производства, т.к. при урожайности семян рапса 2-4 т/га с 1 гектара можно получить 1-1,5 тонны биоэтанола и 2-2,5 тонны высококачественных растительных кормов. Характеристики моторного топлива, получаемого из растений, близки к показателям дизельного топлива. При этом вредные выбросы при использовании биодизельного топлива существенно меньше (подробнее в технико-химических и аналитических материалах нашего сайта).

Производство биоэтанола во всем мире составляет около 40 млрд литров (на 2006 г.). Самый активный «игрок» на рынке производства биоэтанола – Бразилия (48,5% общего объема). Этанол в Бразилии производится из сахарного тростника. В декабре 2007 года MnCAR (Центр Автомобильных Исследований Миннесоты) опубликовал результаты своих исследований по теме энергоэффективности применения биоэтанола в автомобильном транспорте. Наибольший интерес исследования представляет результат эксплуатации обычных автомобилей. Исследованию подверглись смеси от 2 % до 85 % содержания этанола в бензине. Для обычных автомобилей с ДВС самой оптимальной оказалась смесь Е30 (30% этанола и 70% бензина). На этой смеси потребление топлива снизилось на 1% (немного, но гораздо важнее экологические показатели) по сравнению с бензином (октановое число 95). Одной из важнейших характеристик биоэтанола является топливный баланс (соотношение энергии выделяемой топливом к энергетическим затратам на его производство). В настоящее время, наилучший результат составляет 1,24 (энергия, полученная из этанола, на 24% превышает энергию, затраченную на его производство). Но это не рекорд… так, например, в Бразилии, багасса сахарного тростника нашла применение в качестве топлива для электростанций. В этих условиях топливный баланс этанола, достигает коэффициента 8 – очень хороший результат! Топливный баланс бензина ощутимо хуже – для его производства требуется большое количество энергии (разведка нефти, её добыча и транспортировка, переработка и доставка). Экологический эффект применение биоэтанола в качестве топлива - снижение выбросов диоксида углерода (т.н. парниковый газ). Разумеется, сокращение его выброса зависит от многих факторов - используемое растительное сырье, климатическая зона, накладные расходы на выращивание, транспортировку и переработку. Снижение выбросов CO2 при производстве этанола из зерна по состоянию на 2008 г. в США составляло в среднем 21%. Однако, при модернизации спиртового производства, заключающегося в переводе его на природный газ, возможно снижение выбросов углекислого газа на 29-35%.

биометанол

Биометанол – метанол, получаемый посредством биологического преобразования морского фитопланктона. Производство этого вида биотоплива начало зарождаться в конце 70-х, начале 80-х годов, когда несколько европейских стран объединили свои усилия по разработке проекта промышленного культивирования и переработки биомассы фитопланктона. Проектом предусматривалось создание промышленных зон в пустовавших, на тот момент, прибрежных районах. Однако, развития тот проект не получил, чему в большой мере способствовало существенное снижение мировых цен на нефть. Прошли десятилетия… специалисты и компании, занятые в биотопливной отрасли, вновь вернулись к вопросам культивирования фитопланктона и производства метанола. Сейчас данное направление производства биотоплива считается одним из самых перспективных, т.к. отличается от других более высокой выработкой биомассы (до 110 т/га фитопланктона в год), отсутствием серьезных требований к производственной площадке (не требуются плодородные почвы и пресная вода, т.е. процесс не создает конкуренции сельскому хозяйству) и высоким уровнем энергоотдачи (11-14 на стадии получения метана и до 9 на стадии выработки метанола).

биодизель

Биодизель – вид биотоплива, для производства которого используются жиры растительного, микробного и животного происхождения (а также получаемых из них эфиров). Сырьем для производства биодизеля может выступать пальмовое, рапсовое, соевое и другие масла, отходы пищевой промышленности, а также морские водоросли. Биодизель находит применение в автомобильных двигателях, причем использовать его можно как в чистом виде, так и в виде смесей с традиционном дизельным топливом. Обычно такие смеси маркируют, указывая процентное содержание биодизеля, так в США для обозначения смесей дизельного топлива с биодизелем используется буква B, после которой следует число, означающее процентное вхождение биодизеля (В2 - 2%, В100 - 100 %). Применение таких смесей не требует внесения конструктивных изменений в двигатели.

Экологический эффект от использования биодизеля доказан достаточно давно и не подвергается сомнению:

  • попадание биодизеля в воду не причиняет вреда животному и растительному миру;
  • в почве и воде биодизель практически полностью распадается за 25-30 дней;
  • при сгорании биодизеля выделяется точно такой же объем углекислого газа, который был потреблен растениями, являющимися сырьем для его производства, за весь период жизни;
  • в отличие от классического дизельного топлива, биодизель почти не содержит серы.

Из практико-технических достоинств биодизеля можно выделить следующие:

  • полученный в ходе производства биодизеля жмых можно использовать в качестве корма для скота, что позволяет наиболее полно использовать сырьевую биомассу;
  • производство биодизеля способствует вводу оборот низкокачественных неиспользуемых сельскохозяйственных земель;
  • биодизель обладает исключительными смазочными характеристиками, несмотря на гораздо меньшее содержание серы, в то время как обычное минеральное дизельное топливо при исключении из состава сернистых соединений теряет смазочные способности. Это преимущество биодизеля определяется его особенным химическим составом и, в частности, содержанием в нём кислорода. Результаты различных независимых исследований влияния биологического дизельного топлива на двигатели показывают, что при использовании биодизеля в серийных, не модернизированных двигателях, срок службы двигателя и топливного насоса увеличивается в среднем не менее чем на 50%.

Высокие показатели значения технико-экономических показателей биодизеля и его неоспоримые экологические преимущества обусловливают постоянный рост в разных странах числа государственных программ (как обязующе-декларативного, так и стимулирующего характера) направленных на увеличение объемов производства и потребления биодизеля. Разумеется, производство и использование биодизеля имеет определенную специфику и недостатки, о которых Вы можете узнать в других публикациях на нашем портале. Однако, общемировое производство биодизеля в последние годы только увеличивается, что характеризует данный вид биотоплива как один из наиболее востребованных и перспективных

Газообразное биотопливо

Газообразное биотопливо (биогаз, биоводород) – продукт, получаемый в результате брожения биомассы или использования иных термо- и биохимических процессов, направленных на ее переработку. Наиболее распространенные вид газообразного биотоплива - биогаз, одной из разновидностей которого является биоводород.

Биогаз – газ, получаемый в ходе брожения биомассы (органических отходов) посредством воздействия различных видов бактерий. Современная технология производства биогаза последовательно используются три вида бактерий, каждый из которых питается продуктами жизнедеятельности предыдущего:

  • гидролизные бактерии;
  • кислотообразующие бактерии;
  • метанобразующие бактерии.

Перечень сырья, пригодного для получения биогаза, весьма широк. В основном, это органические отходы, такие как фекальные осадки, навоз, птичий помёт, пивная дробина, свекольный жом, трава, бытовые отходы, а также отходы рыбных и забойных производств (кровь, жир, кишки) и т.д. Кроме того, биогаз можно производить из энергетических культур - силосной, а также водорослей. Выход газа может достигать до 350 м³ из 1 тонны отходов и зависит от, собственно, вида сырья и применяемых технологий (из тонны навоза крупного рогатого скота получают до 70 м³ биогаза, до 400 м³ биогаза можно получить из различных видов растений, до 1400 м³ метана получают из жира – это своеобразный «биогазовый рекорд»).

Экологический эффект от использования биогаза – неоспорим. Его производство предотвращает выбросы в атмосферу метана, провоцирующего развитие парникового эффекта. Кроме того, переработанный навоз, барда и другие растительные и органические отходы находят применение в сельском хозяйстве в качестве удобрений. Это снижает потребность в химических удобрениях, что уменьшает загрязнение грунтовых вод. Практическое применение биогаза возможно во всех сферах, где используется обычный природный газ. После обогащения (очистки) биогаза до состояния биометана (полный аналог природного газа с концентрацией метана до 99%) газ может использоваться как моторное топливо, подаваться в общую систему газоснабжения в трубопроводы среднего или низкого давления, использоваться на технологические нужды в качестве полной замены природного газа.

Классификация видов биотоплива по поколениям

Как уже говорилось выше, при классифицировании видов биотоплива по поколениям и технологиям производства, различные специалисты и информационные структуры во многом оперируют одними и теми же входными данными, поэтому наиболее правильный подход является объединение этих двух классификаций.

Биотоплива первого поколения

Биотопливо первого поколения производится из любого сельскохозяйственного сырья посредством применения традиционных технологий (близкие к естественным, биологические и термохимические процессы, такие как брожение). В настоящий момент, вопросы дальнейшего наращивания оборотов производства биотоплива первого поколения вызывает во всем мире ожесточенные дискуссии. К этому виду топлива относятся биоэтанол (производится из сахарного тростника, кукурузы, пшеницы и т.д.) и биодизель (получаемый из масляничных культур – сои, рапса, пальмы, подсолнечника).

Очевидно, что для их производства требуется использование качественных пахотных земель, разнообразная тяжелая сельскохозяйственная техника, а также удобрения и пестициды. Эти факты делают производство биотоплива прямым конкурентом пищевого сектора экономики страны-производителя. С учетом достижения в 2010-2012 годах ценами на продовольствие своего исторического максимума, многие эксперты считают необходимым снижать объемы производства биотоплива первого поколения. С точки зрения редакции нашего портала, связь между ростом цен на продовольствие и производством биотоплива тут весьма сомнительна, но так как приведенное мнение существует и регулярно обсуждается, мы не можем его не "озвучить". Но так как данный материал не носит статуса аналитического, свою точку зрения мы сопроводим лишь одним компетентным мнением, а более глубокое исследование проведем в одной из наших следующих статей... Итак, осенью 2008 года, когда наблюдалось снижение цен на продовольствие вице-президент Российской биотопливной ассоциации Алексей Аблаев в одной из своих публикаций дал, на наш взгляд, очень верную оценку влияния производства биотоплива на стоимость продовольствия: «Цены на продовольствие сейчас резко падают вместе с ценами на нефть. Причем производство биотоплива в США и Европе отнюдь не уменьшилось, а увеличилось. Вина производства биотоплива в росте цен - это большой миф, искусственно поддерживаемый нефтяной отраслью. На стоимость продовольствия влияют уровень цен на нефть, увеличивающееся потребление со стороны Индии и Китая. А биотопливо - это третий, четвертый фактор, но никак не первый». Но вернемся к нашей классификации…

Биотоплива второго поколения

Биотопливо второго поколения производятся из не пищевого сырья (отработанные жиры и растительные масла, биомасса деревьев и растений). Технологически производство биотоплива второго поколения представляет собой процесс получения топлива посредством переработки целлюлозы и лигнина, содержащихся в древесной или волокнистой биомассе. Преимущество такого биотоплива второго поколения заключается в том, что сырье, необходимое для производства (растения) может выращиваться на менее благоустроенных, по сравнению с биотопливом первого поколения, землях. Для их производства требуется минимум техники, удобрений и пестицидов. Основной недостаток производства кроется в свойствах самого сырья - лигноцеллюлоза древесины - сложный полимерный углевод, требующий большего числа химических превращений и, соответственно, энергии для получения из него жидких топлив. Условная эффективность производства энергии из биомассы биотоплив первого и второго поколений одинакова и составляет примерно 50%. Из лигноцеллюлозы растений получают два основных вида топлива: биоэтанол и бионефть. Таким образом, можно сделать вывод, что производство биотоплива второго поколения, в настоящий момент, является очень капиталоемким процессом, т.к. пока соответствующие технологии весьма дороги. Чтобы довести стоимость производства биотоплива второго поколения до уровня рентабельности, всей биотопливной отрасли предстоит пройти большой путь.

Биотоплива третьего поколения

Биотопливо третьего поколения производится из водорослей. Перспективность этого направления развития биотопливной отрасли связана со спецификой состава водорослей. По характеристикам, которые могут заинтересовать специалистов биотопливной отрасли, они значительно превосходят растения, средой обитания для которых является суша. Если говорить упрощенно - водоросли «жирнее», так, например, в штамме водорослей содержание жиров составляет от 75 до 85% сухого веса. Выше мы уже упоминали об исключительной эффективности жира, при использовании его для производства биотоплива«чем больше жира – тем больше выход энергии». Дополнительным преимуществом водорослей является то, что с одной технологической площадки можно собирать до 35 урожаев в год. Также, весьма интересным моментом является тот факт, что если размещать площадки для культивирования «биотопливных водорослей» ниже сброса тепла ТЭЦ, можно «покрыть» до 77 % потребностей в тепле, необходимом для выращивания водорослей.

В качестве заключения необходимо еще раз отметить - предложенные нами классификации биотоплива не претендуют на полное «отражение» специфики их производства и использования. Наш материал предназначе для тех, кто только начинает изучение отрасли. Материалы, более детально описывающие технологии производства и обоснование эффективности применения биотоплива, будут публиковаться в наших следующих статьях.

Реклама

Баннер

Объявления

Предложения компаний:

Исследования по биотопливу
Предлагаем подготовку аналитических материалов, заключений, бизнес-планов по биотопливной тематике

Курсы валют

Курсы валют на Банкир.Ру

Цены на нефть


Баннер
© 2018 Российский информационный портал о биотопливных технологиях. Все права защищены.
При любом использовании материалов активная ссылка на BIOWATT.RU обязательна.