Определения термина «биотопливо» различны. Например, это может быть топливо, состоящее более чем на 80% из переработанной (или не переработанной) биомассы. Биотопливо — это все виды топлива, произведенные из биомассы.
Что такое биомасса
Биомасса — это кратковременное накопление солнечной энергии, которая улавливается растениями в процессе фотосинтеза. Под биомассой понимается вся биоразлагаемая растительная и животная масса и продукты ее метаболизма. Например, коровий навоз. Поэтому существует множество различных видов биотоплива, которое бывает в газообразной, жидкой и твердой формах. Чаще всего упоминается в контексте жидкого агрегатного состояния, которое может стать альтернативой моторному топливу на основе нефти. Поскольку биомасса является возобновляемым источником энергии, биотопливо можно с успехом рассматривать как носитель возобновляемой энергии.
Виды биотоплива
| Жидкое | Твердое | Газообразное |
| Этанол Метанол Биодизель | Дрова Солома | Биогаз Биоводород |
Жидкое биотопливо
Биоэтанол
Биоэтанол — это этанол, произведенный из биомассы или биоразлагаемых отходов, используемый в качестве биотоплива. Технология производства этанола из крахмала известна давно. Производство биоэтанола находится на высоком уровне и что позволяет получать его из широкого спектра продуктов. Этанол широко применяется в качестве заменителя бензина в двигателях внутреннего сгорания. Также он является одним из самых старых видов топлива. Большая часть автомобилей работали на этом топливе еще в 1890-х годах
Плюсы:
- Биоэтанол является более экологически чистым. Он не образует большого количества углекислого газа при сжигании, как топлива на нефтяной основе.
- Биоэтанол может помочь уменьшить зависимость от нефти. Особенно это важно для стран, которые не имеют значительных нефтяных запасов.
- Поддерживает развитие сельского хозяйства, что создает рабочие места в этой отрасли.
- В настоящее время биоэтанол используется для производства биотоплива. Это снижает затраты на топливо для автомобилей.
Минусы:
- На производство биоэтанола требуется большое количество углеводородов и пестицидов, что может нанести вред окружающей среде.
- Расширение посевных площадей для производства биоэтанола может привести к сокращению лесных угодий, территорий, используемых для выращивания продовольствия. Это может привести к потенциальной проблеме снабжения пищей в будущем.
- Производство биоэтанола требует значительных затрат энергии и воды.
Метанол
Метанол является ядовитым веществом для человека. Производство метанола (метилового спирта) из древесины известно в мире уже очень давно. Метанол использовался только как побочный продукт при производстве древесного угля. Такое производство характеризуется низким коэффициентом полезного действия. Метанол можно производить не только из биомассы, но и из некоторых ископаемых видов топлива, таких как природный газ или уголь.
Недостатком производства метанола из биомассы является то, что его стоимость примерно в два раза выше стоимости синтетического метанола, произведенного из природного газа.
Плюсы:
- Широкое использование: Метанол используется в различных промышленных областях, включая производство пластиков, фармацевтических препаратов, лакокрасочных материалов, а также в автомобильной отрасли в качестве топлива.
- Экономически выгодный: Метанол является одним из наиболее дешевых в производстве
Минусы:
- Высокая токсичность: Метанол может быть очень опасным при неправильном использовании. При попадании в организм метанол разлагается и образует токсичный продукт, метаналь, который может вызвать серьезные проблемы со здоровьем, включая нарушение зрения, остановку дыхания и кому.
- Использование метанола может быть вредным для окружающей среды и вызвать серьезные проблемы для животных, растительности и гидросистем.
- Легко воспламеняется: Метанол является легко воспламеняемым соединением и может быть опасным при неправильном хранении.
Биодизель
Биодизель — это топливо, которое изготавливается путем переработки растительных масел или животных жиров. Он может использоваться в качестве альтернативы традиционному нефтяному дизельному топливу и может быть использован в любом дизельном автомобиле или другой механике, которая обычно использует дизельное топливо. Производство и использование биодизеля считается более экологически чистым, чем использование обычного дизеля, поскольку он производится из возобновляемых природных ресурсов вместо нефти, которая является ископаемым топливом
Эфиры могут быть жидкими или твердыми. Они растворимы в органических растворителях и имеют приятный запах. Далее они превращаются в биодизель и глицерин. Глицерин — это вторичный продукт, который можно использовать для производства кремов для рук, зубной пасты и смазочных материалов. Биодизель можно использовать в качестве топлива, поскольку он не требует какого-либо вмешательства в системы, в которых он применяется (двигатели и горелки).
Твердое биотопливо
Твердое биотопливо — это все виды обработанной и необработанной биомассы, то есть древесина, щепа, пеллеты, древесные брикеты, а также древесный уголь. Зерно злаков также попадает в эту категорию, поскольку существуют коммерчески доступные котлы, способные сжигать не только угольную пыль, но и овес.
Древесина
Древесина в качестве топлива используется в основном в котлах мощности до 20-60 кВт. Форма сжигаемой древесины важна для ее сгорания. Существует разница в сжигании опилок, щепы, бревен и других форм древесины.
Процесс сжигания древесины состоит из 4 фаз:
- сушка, испарение воды из топлива
- пиролиз, выделение газообразного компонента топлива
- сжигание газообразного компонента топлива
- сжигание твердых частиц, в основном углерода.
При постоянном поступлении топлива и достаточном количестве кислорода все 4 фазы процесса горения происходят одновременно, и тепло выделяется равномерно.
Брикеты
Древесные брикеты изготавливаются из чистых опилок при высоком давлении и высокой температуре, без каких-либо химических примесей. По своим свойствам они наиболее схожи с древесиной, но имеют более высокую плотность и теплотворную способность. Они подходят практически для всех типов котлов, каминов и твердотопливных печей, а также могут использоваться для жарки, гриля и копчения пищи. Они горят ярким, почти бездымным пламенем с ароматом древесины, из которой они изготовлены.
Солома
Использование соломы для энергетических целей было начато фермерами. Установки для сжигания имели мощность от 50 до 100 кВт. Форма топки была приспособлена к стогам соломы, лучшие котлы имели комнату для соломы, что устраняло необходимость в частой подаче. КПД этих котлов составлял от 40 до 60 %, а содержание загрязняющих веществ в дымовых газах было высоким.
Газообразное топливо
Биогаз
К газообразному в первую очередь относится биогаз, который получается путем анаэробного сбраживания биомассы и состоит в основном из метана. Кроме того, к биотопливу относится древесный газ, который получают путем газификации древесины. Она же является максимально возобновляемой. Сюда же относится газ, получаемый при газификации других видов сырья из биомассы.
В современной технологии производства биогаза последовательно используются три вида бактерий, каждый из которых питается продуктами жизнедеятельности предыдущего:
- гидролизные бактерии;
- кислотообразующие бактерии;
- метанобразующие бактерии.
Биоводород
Биоводород — это вид водорода, который производится живыми организмами, в частности, бактериями. Эти бактерии способны перерабатывать органические вещества, такие как газ метан, водород и еще несколько продуктов. Биоводород может быть использован как энергетический ресурс, также, как и обычный водород, но его производство меньше пагубно влияет на окружающую среду.
Заключение
Использование биотоплива имеет свои преимущества и недостатки, и должно рассматриваться в контексте устойчивого развития и повышения его доступности и экономической целесообразности относительно традиционных видов топлива.
