Биотопливо

[править | править исходный текст]

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Биото́пливо — 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).

Виды топлив[править | править исходный текст]

Биотоплива разделяют на твердые, жидкие и газообразные. Твердые — это традиционные дрова (часто в виде отходов деревообработки) и топливные гранулы (прессованные мелкие остатки деревообработки).

Жидкие топлива — это спирты (метанол, этанол, бутанол), эфиры, биодизель и биомазут.

Газообразные топлива — различные газовые смеси с угарным газом, метаном, водородом получаемые при термическом разложении сырья в присутствии кислорода (газификация), без кислорода (пиролиз) или при сбраживании под воздействием бактерий.

Биотопливо второго поколения[править | править исходный текст]

Завод пиролиза биомассы, Австрия

Биотопливо второго поколения — различное топливо, полученное различными методами пиролиза биомассы, или прочие виды топлива, помимо метанола, этанола, биодизеля произведенное из источников сырья «второго поколения».

Источниками сырья для биотоплива второго поколения являются лигно-целлюлозные соединения, остающиеся после того, как пригодные для использования в пищевой промышленности части биологического сырья удаляются. Использование биомассы для производства Биотоплива второго поколения направленно на сокращение количества использованной земли, пригодной для ведения сельского хозяйства^[5]. К растениям — источникам сырья второго поколения относятся^[6]:

· Водоросли — являющиеся простыми организмами, приспособленными к росту в загрязненной или соленой воде (содержат до двухсот раз больше масла, чем источники первого поколения, таких как соевые бобы);

· Рыжик (растение) — растущий в ротации с пшеницей и другими зерновыми культурами.

· Jatropha curcas или Ятрофа — растущее в засушливых почвах, с содержанием масла от 27 до 40 % в зависимости от вида.

Быстрый пиролиз позволяет превратить биомассу в жидкость, которую легче и дешевле транспортировать, хранить и использовать. Из жидкости можно произвести автомобильное топливо, или топливо для электростанций.

Из биотоплив второго поколения, продающихся на рынке, наиболее известны BioOil производства канадской компании Dynamotive и SunDiesel германской компании CHOREN Industries GmbH

По оценкам Германского Энергетического Агентства (Deutsche Energie-Agentur GmbH) (при ныне существующих технологиях) производство топлив пиролизом биомассы может покрыть 20 % потребностей Германии в автомобильном топливе. К 2030 году, с развитием технологий, пиролиз биомассы может обеспечить 35 % германского потребления автомобильного топлива. Себестоимость производства составит менее €0,80 за литр топлива.

Создана «Пиролизная сеть» (Pyrolysis Network (PyNe) — исследовательская организация, объединяющая исследователей из 15 стран Европы, США и Канады.

Весьма перспективно также использование жидких продуктов пиролиза древесины хвойных пород. Например, смесь 70 % живичного скипидара, 25 % метанола и 5 % ацетона, то есть фракций сухой перегонки смолистой древесины сосны, с успехом может применяться в качестве замены бензина марки А-80. Причем для перегонки применяются отходы дереводобычи: сучья, пень, кора. Выход топливных фракций — до 100 килограммов с тонны отходов.

Биотопливо третьего поколения[править | править исходный текст]

Биотопливо третьего поколения — топлива, полученные из водорослей.

Департамент Энергетики США с 1978 года по 1996 года исследовал водоросли с высоким содержанием масла по программе «Aquatic Species Program». Исследователи пришли к выводу, что Калифорния, Гавайи и Нью-Мексико пригодны для промышленного производства водорослей в открытых прудах. В течение 6 лет водоросли выращивались в прудах площадью 1000 м². Пруд в Нью-Мексико показал высокую эффективность в захвате СО₂. Урожайность составила более 50 гр. водорослей с 1 м² в день. 200 тысяч гектаров прудов могут производить топливо, достаточное для годового потребления 5 % автомобилей США. 200 тысяч гектаров — это менее 0,1 % земель США, пригодных для выращивания водорослей. У технологии ещё остаётся множество проблем. Например, водоросли любят высокую температуру, для их производства хорошо подходит пустынный климат, но требуется некая температурная регуляция при ночных перепадах температур. В конце 1990-х годов технология не попала в промышленное производство из-за низкой стоимости нефти.

Кроме выращивания водорослей в открытых прудах существуют технологии выращивания водорослей в малых биореакторах, расположенных вблизи электростанций. Сбросное теплоТЭЦ способно покрыть до 77 % потребностей в тепле, необходимом для выращивания водорослей. Эта технология не требует жаркого пустынного климата.

Критика[править | править исходный текст]

Критики развития биотопливной индустрии заявляют, что растущий спрос на биотопливо вынуждает сельхозпроизводителей сокращать посевные площади под продовольственными культурами и перераспределять их в пользу топливных. Например, при производстве этанола из кормовой кукурузы, барда используется для производства комбикорма для скота и птицы. При производстве биодизеля из сои или рапса жмых используется для производства комбикорма для скота. То есть производство биотоплива создаёт ещё одну стадию переработки сельскохозяйственного сырья.

· По расчётам экономистов из Университета Миннесоты, в результате биотопливного бума число голодающих на планете к 2025 году возрастёт до 1,2 млрд человек^[8].

· Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (FAO) в своем отчете за 2005 год говорит о том, что рост потребления биотоплив может помочь диверсифицировать сельскохозяйственную и лесную деятельность, и улучшить безопасность пищевых продуктов, способствуя экономическому развитию. Производство биотоплив позволит создать в развивающихся странах новые рабочие места, снизить зависимость развивающихся стран от импорта нефти. Кроме этого производство биотоплив позволит вовлечь в оборот ныне не используемые земли. Например, в Мозамбике сельское хозяйство ведётся на 4,3 млн га из 63,5 млн га потенциально пригодных земель.

· К 2007 году в США для производства этанола работали 110 ректификационных заводов и строились ещё 73. К концу 2008 американские мощности по производству этанола достигнут 11,4 млрд. галлонов в год. Джордж Буш в обращении к нации в 2008 году призвал к 2017 г. поднять производство биоэтанола до 35 млрд галлонов в год.^[9]

· Для одной заправки этанолом джипа (100 л) требуется около 450 фунтов кукурузы. Это пропитание одного человека «третьего мира» в течение почти года. Таким образом, в случае реализации планов администрации США по расширению производства биотоплива, в 2017 году только для американских автомобилей потребуется продуктов, достаточных для пропитания более чем миллиарду людей.^[10]

· В «Размышлениях главнокомандующего» (28.03.2007) Фидель Кастро Рус^[11] посвятил критике президента США Джорджa Бушa, который «после совещания с главными американскими автомобилестроителями высказал свою дьявольскую идею о производстве топлива из продуктов питания… Глава империи хвалился тем, что Соединенные Штаты, используя кукурузу в качестве сырья, уже стали первым в мире производителем этанола», — писал Кастро. И затем, опираясь на цифры и факты, показал, что такой подход обострит проблемы снабжения продовольствием в странах третьего мира, население которых и так часто живет впроголодь.

· В Индонезии и Малайзии для создания пальмовых плантаций была вырублена немалая часть тропических лесов. То же самое произошло на Борнео и Суматре. Причиной стала гонка за производством биодизеля — топлива в качестве альтернативы дизельному топливу (рапсовое масло в качестве топлива может использоваться в чистом виде). Невысокая себестоимость и небольшие энергозатраты — то, что нужно для производства альтернативного топлива из полутехнических масличных культур.

Биотопливо в Европе[править | править исходный текст]

Европейская комиссия поставила задачу использовать к 2020 году альтернативные источники энергии как минимум в 10 % транспортных средств. Есть также промежуточная цель в 5,75 % к 2010 г.

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

Дебаты по поводу жизнеспособности биотоплива на протяжении 2008 года привели к повторному всестороннему исследованию проблемы комиссией, возглавляемой Галлахером. Было рассмотрено непрямое влияние использования биотоплива на производство пищевых продуктов, разнообразие выращиваемых культур, цены на продовольствие 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 г., на три года позже, чем было изначально предложено. Более того, дальнейшее внедрение должно быть сопряжено с обязательным требованием к компаниям применять новейшие технологии, ориентированные на топливо второго поколения^[13].

C 1 апреля 2011 года на более чем 300 шведских заправочных станциях можно приобрести новый дизель. Швеция стала первой страной в мире, где можно заправлять машины эко-дизелем, сделанным на основе масла шведских сосен. «Это хороший пример того, как можно использовать многие ценные составляющие леса и как наше „зеленое золото“ может дать и больше рабочих мест и лучше климат» — министр сельского хозяйства страны Эскиль Эрландссон/Eskil Erlandsson^[14].

8 марта 2013 года был выполнен первый коммерческий трансатлантический авиарейс на биотопливе. Рейс выполнил самолет Боинг-777-200 авиакомпании KLM по маршруту Амстердам - Нью-Йорк.

Биотопливо в России[править | править исходный текст]

По данным Росстата, в 2010 году российский экспорт топлива растительного происхождения (в том числе солома, жмых, щепа и древесина) составил более 2,7 млн тонн. Россия входит в тройку стран экспортеров топливных пеллет на европейском рынке. Всего около 20 % произведённых биотоплив потребляется в России^[15].
Потенциальное производство в России биогаза — до 72 млрд м³ в год. Потенциально возможное производство из биогаза электроэнергии составляет 151 200 ГВт, тепла — 169 344 ГВт.

В 2012—2013 годах планируется ввести в эксплуатацию более 50 биогазовых электростанций в 27 регионах России. Установленная мощность каждой станций составит от 350 кВт до 10 МВт. Суммарная мощность станций превысит 120 МВт. Общая стоимость проектов составит от 58,5 до 75,8 млрд рублей (в зависимости от параметров оценки). Реализацией данного проекта занимаются ГК "Корпорация «ГазЭнергоСтрой» и Корпорация «БиоГазЭнергоСтрой».

Экономический эффект[править | править исходный текст]

По оценкам Merrill Lynch прекращение производства биотоплива приведёт к росту цен на нефть и бензин на 15 %^[16].

Потенциал[править | править исходный текст]

По оценкам Стэндфордского университета во всём мире из сельскохозяйственного оборота выведено 385—472 миллиона гектаров земли. Выращивание на этих землях сырья для производства биотоплив позволит увеличить долю биотоплив до 8 % в мировом энергетическом балансе. На транспорте доля биотоплив может составить от 10 % до 25 %^[17

Безплотинная гидроэлектростанция Н.Ленёва. Волшебные 45°

Оригинал взят у a_forester в Безплотинная гидроэлектростанция Н.Ленёва. Волшебные 45°

Безплотинная гидроэлектростанция представляет собой устойство, преобразующее энергию потокаводы в электроэнергию. Особенностью безплотинной ГЭС является: отсутствие затрат на возведение и поддержание плотины и отсутствия затопления больших территорий и, следовательно, отрицательного воздействия на окружающую среду.
Сегодня бесплотинную ГЭС - изобретение Николая Ленёва - испытывают московские учёные, им заинтересовались за рубежом. Однако успеху сибирского самоучки предшествовал сложный путь. Ленёву даже пришлось продать жильё в провинции, чтобы иметь возможность отстоять своё открытие в столице.



История изобретения
Кое-где в глубинке, где нет мостов через реки, ещё сохранились допотопные паромы. С берега наберег переброшен трос, к которому привязана платформа. К днищу такого парома вертикально крепится жёсткий стальной лист, направленный под углом 45° к набегающему водному потоку. Он и перемещаетпаром поперёк русла.

Видимо, это древнее, как мир, устройство натолкнуло алтайского самоучку Николая Ленёва на идею бесплотинной электростанции. Точно так же под углом 45° к течению реки он разместил дощечки. Соединил их велосипедной цепью - получился замкнутый контур, вращаемый набегающим потоком. Раму с цепью установил на поплавках, которые крепятся к якорям или берегам. Осталось передатьвращение на электрогенератор.

Волшебные 45°

Первый образец, собранный в сарае из подручных материалов, весил чуть больше 20 кг, к воде его запросто переносили двое мужиков. А мощность позволяла освещать и отапливать домашнее хозяйство. Себестоимость его была смехотворной - 3 тыс. рублей. Следующие изделия стали более солидными. Станция мощностью 10 кВт, сделанная из углепластика и титана, весила 240 кг и обошлась в 2000 долл. Мощность последней электростанции достигла 400 кВт, она предназначалась для реки шириной 6 м и глубиной 2,5 м.

Перспективы безплотинных ГЭС Пока теоретики ломают голову, бесплотинные электростанции дают свет и тепло в Хакасии и Якутии, Пермском и Красноярском краях, первые договоры с Ленёвым заключили за рубежом. Если немного приподняться над изяществом той «игрушки», которую сегодня вместе с Ленёвым испытывают московские учёные, и заглянуть чуть вперёд, мы увидим удивительную картину. Больше незачем сбрасывать каменные глыбы в воды могучих сибирских рек. Гидроэлектростанции ближайшего будущего смогут обходиться без гигантских бетонных плотин. Не будут разливаться искусственные моря, изменяя климат окрестных мест, затапливая поля и луга. Не будут гнить водохранилища. Трещины в плотинах перестанут угрожать безопасности поселений. Исчезнет опасностьтаких аварий, как прошлогодняя на Саяно-Шушенской ГЭС. Начнётся новая эра в энергетике - бесплотинных электростанций. Нефть на Земле вычерпают лет через 20-30, ещё через полвека иссякнут запасы «голубого золота», но мир не погрузится в тьму и холод. Нас спасут инженерные решения, подобные тем, что нашёлНиколай Ленёв. Независимо от того, дадут добро начальники от науки на их реализацию или не дадут. ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЙ КВАРТАЛ BEDZED В ЛОНДОНЕ

BED ZED — это аббревиатура и уже узнаваемый в Англии бренд. BeddingtonZeroEnergyDevelopment — так называется комплекс из нескольких зданий в небольшом поселке в округе Саттон в 15 км от Лондона, в котором реализованы самые инновационные «зеленые» строительные технологии.Появился BED ZED в результате сотрудничества архитектора Билла Данстера, давно вынашивавшего планы построить такое экологичное жилье, девелоперской компании BioRegional и землевладельца PeabodyTrust.

Комплекс был закончен в 2002 году и, хотя и собрал множество архитектурных и экологических наград, во многом стал экспериментом и для его создателей, и для жильцов.Сегодня BED ZED — это 99 жилых помещений и полторы тысячи квадратных метров офисных площадей, преимущественно сдаваемых в аренду молодым инновационным компаниям, работающим в сфере архитектуры и строительства.

В проекте BEDZED множество классических «зеленых» решений. Дома хорошо утеплены, использованы трехслойные стеклопакеты и системы рекуперации энергии. Дождевая вода собирается и используется для технических нужд, мусор сортируется и перерабатывается. Приоритет в квартале отдается пешеходам и велосипедистам. Использование автомобиля сведено к минимуму. Это решение базируется на простом наблюдении: большую часть времени автомобиль в средней семье простаивает — на парковке, в гараже или в пробке. При этом он сжигает дорогой и вредный бензин, занимает место на дороге, требует обслуживания и оплаты налогов.

Симпатичные раструбы на крышах зданий – это приводы вытяжной системы вентиляции, работающие от силы ветра. Эта яркая архитектурная деталь не только позволяет издалека узнать BED ZED, но и экономит энергию. Скорость ветра на высоте крыши всегда постоянная, около 4 м/с, что обеспечивает бесперебойную работу вентиляции без электричества.

Но совсем без машины в современной Англии обойтись пока сложно. В BED ZED было найдено простое решение — был подписан договор с лизинговой компанией, которая предоставляет в пользование жителям квартала машины по определенному расписанию. Для заказа автомобиля нужно просто заранее подать заявку через сайт или по SMS. Членство в таком автоклубе обходится каждому водителю в сумму, меньшую, чем регулярные затраты на содержание собственной машины. Сам квартал находится всего в 500 метрах от железнодорожной станции.

BedZED позиционируется как проект с минимальным выбросом CO2 в атмосферу. При строительстве использовались только те материалы, которые впоследствии легко утилизировать. В проекте полностью отказались от использования невозобновляемой энергии, получаемой от сжигания нефти и газа. Тепло и электричество производит станция, где сжигаются отходы древесины. Часть горячей воды для нужд отопления и водоснабжения здесь получают от солнечных коллекторов на крышах зданий, общая площадь которых составляет 777 кв. м.

Проект получил множество архитектурных призов, был номинирован на Премию Стирлинга (StirlingPrize) в 2003 году.BioRegional, девелопер проекта, теперь планирует тиражировать опыт и модель поселения BED ZED еще в двух местах в Великобритании, а также в США и Португалии. Появилась целая программа сообществ «Одна планета». 7 независимых градостроительных проектов уже присоединились к этой программе и применяют те же принципы «устойчивого» общежития, которые реализованы в деревне под Лондоном. Муниципалитет Хэкбридж, где находится BED ZED, заявил о планах стать первым «самым устойчивым» муниципалитетом в Англии, где будут полностью реализованы планы развития эко-поселений, устойчивого транспорта и потребления местных продуктов.

По материал статьи из журнала «ЮНИДО в России»