Способы получения биотоплива

Реферат: Способы получения биотоплива

Содержание

Введение

Чтопредставляет собой биотопливо

Видыбиотоплива

Технологияполучения дизельного топлива из рапсового масла

Обратнаясторона производства биотоплива из рапса

Биотопливо:Хорошо или Плохо?.

Биотопливов России

Заключение

Использованнаялитература

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Биотопливо – это топливоиз биологического сырья получаемое в результате переработки стеблей сахарноготростника или семян рапса, кукурузы, сои.

Рапс (лат. Brassicanapus) — вид травянистых растений из семейства Капустные (Крестоцветные).Важное масличное растение; экономическое значение рапса к концу XX векасущественно выросло в связи с тем, что он начал использоваться для получениябиодизеля.

/>

Рис.1 Соцветие рапса

Относительно местапроисхождения рапса до сих пор нет единого мнения, но во многих странах Европы,Азии, Америки и Северной Африки рапс встречается в одичалом состоянии каксорняк. В России как масличную культуру его начали возделывать с начала XIX в.

Рапс — однолетнеерастение длинного дня, холодостойкое, требовательное к влаге и плодородиюпочвы, хорошо произрастает в умеренной зоне. Размножается рапс семенами.

В настоящее времянасчитывают 12 разновидностей рапса.

· При создании сортов пищевого направленияк основным задачам следует отнести увеличение содержания масла в семенах иповышение его качества. Важное значение в селекции рапса этого направленияимеет окраска семян. Предпочтительны желтосемянные сорта, поскольку ониотличаются повышенным содержанием масла и белка и низким — клетчатки(используется в производстве маргарина, жидких жиров олеиновой кислоты ).

· При создании сортов технического направлениянеобходимы сорта, содержащие в своём составе те или иные жирные кислоты.Например, технические масла (гидравлическое и смазочное) и биотопливо должныобладать высоким содержанием эруковой кислоты, а предназначенные дляпроизводства синтетических моющих средств и парфюмерной продукции — лауреновой.

· При создании сортов кормового направлениянеобходимы сорта с высоким качеством как семян, так и зелёной массы, повышеннымсодержанием белка, сбалансированного по аминокислотному составу, и низкимуровнем глюкозинолатов[1]. 

 

 

 

 

Что представляет собойбиотопливо?

Первое что приходит вголову обыкновенные дрова. Твердое биотопливо.

Дрова — древнейшее топливо, используемое человечеством. В настоящее время дляпроизводства дров или биомассы выращивают энергетические леса, состоящие избыстрооборачиваемых растений. 

 

Виды биотоплива 

 

Биоэтанол— обычный этанол, получаемый в процессе переработки растительного сырья дляиспользования в качестве биотоплива. Полное производство этанола на 2009 было73.9 миллиарда литров (19.5 миллиардов галлонов) согласно данным, собраннымF.O. Licht. GRFA предсказывает, что глобальное производство достигнет 85.9миллиардов литров (22.7 миллиарда галлонов) в 2010 (на 16.2% больше чем в2009г.). В этом году производство Этанола переместит потребность в 370миллионах эквивалентных баррелей нефти глобально.

ü Мировоепроизводство биоэтанола в 2005 составило 36,3 млрд литров, из которых 45 %пришлось на Бразилию и 44,7 % — на США. Этанол в Бразилии производитсяпреимущественно из сахарного тростника, а в США — из кукурузы.

Производство этанола изтростника на сегодняшний день экономически более выгодно, чем из кукурузы.Федеральное правительство США предоставляет производителям этанола налоговыйкредит (но не субсидии) до $0,51 за галлон этанола. Бразильский этанол дёшевиз-за низких заработных плат у сборщиков сахарного тростника.

Биометанол — метиловыйспирт, произведенный в результате переработки биологического сырья (шелухизерен и семечек, сухих листьев, навоза, помета), а также из органическогомусора.

В числе относительноновых способов использования метанола, а соответственно и биометанола, выделяют:

— применение в качестведобавки к автомобильным бензинам;

— применение втопливных элементах;

— для метилированиярастительных масел в процессе производства биодизеля.

Основными достоинствамибиометанола являются:

— низкий объем выбросовуглекислого газа;

— возможностьорганизовать переработку (рециклинг) отходов животноводства и сельскогохозяйства.

Главные недостаткибиометанола:

— низкий энергетическийКПД — максимум 68%;

— бесцветное пламя, чтоможет привести к аварийным ситуациям;

— срок окупаемостипроекта — до 20 лет.

Всего в миренасчитывается примерно 90 заводов по производству метанола. Темпы роста объемових выпуска довольно низкие и составляют всего 4% в год.

В мире насчитываетсявсего 5 перспективных проектов, касающихся биометанола, среди них:BioMCN(Нидерланды, Европа), Smithfield Foods (Юта, США), North Shore EnergyTechnologies (в перспективе, США), Norin Green (в перспективе, Япония), AtlanticBiomass (в перспективе, США).

20% совокупногопотребления метилового спирта как в чистом виде, так и в виде его производныхприходится на долю транспортных средств. Несмотря на то, что к 2020 году долябиотоплив в транспортном секторе должна превысить 6%, доля биометанолаостанется довольно низкой — всего 0,2%.

Бутиловый спирт — Биобутанол Бутанол- C4H10O — Бесцветная жидкость с характерным запахом.Широко используется в промышленности. Энергия бутанола близка к энергиибензина. Бутанол может использоваться в топливных элементах, как сырьё дляпроизводства водорода. Кроме того, бутанол используют в качестве растворителяпри производстве некоторых видов лакокрасочных материалов.

Россия — крупнейшийпроизводитель и экспортер бутанола. За последние пять летболее 60% произведенного в стране бутилового спирта поставлялось потребителямна внешних рынках сбыта. Бутиловые спирты в России выпускают следующиепредприятия (указаны в порядке убывания производственных мощностей):«Салаватнефтеоргсинтез», «Сибур-Химпром», Ангарская НХК, «Невинномысский Азот».

В США ежегоднопроизводится 1,39 млрд литров бутанола приблизительно на $1,4 млрд. Энергиябутанола близка к энергии бензина.

В 2007 году вВеликобритании начались продажи биобутанола в качестве добавки к бензину.

Диметиловый эфир(C2H6O) — экологически чистое топливо без содержания серы, содержаниеоксидов азота в выхлопных газах на 90 % меньше, чем у бензина. Можетпроизводиться как из угля, природного газа, так и из биомассы.

Применение диметиловогоэфира не требует специальных фильтров, но необходима переделка систем питания(установка газобалонного оборудования, корректировка смесеобразования) изажигания двигателя. Без переделки возможно применение на автомобилях сLPG-двигателями при 30 % содержании в топливе.

В июле 2006 года НациональнаяКомиссия Развития и Реформ (NDRC) (Китай) приняла стандарт использованиядиметилового эфира в качестве топлива. Китайское правительство будетподдерживать развитие диметилового эфира, как возможную альтернативу дизельномутопливу. В ближайшие 5 лет Китай планирует производить 5-10 млн тонндиметилового эфира в год.

Департамент транспортаи связи Москвы подготовил проект постановлениягородского правительства «О расширении применения диметилового эфира и другихальтернативных видов моторного топлива». Автомобили с двигателями, работающимина диметиловом эфире разрабатывают KAMAZ, Volvo, Nissan и китайская компанияSAIC Motor.

Биодизель— топливо на основе жиров животного, растительного и микробного происхождения,а также продуктов их этерификации. Сырьём могут быть рапсовое, соевое,пальмовое, кокосовое масло, или любого другого масла-сырца, а также отходыпищевой промышленности. Разрабатываются технологии производства биодизеля изводорослей. Биодизель обладает рядом существенных преимуществ. Он нетоксичен(его токсичность составляет лишь 10% от токсичности поваренной соли),разлагается в естественных условиях (приблизительно за то же время, что исахар), практически не содержит серы и канцерогенного бензола.

Ø  Сточки зрения получения энергии данная биосистема имеет существенныеэкономические преимущества по сравнению с другими способами преобразованиясолнечной энергии.

Ø  Микроскопическиеводоросли являются источником биотоплива, которое можно использовать вместопривычной солярки (дизеля минерального). Водоросли — это источник энергии иметод борьбы с глобальным потеплением. Водоросли относятся к числу наиболеебыстро растущих растений во всем мире, и на 50% состоят из масел, которыеиспользуются для производства биодизельного топлива. В настоящее времянасчитывается около 65000 известных видов водорослей, а сотни тысяч ещепредстоит определить. Как известно, одни из видов могут быть идеальны дляработы реактивного двигателя, в то время как другие — для дизельного.

Ø  Урожайностьбиодизеля из масличных культур, таких как сафлор, может быть увеличена до 24процентов с использованием нового процесса, разработанного химиками изКалифорнийского Университета в Дэвисе. Метод основан на преобразованиирастительных масел и углеводов в биодизельное топливо в одном процессе, атакже, используя этот метод, улучшаються эксплуатационные характеристикибиодизеля, особенно в холодную погоду. Затраты прииспользовании такого нового процесса могут быть несколько выше, чем при обычномпроизводстве биодизеля, но они должны быть компенсированы за счет увеличенияобъемов производимого биотоплива (до 24%) и улучшения его производительности.

Как говорилось раннее,сырьём для производства биотоплива могут быть различные растительные масла, втом числе и РАПСОВОЕ (основной вид сырья в Европейском Союзе).

Поговорим поподробнее орапсе, его выращивании, применении. 

 

Технология получениядизельного биотоплива из рапсового масла 

 

Областьприменения:

Транспорт, сельскоехозяйство, энергетика.

Характеристикибиотоплива:

представляет собойсмесь метиловых эфиров высших жирных кислот (более 90% составляют эфирыолеиновой, линолевой и пальмитиновой кислот)

1. вязкаяжидкость светло-желтого цвета

2. легкорастворимо в неполярных и хлорированных органических растворителях

3. малорастворимо в воде 

 

Физико-химическиепоказатели биотоплива:

Цетановое число Не менее 47 Кинематическая вязкость при 20 °С, мм2/с 7,1 Температура застывания, °С Не выше -38 Температура помутнения, °С не выше − 5 Температура вспышки в закрытом тигле, °С не ниже 138 Теплотворная способность, кДж/кг − 39670 Концентрация смол, мг на 100 см3 топлива не более 39,5 Кислотность, мг КОН на 100 см3 топлива не более 5 Зольность, % не более 0,04 Коэффициент фильтруемости не более 3 Плотность при 20 °С, кг/м3 не более 880 Содержание механических примесей отсутствует Содержание воды, % отсутствует Массовая доля серы, % отсутствует 

 

Преимуществатехнологии получения биотоплива:

технологический процессполучения дизельного биотоплива является непрерывным, что позволяет полностьюего автоматизировать

технология являетсябезотходной, позволяя получать ценные сопутствующие продукты: твердое топливо,жмых для приготовления кормов, техническое мыло, глицерин

технология являетсяэкологически чистой (отсутствие вредных газообразных выбросов, небольшоеколичество сточных вод)

технология получениябиотоплива является материало- и ресурсосберегающей.

/>

Рис. 2 Семена рапса.

 

 

 

Обратная сторонапроизводства биотоплива из рапса

Технология выращиваниярапса подразумевает 2-3-х разовую обработку посевов ядохимикатами при помощиавиации во время цветения растений.

А это означает:

Во-первых,что опылители-насекомые, медоносные пчёлы уничтожаются в массовом порядке.Спрятать их негде, вокруг куда ни глянь один рапс, а держать пчёл закрытыми 15дней в улье в этот периоду их размножения всё равно, что посадить человека втюрьму на 15 лет;

Во-вторых,ветер, а в степи штиля нет, разносит ядовитую смесь на прилегающую к посевамтерриторию населённых пунктов, водоёмов, пастбищ, дач, лесополос. Что попадаетв пищу животных, то попадает и на наш стол вместе с молоком, мясом, овощами, водой.А как же быть со здоровьем?

В-третьих,технология уборки урожая рапса, отличается от других сельскохозяйственныхкультур. Отличие заключается в том, что семена рапса на одном растениисозревают в разное время и по мере созревания коробочки, в которых содержитсясемечко, раскрываются и семя высыпается на землю. Чтобы этого не произошло,сразу после окончания цветения проводят авиахимобработку, после которой засчитанные часы растения сбрасывают листву и превращаются в сухую, как солома,массу. Сбрасывает листву и всё, на что угодила ядовитая жидкость.  

 

Биотопливо: хорошо илиплохо?

Производствобиотоплива, несомненно, имеет множество положительных моментов. Во-первых,биотопливо – это дешево. Во-вторых, производство не является трудоемким.В-третьих, машины, использующие биотопливо, меньше загрязняют окружающую среду.Однако по мнению британской организации Oxfam, биотопливо (первого поколения,использующее рапс, кукурузу и т.п.) ответственно за 30 млн человек по всемумиру, существующих в нищете. Эксперты считают, что из-за биотоплива в миреможет разразиться продовольственный кризис в результате вытеснения зерновыхкультур посевами биотопливных растений. Ведь биотопливо – это слишком выгодно,и уж гораздо выгоднее, чем выращивать хлеб.

Ø  Международноеэнергетическое агентство подсчитало, что к 2030 году около 3,5% пахотных земельбудут отданы под рапс, кукурузу, свеклу и тростник.

Ø  НаселениеЗемли растет, и к 2030 г. человечеству потребуется продовольствия на 50%больше, чем сегодня. К 2080 г. продовольствия потребуется уже в 2 раза больше.Вместе с тем переход на биотоплива означает, что больше пахотных земельпридется выделить на нужды «зеленой энергетики», а не на производствопродовольствия. 

 

Биотопливо в России.

У России есть все шансыстать мировым лидером по производству биотоплива. По крайней мере планы у«Корпорации Биотехнологии», контрольный пакет акций который находитсяв руках у госкорпорации «Ростехнологии», очень амбициозные: онапообещала создать 10 площадей по выпуску биотоплива по всей стране. К 2017 годукорпорация планирует открыть 30 биопроизводств. Производить эти заводы должныбиобутанол в объеме не менее 2 млн тонн в год. Однако биобутанол непростой: вРоссии разрабатывается технология биобутанола второго поколения – в качествесырья предполагается использовать не кукурузу, а непищевые источники сырья –опилки, солома, торф.