Виды биотоплива: сравнение характеристик твердого, жидкого и газообразного топлива

Расход топливной жидкости

При выборе и покупке биоэтанола у новичков обычно возникает вопрос, топлива для биокамина на сколько хватает. Все зависит от объема, конструкции горелки, насыщенности, величины языков пламени. Обычно полной заправки топливного блока хватает на 2,5-3 часа. . Настольные модели типа Lux Fire «Пикник» S сжигают преимущественно в пределах нижней границы, а пристенные — верхней.

При этом нужно понимать, что свою роль играет также опция регулировки пламени, если в конкретной модели она предусмотрена (Zefire Flagman 1600, FireBird «Глория» и т. п.). Специальная крышка-слайдер при задвигании-отодвигании влияет на интенсивность выделения паров биоэтанола. И бывает так, что даже в больших по размерам конструкциях типа Zefire Orion 900 расход получается небольшим, а вид огня красивым, стелющимся.

Если конструкция имеет горелку значительных габаритов, необходимо позаботиться и о доступе кислорода в помещение. О вытяжке речь не идет, но проветривать комнату периодически настоятельно рекомендуется. Для маленьких декоративных моделей достаточно воздуха внутри помещения. Сколько нужно топлива для биокамина, как видим, зависит от индивидуальных особенностей модели и условий ее эксплуатации.

Что такое биотопливо?

Биотопливо — это топливо, которое производится из растительного либо животного сырья, органических отходов. Виды биотоплива подразделяются на твердое, жидкое и газообразное.

Твердое биотопливо

Благодаря развитию технологий, сегодня уже существует много различных типов твердого биологического топлива. Среди них можно отметить продукты на деревянной основе, отходы лесной промышленности:

• прессованные опилки;
• щепки;
• кора деревьев;
• солома.

А также отходы аграрного производства:

• подсолнечная лузга;
• ореховая скорлупа;
• навоз.

Эти материалы и отходы проходят стадии обработки и прессования, после чего принимают гранулированную форму длинной до 30 мм, диаметром до 10 мм. Гранулы называются пеллетами. Также из стружки и опилок изготавливают брикеты. Переработка опилок в производстве позволяет сохранить гектары леса. Также такой источник энергии более экологически чистый, в отличие от угля. При сгорании дерева и его отходов не выделяется вредных веществ.

Пеллеты на протяжении последних лет занимают верхние позиции среди видов альтернативного топлива для котлов отопления. Ими хорошо заменять солярку, дрова, уголь, либо использовать для работы специальных генераторов. При их сгорании отсутствует дым, выделяется больше тепла, чем от прочих горючих материалов.

Жидкое биотопливо

Чаще применяется в автомобильной промышленности. К нему относят спирты, полученные путем переработки растительного сырья (крахмало и сахаросодержащих культур):

• биоэтанол;
• биометанол;
• биобутанол;
• демитиловый эфир;
• биодизель.

Остановимся более подробно на биодизеле. Основным источником для его получения является рапс и соя. До недавнего времени в значительных объемах использовалось и пальмовое масло, однако результаты последнего изучения вопроса Европейской комиссией показали, что выбросы парниковых газов из биодизеля, произведенного на пальмовом масле, могут превышать более чем в три раза выбросы в атмосферу, по сравнению с обычным дизтопливом, поэтому с 2021 года его производство в ЕС будет запрещено. Однако это не касается остальных видов сырья.

Также применяют подсолнечное, арахисовоее, кокосовое и льняное масло. Самой эффективной культурой для производства биодизеля считается рапс. Одним из преимуществ биодизеля является возможность смешивания его с обычным дизелем в разных пропорциях. Также он обладает высоким уровнем воспламеняемости.

Этапы производства биодизеля

Заметим, что его применение значительно продлевает срок службы дизельного двигателя, так как биодизель является одновременно и первоклассной смазкой.

Газообразное биотопливо

Газообразное топливо получают путем брожения органических отходов, либо с помощью термохимических и биохимических реакций. Брожение происходит под воздействием бактерий. Основным видом газообразного биологического топлива является биогаз. К его разновидностям относится биоводород (получается в процессе бутилового либо ацетонобутилового брожения различных растений). Большой плюс, что в быту биогаз, может применяться в тех же отраслях, где используется обычный природный газ.

Топливо из отходов

Навоз – не единственный вид отходов сельхозпроизводства, который пригоден к использованию в качестве топлива. Современный агропром в огромных количествах «производит» разнообразные растительные отходы – лузга, солома, шелуха и т.д. После прессовки и гранулирования такое топливо вполне может составить конкуренцию дровам и древесным гранулам.

Отходы сельхозпроизводства пригодны к использованию в качестве топлива

Кроме того, отходу сельхозпроизводства можно использовать не только напрямую. Брожение, то есть превращение сахара в спирт с помощью выделяемых бактериями ферментов, также известно с глубокой древности. Традиционно брожение использовалось при производстве алкогольных напитков, но ведь спирт является отличным топливом. Отходы сельского хозяйства как нельзя лучше подходят в качестве «кормовой базы» для бактерий, превращающих содержащийся в этих отходах сахар в горючий спирт.

Биотопливо вряд ли сможет когда либо полностью заменить традиционные энергоносители, однако наверняка послужит значительной статьей экономии энергоресурсов в мировом масштабе.

Отрицательное влияние продуктов сгорания топлива на здоровье

После попадания в атмосферу летучие газы с током ветра разлетаются во все стороны. Они поражают большие группы людей, провоцируя проблемы со здоровьем.

Продукты горения топлива приводят к развитию таких болезней:

• хронический бронхит;
• анемия;
• злокачественные опухоли.

Пыль, сажа, копоть вдыхаются людьми и оседают в дыхательных путях. Мелкие частицы проникают глубоко в легкие. Это приводит к развитию хронических заболеваний дыхательных путей: обструктивному бронхиту, бронхиальной астме.

Бензапирен обладает канцерогенной активностью. Он повышает вероятность роста злокачественных новообразований.

Угарный газ проникает в эритроциты (красные кровяные клетки) и вытесняет оттуда гемоглобин (главный переносчик кислорода). Ткани и органы не получают достаточного количества кислорода. Развивается анемия (малокровие). Больного беспокоят усталость, частые обмороки, слабость, сонливость.

Получение и применение топлива:

Самое востребованное твердое топливо — уголь (каменный, бурый и антрацит). На втором месте — древесина и торф. Уголь применяется на крупных ТЭЦ, в металлургии. Древесина используется для строительства, производства мебели и в качестве топлива для печей, каминов, банных комплексов.

Более 80% используемого в мире жидкого топлива — продукты перегонки нефти.

Основные продукты перегонки нефти — бензин и керосин востребованы в качестве автомобильного и авиационного топлива. ТЭЦ работают на мазуте. При этом приходится решать проблему удаления сернистых соединений из продуктов сгорания. В зависимости от марки исходной нефти в мазуте может содержаться до 4,3% этого элемента. Чем выше процент серы, тем значительней расходы на обслуживание оборудования, тем выше износ.

Газовое топливо получают как из непосредственно газовых месторождений, так и в качестве продукта, сопутствующего нефти. В последнем случае газ содержит больше высших углеводородов при одновременном снижении объема метана. Он лучше сгорает и дает больше теплоты.

Компостные кучи и мусорные свалки становятся источником биогаза. В Японии строят специальные небольшие фабрики, способные от сортированного мусора получать в день до 20 м3 газа. Этого достаточно для выработки 716 кВт тепловой энергии. В Китае по данным Юнеско, открыто не менее 7 млн. фабрик и заводов по получению биогаза из гниющей органики.

В качестве топлива так же используется водород. Его основное преимущество — запасы не привязаны географически к определенным регионам планеты, а при сжигании образуется чистая вода.

Твердое биотопливо — пеллеты

В последнее время очень много ходит различных слухов или даже своеобразных «легенд» о том, что одним из наиболее перспективных и высокорентабельных видов малого бизнеса может стать производство топливных пеллет – особого вида биологического топлива.  Давайте внимательнее глянем на достоинства твердого гранулированного топлива и на процесс его получения.

Для чего и как производят топливные пеллеты

Лесозаготовки, деревообрабатывающие предприятия, сельскохозяйственные комплексы, некоторые другие производственные линии обязательно выдают, помимо основной продукции, очень большое количество древесных или иных растительных отходов, которые, казалось бы, уже не имеют никакой практической ценности. Еще не та дано они попросту сжигались, выбрасывая дым атмосферу, или даже бесхозяйственно разлагались огромными «терриконами». Но ведь в них заложен огромный энергетический потенциал! Если эти отходы привести в состояние, удобное для использования в виде топлива, то, наряду с решением проблемы утилизации, можно ещё и прибыль получить! Именно на этих принципах и базируется производство твердого биотоплива – пеллет.

По сути – это спрессованные гранулы цилиндрической формы, имеющие диаметр от 4 ÷ 5 и до 9 ÷ 10 мм, и длину примерно 15 ÷ 50 мм. Такая форма выпуска очень удобна – гранулы легко фасуются в мешки, их несложно транспортировать, они отлично подходят для автоматической подачи топлива в твёрдотопливные котлы, например, с помощью шнекового загрузчика.

Пеллеты прессуются и из отходов натуральной древесины, и из коры, веток, хвои, сухих листьев и других побочных продуктов лесозаготовок. Получают их из соломы, лузги, жмыха, а в некоторых случаях сырьем служит даже куриный помет. На производстве пеллет пускают торф – именно в такой форме у него достигается максимальная теплоотдача при сгорании.

Безусловно, разное сырьедает и различные характеристики получаемых пеллет – по их энергоотдаче, зольности (количеству остающегося несгораемого компонента), влажности, плотности, цене. Чем выше качество, тем меньше хлопот с отопительными приборами, тем выше КПД системы отопления.

По своей удельной калорийности (в объемном отношении) пеллеты оставляют позади все виды дров и угля. Хранение же такого топлива не требует больших площадей или создания каких-либо особых условий. В спрессованной древесине, в отличие от опилок, никогда не начинается процессов гниения или прения, так что риска самовоспламенения такого биотоплива нет.

Теперь к вопросу производства пеллет. По сути, весь цикл просто и понятно изображен на схеме (показано сельскохозяйственное сырье, но в равной мере это относится и к любым древесным отходам):

В первую очередь отходы проходят стадию дробления (обычно до размеров щепы до 50 мм длиной и 2 ÷ 3 мм толщиной). Затем следует процедура сушки – необходимо, чтобы остаточная влажность не превышала 12%. Если есть необходимость, то щепу дробят в еще более мелкую фракцию, доводя ее состояние почти до уровня древесной муки. Оптимальным считается, если размер частиц, поступающих на линию прессования пеллет, будет в пределах 4 мм.

Прежде чем сырьепопадет в грануляторы, его слегка пропаривают или кратковременно погружают в воду. И, наконец, на линии прессовки пеллет эта «древесная мука» продавливается через калибровочные отверстия специальной матрицы, имеющие конусную форму. Такая конфигурация каналов способствует максимальному сжатию измельченной древесины с, естественно, резким ее нагревом. При этом имеющееся в любой целлюлозосодержащей структуре вещество лигнин надежно «склеивает» все мельчайшие частицы, создавая очень плотную и прочную гранулу.

На выходе из матрицы полученные «колбаски» срезаются специальным ножом, что дает цилиндрические гранулы нужной длины. Они поступают в бункер, а оттуда – в приемник готовых пеллет. По сути, осталось только охладить готовые гранулы и расфасовать по мешкам.

Применение биотоплива для автомобилей

Как уже выше писалось, для современного топлива автомобилей есть замена в виде биотоплива, это:

• Для дизельных двигателей – биодизель;
• Для двигателей внутреннего сгорания – биоэтанол.

Биодизель получают из растительных масел (рапсовое, соевое, пальмовое) и метанола. Биодизель второго поколения производят из микроводорослей и масленичных культур. Отдельный вид биодизеля – грин-дизель, который является смесью углеводородов и представляется на рынке, как улучшающая добавка к обычному топливу. Как правило, биодизель для заправки автомобилей используют в смеси с обычным дизельным топливом (соляркой) в соотношении 20/80%, где биодизеля 20%. Недостаток такого смешивания – повышенный расход топлива и снижение мощности.

Биоэтанол в чистом виде для заправки автомобиля использовать нельзя, т.к. это окислитель и растворитель. Для егоиспользования требуется реконструкция авто с заменой элементов топливной системы на узлы, изготовленные из нержавеющей стали и стойкого пластика.

В мире созданы автомобили с двигателями внутреннего сгорания, которые работают на смеси биоэтанола и бензина в соотношении:

• 85/15% — в США;
• 10/90% — в странах Европы;
• 20/80% — в Бразилии,

Считается, что при данных пропорциях (кроме США, там автомобили были реконструированы), такое соотношение топлива не вредит системам автомобиля, что позволяет использовать биоэтанол уже при существующих технологиях.

Что такое биотопливо

Энергия, скрывающаяся в растительной массе, является практически неиссякаемой, ведь ее источником служит наше солнце. Растения умеют использовать энергию солнца, перерабатывая ее для своего роста. В свою очередь, животные и птицы получают энергию, питаясь биомассой, при этом производят продукты жизнедеятельности. По определению, биотопливо — это горючее, получаемое из сырья растительного или животного происхождения, а также отходов жизнедеятельности и различных производств, связанных с обработкой биомассы.

Современные технологии позволяют получать биотопливо в трех видах: твердом, жидком и газообразном. Твердое горючее мы встречаем в жизни наиболее часто в виде пеллет и различных брикетов, получаемых методом прессования. Жидкое топливо – биодизель – в странах постсоветского пространства пока еще редкость, это обусловлено наличием большого количества ископаемых углеводородов по приемлемой цене. В то время как получать жидкое биотопливо из растительного масла достаточно дорого и технологически сложно.

Производство горючего биогаза гораздо проще и дешевле, вследствие чего набирает все большую популярность. Владельцы животноводческих и птицеферм все чаще задумываются о приобретении биогазовой установки, ведь в их распоряжении имеется огромное количество помета и навоза, что как нельзя лучше подходят для этой цели.

Перечислять здесь все виды растительного сырья для переработки в топливо, его источники и технологию производства нет смысла. Нас интересуют только те виды биотоплива, которые можно успешно получать в домашних условиях, не вкладывая больших денежных средств. Вот они:

• биогаз, извлекаемый из продуктов жизнедеятельности домашних животных и птицы;
• брикеты из различных отходов растительного происхождения;
• древесный уголь.

Конечно, если очень постараться, то можно самостоятельно изготовить и пеллеты, и экодизель, и даже экобензин. Подобными вещами люди занимаются в качестве хобби, затрачивая на это годы своей жизни и зачастую немалые средства. Для широкого круга пользователей такие непростые технологии малодоступны, а потому рассматривать их мы не будем.

Бытовое и промышленное биотопливо

Каждая деятельность, связанная с биомассой, производит широкий спектр продуктов и услуг. Например, там, где сахар производится из тростника, многие коммерческие продукты могут быть получены из оставшегося волокна. Если волокно сгорает, то любое избыточное технологическое тепло может быть использовано для выработки электроэнергии. Промывки и золу можно возвращать в почву в качестве удобрения.

Производство электричества из тепловой энергии биомассы, этанола из крахмальных культур, метана из суспензии животных является достаточно затратным.

Производство биотоплива, вероятно, будет наиболее экономичным, если в процессе производства используются уже концентрированные материалы, вероятно, в качестве побочного продукта.  Эти материалы должны быть доступны по низкой цене или в качестве дополнительного дохода в процессе обработки и удаления отходов. Таким образом, должен быть запас биомассы, уже проходящий вблизи предполагаемого места производства, точно так же, как гидроэнергетика зависит от естественного потока воды, уже сосредоточенного в водосборе.

Примерами могут служить отходы из вольеров для животных, обрезки с лесопилок, коммунальные сточные воды,  солома из зерновых.

Примеры биотоплива включают газообразный метан, жидкий этанол, метиловые эфиры, масла и твердый древесный уголь. Термин “биоэнергетика” иногда используется для обозначения

биомассы и биотоплива вместе.

Чрезвычайно важно определить и количественно оценить эти потоки энергии биомассы  в местной экономике, прежде чем указывать вероятные объемы производства. Если только концентрированная биомасса еще не существует в ранее созданных системах, то стоимость роста биомассы и/или  сбор часто бывает слишком большим и слишком сложным для получения экономической выгоды

Биометанол:

Биометанол применение в качестве моторного топлива для двигателей внутреннего сгорания. Общая доля использования продукта в качестве топлива для легковых и грузовых автомобилей составляет 20 %. На базе биометанола сегодня создана уникальная угольная суспензия «метакол», которая является альтернативой применения топочного мазута, но в отличие от него обладает более высокой энергоемкостью и не требует использования специальных котлов. Среди ярких достоинств данного продукта, следует выделить: малый выброс углекислого газа в атмосферу и возможность утилизировать органические отходы. К недостаткам необходимо отнести: наличие бесцветного пламени, что может создавать аварийную ситуацию и травление внутренних полостей карбюраторов и алюминиевых систем.

Технология производства биометанола на данный момент четко не отлажена. Перспективным направлением является процесс получения продукта из фитопланктона, посредством биохимического преобразования исходного сырья. Процесс преобразования включает брожение биомассы, а затем прямое окисление метана.

Преимущества данной технологии очевидны: не требуется пресная вода и почва. Фитопланктон имеет хорошую энергетическую отдачу и обладает высокой продуктивностью.

Сфера применения биометанола не ограничивается автомобильной отраслью – продукт также широко используется в химической промышленности для получения метиламинов, формальдегидов, растворителей, его добавляют в антифризы и природный газ.

Поколения биотоплива

Биотопливо второго поколения

Главная задача технологий биотоплива второго поколения – увеличить количество выпускаемого экологически устойчивого биотоплива, используя биомассу, состоящую из остаточных непищевых частей растений, таких как стебли, листья, шелуха, оставляемых после извлечения пищевой части. Также годятся непищевые растения (просо, ятрофа) и производственный мусор: древесная стружка, кожура и мякоть от прессовки фруктов и т.п.

Технологии биотоплива второго поколения призваны извлекать полезное сырье из древесной или волокнистой биомассы, содержащей полезные сахара в целлюлозе и лигнине. Все растения содержат целлюлозу и лигнин. Они представляют собой составные углеводы (молекулы, основанные на сахаре). Лигноцеллюлозный этанол получают путем отделения молекул сахаров от целлюлозы, используя энзимы, нагревание паром и другие дообработки. С помощью брожения из данных сахаров можно получить этанол таким же путем, как и биоэтанол первого поколения. Побочным продуктом этого процесса является лигнин, которой может быть сожжен как не влияющий на концентрацию углекислого газа в атмосфере для выработки тепла и энергии. Также лигноцеллюлозный этанол сокращает выбросы парниковых газов на 90% по сравнению с ископаемой нефтью.

Биотопливо третьего поколения

Биотопливо третьего поколения или водорослевое топливо изготовляется из водорослей. Водоросли – одновременно дешевое и высокопродуктивное сырье для получения биотоплива. По данным экспериментов заявляют, что можно произвести в 30 раз больше энергии с акра водорослей, чем с акра наземных растений, таких как соя. На фоне растущих цен на ископаемые виды топлива (например, нефть), проявляют все больше интереса к разведению водорослей. Одно из превосходств биотоплива над другими видами топлива – это его биологическая разложимость и относительная безопасность для окружающей среды при его утечке. Тем не менее, водорослевое топливо имеет и свои трудности при производстве: необходима большая площадь для выращивания водорослей. Министерство энергетики США полагает, что если заменить все нефтяное топливо в США на водорослевое, то на водорослевые фермы потребуется около 15000 кв. миль (38,849 кв. километров), что примерно соответствует площади штата Мэриленд или 1/7 площади, отведенной под зерновые культуры в 2000 году.

Большинство биотоплива получают путем преобразования органического вещества в топливо, однако существует альтернативный подход, основанный на том, что некоторые водоросли от природы вырабатывают этанол, который можно собирать без уничтожения самого растения. На данный момент компания Алгенол пытается поставить данный метод на коммерческую основу.

{odnaknopka}

Твердое биотопливо

Самый распространённый вид альтернативной энергии. Основная технология, по которой производится твердое биотопливо, — термохимический катализ. Различают агрегатные состояния энергоресурсов. Первичное применяется в необработанном виде на генерацию электричества или отопление. Сюда относятся каменный уголь и древесина. Вторичное состояние биотоплива как альтернативного источника энергии – видоизмененное под влиянием технологических процессов. Результат производства используется в промышленности, для поддержания работоспособности агрегатов, машин.

Древесина

Применяется в качестве первичного источника энергии. В регионе, где задействована древесина как экологический вид топлива, создается возможность для развития экономики, повышение энергетической безопасности района. Особенно актуально стоит вопрос для регионов, не обладающих достаточными запасами газа и нефти. Основные преимущества биотоплива состоят в прямой экономической выгоде, расширению сферы применения, отсутствию неактивности.

В каком виде используется:

• Пеллеты;
• Шайбы;
• Брикеты;
• Щепа;
• Лесной массив, валежник.

Болотный и лесной торф

Представляет собой чистое топливо, которое может использоваться в первичном агрегатном состоянии. Свежий торф для топки не походит ввиду высокой влажности и наличия большого количества посторонних примесей. Чаще для нужд энергетики забирается верховой и переходный материал ввиду того, что эти виды дают минимальное количество отходов в процессе сгорания. Для загрузки промышленных и бытовых печей болотный и лесной топливный торф перерабатывают на специальных производствах. Получаются следующие виды экологически чистого топлива:

• Торфяная крошка. Добывается фрезерным способом, затем просушивается. Используется редко, закладка малыми объемами;
• Полубрикеты. Самый дешевый вид топлива. Требует установки дополнительных фильтрующих элементов в печи и бережного отношения при транспортировке;
• Брикеты. На производстве смешиваются с другими материалами для усиления практических свойств;
• Пеллеты. Гранулированные изделия.

Преимущества и недостатки биотоплива:

1. Плюсы: подходит для всех типов котлов, быстро разгорается, держит температуру до 10 часов, КПД выше, чем у дров и угля, компактно в хранении.
2. Легко воспламеняется, большое количеств золы, неприятный запах, активно впитывает влагу.

Топливо из сельскохозяйственных отходов

Побочные продукты животноводства, культурных растений, багасса и другие материалы могут активно использоваться во вторичном производстве. Использование биотоплива, полученного из отходов сельского хозяйства, имеет ярко выраженную региональную принадлежность. На практике такие продукты могут сжигаться в первичном состоянии в локации предприятия или использоваться в качестве сырья для получения экологических энергоресурсов.

При применении различных способов получения биотоплива получаются следующие виды материалов:

• Жидкие – биодизель и биоэтанол (на основе растительных видов сырья);
• В твердом виде. При производстве биотоплива используют кукурузу, семена подсолнечника, навоз и помет;
• Газообразное.

Биотопливо животного происхождения

Получать энергоресурсы можно не только из растительного сырья. С использованием специальных реакторов можно получать  экологически чистое топлива, примером которого можно считать биотопливо (дизель). Технология производства сводится к предварительной обработке жирового сырья, понижении кислотного числа. Конечными продуктами являются дистиллированный спирт, глицерин и керосин.