Биодизельное топливо: что это и где применяют

Тенденции развития мирового рынка биотоплива

Движущими факторами для распространения биотоплива являются угрозы, связанные с энергетической безопасностью, изменением климата и экономическим спадом. Распространение производства биотоплива по всему миру нацелено на увеличение доли потребления экологически чистого топлива, особенно на транспорте; снижение зависимости от импортируемой нефти для многих стран; снижение выбросов парниковых газов; развитие экономики. Биотопливо является альтернативой традиционным видам топлива, получаемым из нефти. Мировыми центрами производства биотоплива в 2014 являются США, Бразилия и Европейский Союз. Самый распространённый вид биотоплива – биоэтанол, его доля составляет 82% всего производимого в мире топлива из биологического сырья. Ведущими его производителями являются США и Бразилия. На 2-м месте находится биодизель. В Европейском Союзе сосредоточено 49% производства биодизеля. В долгосрочной перспективе постоянно растущий спрос на биотопливо со стороны наземного, воздушного и морского транспорта может сильно изменить сложившуюся ситуацию на мировом рынке энергоносителей. Использование сельскохозяйственного сырья для производства жидкого биотоплива и рост объёмов его производства обусловили спрос на сельскохозяйственную продукцию, что повлияло на цены продовольственных культур, используемых при производстве биотоплива. Объём производства биотоплива второго поколения продолжает расти, и к 2020 мировое производство биотоплива второго поколения должно составить 10 млрд. литров. Мировое производство биотоплива к 2020 должно увеличиться на 25% и составить ок. 140 млрд. литров. В Европейском Союзе основная часть производства биотоплива приходится на биодизель, производимый из семян масличных культур (рапса). По прогнозам, в странах Евросоюза будет расширяться производство биоэтанола из пшеницы и кукурузы, а также сахарной свёклы. В Бразилии, как ожидается, производство биоэтанола будет продолжать расти ускоренными темпами и достигнет к 2017 примерно 41 млрд. литров. В целом производство биоэтанола и биодизеля, согласно прогнозу, к 2020 будет возрастать быстрыми темпами и составит 125 и 25 млрд. литров соответственно. Начался быстрый рост производства биотоплива в Азии. По данным на 2014, Китай находится на третьем месте по производству биоэтанола, и ожидается, что это производство будет расти в течение следующих десяти лет более чем на 4% в год. В Индии производство биоэтанола из мелассы, согласно прогнозам, будет увеличиваться более чем на 7% в год. При этом расширяется производство биодизеля из новых культур, таких как ятрофа.

По прогнозам Мирового энергетического агентства (МЭА), нехватка нефти в 2025 будет оцениваться в 14%. По данным МЭА, если даже общий объём производства биотоплива (в том числе биоэтанола и биодизеля) к 2021 составит 220 млрд. литров, то его производство покроет лишь 7% мировой потребности в топливе. Темпы роста производства биотоплива намного отстают от темпов роста потребности в них. Происходит это из-за наличия дешёвого сырья и недостаточного финансирования. Массовое коммерческое использование биотоплива будет определяться достижением ценового равновесия с традиционными видами топлива, получаемыми из нефти. По прогнозам учёных, доля возобновляемых источников энергии к 2040 достигнет 47,7%, а биомассы – 23,8%.

При существующем уровне развития технологий производство биотоплива будет составлять небольшую часть глобальных поставок энергии, цены на энергию будут оказывать влияние на стоимость сельскохозяйственного сырья. Биотопливо может по-разному воздействовать на продовольственную безопасность – рост цен на сырьевые товары, обусловленный производством биотоплива, может нанести ущерб импортёрам продовольствия, с другой стороны, стимулировать внутреннее сельскохозяйственное производство мелкими фермерскими хозяйствами.

История развития

Переетерификация растительных жиров была осуществлена ​​1853 учеными E. Duffy и J. Patrick, задолго до запуска первого дизельного двигателя. 10 июня 1893 в городе Аугсбург, Германия Рудольф Дизель испытал свой ​​первый одноцилиндровый двигатель, который был длиной 3м и весил 4,5 тонны. Двигатель взорвался и чуть не убил изобретателя. В память о событии 10 июня провозглашен «Международным днем ​​биодизеля». В 1900 году на всемирной выставке в Париже Дизель продемонстрировав свой ​​двигатель получил главную награду.

Дизель верил, что будущее для его двигателей с использованием биотоплива. В 1912 году он сказал «использования растительных жиров для производства топлива может выдаваться несущественным сейчас, но с течением времени такие жиры могут стать столь же важными, как продукты из нефти и угольной смолы в наше время».

В течение -х, производители дизельных двигателей переориентировали свои двигатели на использование дизельного топлива изготовленного из нефти, который имеет меньшую вязкость по сравнению с растительными жирами. Нефтяная промышленность смогла осуществить вторжение на топливный рынок поскольку производство топлива из нефти была значительно дешевле чем из биологического сырья. Как следствие многолетний упадок производства биотоплива. Лишь недавно на фоне обеспокоенность состоянием окружающей среды и уменьшение разницы в стоимости, биотопливо такое как биодизель стало реальной альтернативой.

Исследования в области использования переетерификованои подсолнечного масла и повышение ее качества стандартам обычного дизельного топлива начались в ЮАР в 1979. До 1983 результаты исследований были опубликованы. Технологический процесс позволял изготавливать биодизель, качество которого соответствовала нормам обычного дизельного топлива. Австралийская компания Gaskoks, получила технологию от южноафриканских исследователей, и построила первый пилотный завод для производства биодизеля в ноябре 1987, а первый завод для массового производства в апреле 1989 (с способностью перерабатывать 30 000 тонн рапса в год).

В течение -х, заводы были сооружении во многих европейских странах, в частности Чехии, Германии и Швеции. Франция начала собственное производство биодизеля из рапсового масла в обычное дизельное топливо добавляется 5% биодизеля, а в дизельное топливо используемое общественным транспортом 30%. Продолжаются эксперименты с использованием 50% биодизеля. Между тем, страны во всем мире начинают развивать собственное производство: в 1998 Австрийский Биодизельный Институт определил 21 страну где есть коммерческие проекты по производству биодизеля.

В сентябре Миннесота стала первым штатом США в котором законодательно установленная норма согласно которой разрешена продажа только дизельного топлива содержание биодизеля в котором не меньше 2%.

Свойства

Биотопливо обладает поистине удивительными свойствами. Так, обыкновенная поваренная соль в 10 раз более токсичная по сравнению с биодизелем.

Также следует отметить и чрезвычайно высокую температуру воспламенения биотоплива – 150 градусов против 50 градусов по Цельсию у обычного бензина. Данное обстоятельство делает биодизель значительно более безопасным при транспортировке и хранении.

При сжигании такого топлива не образуется неприятных запахов. Вместо привычной вони чувствуется приятный аромат заморских растений.

Применение биодизеля не ухудшает рабочих характеристик силового агрегата: мощность и крутящий момент не меняются. При этом еще и увеличивается срок полезной эксплуатации ДВС.

↑ Автомобили на «традиционном» альтернативном топливе

Постоянно усиливающаяся проблема с ростом цен на топливо и загрязнением окружающей среды заставляет производителей активнее разрабатывать силовые установки, работающие на альтернативном топливе. Среди этих этих разработок уже выделились достаточно «традиционные» направления. Среди них:

1) «Биоэтанол»

. Ну, это обычный этиловый спирт, а «био» — потому, что его производят из растительного сырья. Этот вид топлива в двигателях внутреннего сгорания пробовали применять ещё в конце 19 века. Однако тогда этанол не выдержал конкуренции с бензином — он даёт меньше энергии при сгорании, а значит — уменьшается мощность двигателя. Сейчас к идее вернулись, отчасти благодаря постоянно дорожающей нефти, отчасти ради заботы об окружающей среде — в отличие от бензина, автомобили, работающие на этаноле, своими выбросами куда менее вредят атмосфере.

Однако, помимо меньшей энергоёмкости, ещё одной проблемой являются затраты на производство этанола. Сейчас этанол в тех странах, где пытаются на него переходить, получают из зерна или сахарной свеклы, т. е. пищевых продуктов. И растительного сырья нужно много — так, например, одна заправка спортивного автомобиля может съесть до 250 кг. кукурузы. На фоне подступающего мирового продовольственного кризиса планы США по производству биотоплива из растительного сырья (а там на этанол пускают уже где-то 25% выращиваемой кукурузы) многие подвергли резкой критике. Ринулись переходить на альтернативное топливо и в Швеции — компания Saab недавно продала уже стотысячный автомобиль, работающий на этаноле.

2) «Биодизель»

. Ещё одна разновидность топлива из растительного сырья, возможность использования которого использовали ещё в начале 20 века. Наиболее предпочтительным сырьём для производства этого вида топлива является рапс, можно использовать также сою, хлопок и т. п.

3) Природный газ

. В общем-то, этот вид топлива уже давно используется в качестве «альтернативного» и в настоящее время газ является самым популярным альтернативным топливом. Газ дешевле и запасов его в мире больше, машины, работающие на природном газе, меньше загрязняют окружающую среду, однако за счёт того, что для хранения газа нужны тяжёлые и прочные баллоны, для небольших автомобилей использование газа не очень выгодно.

4) Водород

. У этого вида топлива как альтернативы традиционному в будущем очень много сторонников. Использование водорода в качестве топлива, с одной стороны, достаточно привлекательный вариант — он при сгорании совершенно не загрязняет атмосферу, не выбрасывая, в отличие от других «альтернативных топлив», даже углекислого газа, вызывающего парниковый эффект. Кроме того, его энергия сгорания весьма высока. Автомобили, работающие на водороде, уже выпущены, и ряд корпораций планирует выпустить ещё больше автомобилей, работающих на водороде, в ближайшее время.

Автомобиль , работающий на водороде

Однако, есть немало проблем. Во-первых, водород очень взрывоопасен, и хранить его неудобно и дорого. Во-вторых, само получение водорода требует затрат энергии, и имеет смысл, очевидно, только в том случае, если для его получения будет использоваться «даровая» энергия ветра или Солнца, иначе никакого выигрыша с точки зрения охраны окружающей среды получено не будет. В-третьих, переоборудование автомобиля для работы на водороде приведёт к усложению и утяжелению конструкции.

В конструктивном плане есть два варианта получения энергии из водорода — это использование т. н. топливных элементов, либо использование водорода в качестве топлива в обычном двигателе внутреннего сгорания. У обоих вариантов есть плюсы и минусы, сторонники и противники.

Этот автомобиль, выпущенный , может работать аж на 5 различных видах топлива. Это биоэтанольная смесь E85, сжатый природный газ, биогаз, бензин и газовая смесь Hythane (10% водорода и 90% природного газа метана)

Преимущества биодизельного топлива

Главное преимущество биодизеля – это то, что его производят из ресурсов, которые быстро восстанавливаются (запасы нефти, например, практически невосстановимы). К примеру, данный вопрос является очень актуальным для коллективных хозяйств, которые занимаются переработкой масла, у всех встает больной вопрос, где взять солярку к началу сезона. Ответ прост, сделать биодизель из своего же сырья и быть полностью автономными в потреблении топлива. Растительное происхождение. Подчеркнем, что биодизель не обладает бензоловым запахом и изготавливается из масел, сырьем для которых служат растения, улучшающие структурный и химический состав почв в системах севооборота. Сырьем для производства биодизеля могут быть различные растительные масла: подсолнечное, рапсовое, соевое, арахисовое, пальмовое, хлопковое, льняное, кокосовое, кукурузное, горчичное, касторовое, конопляное, кунжутное, отработанные масла (использованные, например, при приготовлении пищи), а также животные жиры. Экология. Сильной стороной биодизеля так же является то, что он при сгорании выбрасывает в атмосферу гораздо меньше вредных газов (биодизель в сравнении с минеральным аналогом почти не содержит серы (Биологическая безвредность. По сравнению с минеральным маслом, 1 литр которого способен загрязнить 1 млн литров питьевой воды и привести к гибели водной флоры и фауны, биодизель, как показывают опыты, при попадании в воду не причиняет вреда ни растениям, ни животным. Кроме того, он подвергается практически полному биологическому распаду: в почве или в воде микроорганизмы за месяц перерабатывают 99% биодизеля, что позволяет говорить о минимизации загрязнения рек и озер при переводе водного транспорта на альтернативное топливо. Меньше выбросов СО2. При сгорании биодизеля выделяется ровно такое же количество углекислого газа, которое было потреблено из атмосферы растением, являющимся исходным сырьем для производства масла, за весь период его жизни. Тем не менее, следует заметить, что назвать биодизель экологически чистым топливом было бы неверно. Он дает меньшее количество выбросов углекислого газа в атмосферу, чем обычное дизтопливо, но все таки это не нулевой выброс. Хорошие смазочные характеристики. Известно, что минеральное дизтопливо при устранении из него сернистых соединений теряет свои смазочные способности. Биодизель же, несмотря на значительно меньшее содержание серы, характеризуется хорошими смазочными свойствами. Это обуславливается его химическим составом и содержанием в нем кислорода. Например, грузовик из Германии попал в Книгу рекордов Гиннеса, проехав более 1,25 миллиона километров на биодизельном топливе со своим оригинальным двигателем. Увеличение срока службы двигателя. При работе двигателя на биодизеле одновременно производится смазка его подвижных частей, в результате которой, как показывают испытания, достигается увеличение срока службы самого двигателя и топливного насоса в среднем на 60%

Важно отметить, что нет необходимости модернизировать двигатель. Высокая температура воспламенения

Еще один технический показатель, интересный для организаций, хранящих и транспортирующих ГСМ: точка воспламенения. Для биодизеля, ее значение превышает 150°С, что позволяет назвать биогорючее относительно безопасным веществом. Тем не менее, это не означает, что к нему можно относиться с халатностью.

Газомоторное топливо

Оптимальным во всех отношениях вариантом для замещения бензина и дизельного топлива сегодня является газомоторное топливо. Это экономный и экологически чистый вид горючего, широко распространённый во всём мире. В России среди других видов альтернативного моторного топлива чаще встречаются сжиженный углеводородный газ и компримированный природный газ. Потребление газа в виде топлива для автомобилей постоянно увеличивается, поскольку этому благоприятствуют большие запасы ресурса, активное развитие газозаправочной инфраструктуры и сравнительно низкая стоимость. Городские власти экономят внушительные суммы, переводя пассажирский транспорт и коммунальную технику на газомоторное топливо.

Сети заправок стремительно растут, а в ближайшие годы планируется существенное расширение инфраструктуры и увеличение поставок топлива. Многие предприятия сегодня стремятся к осуществлению работы автопарка на природном газе, переходят на него и автовладельцы, которые ценят экономичность (а она заметна с первых километров), хотя первоначальное переоборудование автомобиля потребует немалых затрат. Так, компримированный или сжиженный метан, сжиженные углеводородные газы в виде пропан-бутановых смесей, на которых базируется топливо, благодаря многочисленным преимуществам являются более логичной альтернативой привычному горючему.

Плюсы и минусы биодизеля

Топливо указанного вида обладает множеством характеристик. Среди них положительными являются:

• хорошие смазочные свойства;
• высокий показатель цетанового числа. Для минерального топлива — до 45, для метилового эфира — минимум 51;
• продолжительный срок эксплуатации двигателя;
• высокий показатель температуры воспламенения.

Помимо этого важно отметить широкую распространенность глицерина, получаемого в ходе производства биодизельного топлива. Продукция данного вида используется для различных целей

Ее добавляют в моющие средства, к примеру — в мыло. Глубокая очистка вещества позволяет получить фармакологический глицерин. Этот компонент отличается высокой стоимостью. В среднем, тонна сырья оценивается в 1 тысячу евро. Если добавить в глицерин фосфорную кислоту, можно получить эффективные удобрения.

Недостатками биодизеля можно считать следующие характеристики:

• необходимость подогрева сырья в холодное время года. Решить эту проблему можно путем применения смеси, в которой присутствует 20% биодизеля и 80% солярки марки В20;
• непродолжительный срок хранения — в пределах 3 месяцев;
• использование верхнего плодородного слоя почвы при производстве биодизеля из растений.

Биотопливо третьего поколения

Биотопливо третьего поколения вырабатывается из водорослей, но до его практического применения пока еще далеко. В отличие от сырья для первого и второго поколений, водоросли можно выращивать на землях и в водоемах, непригодных для сельского хозяйства или. Также для их выращивания могут использоваться и закрытые фитобиореакторы. По мере роста водоросли накапливают жиры и биомасла, имеющие молекулярную структуру, аналогичную традиционной нефти. Причем рост происходит посредством естественного фотосинтеза, для которого требуется солнечный свет, вода и углекислый газ, а также питательные вещества. Растущие водоросли потребляют углекислый газ, обеспечивая снижение объемов парниковых газов в атмосфере. Водоросли вырабатывают больший объем биотоплива с одного акра (0,4 га) занимаемых площадей, чем источники биотоплива на базе сельскохозяйственных культур. Водоросли могут вырабатывать более 2000 галлонов топлива с акра занимаемых площадей в год. Примерный выход топлива, получаемого из других источников, намного ниже: пальма – 650 галлонов, сахарный тростник – 450 галлонов, кукуруза – 250 галлонов, соя – 50 галлонов.

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.

Матрицы могут быть цилиндрическими или плоскими. Первые — более производительные, используются в основном в мощных промышленных установках. На небольших грануляторах, которые чаще используются в индивидуальном хозяйстве, обычно устанавливаются плоские.

Разница между дизелем, биодизелем и растительным маслом

Хотя технически дизельные двигатели могут работать на огромном количестве различных видов топлива, три наиболее распространенных варианта — это дизельное топливо из нефти, биодизельное топливо из растительных и животных продуктов и натуральное растительное масло или животный жир.

• Дизельное топливо , или петродизельное топливо, является топливом, наиболее часто доступным на автозаправочных станциях , и это то, на что рассчитаны современные дизельные транспортные средства. Это нефтепродукт, как и бензин, что делает его ископаемым топливом.
• Биодизель , в отличие от обычного дизеля, производится из возобновляемых растительных масел и животных жиров. В идеальных условиях он функционально аналогичен нефтяному дизельному топливу, поэтому вы можете использовать его практически на любом дизельном двигателе, практически не используя процесс преобразования. Главное предостережение в том, что чистый биодизель не так хорош в холодную погоду, поэтому его часто продают как смесь с обычным дизельным топливом. Например, B20 состоит из 20 процентов биодизеля и 80 процентов петродизеля. Существуют и другие проблемы с прямым биодизелем в некоторых двигателях, но об этом мы поговорим позже.
• Прямое растительное масло (SVO) и отработанное растительное масло (WVO) — это именно то, на что они похожи. SVO — это новое, неиспользованное растительное масло, а WVO — это растительное масло, полученное из ресторана. Хотя можно использовать дизельный двигатель на свежем растительном масле, купленном в магазине, гораздо более распространенным и более экономичным способом является получение отработанного масла в ресторанах. Затем масло необходимо процедить, прежде чем его можно будет использовать в качестве топлива. Некоторый уровень модификации обычно также требуется, прежде чем вы сможете безопасно запустить современный дизельный двигатель на растительном масле.