Биотопливо – это топливо из биологического сырья получаемое в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои.
Рапс (лат. Brassica napus) — вид травянистых растений из семейства Капустные (Крестоцветные).
Важное масличное растение; экономическое значение рапса к концу XX века существенно выросло в связи с тем, что он начал использоваться для получения биодизеля.
Рис.1 Соцветие рапса
Относительно места происхождения рапса до сих пор нет единого мнения, но во многих странах Европы, Азии, Америки и Северной Африки рапс встречается в одичалом состоянии как сорняк. В России как масличную культуру его начали возделывать с начала XIX в.
Рапс — однолетнее растение длинного дня, холодостойкое, требовательное к влаге и плодородию почвы, хорошо произрастает в умеренной зоне. Размножается рапс семенами.
В настоящее время насчитывают 12 разновидностей рапса.
При создании сортов пищевого направления
При создании сортов технического направления
При создании сортов кормового направления
Что представляет собой биотопливо?
Первое что приходит в голову обыкновенные дрова. Твердое биотопливо.
Дрова — древнейшее топливо, используемое человечеством. В настоящее время для производства дров или биомассы выращивают энергетические леса, состоящие из быстрооборачиваемых растений.
Виды биотоплива
Биоэтанол
- Мировое производство биоэтанола в 2005 составило 36,3 млрд литров, из которых 45 % пришлось на Бразилию и 44,7 % — на США. Этанол в Бразилии производится преимущественно из сахарного тростника, а в США — из кукурузы.
Производство этанола из тростника на сегодняшний день экономически более выгодно, чем из кукурузы. Федеральное правительство США предоставляет производителям этанола налоговый кредит (но не субсидии) до $0,51 за галлон этанола. Бразильский этанол дёшев из-за низких заработных плат у сборщиков сахарного тростника.
Биометанол
В числе относительно новых способов использования метанола, а соответственно и биометанола, выделяют:
- применение в качестве добавки к автомобильным бензинам;
- применение в топливных элементах;
- для метилирования растительных масел в процессе производства биодизеля.
Основными достоинствами биометанола являются:
- низкий объем выбросов углекислого газа;
- возможность организовать переработку (рециклинг) отходов животноводства и сельского хозяйства.
Главные недостатки биометанола:
- низкий энергетический КПД — максимум 68%;
- бесцветное пламя, что может привести к аварийным ситуациям;
- срок окупаемости проекта — до 20 лет.
Всего в мире насчитывается примерно 90 заводов по производству метанола. Темпы роста объемов их выпуска довольно низкие и составляют всего 4% в год.
Технология возделывания ярового рапса в Смоленской области
... юго-восточной зоне Краснодарского края исследования по технологии возделывания ярового рапса раннее не проводились. Сорта ярового рапса и сурепицы были выведены во ВНИИМК им. ... С появлением безэруковых низкоглюкозинолатных сортов рапс (собственно рапс и сурепица) превратился в культуру больших потенциальных возможностей. Исследования по технологии возделывания ярового рапса и сурепицы проводились в ...
В мире насчитывается всего 5 перспективных проектов,касающихся биометанола, среди них: BioMCN (Нидерланды, Европа), Smithfield Foods (Юта, США), North Shore Energy Technologies (в перспективе, США), Norin Green (в перспективе, Япония), Atlantic Biomass (в перспективе, США).
к 2020 году
Бутиловый спирт
Россия — крупнейший производитель и экспортер бутанола.
В США ежегодно производится 1,39 млрд литров бутанола приблизительно на $1,4 млрд. Энергия бутанола близка к энергии бензина.
В 2007 году в Великобритании начались продажи биобутанола в качестве добавки к бензину.
Диметиловый эфир( C2H6O)
Применение диметилового эфира не требует специальных фильтров, но необходима переделка систем питания (установка газобалонного оборудования, корректировка смесеобразования) и зажигания двигателя. Без переделки возможно применение на автомобилях с LPG-двигателями при 30 % содержании в топливе.
Национальная Комиссия Развития и Реформ (NDRC) (Китай), Департамент транспорта и связи Москвы
Биодизель
- С точки зрения получения энергии данная биосистема имеет существенные экономические преимущества по сравнению с другими способами преобразования солнечной энергии.
— Микроскопические водоросли являются источником биотоплива, которое можно использовать вместо привычной солярки (дизеля минерального).
Водоросли — это источник энергии и метод борьбы с глобальным потеплением. Водоросли относятся к числу наиболее быстро растущих растений во всем мире, и на 50% состоят из масел, которые используются для производства биодизельного топлива. В настоящее время насчитывается около 65000 известных видов водорослей, а сотни тысяч еще предстоит определить. Как известно, одни из видов могут быть идеальны для работы реактивного двигателя, в то время как другие — для дизельного.
— Урожайность биодизеля из масличных культур, таких как сафлор, может быть увеличена до 24 процентов с использованием нового процесса, разработанного химиками из Калифорнийского Университета в Дэвисе. Метод основан на преобразовании растительных масел и углеводов в биодизельное топливо в одном процессе, а также, используя этот метод, улучшаються эксплуатационные характеристики биодизеля, особенно в холодную погоду. Затраты при использовании такого нового процесса могут быть несколько выше, чем при обычном производстве биодизеля, но они должны быть компенсированы за счет увеличения объемов производимого биотоплива (до 24%) и улучшения его производительности.
Как говорилось раннее, сырьём для производства биотоплива могут быть различные растительные масла, в том числе и РАПСОВОЕ (основной вид сырья в Европейском Союзе).
Поговорим поподробнее о рапсе, его выращивании, применении.
Технология получения дизельного биотоплива из рапсового масла
Область применения:
Транспорт, сельское хозяйство, энергетика.
Характеристики биотоплива:
представляет собой смесь метиловых эфиров высших жирных кислот (более 90% составляют эфиры олеиновой, линолевой и пальмитиновой кислот)
1. вязкая жидкость светло-желтого цвета
2. легко растворимо в неполярных и хлорированных органических растворителях
3. мало растворимо в воде
Физико-химические показатели 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 |
Преимущества технологии получения биотоплива:
технологический процесс получения дизельного биотоплива является непрерывным, что позволяет полностью его автоматизировать
технология является безотходной, позволяя получать ценные сопутствующие продукты: твердое топливо, жмых для приготовления кормов, техническое мыло, глицерин
технология является экологически чистой (отсутствие вредных газообразных выбросов, небольшое количество сточных вод)
технология получения биотоплива является материало- и ресурсосберегающей.
Рис. 2 Семена рапса.
Обратная сторона производства биотоплива из рапса
Технология выращивания рапса подразумевает 2-3-х разовую обработку посевов ядохимикатами при помощи авиации во время цветения растений.
А это означает:
Во-первых
Во-вторых
В-третьих
Биотопливо: хорошо или плохо?
Производство биотоплива, 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 всему миру, существующих в нищете. Эксперты считают, что из-за биотоплива в мире может разразиться продовольственный кризис в результате вытеснения зерновых культур посевами биотопливных растений. Ведь биотопливо – это слишком выгодно, и уж гораздо выгоднее, чем выращивать хлеб.
- Международное энергетическое агентство подсчитало, что к 2030 году около 3,5% пахотных земель будут отданы под рапс, кукурузу, свеклу и тростник.
— Население Земли 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 земель придется выделить на нужды «зеленой энергетики», а не на производство продовольствия.
Биотопливо в России.
У России есть все шансы стать мировым лидером по производству биотоплива. По крайней мере планы у «Корпорации Биотехнологии», контрольный пакет акций который находится в руках у госкорпорации «Ростехнологии», очень амбициозные: она пообещала создать 10 площадей по выпуску биотоплива по всей стране. К 2017 году корпорация планирует открыть 30 биопроизводств. Производить эти заводы должны биобутанол в объеме не менее 2 млн тонн в год. Однако биобутанол непростой: в России разрабатывается технология биобутанола второго поколения – в качестве сырья предполагается использовать не кукурузу, а непищевые источники сырья – опилки, солома, торф.
- Заместитель председателя Еврокомиссии Гюнтер Ферхойген уже предлагал России сотрудничать в области производства биотоплива. Он считает, что «Россия может стать важным партнером в этой сфере».
- Мэр Москвы Юрий Лужков на международной конференции «Альтернативные источники энергии для больших городов» уже заявил, что Москва готова к производству биотоплива из соломы.
Однако реально производят в России пока биотопливо первого поколения – то есть из пищевых продуктов, таких как РАПС . Его производство налажено в Ростовской области , там этим занимается, правда, пока лишь опытно-производственное хозяйство «Экспериментальное» в Зерноградском районе. Однако областная целевая программа предусматривает переход к серийному производству оборудования для биотоплива в 2011-2012 гг. и выделяет на эти цели около 170 млн руб. Выращиванием рапса в качестве сырья для биотоплива занимается Свердловская область . К 2012 году под рапс будет выделено уже 30 тысяч гектаров, а в области появится биотопливный завод.
- Международное энергетическое агентство подсчитало, что к 2030 году около 3,5% пахотных земель будут отданы под рапс, кукурузу, свеклу и тростник.
В этом смысле, налаживание в России производства биотоплива второго поколения, использующего непищевые источники сырья, имеет реальную мировую ценность. России не просто выгодно , а просто необходимо сделать все возможное, чтобы стать лидерами в производстве биотоплива, даже не принимая во внимание его «гуманитарную» значимость.
— Ведь, по расчетам экспертов, на долю биотоплива в 2030 году будет приходиться 7% потребления автомобильного топлива (сейчас – только 1%), а это значит, что торговля нефтью уже не принесет России тех сверхприбылей, которые она получаем сегодня.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Мир вступает в эру биоэкономики, то есть экономики, основанной на биотехнологиях, использующей возобновляемое сырье для производства энергии и материалов.
В экологии биоэкономика позволяет предотвращать загрязнение окружающей среды, снижать объемы выбросов газов, вызывающих парниковый эффект, и других ядовитых веществ.
- Активное использование возобновляемых источников энергии из сельскохозяйственного сырья наблюдается в США, Японии, Бразилии, Китае, Индии, Канаде, странах ЕС.
— Международная энергетическая ассоциация (IEA) прогнозирует, что к 2030 г. мировое производство биотоплива увеличится до 150 млн т энергетического эквивалента нефти. Ежегодные темпы прироста производства составят 7-9%. В результате до 2030 г. доля биотоплива в общем объеме топлива в транспортной сфере достигнет 4-6%
К чему может привести увлечение биотопливом из рапса сложно предсказать. Но хотелось бы, чтоб под благими намерениями мировые ученые, производители и политики не пришли к плачевному результату. Ведь, сожалению, учесть все аспекты очень сложно.
Использованная литература
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/proizvodstva-biotopliva/
1) Http://bioethanol.ru
2) http://ru.wiipedia.org
3) http://research-techart.ru
4) http://advis.ru
5)
6) http://paskalex.blogspot.com
7) http://fhp.bsu.by
8)
Группа веществ, обнаруженных в овощах семейства крестоцветных.
