Биотопливо — Что такое Биотопливо?

Биотопливо — это топливо из растительного или животного сырья.

Биотопливо (Biofuel)- топливо из растительного или животного сырья. Самый древний вид биотоплива – это обыкновенные дрова.
Выделяют:

• жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания — этанол, метанол, биодизель), 
• твердое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга),
• газообразное (синтезированный газ, биогаз, водород)

Использование

Биотопливные культуры выращивают в странах с мощным сельскохозяйственным потенциалом. В их числе США, Бразилия, Индия, Китай. В Украине под биотопливо выращивают рапс, некоторые виды «энергетических» растений. Потребителями биотоплива обычно являются те страны, в которых оно и производится. 

Кукуруза, соевые бобы и сорго являются единственными культурами, которые оказались экономически выгодными для промышленного производства биотоплива в США (большое количество этанола из сахарного тростника производится в тропических странах, таких как Бразилия)

В каких сферах применяют 

биотопливо?

• В промышленности. Огромное количество заводов и фабрик мира используют альтернативные источники энергии для их деятельности.
• В сельском хозяйстве.
• Транспортные средства. 
• В коммунальном хозяйстве.

Вред и польза

Тут мнения разделились, одни считают что биотопливо снижает выбросы парниковых газов до 65 процентов. Кроме того, при выращивании культур для биотоплива они частично поглощают оксид углерода, что делает систему использования биотоплива ещё более устойчивой, другие же обратное, что биотопливо может наносить серьёзный ущерб окружающей среде. В частности, исследователи заявили, что пальмовое или соевое масло, которое используют для получения энергии, выделяет в атмосферу больше углекислого газа, чем любое ископаемое топливо.

​«Биотопливо — один из кандидатов на роль технологии будущего»

— Что такое биотопливо?
— Биотопливо — это органические соединения, которые мы можем использовать для получения энергии. Существуют различные виды биотоплива: твердое (древесные пеллеты, щепа и т.д.), газообразное (биогаз, биоводород, синтез-газ) и жидкое. Жидкое биотопливо самое интересное, так как оно может использоваться на двигателях внутреннего сгорания и реактивных двигателях заменяя топливо из нефтепродуктов. Как правило, это особые углеродные молекулы длиной около 14-15 атомов. В живых организмах они встречаются не очень часто, поэтому нам нужно пытаться каким-то образом находить источники таких длинных молекул. Существуют два способа поиска. Первый способ – использовать существующие пути биосинтеза и каким-то образом пытаться их оптимизировать. Другой вариант — это рассчитать на компьютере принципиально новый путь биосинтеза и создать его в организме с использованием средств синтетической биологии.

— Какие проблемы с топливом существуют на данный момент?
— На самом деле, проблем с топливом сейчас очень много. Мы живем в мире нефти, вся наша цивилизация построена на нефти, весь транспорт, реактивная авиация. Без этого топлива мы не сможем жить. И здесь существует большая проблема: нефть является ископаемым ресурсом, а это значит, что в какой-то момент у нас может оказаться недостаточно ее запасов, пригодных для индустриальной коммерческой добычи, нефть останется где-то в глубоких залежах, в каких-то экономически невыгодных условиях и так далее. Мир уже начинает готовиться к этому моменту. Существует два вопроса. Первый: когда наступит этот момент? И второй вопрос: успеем ли мы разработать соответствующие технологии? Биотопливо — это один из кандидатов на роль такой технологии будущего.

— Какие варианты биотоплива были в истории человечества?
— Основное топливо во многих странах — это древесина. Например, в Танзании порядка 70% энергии до сих пор происходит именно от нее. Конечно, развитые страны от этого ушли очень далеко. Древесина — это на самом деле ресурс исчерпаемый, то есть, если мы будем вырубать деревья слишком быстро, то у нас, естественно, энергия закончится. Такой кризис был в Англии в XVI-XVII веках. У них были огромные леса. Существовала даже пословица, в которой говорилось, что в Англии белка способна пересечь всю страну, не спрыгнув на землю. Но для того, чтобы выплавлять сталь, нужно было тратить древесный уголь. В то время на 1 килограмм стали необходимо было 50 килограмм угля. А чтобы получить древесный уголь, нужно было собрать много древесины и обжечь ее. Таким образом, англичане вырубили практически все экономически рентабельные леса. Примерно в начале XVII века из-за этого в Англии резко упала выплавка железа. Они стали импортировать железо из Швеции и России. Это происходило до тех пор, пока они не открыли следующий источник энергии — каменный уголь. Тогда индустриальная машина английской промышленной революции заработала снова. Сейчас может сложиться похожая ситуация. У Англии были огромные запасы угля, и в свое время они посчитали, что его хватит на три тысячи лет, разделив количество запасов на ежегодную добычу. Но в 1860 году Джевонс написал книгу «Вопрос об угле в Англии», где рассказал о том, что потребление угля увеличивается на 3% в год, и к концу XX века уголь в Англии закончится. Он был абсолютно прав. Сейчас в Англии только 6 крупных шахт, а при Джевонсе было 3 тысячи.

— Что появилось после древесины?
— После древесины появилось масло. Рудольф Дизель в конце 19 века использовал на своем двигателе растительное масло, и он работал. Сейчас проблема состоит в том, что для обеспечения нашего общества автомобильным топливом, у нас недостаточно места, где мы могли бы выращивать культуры, из которых производится растительное масло. Кроме того, если мы начнем сажать пальмы, сою или рапс для того, чтобы производить топливо, нам будет не хватать земли для производства продуктов питания. Сейчас существует очень серьезная проблема: продукты против топлива. Таким образом, первое поколение биотоплива, произведенное из тех продуктов, которые могут использоваться для производства продуктов питания — это тупиковый путь развития. Ставится задача производить биотопливо таким способом, чтобы оно ни в коем случае не вступало в конкуренцию с производством продуктов питания. Это уже биотопливо второго поколения. Из соломы, различных отходов сельского хозяйства, древесины можно получать те же виды биотоплива, что и из пищевых культур.

— Насколько первое и второе поколения биотоплива эффективны и жизнеспособны?

— Есть два основных вида биотоплива первого и второго поколения: этанол и биодизель получаемый из растительных масел. В США много кукурузы, а в Бразилии — сахарного тростника, поэтому там очень удобно получать спирт. Его можно добавлять в определенной концентрации в бензин. Сейчас производится множество автомобилей, которые способны ездить на таком бензине, на «зеленом» бензине с добавкой этанола. В США, Бразилии и Европе производство биотоплива первого поколения используется фактически для дополнительного стимулирования сельского хозяйства и снижения зависимости от нефти. Первое и второе поколение биотоплива— это попытка задействовать существующие мощности. Потому что строить с нуля индустрию в капиталистическом мире очень сложно и дорого. Гораздо лучше задействовать существующие технологии получения спирта и растительных масел. Первое и второе поколение используют эти технологии. А вот третье поколение биотоплива — это совершенно новая вещь. В основе процесса получения биотоплива лежат фотосинтетические микроводоросли. Они используют энергию света для того, чтобы поглотить углекислоту из воздуха для производства органических соединений. Микроводоросли очень маленькие — 1, 2, 3, 10 микрометров в диаметре, и способны производить очень большое количество жиров внутри клетки — липидов. Эти липиды обладают длинной углеродной цепочкой. Их можно выделить и переработать в биотопливо. Плюсы в том, что этим микроводорослям не нужно выращивать корневую систему, листья и так далее, то есть это просто клетки с липидами внутри. Они очень быстро растут, их можно достаточно технологично собирать. И сейчас это, конечно, очень интересное направление.

— Как выглядит процесс получения биотоплива третьего поколения?
— Для начала нужно вырастить микроводоросли. Затем эту биомассу нужно собрать. Ее можно просто взять как есть, засунуть в установку и поднять температуру давление. Произойдет гидрокрекинг и выделится фракция бионефти. Ее мы можем почистить на обычных нефтеперегонных установках. Существует и другой вариант. Мы можем выделить какую-то фракцию из биомассы микроводорослей и переделать ее в биотопливо химически. Итаких технологий очень много. Если сравнивать с обычными сельскохозяйственными культурами, из микроводорослей можно получить на порядок больше биотоплива. Это происходит из-за того, что, во-первых, им не нужно синтезировать корни, ветки, листья, они представляют собой маленькие клетки. Во-вторых, они очень быстро растут. Сельскохозяйственная культура растет в течение длинного сезона. А для того, чтобы вырастить микроводоросли, нужна пара недель.

— Что представляет собой лаборатория по производству биотоплива из микроорганизмов?
— Основа такой лаборатории это большая установка под названием «фотобиореактор». Они могут быть как открытыми, так и закрытыми. Открытые фотобиореакторы — это пруды, заполненные водой темно-зеленого цвета, закрытые — это целлофановые мешки или пластиковые трубы, внутри которых растут микроводоросли. Когда они вырастают, их собирают, разрушают, выделяют нужную фракцию, и потом уже эту фракцию химически перерабатывают. Есть еще и четвертое поколение биотоплива. Это технология, при которой используются фотосинтезирующие цианобактерии, которые напрямую производят конечный продукт из СО2. Такой способ очень сильно повышает производительность системы. Представьте себе клетку, которая осуществляет фотосинтез. Она поглотила молекулу углекислого газа из воздуха, превратила ее в органическое соединение, а затем туда, в эту клетку, добавили, например, два гена. Ферменты, которые кодируются этими генами, переработали эти органические соединения в этанол, спирт вышел из клетки наружу. После этого мы можем сделать систему, в которой поверхность воды в фотобиореакторе будет нагреваться солнечным светом, и с нее будет испаряться спирт. Затем можно конденсировать спирт и собирать его. Это очень интересная разработка, она позволяет избежать всех промежуточных этапов сбора и переработки биомассы, сейчас в США она находится на ранней промышленной стадии. В России, конечно, тоже существует много технологий, в том числе основанных на еще советских разработках. Но нас тормозит то, что в России пока не создан рынок биотоплива. Например, если мы произведем этанол, с него будут брать акцизы, в то время как технически возможно сразу на заводе добавлять этанол в бензин и получать биотопливо. Сейчас идет обсуждение возможности добавления 5% спирта в бензин. Экономический эффект от этого тоже был бы положительный. В России есть огромные территории, где занимаются сельским хозяйством, но экономически рентабельно вывозить зерно на экспорт достаточно сложно. Ведь у нас пока что не очень большой внутренний рынок по сравнению с площадями доступными для развития сельского хозяйства. Можно конечно использовать зерно в качестве корма для скота, но, к сожалению, у нас еще недостаточно развито животноводство. Поэтому производство биотоплива или биопластиков может стать весьма перспективным направлением развития сельского хозяйства. Сейчас рынок биопластиков растет со скорость около 20% в год. Это очень перспективная тема.

— Какие еще есть виды биотоплива?
— Сейчас в разработке находится пятое поколение. Это электробиосинтез — использование электричества для синтеза биотоплива. Существуют микробы, которые способны потреблять электроэнергию с электрода, погруженного в раствор. Потенциально они обладают очень высоким КПД. Например, КПД солнечной батареи, которую можно купить в супермаркете составляет порядка 10-15%. Некоторые микроорганизмы способны направлять до 80% электронов полученных с электрода на синтез органических соединений. Если мы сосчитаем 80% от 10-15%, то получится, что порядка 8-12% энергии солнечного света используется для синтеза органических соединений. Казалось бы, не очень много. Но если сравнивать с обычным фотосинтезом, на котором существует вся биосфера, то он обладает эффективностью около 1% конверсии.

— Какие преимущества есть у этого поколения биотоплива?
— Во-первых, это возобновляемый ресурс. То есть его можно использовать очень долго, не обращая внимания на то, что у нас заканчивается нефть или что-то еще происходит. Во-вторых, если мы действительно придумаем такие технологии, которые не будут занимать площади для сельского хозяйства и тратить пресную воду, то тогда мы сможем увеличить производство и продуктов питания и биотоплива. Более того, с помощью таких технологий можно получать биополимеры, пищевые добавки и т.д. Даже еду на определенном этапе развития технологии можно было бы синтезировать таким образом. Сейчас растет количество населения. Нас сейчас около семи миллиардов. Через 35 лет нас будет уже более девяти миллиардов, это на 35% больше. А вот еды, по прогнозам, человечество будет потреблять на 100% больше. Свободной земли приемлемого качества для того, чтобы увеличить в два раза производство питания, у нас к сожалению нет, поэтому нужна глобальная интенсификация производства продуктов питания.

— Какие основные проблемы существуют в развитии этого направления?
— На мой взгляд, главное — это создание рынка. Когда создается рынок, сразу привлекается частная инициатива, а это мощнейший драйвер для развития данной отрасли. Мне кажется, основные задачи на данный момент — это грамотная государственная экономическая политика по созданию рынка биотоплива и биополимеров, а также стимулирование научных исследований в этой области.

Материал подготовлен на основе радиопередачи «ПостНаука» на радио Говорит Москва, которая звучит на частоте 94.8 FM каждое воскресенье в 19.00.

Автор статьи: Ивар Максутов, главный редактор, сооснователь Редакционно-издательского дома «ПостНаука», религиовед
Зоригто Намсараев кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории экологии и геохимической деятельности микроорганизмов Института микробиологии им. С. Н. Виноградского РАН, начальник Лаборатории электробиосинтеза Отделения биотехнологии и биоэнергетики Курчатовского комплекса НБИКС-технологий, НИЦ «Курчатовский институт»
Источник: ПостНаука

Сможет ли биотопливо заменить бензин для автомобилей — Российская газета

Постепенное истощение запасов нефти и газа, удорожание добычи углеводородов, катастрофическое загрязнение окружающей среды при добыче и сжигании угля привели к необходимости использования альтернативных источников энергии.

Особое место среди них занимает биотопливо — различные виды горючих продуктов из растительного сырья, главным преимуществом которых является возобновляемость. Сейчас главное внимание исследователей и практиков направлено на получение жидких и газообразных видов топлива для транспортных средств, а также для систем отопления и производства электроэнергии.

Неудивительно, что первым практически используемым в качестве биотоплива веществом стал обычный этиловый спирт, поскольку получение этанола из растительного, прежде всего пищевого, сырья (зерна, картофеля, сахарной свеклы и т.д.) было налажено еще несколько столетий назад. Правда, для совершенно иной цели. Но резкое удорожание нефти продемонстрировало выгодность использования этанола в качестве топлива для автомобильных двигателей внутреннего сгорания, особенно в странах с дешевым сырьем для микробиологического синтеза спирта. Первой такой страной стала Бразилия, в которой подавляющее количество автомобильного топлива обычно представляет собой смесь 80 процентов биоэтанола из сахарного тростника и 20 процентов бензина. Бразилия производит сейчас около 20 миллиардов литров биоэтанола, примерно столько же спирта (из кукурузы) поступает на рынок США.

Широкое использование спирта уже сейчас вызвало серьезную проблему — огромные площади в США заняты под посевы кукурузы для непищевых целей, поскольку фермерам выгоднее «выращивать» биоэтанол. Кроме того, этиловый спирт энергетически менее эффективен, чем бензин из-за присутствия в молекуле атома кислорода.

В России использование биотоплива на основе этилового спирта проблематично по несколько другим причинам. Во-первых, у нас законодательно ограничен оборот этанола, а во-вторых, этот спирт необходимо как-то перевести в «непитьевое» состояние — даже денатурирование ядовитым пиридином себя не оправдало. И безопасный процесс перевода уже разработан на основе давно известной реакции дегидратации — отщепления воды от молекул спиртов. При определенных условиях получается смесь углеводородов, близкая по составу к бензину. Этот вариант разработан в Институте общей и неорганической химии РАН под руководством члена-корреспондента РАН Александра Гехмана. Хотя при недавнем резком снижении цен на нефть получение синтетического бензина из этанола теряет смысл. Но даже и при повышении стоимости барреля, как подсчитали въедливые ученые, для производства 1 литра биотоплива требует более 1 литра нефти — для работы тракторов и комбайнов, для производства пестицидов и для самого микробиологического синтеза этанола.

Другим спиртом, который можно использовать в качестве возобновляемого биотоплива, является бутиловый спирт, который можно микробиологически получать из сахарного тростника, пшеницы, кукурузы, корнеплодов и даже из отходов лесопереработки. Александр Гехман приветствует этот подход.

При этом эксперт замечает, что «существует и ряд нерешенных технологических проблем, прежде всего из-за невозобновляемости микроорганизмов, используемых для производства биобутанола. Хотя если новым биотопливом удастся заместить хотя бы 5 процентов обычного бензина, это уже можно считать перспективным».

Другим видом биотоплива, производимого уже сейчас в значительных количествах, является биодизель. Это топливо, по составу близкое к дизельному топливу из нефти, получают из липидов (жиров) масличных растений — рапса в нескольких странах ЕС, подсолнечника (Франция и Италия), сои в США, Бразилии и в Африке, пальмового масла в Индонезии и Малайзии. Производство биодизеля в ЕС постоянно растет, как и импорт биодизеля из других стран. По прогнозам, объем потребления биодизеля в ЕС к 2020 году достигнет от 21 до 26 миллионов литров.

Однако увеличение площадей под возделывание этих культур приводит к росту цен на продовольствие и сведению лесов. Делались попытки получения биодизеля из водорослей, но этот процесс оказался неконкурентоспособным. Правда, появилась надежда, что проблема будет решена с помощью микроскопических грибов-паразитов, обитающих внутри древесины и расщепляющих целлюлозу с образованием смеси углеводородов. Такой способностью обладают грибы Gliocladium roseum, паразитирующие на южноамериканском кустарнике эукрифия. Самое поразительное, что при разложении целлюлозы грибы выделяют такие углеводороды, как декан, метилциклогексен, ундекан, октан и бензол. По своему составу эта смесь очень близка к дизельному топливу и вполне может использоваться вместо него. Это открытие было сделано в США, но не менее интересные разработки проводятся и в России.

Так, в работе с участием декана химфака МГУ академика Валерия Лунина была разработана и запатентована биотехнология получения биодизеля на основе липидов мицелиальных грибов, например, гриба Cunnihghamella japonica, образующего до 50 процентов липидов, близких по составу к маслу рапса. Валерий Лунин подчеркивает, что «по сравнению с растительными маслами липиды грибов имеют ряд существенных преимуществ, а именно высокая скорость роста грибов, независимость выхода продукта от сезонных и климатических условий, отсутствие потребности в посевных площадях, возможность создания безотходных технологий».

В России весьма перспективно производить биогаз — метан (или водород) из органических отходов. При этом не требуется использовать пищевое сырье и терять посевные площади, к тому же метан в 20 раз сильнее оказывает влияние на парниковый эффект и его утилизация — прекрасный способ борьбы с глобальным потеплением. Получают биометан в так называемых метан-танках с помощью метанобразующих бактерий. Трудно перечислить все виды отходов для производства биометана — это навоз, отходы многочисленных пищевых производств, фекалии, бытовые отходы, те же водоросли, органический мусор, растительные отходы и т.д. В России на агропредприятиях производится ежегодно около 800 миллионов тонн отходов, из которых можно получить около 70 миллиардов кубометров биометана, при сжигании которого — около 110 миллиардов кВт-ч электроэнергии. Метан-танки устанавливают на свалках, на очистных сооружениях пищевых производств, они могут и отапливаться биометаном. После решения проблемы раздельного сбора отходов в России можно было бы резко сократить площади полигонов твердых бытовых отходов.

Производство биотоплива, несомненно, имеет множество положительных моментов. Однако, как говорит завлаб Института химической физики РАН доктор химических наук Владимир Арутюнов: «Довольно простые оценки, которые еще 40 лет назад сделал Петр Капица, показывают невозможность обеспечить за счет возобновляемых источников энергии уровень энергопотребления развитых стран для всего населения Земли. Следует указать и на этическую сторону вопроса получения биотоплива. Более 2 миллиардов людей в мире испытывают серьезный недостаток продуктов питания. Из-за роста потребности в этаноле и соответствующего роста цен на зерно растут цены и на свинину, говядину, мясо птицы, молоко и т.д. А в России мы еще и не в состоянии полностью обеспечить свои потребности в продовольствии. И вообще, когда схлынет ажиотажный бум, место биотоплива в мировой энергетике не превысит нескольких процентов в мировом энергобалансе».

Справка

Российские автопроизводители также работают над созданием биотопливных машин. Так, еще в 2008 году три Лады Калины, заправленные смесью биобутанола и бензина, проехали 4 тысячи километров от Иркутска до Тольятти. Биотопливо для авто произвел Тулунский гидролизный завод из отходов лесопереработки — щепок и опилок. В 2010 году в ноябре прошел еще один тысячекилометровый автопробег Киров-Москва. Лада Калина на биотопливе проходила испытание и в городских условиях. Год назад создана и биотопливная Лада Гранта. Однако, по мнению производителей, маркетинговые параметры не позволяют рассматривать этот проект как самодостаточный.

✔ Стоит ли использовать биотопливо и почему

Различают твердое, жидкое и газообразное биотопливо. К твердому относятся дрова, торф и различные бытовые и промышленные отходы (например, опилки). Жидкое биотопливо и биогаз получают при помощи специальных ферментов из различного биологического сырья: от сахарного тростника до кукурузы. Подходят для его производства и всевозможные органические отходы — от сорняков и картофельных очистков до птичьего помета и отработанного грибного компоста.

Точкой отсчета для биоэнергетики можно считать тот момент, когда первобытные люди овладели огнем и стали сжигать биомассу (дрова) для получения тепла и приготовления пищи. В XIX веке дрова стали применять и для электрогенерации.

Первая биогазовая установка была построена в 1859 году в индийском Бомбее. Сконструированный Рудольфом Дизелем в 1890-х двигатель внутреннего сгорания мог работать не только на нефтепродуктах, но и на переработанных растительных маслах. Это можно считать зарождением биодизельного топлива.

В ближайшие десятилетия спрос на биоэнергетику должен повыситься, поскольку многие государства стремятся сделать свою экономику безуглеродной. Например, в ряде европейских стран к 2025-2040 годам вступит в действие запрет на продажу автомобилей, работающих на дизеле и бензине.

В 2018 году установленная мощность всех типов биогенерации составляла 115 ГВт — почти 5% мировой возобновляемой энергетики. Более половины этих мощностей — 84 ГВт — приходилось на твердое биотопливо (в основном дрова и торф). К 2024-му установленная мощность биогенерации вырастет до 171 ГВт, а ее доля в возобновляемой энергетике — до 8%. При этом в 2019 году вся биогенерация мира обеспечивала 589 тераватт-часов электроэнергии в год, а к 2030 году эта цифра должна вырасти до 1168 тераватт-часов.

Объем производства биотоплива для транспорта (в первую очередь этанола и биодизеля) в 2018 году составлял 89 млн тонн нефтяного эквивалента. Для выполнения Сценария устойчивого развития МЭА к 2030 году потребление биотоплива в транспортном секторе должно вырасти до 298 млн тонн нефтяного эквивалента. Эти цифры (за 2018 и 2030 годы) соответствуют примерно 3% и 9% глобального спроса на топливо в транспортном секторе.

Обзор: производство биотоплива из биомассы растений и водорослей | Волошин

1. Wurfel P. Physics of solar cells from principles to new concepts. WILEY-VCH; 2005. ISBN 3-527-40428-7.

2. Renewables 2015 global status report. REN21. Paris: REN21 Secretariat; 2015. ISBN 978-3-9815934-6-4.

3. Voloshin R.A., Kreslavski V.D., Zharmukhamedov S.K., Bedbenov V.S., Ramakrishna S., Allakhverdiev S.I. Photoelectrochemical cells based on photosynthetic systems: a review. Biofuel Res J, 2015;6:227-35.

4. Allakhverdiev S.I., Ramakrishna S. A random walk to and through the photoelectrochemical cells based on photosynthetic systems. Biofuel Res J., 2015;6:222.

5. Voloshin R.A., Rodionova M.V., Zharmukhamedov S.K., Hou H., Shen J.-R., Allakhverdiev S.I. Components of natural photosynthetic apparatus in solar cells. In: Najafpour MM, editor. Applied photosynthesis e new progress. Rijeka, Croatia: InTech d.o.o; 2016. p. 161-88.

6. Allakhverdiev S.I., Kreslavski V.D., Thavasi V., Zharmukhamedov S.K., Klimov V.V., Nagata T., et al. Hydrogen photoproduction by use of photosynthetic organisms and biomimetic systems. Photochem. Photobiol.Sci, 2009;8:148-56.

7. Allakhverdiev S.I., Thavasi V., Kreslavski V.D., Zharmukhamedov S.K., Klimov V.V., Ramakrishna S., et al. Photosynthetic hydrogen production. J. Photochem. Photobiol. CPhotochem. Rev., 2010;11:101-13.

8. Razzak S.A., Hossain M.M., Lucky R.A., Bassi A.S., de Lasa H. Integrated CO2 capture, waste water treatment and biofuel production by microalgae culturing-A review. Renew. Sustain. Energy Rev., 2013;27:622-53.

9. Surriya O., Syeda S.S., Waqar K., Gul Kazi A., Ozturk M. Bio-fuels: a blessing in disguise. In: Ozturk M., Ashraf M., Aksoy A., Ahmad M.S.A., editors. Phytoremediation for green energy. Springer; 2015. p. 11-30. http://dx.doi.org/10.1007/978-94-007-7887-0_2.

10. Nigam P.S., Singh A. Production of liquid biofuels from renewable resources. Prog. Energy Combust. Sci., 2011;37:52-68.

11. Dragone G., Fernandes B., Vicente A.A., Teixeira J.A. Third generation biofuels from microalgae. In: Mendez-Vilas A., editor. Current research, technology and education topics in applied microbiology and microbial biotechnology. Formatex; 2010. p. 1355-66.

12. McKendry P. Energy production from biomass (Part 1): overview of biomass. Bioresour. Technol., 2002;83(1):37-46.

13. Alonso D.M., Bond J.Q., Dumesic J.A. Catalytic conversion of biomass to biofuels. GreenChem., 2010;12:1493-513. http://dx.doi.org/10.1039/c004654j.

14. Nada E.M. The manufacture of biodiesel from the used vegetable oil. 2011. A thesis submitted to the Faculty of Engineering at Kassel and Cairo Universities for the degree of Master of Science University of Kassel.

15. Demirbas A. Political, economic and environmental impacts of biofuels: a review. Appl. Energy, 2009;86:108-17.

16. Demirbas A. Biofuels sources, biofuel policy, biofuel economy and global biofuel projections. Energy Convers Manag 2008;49:2106-16.

17. Allakhverdiev S.I., Kreslavski V.D., Thavasi V., Zharmukhamedov S.K., Klimov V.V., Ramakrishna S., et al. Photosynthetic energy conversion: hydrogen photoproduction by natural and biomimetic systems. In: Mukhetjee A, editor. Biomimetics, learning from nature. Rijeka, Croatia: InTech d.o.o; 2010. p. 49-76.

18. Abdelaziz AEM, Leite GB, Hallenbeck PC. Addressing the challenges for sustainable production of algal biofuels: II. Harvesting and conversion to biofuels. Environ Technol 2013;34:1807-36.

19. Chisti Y. Biodiesel from microalgae. Biotechnol Adv 2007;25:249-306.

20. Wang B., Li Y., Wu N., Lan C.Q. CO2 biomitigation using microalgae. Appl. Microbiol. Biotechnol., 2008;79:707-18.

21. Slade R., Bauen A. Micro-algae cultivation for biofuels: cost, energy balance, environmental impacts and future prospects. Biomass Bioenergy, 2013;53:29-38.

22. Bhatt N.C., Panwar A., Bisht T.S., Tamta S. Coupling of algal biofuel production with wastewater. Sci. World J, 2014:10. http://dx.doi.org/10.1155/2014/210504. Article ID 210504.

23. Pandey A., Lee D.-J., Chisti Y., Socol C.R. Biofuels from algae. Elsevier; 2014. ISBN: 978-0-44459558-4.

24. Carlsson A.S., van Beilen J.B., Moller R., Clayton D. In: Bowles D, editor. Micro- and macroalgae: utility for industrial applications, outputs from the EPOBIO project. Newbury (UK). University of York: CPL Press; 2007. p. 1-82.

25. Tran N.H., Bartlett J.R., Kannangara G.S.K., Milev A.S., Volk H., Wilson M.A. Catalytic upgrading of biorefinery oil from micro-algae. Fuel, 2010;189:265-74.

26. Razaghifard R. Algal biofuels. Photosynth. Res, 2013. http://dx.doi.org/10.1007/s11120-0113-9828-z.

27. Alam F., Date A., Rasjidin R., Mobin S., Moria H., Baqui A. Biofuel from algae e is it a viable alternative? Proced. Eng., 2012;49:221-7.

28. Abdulqader G., Barsanti L., Tredici M.R. Harvest of arthrospira platensis from lake Kossorom (Chad) and its household usage among the Kanembu. J. Appl. Phycol., 2000;12:493-8.

29. Borowitzka M.A. Culturing microalgae in outdoor ponds. In: Andersen R.A., editor. Algal culturing techniques. Burlington M.A.: Elsevier Academic Press; 2005. p. 205-18.

30. Carvalho A.P., Meireles L.A., Malcata F.X. Microalgal reactors: a review of enclosed system designs and performances. Biotechnol. Prog, 2006;22:1490-506.

31. Brennan L., Owende P. Biofuels from microalgae e a review of technologies for production, processing, and extractions of biofuels and co-products. J. Renew. Sustain. Energy, 2010;14:557-77.

32. Chini Zittelli G., Rodolfi L., Biondi N., Tredici M.R. Productivity and photosynthetic efficiency of outdoor cultures of Tetraselmis suecica in annular columns. Aquaculture, 2006;261:932-43.

33. Kirm I., Brandin J., Sanati M. Shift catalysts in biomass generated synthesis gas. Top. Catal., 2007;45:2-11. http://dx.doi.org/10.1007/s11244-007-0236-5.

34. Hu J., Yu F., Lu Y. Application of FischereTropsch synthesis in biomass to liquid conversion. Catalysts, 2012;2:303-26. http://dx.doi.org/10.3390/catal2020303.

35. Roy S., Das D. Liquid fuels production from algal biomass. In: Das D, editor. Algal biorefinery: an integrated approach. Capital Publishing Company; 2015. p. 277-96.

36. The global biofuels market: energy security, trade and development United Nations Conference on trade and development. 2013.

37. Shah Y.R., Sen D.J. Bioalcohol as green energy e a review. Int. J. Cur. Sci. Res., 2011;01:57-62.

38. Dias M.O.S., Ensinas A.V., Nebra S.A., Filho R.M., Rossell C.E.V., Maciel M.R.W. Production of bioethanol and other bio-based materials from sugarcane bagasse: integration to conventional bioethanol production process. Chem. Eng. Res., 2009;87:1206-16.

39. Ensinas A.V., Nebra S.A., Lozano M.A., Serra L.M. Analysis of process steam demand reduction and electricity generation in sugar and ethanol production from sugarcane. Energy Convers. Manag., 2007;48:2978-87.

40. Buddadee B., Wirojanagud W., Watts D.J., Pitakaso R. The development of multi-objective optimization model for excess bagasse utilization: a case study for Thailand. Environ. Impact Assess’. Rev., 2008;28:380-91.

41. Harun R., Singh M., Forde G.M., Danquah M.K. Bioprocess engineering of microalgae to produce a variety of consumer products. J. Renew. Sustain. Energy, 2010;14:1037-47.

42. Hirano A., Ueda R., Hirayama S., Ogushi Y. CO2 fixation and ethanol production with microalgal photosynthesis and intracellular anaerobic fermentation. Energy, 1997;22:137-42.

43. Ueda R., Hirayama S., Sugata K. and Nakayama H. Process for the production of ethanol from microalgae. US Patent 1996; 5,578,472.

44. Chen P., Min M., Chen Y., Wang L., Li Y., Chen Q., et al. Review of the biological and engineering aspects of algae to biofuels approach. Int. J. Agri. Biol. Eng, 2009;2(4):1-24.

45. Ueno Y., Kurano N., Miyachi S. Ethanol production by dark fermentation in the marine green alga, Chlorococcum littorale. J. Ferment.Bioeng., 1998;86:38-43.

46. Sarkar N., Ghosh S.K., Bannerjee S., Aikat K. Bioethanol production from agricultural wastes: an overview. Renew. Energy, 2012;37:19-27.

47. Kosaric N., Duvnjak Z., Farkas A., Sahm H., Bringer-Meyer Sindustrial chemistry. Weinheim: Wiley-VCH; 2011. http://dx.doi.org/10.1002/14356007.a09_587.pub2.

48. Sriranjan K., Pyne M.E., Chou C.P. Biochemical and genetic engineering strategies to enhance hydrogen production in photosynthetic algae and cyanobacteria. Bioresour. Technol., 2011;102:8589-604.

49. Takezawa N., Shimokawabe M., Hiramatsu H., Sugiura H., Asakawa T., Kobayashi H. Steam reforming of methanol over Cu/ZrO2. Role of ZrO2 support. React. Kinet. Catal. Lett., 1987;33:191-6.

50. Phillips V.D., Kinoshita C.M., Neill D.R., Takashi P.K. Thermochemical production of methanol from biomass in Hawaii. Appl. Energy, 1990;35:167-75.

51. McGinn P.J., Dickinson K.E., Bhatti S., Frigon J., Guiot S.R., O’Leary S.J. Integration of microalgae cultivation with industrial waste remediation for biofuel and bioenergy production: opportunities and limitations. Photosynth. Res., 2011;109:231-47.

52. Yeole S.D., Aglave B.A., Lokhande M.O. Algaeoleum-a third generation biofuel. Asian J. Bio. Sci., 2009;4:344-7.

53. Naik S.N., Goud V.V., Rout P.K., Dalai A.K. Production of first and second generation biofuels: a comprehensive review. Renew. Sust. Energy Rev., 2010;14:578-97.

54. Raja S.A., Robinson smart D.S., Lee C.L.R. Biodiesel production from jatropha oil and its characterization. Res. J. Chem. Sci., 2011;01:81-7.

55. Cadenas A., Cabezudo S. Biofuels as sustainable technologies: perspectives for less developed countries. Technol. Forecast. Soc., 1998;58:83-103.

56. Khan S.A., Rashmi, Hussain M.Z., Prasad S., Banerjee U.C. Prospects of biodiesel production from microalgae in India. Renew. Sustain. Energy Rev., 2009;13:2361-72.

57. Gerpen V. Biodiesel processing and production. Fuel Process. Technol., 2005;86:1097-107.

58. Sheehan J., Camobreco V., Duffield J., Graboski M., Shapouri H. Life cycle inventory of biodiesel and petroleum diesel for use in an urban bus. NREL; 1998.

59. Singh A., Nigam P.S., Murphy J.D. Renewable fuels from algae: an answer to debatable and based fuels. Bioresour. Technol., 2011;102:10-6.

60. Schenk P.M., Thomas-Hall S.R., Stephens E., Marx U.C., Mussgnug J.H., Posten C., et al. Second generation biofuels: high efficiency microalgae for biodiesel production. BioEnergy Res., 2008;01:20-43.

61. Scott S.A., Davey M.P., Dennis J.S., Horst I., Howe C.J., Lea-Smith D.J., et al. Biodiesel from algae: challenges and prospects. Curr. Opin. Biotechnol., 2010;21:277-86.

62. Xu H., Miao X., Wu Q. High quality biodiesel production from a microalga Chlorella protothecoides by heterotrophic growth in fermenters. J. Biotechnol., 2006;126:499-507.

63. Li Y., Horsman M., Wu N., Lan C.Q., Dubois-Calero N. Biofuels from microalgae. Biotechnol. Prog, 2008;24:815-20.

64. Ge Y., Liu J., Tian G. Growth characteristics of Botryococcus braunii 765 under high CO2 concentration in photobioreactor. Bioresour. Technol, 2011;102:130-4.

65. Suresh B., Yoneyama M., Schlag S. CEH Marketing Research Report Abstract: HYDROGEN. Chemical Industries Newsletter, SRI Consulting, Menlo Park, CA. 2007.

66. Kruse O., Rupprecht J., Mussgnug J.H., Dismukes G.C., Hankamer B. Photosynthesis: a blueprint for solar energy capture and biohydrogen production technologies. Photochem. Photobiol. Sci, 2005;04:957-70.

67. Prince R.C., Kheshgi H.S. The photobiological production of hydrogen: potential efficiency and effectiveness as a renewable fuel. Crit. Rev. Microbiol., 2005;31:19-31.

68. Ghirardi M.L., Dubini A., Yu J., Maness P.-C. Photobiological hydrogen-producing systems. Chem. Soc. Rev, 2009;38:52-61.

69. Seibert M. Applied photosynthesis for biofuels production. In: Smith K.C., editor. Photobiological sciences online. American Society for Photobiology; 2009.

70. Benemann J.R. Hydrogen production by microalgae. J. Appl. Phycol., 2000;12:291-300.

71. Seibert M., King P., Posewitz M.C., Melis A., Ghirardi M.L. In: Wall J., Harwood C., Demain A., editors. Photosynthetic water-splitting for hydrogen production. Washington DC: ASM Press; 2008. p. 273-91.

72. Tsygankov A., Kosourov S. Immobilization of photosynthetic microorganisms for efficient hydrogen production. In: Zannoni D., De Philippis R., editors. Microbial BioEnergy: hydrogen production. Dordrecht: Springer Netherlands; 2014. p. 321-47.

73. Ghirardi M.L., King P.W., Posewitz M.C., Maness P.C., Fedorov A., Kim K., et al. Approaches to developing biological h3-producing organisms and processes. Biochem. Soc. Trans., 2005;33:70-2.

74. Ghirardi M.L., Posewitz M.C., Maness P.C., Dubini A., Yu J., Seibert M. Hydrogenases and hydrogen photoproduction in oxygenic photosynthetic organisms. Annu. Rev. Plant. Biol., 2007;58:71-91.

75. Allahverdiyeva Y., Aro E.M., Kosourov S.N. Recent developments on cyanobacteria and green algae for biohydrogen photoproduction and its importance in CO2 reduction. In: Gupta V.K., Tuohy M., Kubicek C.P., Saddler J., editors. Bioenergy research: advances and applications. Amsterdam: Elsevier; 2014. p. 367-87.

76. Melis A., Zhang L., Forestier M., Ghirardi M.L., Seibert M. Sustained photobiological hydrogen gas production upon reversible inactivation of oxygen evolution in the green alga Chlamydomonas reinhardtii. Plant Physiol, 2000;122:127-36.

77. Greenbaum E. Photosynthetic hydrogen and oxygen production: kinetic studies. Science, 1982;196:879-80.

78. Greenbaum E., Blankinship S.L., Lee J.W., Ford R.M. Solar photobiochemistry: simultaneous photoproduction of hydrogen and oxygen in a confined bioreactor. J. Phys. Chem. B, 2001;105:3605-9.

79. Volgusheva A., Kukarskikh G., Krendeleva T., Rubin A., Mamedov F. Hydrogen photoproduction in green algae Chlamydomonas reinhardtii under magnesium deprivation. RSCAdv., 2015;5:5633-7.

80. Leino H., Kosourov S.N., Saari L., Sivonen K., Tsygankov A.A., Aro E.-M., et al. Extended h3 photoproduction by N2-fixing cyanobacteria immobilized in thin alginate films. Int. J. Hydrogen Energy, 2012;37:151-61.

81. Jea-Hwa L., Dong-Geun L., Jae-Il P., Ji-Youn K. Biohydrogen production from a marine brown algae and its bacterial diversity. Korean J. Chem. Eng, 2010;27(1):187-92. http://dx.doi.org/10.1007/s11814-009-0300-x.

82. Benemann J.R. Hydrogen biotechnology: progress and prospects. Nat. Biotech., 1996;14:1101-3.

83. Gaffron H., Rubin J. Fermentative and photochemical production of hydrogen in algae. J. Gen. Physiol, 1942;26:219-40.

84. Benemann J.R., Weare N.M. Hydrogen evolution by nitrogenfixing Anabaena cylindrica cultures. Science, 1974;184:174-5.

85. Winkler M., Kuhlgert S., Hippler M., Happe T. Characterization of the key step for light-driven hydrogen evolution in green algae. J. Biol. Chem., 2009;284:36620-7.

86. Gutekunst K., Chen X., Schreiber K., Kaspar U., Makam S., Appel J. The bidirectional NiFe-hydrogenase in Synechocystis sp. PCC 6803 is reduced by flavodoxin and ferredoxin and is essential under mixotrophic, nitratelimiting conditions. J. Biol. Chem, 2014;289:1930-7.

87. Shima S., Pilak O., Vogt S., Schick M., Stagni M.S., Meyer-Klaucke W., et al. The crystal structure of [Fe].-hydrogenasereveals the geometry of the active site. Science, 2008;321(5888):572-5. http://dx.doi.org/10.1126/science.1158978.

88. Appel J., Schulz R. Hydrogen metabolism in organisms with oxygenic photosynthesis: hydrogenases as important regulatory devices for a proper redox poising? Photochem. Photobiol., 1998;47:1-11.

89. Poudyal R.S., Tiwari I., Najafpour M.M., Los D.A., Carpentier R., Shen J.-R., et al. Current insights to enhance hydrogen production by photosynthetic organisms. In: Stolten D., Emonts B., editors. Hydrogen science and engineering: materials, processes, systems and technology. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA; 2016. p. 461-87.

90. Miura Y., Akano T., Fukatsu K., Miyasaka H., Mizoguchi T., Yagi K., et al. Hydrogen production by photosynthetic microorganisms. Energy Convers. Manag., 1995;36:903-6.

91. Antal T.K., Lindblad P. Production of h3 by sulphur-deprived cells of the unicellular cyanobacteria Gloeocapsa alpicola and Synechocystis sp. PCC 6803 during dark incubation with methane or at various extracellular pH. J. Appl. Microbiol., 2005;98:114-20.

92. Dauvillee D., Chochois V., Steup M., Haebel S., Eckermann N., Ritte G., et al. Plastidial phosphorylase is required for normal starch synthesis in Chlamydomonas reinhardtii. Plant J., 2006;48:274-85.

93. Melis A., Melnicki M.R. Integrated biological hydrogen production. Int. J. Hydrogen Energy, 2006;31:1563-73.

94. Lee J.Z., Klaus D.M., Maness P.-C., Spear J.R. The effect of butyrate concentration on hydrogen production via photofermentation for use in a Martian habitat resource recovery process. Int. J. Hydrogen Energy, 2007;32:3301-7.

95. Skjanes K., Rebours C., Lindblad P. Potential for green microalgae to produce hydrogen, pharmaceuticals and other high value products in a combined process. Crit. Rev. Biotechnol., 2013;33:172-215.

96. Bothe H., Schmitz O., Yates M.G., Newton W.E. Nitrogen fixation and hydrogen metabolism in cyanobacteria. Microbiol. Mol. Biol. Rev., 2010;74:529-51.

97. Compaore J., Stal L.J. Oxygen and the light-dark cycle of nitrogenase activity in two unicellular cyanobacteria. Environ. Microbiol., 2010;12:54-62.

98. Bandyopadhyay A., Stockel J., Min H., Sherman L. A., Pakrasi H.B. High rates of photobiological h3 production by a cyanobacterium under aerobic conditions. Nat. Commun., 2010;1:139.

99. Antoni D., Zverlov V.V., Schwarz W.H. Biofuels from microbes. Appl. Microbiol. Biotechnol, 2007;77(1):23-35.

100. Markov S.A., Weaver P.F. Bioreactors for h3 production by purple nonsulfur bacteria. Appl. Biochem. Biotecnol., 2008;145:79-86.

101. Ghirardi M.L., Mohanty P. Oxygenic hydrogen photoproduction e current status of the technology. Curr. Sci. India, 2010;98:499-507.

102. Vignais P.M., Colbeau A., Willison J.C., Jouanneau Y. Hydrogenase, nitrogenase, and hydrogen metabolism in the photosynthetic bacteria. Adv. Microbiol. Physiol., 1985;26:155-234.

103. Kars G., Gunduz U, Yucel M, Turker L, Eroglu I. Hydrogen production and transcriptional analysis of nifD, nifK and hupS genes in Rhodobacter sphaeroides O.U.001 grown in media with different concentrations of molybdenum and iron. Int. J. Hydrogen Energy, 2006;31:1536-44.

104. Uyar B., Schumacher M., Gebicki J., Modigell M. Photoproduction of hydrogen by Rhodobacter capsulatus from thermophilic fermentation effluent. Bioprocess. Biosyst. Eng., 2009;32:603-6.

105. Ozgur E., Mars A.E., Peksel B., Louwerse A., Yucel M., Gunduz U., et al. Biohydrogen production from beet molasses bysequential dark and photofermentation. Int. J. Hydrogen Energy, 2010;35:511-7.

106. Liu B.-F., Ren N.-Q., Ding J., Xie G.-J., Guo W.-Q. The effect of Ni2+, Fe2+ and Mg2+ concentration on photo-hydrogen production by Rhodopseudomonas faecalis RLD-53. Int. J. Hydrogen Energy, 2009;34:721-6.

107. Martmez-Perez N., Cherryman S.J., Premier G.C., Dinsdale R.M., Hawkes D.L., Hawkes F.R., et al. The potential for hydrogenenriched biogas production from crop: scenarios in the UK. Biomass Bioenergy, 2007;31:95-104.

108. Markov S.A., Waldron B. Hollow-fiber bioreactor for glycerin conversion into h3 by bacterium Enterobacter aerogenes. Int. Sci. J. Altern. Energy Ecol. (ISJAEE), 2010;88(8):130-4.

109. Pinto F.A.L., Troshima O., Lindbald P. A brief look at three decades of research on cyanobacterial hydrogen evolution. Int. J. Hydrogen Energy, 2002;27:1209-15.

110. Chong M.L., Sabaratnam V., Shirai Y., Hassan M.A. Biohydrogen production from biomass and industrial wastes by dark fermentation. Int. J. Hydrogen Energy, 2009;34:3277-87.

111. Guwy A.J., Dinsdale R.M., Kim J.R., Massanet-Nicolau J., Premier G. Fermentative biohydrogen production systems integration. Bioresour. Technol., 2011;102:8534-42.

112. Nath K., Das D. Modeling and optimization of fermentative hydrogen production. Bioresour. Technol., 2011;102:8569-81.

113. Zhanga Y., Yanga H., Guo L. Enhancing photo-fermentative hydrogen production performance of Rhodobacter capsulatus by disrupting methylmalonate-semialdehyde dehydrogenase gene. Int. J. Hydrogen Energy, 2016;41(1):190-7. http://dx.doi.org/10.1016/jijhydene.2015.09.122.

114. Zhou P., Wang Y., Gao R., Tong J., Yang Z. Transferring [NiFe. hydrogenase gene from Rhodopeseudomonas palustris into E. coli BL21(DE3) for improving hydrogen production. Int. J. Hydrogen Energy, 2015;40(12):4329-36. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.01.171.

115. Liu T., Zhu L., Wei W., Zhou Z. Function of glucose catabolic pathways in hydrogen production from glucose in Rhodobacter sphaeroides 6016. Int. J. Hydrogen Energy, 2015;39(9):4215-21. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.12.188.

116. Eroglu E., Melis A. Microalgal hydrogen production research. Int. J. Hydrogen Energy, 2016;41:12772-98.

117. Scoma A., Krawietz D., Faraloni C., Giannelli L., Happe T., Torzillo G. Sustained h3 production in a Chlamydomonas reinhardtii D1 protein mutant. J. Biotechnol., 2012;157:613-9.

118. Gronenberg L.S., Marcheschi R.J., Liao J.C. Next generation biofuel engineering in prokaryotes. Curr. Opin. Chem. Biol., 2013;17:462-71.

119. Hasunuma T., Okazaki F., Okai N., Hara K.Y., Ishii J., Kondo A. A review of enzymes and microbes for lignocellulosic biorefinery and the possibility of their application to consolidated bioprocessing technology. Bioresour. Technol., 2013;135:513-22.

120. Atsumi S., Higashide W., Liao J.C. Direct photosynthetic recycling of carbon dioxide to isobutyraldehyde. Nat. Biotechnol., 2009;27:1177-80.

121. Lindberg P., Park S., Melis A. Engineering a platform for photosynthetic isoprene production in cyanobacteria, using Synechocystis as the model organism. Metab. Eng., 2010;12:70-9.

122. Carere C.R., Rydzak T., Verbeke T.J., Cicek N., Levin D.B., Sparling R. Linking genome content to biofuel production yields: a meta-analysis a major catabolic pathways among select h3 and ethanol-producing bacteria. BMC Microbiol., 2012;12:295.

123. Cha M., Chung D., Elkins J.G., Guss A.M., Westpheling J. Metabolic engineering of Caldicellulosiruptor bescii yields increased hydrogen production from lignocellulosic biomass. Biotechnol. Biofuels, 2013;6:85.

124. Melis A. Solar energy conversion efficiencies in photosynthesis: minimizing the chlorophyll antennae to maximize efficiency. Plant Sci., 2009;177:272-80.

125. Verbeke T.J., Zhang X., Henrissat B., Spicer V., Rydzak T., Krokhin O.V., et al. Genetic evaluation of Thermoanaerobactor spp. for the construction of designer co-cultures to improve ignocellulosic biofuel production. PLoS One 2013;8(3): 59362.http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0059362.

126. Ilmen M., den Hann R., Brevnova E., Mcbride J., Wiswall E., Froehlich A., Koivula A., et al. High level secretion of cellobiohydrolases by Saccharomyces cerevisiae. Biotechnol. Biofuels, 2011;4:30.

127. Tai M., Stephanopoulos G. Engineering the push and pull of lipid biosynthesis in oleaginous yeast Yarrowia lipolytica for biofuel production. Metab. Eng., 2013;15:1-9.

128. Buijs N.A., Siewers V., Nielsen J. Advanced biofuel production by the yeast Saccharomyces cerevisiae. Curr. Opin. Chem. Biol., 2013;17:480-8.

Биотопливо должно быть эффективным — Энергетика и промышленность России — № 07 (171) апрель 2011 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 07 (171) апрель 2011 года

Приоритет биологическому топливу отдан не случайно. Во-первых, биологическое топливо – это тоже смесь горючих углеводородов. Во-вторых, в составе биотоплива отсутствуют многие экологически вредные элементы, содержащиеся в традиционном нефтяном горючем. В-третьих, биотопливо содержит большее количество кислорода, чем ископаемые горючие. В-четвертых, практически каждая страна обладает сырьем для получения этого вида горючего и имеет возможность его производства. И наконец, главное: сырье для производства биотоплива возобновляемо.

Что же такое биотопливо

Биологическим топливом является горючее животного или растительного происхождения. Как и традиционное углеводородное горючее, биотопливо бывает жидким, газообразным и твердым.

В последнее десятилетие за рубежом наибольший практический интерес проявляется к жидкому биологическому топливу, производимому из биомассы, семян и плодов пищевых и технических масличных культур, а также отходов пищевых масел. Широкое применение это горючее получило в странах Европейского союза (ЕС), на Украине, в Белоруссии, в Северной и Латинской Америке. Используется оно в основном в дизелях и котельных установках. В карбюраторных двигателях по ряду причин биотопливо пока не нашло широкого применения.

Необходимо отметить, что некоторые специалисты относят к биологическому топливу и топливные смеси нефтяных углеводородов и горючих жидкостей, например спиртов и эфиров, произведенных из растительного и животного сырья, что вовсе недопустимо. Эти смеси составляют отдельный вид топлив, в которых биологические углеводороды являются всего лишь присадкой к традиционному нефтяному топливу или компонентом топливной смеси, условия хранения, технологический цикл подготовки, а также процесс горения (реакция окисления) которых имеют принципиальные отличия. Незнание этого зачастую приводит к негативным последствиям с пожарами, поломкой техники и гибелью людей.

К биологическому горючему следует относить только топливо растительного или животного происхождения и топливные смеси на их основе. Топливные же смеси на основе нефтепродуктов и биологических присадок, вводимых, например, с целью повышения экологической чистоты, никакого отношения к биогорючим не имеют, а являются нефтяными топливами с присадками. К таким топливным смесям в настоящее время следует относить биобензин, биодизель, биомазут и бионефть.

Таким образом, необходимо различать традиционные нефтяные и биологические топлива, а также топливные смеси и биологические присадки.

Что еще надо знать о биотопливе

Биологическое топливо, наряду с очевидными преимуществами, обладает и целым рядом недостатков, присущих всем углеводородным горючим. Эти недостатки необходимо не только знать, но и учитывать при хранении и использовании данного вида топлива.

Так, биотопливо имеет в своем составе поверхностно-активные вещества, хорошо впитывающие воду, которая, как известно, наряду с другими негорючими химическими веществами и соединениями представляет собой негорючий балласт, снижающий теплотворную способность топлива. Кроме того, составляющие биотопливо углеводороды имеют разную молекулярную структуру и размеры, неодинаковое строение молекул, различные типы углеводородных соединений, что при применении для биотоплива традиционной технологии подготовки горючего к сжиганию не позволяет добиться получения однородной по структуре, гомогенной горючей смеси с оптимальным соотношением компонентов по всему объему горения. В связи с этим, несмотря на большее по сравнению с нефтяными углеводородами содержание в биотопливе кислорода, при его сжигании вынуждены завышать коэффициент избытка воздуха, однако и при этом процесс горения биотоплива может сопровождаться интенсивным образованием оксидов азота (NO_X), выделением сажи (С) и появлением копоти.

Использование биологического топлива, как показывает опыт эксплуатации топливосжигающих энергоустановок, напрямую зависит от температуры наружного воздуха. Так, уже при температурах ниже +10°С по причине низкого давления насыщенных паров и высокой теплоты испарения запуск карбюраторных двигателей при использовании в них спиртов становится практически невозможным. Запуск и работа дизелей на биотопливе, произведенном из маслянистых сельскохозяйственных культур, при небольших температурах наружного воздуха также невозможны из‑за значительного снижения текучести топлива. Наиболее приспособленными к обработке биологического горючего и подготовке его к сжиганию оказались топливные системы котлов с механическими и паро-механическими форсунками.

Наряду с теплотворной способностью немаловажными свойствами любого топлива являются стабильность и коррозионная активность. Стабильность топлива – это его способность заданное время сохранять свои физическое состояние и физико-химические свойства в различных условиях хранения и транспортировки. Для повышения стабильности топлива в его состав вынуждены вводить специальные дорогостоящие присадки, что, в конечном итоге, значительно увеличивает стоимость горючего. К сожалению, многие виды биологического топлива и топливные смеси на их основе обладают низкой стабильностью (несколько часов), что также ограничивает область их практического применения.

Коррозионная активность топлива определяется наличием в его составе химически активных элементов, соединений и веществ, в частности органических кислот, воды и кислорода, способных к химическим реакциям с конструкционными материалами, применяемыми в элементах топливной системы и узлах топливосжигающей установки. Биотопливо, как правило, имеет кислотную основу и повышенное содержание кислорода, а следовательно, по сравнению с нефтяными углеводородами обладает более высокой коррозионной активностью. Сегодня известны случаи разрушения защитной оксидной пленки на поршнях и втулках цилиндров дизелей при использовании в них биотоплива.

В настоящее время бытует ошибочное мнение, что биологическое топливо более экологически безвредно для окружающей среды, чем нефтяные виды горючего. Но приставка «био» еще не означает, что биотопливо абсолютно экологически чистое горючее. Экологичность биотоплива, как и любого другого вида углеводородного топлива, проявляется в процессе его использования по прямому назначению, то есть непосредственно при сжигании, при этом уровень экологической чистоты горючего зависит в большей степени от качества организации процессов его подготовки и сжигания, нежели от вида топлива.

Одна из проблем работы с биотопливом заключается в отсутствии единых требований к качеству данного вида горючего, что затрудняет его широкое использование. Препятствием широкого внедрения биотоплива служит и низкая энергетическая ценность исходного сырья для его производства. Так, для получения 1 литра жидкого биотоплива требуется более 25 килограммов кукурузы, а из одной тонны рапсы можно произвести всего лишь около 60‑70 литров рапсового масла. Это значит, что для производства больших (необходимых для потребления) объемов биотоплива требуется переработка огромного количества сырья, а следовательно, и значительные посевные площади для его воспроизводства.

В поисках стандартов

Не секрет, что каждый завод-изготовитель рекомендует использовать в произведенных им топливосжигающих установках углеводородное топливо или диапазон топлив, соответствующих определенным техническим требованиям. Эти рекомендации являются обязательными, поскольку вызваны рядом объективных причин. Во-первых, для каждого типа топливосжигающей установки можно применять определенный вид углеводородного топлива, поскольку универсального топлива для всех установок не существует. Во-вторых, в основу теплового расчета любой топливосжигающей установки положено значение теплотворной способности планируемого к использованию топлива. В-третьих, конструкционные материалы для изготовления элементов той или иной топливосжигающей установки выбираются исходя из коррозионной активности предполагаемого к использованию топлива и продуктов его сгорания. И наконец, эксплуатация любой топливосжигающей установки становится невозможной без высокой стабильности топлива, то есть без сохранения в течение заданного времени его качественных и количественных показателей.

Практическое использование биологического топлива выдвинуло целый спектр ранее неизвестных эксплуатационных проблем, связанных, прежде всего, с его физико-химическими свойствами и недостаточным знанием о них.

Таким образом, использование биотоплива в существующих топливосжигающих установках вызывает необходимость решения ряда сложных эксплуатационных проблем, без чего полноценная замена нефтяных горючих биологическим топливом становится невозможной.

Как сжигать биотопливо

Эффективность использования биотоплива может быть достигнута созданием топливосжигающих установок, рассчитанных на использование конкретного вида биотоплива, например спиртов, эфиров, рапсового, пальмового масла и т. п., или, другими словами, созданием принципиально новых топливосжигающих установок. Однако это требует значительного времени и больших затрат.

Другой вариант – оборудование существующих топливосжигающих установок несколькими топливными системами (так называемыми политопливными системами), способными обрабатывать и подавать на совместное или раздельное сжигание каждый отдельный вид биотоплива, например системой рапсового масла, системой метилового спирта и т. д. Аналоги подобных систем уже существуют. Политопливные системы давно применяются на отдельных крупных ТЭЦ (например, в Великобритании для обработки и подачи на сжигание традиционных видов углеводородного топлива). Хотя этот метод тоже не дешев.

Наконец, на топливосжигающих установках возможно внедрение одной многофункциональной топливной системы для обработки и подачи на сжигание всех видов биологического горючего. Аналог подобной системы уже разработан и проверен авторами в реальных условиях эксплуатации на котле.

Эффективность сжигания биотоплива можно повысить

Известно, что эффективность процесса сжигания любого вида углеводородного топлива, включая и биологическое, определяется, главным образом, качественными и количественными характеристиками приготавливаемой горючей смеси, отражающими однородность топливной структуры, дисперсность углеводородных молекул, равномерность смешения топлива и воздуха, гомогенность подаваемой на горение смеси, оптимальную концентрацию участвующих в реакции горения компонентов и др. Эти характеристики, в свою очередь, зависят от способа подготовки и схемы подачи горючего и окислителя в зону горения. Исходя из сказанного, одним из реальных направлений повышения эффективности сжигания биологического топлива является совершенствование процесса приготовления горючей смеси и внедрение новых схем ее подачи в зону горения.

Более эффективное сжигание углеводородов животного и растительного происхождения может быть достигнуто, например, при помощи струйного насоса-распылителя, использование которого позволяет не только устранить недостатки применяемой сегодня раздельной схемы подачи топлива и воздуха, но и отвести позитивную роль имеющейся в составе горючего воде. Насос-распылитель одновременно выполняет функции всасывания, смесителя, дозатора, диспергатора и распылителя, он реализует совместную схему подачи топлива и воздуха, при которой смешение горючего и окислителя происходит до зоны горения, а не в ней. В приемной камере насоса-распылителя молекулы биологического топлива подвергаются деструкции (расщеплению), образуя однородные молекулы меньшей массы и углеводородные радикалы, которые, активно соединяясь с водяными молекулами (при их наличии) и молекулярным кислородом, образуют мелкодисперсную, однородную насыщенную кислородом топливную смесь с заданным соотношением компонентов.

Струйный насос-распылитель прошел комплексные испытания и опытную эксплуатацию, в том числе и на сырой нефти, свойства и отдельные физико-химические показатели которой очень близки аналогичным свойствам и показателям большинства углеводородных смесей животного и растительного происхождения.

Опыт практического применения насоса-распылителя в реальных условиях показал его работоспособность, многофункциональность и универсальность, что дает основание говорить о возможности его адаптации к работе с различными видами биологического топлива.

Как практически заменить дизтопливо биогорючим

Сжигать жидкое биотопливо в существующих топливосжигающих установках, как указано ранее, целесообразнее в составе топливных смесей, в связи с чем возникает необходимость подбора их компонентов и расчета количественного соотношения., а также определения вязкости и плотности смеси.

Для примера определим содержание компонентов биологического топлива из смеси рапсового масла и метилового спирта, которое предполагается использовать в дизеле вместо дизельного топлива (ГОСТ 4749‑84).

Основным энергетическим показателем любого топлива является его теплотворная способность, поэтому в первую очередь рассчитывается содержание компонентов для обеспечения требуемой теплоты сгорания биосмеси.

Теплота сгорания дизельного топлива составляет около 41310 кДж/кг (ГОСТ 4749‑84), рапсового масла – 43930 кДж/кг (ГОСТ 8988‑2002), а метилового спирта – 27000 кДж/кг. Для получения биосмеси заданной калорийности (41310 кДж/кг) оптимальное содержание в ней рапсового масла должно составлять 84,5 процента, а метилового спирта соответственно – 15,5 процента.

Затем определяется температура вспышки биосмеси оптимального состава. С учетом температур вспышки рапсового масла, равной +138˚С (ГОСТ 8988‑2002), и метилового спирта – +17˚С температура вспышки биосмеси с оптимальным соотношением компонентов составит около +119˚С, что несколько больше температуры вспышки (+35˚С – +90˚С) дизельного топлива, соответствующего ГОСТу 4749‑84.

Далее вычисляются вязкость и плотность смеси указанного состава при температуре +20˚С.

При указанной температуре плотность биологической смеси составляет около 844 кг/м³, а вязкость – 5,54 сСт.

Сравнение вязкости (2,8‑8,0 сСт) и плотности (830‑860 кг/м³) дизельного топлива с аналогичными значениями показателей.биосмеси показывает, что, несмотря на превышение температуры вспышки, биотопливо такого состава способно заменить дизельное топливо (ГОСТ 4749‑84), поскольку температура вспышки характеризует способность топлива к самовоспламенению при хранении в топливных емкостях.

Смешение компонентов и поддержание заданных свойств биосмеси могут быть достигнуты при помощи, например, реализации в технологическом цикле топливоподготовки процессов динамического хранения и струйно-кавитационной обработки смеси.

Аналогичным образом можно рассчитать содержание горючих смесей для котельных и газотурбинных установок.

Таким образом, к приготовлению того или иного вида биотоплива необходимо подходить не только с учетом его физико-химических свойств, но и конструктивных особенностей и технических характеристик как конкретной топливосжигающей установки, так и ее топливной системы.

Целевая группа Генерального секретаря по проблеме глобального продовольственного кризиса

Всеобъемлющая рамочная программа действий

Июль 2008 года

B. Целевые показатели и предлагаемые меры

2. Повышение устойчивости к ценовым шокам в долгосрочной перспективе и содействие глобальной продовольственной безопасности и безопасности питания

2.4 Достижение международного консенсуса по проблеме биотоплива

Политика в области биотоплива, в частности целевые показатели, субсидии и тарифы для поддержки производства биотоплива, требует пересмотра в свет продовольственного кризиса. За последний год развитые страны затратили около 11 млрд. долл. США на поддержку производства биотоплива, главным образом на сырье из пищевых культур.

Существует настоятельная необходимость в достижении более высокой степени согласия международного сообщества и установлении согласованных стратегических принципов в области производства биотоплива, в полной мере учитывающие усилия по смягчению последствий изменения климата и адаптации к ним, продовольственную безопасность, доходы и потребность в энергии на местном уровне во всех странах. Стратегия также должна обеспечить экономическую и экологическую жизнеспособность, чтобы гарантировать ответственное и устойчивое использование ресурсов. Повышение спроса на биотопливо предоставляет благоприятные возможности для фермеров, включая мелких фермеров, особенно в тропических странах, где имеются сравнительные преимущества для производства сырья; развитие биотоплива может привести к вливанию новых инвестиций, передаче знаний и технологий, что все вместе будет способствовать повышению продуктивности сельского хозяйства, а это также положительно скажется на производстве продовольствия. Однако без надлежащего управления это может нанести вред (за счет влияния на цены на продовольствие, землевладение и т. д.) всем бедным домашним хозяйствам, которые являются чистыми покупателями продовольствия. Ряд стран уже ввели ограничения на использование зерновых для производства этанола по соображениям продовольственной безопасности, и некоторые наблюдатели призвали другие страны также учитывать эти соображения при разработке политики путем ограничения или запрещения использования определенных пищевых культур в качестве сырья.

Международное сообщество в ответ на развитие биотоплива должно согласовать задачи в рамках политики в области продовольственной безопасности, изменения климата, охраны окружающей среды, энергетики и биотоплива. Для того чтобы можно было оптимальным образом корректировать политику, призванную просто повысить производство биотоплива во всех странах, необходимы также научные исследования и разработки, мониторинг последствий использования биотоплива, обеспечение эффективности ресурсов, переоценка торговых мер и вариантов финансирования, а также обмен информацией.

Перечень действий:
Достижение международного консенсуса по проблеме биотоплива

• Подготовка общих рамок для устойчивого развития биотоплива и механизмов их применения. Принципы устойчивости должны быть основаны на согласованном на международном уровне стандарте, удовлетворяющем требованиям международного торгового права, и учитывать экологические, социальные и институциональные факторы. Например, обеспечение устойчивого использования природных ресурсов, особенно земли и воды, и снижение выбросов парниковых газов; создание выгоды для местных общин; и проведение консультаций с заинтересованными сторонами при подготовке инвестиций в производство биотоплива.
• Разработка руководящих принципов, касающихся биотоплива, и защитных мер, сводящих к минимуму неблагоприятное воздействие такого топлива на глобальную продовольственную безопасность и окружающую среду, в целях снижения рисков развития биотоплива в краткосрочной и среднесрочной перспективах. Руководящие принципы должны быть основаны на примерах удачной практики, включая оценку ex-ante влияния политики и коммерческой деятельности, в которой пищевые культуры используются в качестве сырья для топлива, или изменения права собственности на землю и пользования землей, а также оценку воздействия производства биотоплива на цены на продовольствие на национальном и глобальном уровнях.
• Переоценка связанных с биотопливом целевых показателей, субсидий и тарифов для снижения давления на спрос на зерновые и масличные культуры и на цены на продовольствие и обеспечение получения возможных преимуществ от использования биотоплива без отрицательных последствий. Постепенная ликвидация производственных субсидий в сочетании с одновременным снижением тарифов позволит производить биотопливо из наиболее эффективного сырья и с самыми низкими производственными затратами.
• Содействие инвестициям частного сектора в производство биотоплива в развивающихся странах для диверсификации источников энергии и снижения неустойчивости как на рынках продовольствия, так и на рынках энергии при условии принятия соответствующих мер защиты для уязвимых групп населения. Многие развивающие страны обладают сравнительными преимуществами для производства биотоплива из сахарного тростника, сахарного сорго, ятропы, пальмового масла и другого сырья, включая сырье второго поколения, такого как остатки переработки сахарного тростника. Странам может потребоваться помощь для создания необходимого рынка и регуляторных рамок для инвестиций частного сектора.
• Поощрение научных исследований и разработок, обмена знаниями и наращивания потенциала, например ускорение исследований и разработок технологий первого поколения для производства биотоплива из непродовольственных культур, а также технологий второго поколения, особенно приспособленных для развивающихся стран, в которых упор делается на использование целлюлозы из стеблей и листьев, а также из отходов и остатков вместо источников продовольствия. Необходимо также усилить исследования по повышению эффективности биотоплива.

 

---

Содержание Программы действий

Основы биотоплива | Министерство энергетики

Управление биоэнергетических технологий (BETO) сотрудничает с промышленностью в разработке биотоплива нового поколения, изготовленного из непищевых (целлюлозных и водорослевых) ресурсов. За последнее десятилетие BETO сосредоточилась на целлюлозном этаноле, инвестируя в технологические достижения по всей цепочке поставок. Эти мероприятия успешно подтвердили критические технологии производства целлюлозного этанола. Прошлая работа Управления по целлюлозному этанолу обеспечивает ценный плацдарм для достижений в области углеводородного биотоплива, также известного как «попадающее» топливо, которое может служить заменителем нефти на существующих нефтеперерабатывающих заводах, резервуарах, трубопроводах, насосах, транспортных средствах и небольших двигателях.

Посмотрите видео Energy 101: Биотопливо, чтобы узнать больше.

ЭТАНОЛ

Этанол (Ch4Ch3OH) — это возобновляемое топливо, которое можно производить из различных растительных материалов, известных под общим названием «биомасса». Этанол — это спирт, который используется в качестве смешивающего агента с бензином для повышения октанового числа и сокращения выбросов монооксида углерода и других выбросов, вызывающих смог.

Наиболее распространенной смесью этанола является E10 (10% этанола, 90% бензина). Некоторые автомобили, называемые транспортными средствами с гибким топливом, предназначены для работы на E85 (смесь бензина и этанола, содержащая 51–83% этанола, в зависимости от географии и сезона), альтернативного топлива с гораздо более высоким содержанием этанола, чем обычный бензин.Примерно 97% бензина в Соединенных Штатах содержит некоторое количество этанола.

Большая часть этанола производится из растительных крахмалов и сахаров, но ученые продолжают разрабатывать технологии, которые позволят использовать целлюлозу и гемицеллюлозу, непищевой волокнистый материал, составляющий основную массу растительного вещества. Фактически, в настоящее время в Соединенных Штатах работает несколько промышленных предприятий по переработке целлюлозного этанола.

Обычный метод преобразования биомассы в этанол называется ферментацией.Во время ферментации микроорганизмы (например, бактерии и дрожжи) метаболизируют растительные сахара и производят этанол.

Узнайте больше об этаноле.

БИОДИЗЕЛЬ

Биодизель — это жидкое топливо, производимое из возобновляемых источников, таких как новые и использованные растительные масла и животные жиры, и более экологически чистая замена дизельного топлива на нефтяной основе. Биодизель нетоксичен и поддается биологическому разложению и производится путем смешивания спирта с растительным маслом, животным жиром или переработанным кулинарным жиром.

Как и дизельное топливо, полученное из нефти, биодизель используется в качестве топлива для двигателей с воспламенением от сжатия (дизельных). Биодизельное топливо может быть смешано с нефтяным дизельным топливом в любом процентном соотношении, включая B100 (чистый биодизель) и, наиболее распространенную смесь, B20 (смесь, содержащая 20% биодизеля и 80% нефтяного дизельного топлива).

Узнайте больше о биодизеле.

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ УГЛЕВОДОРОДНЫЕ ТОПЛИВА

Нефтяные топлива, такие как бензин, дизельное и реактивное топливо, содержат сложную смесь углеводородов (молекул водорода и углерода), которые сжигаются для получения энергии.Углеводороды также можно получать из источников биомассы с помощью различных биологических и термохимических процессов. Возобновляемые углеводородные топлива на основе биомассы почти идентичны топливам на основе нефти, для замены которых они предназначены, поэтому они совместимы с современными двигателями, насосами и другой инфраструктурой.

В настоящее время одно предприятие промышленного масштаба (World Energy в Парамаунте, Калифорния) производит возобновляемое дизельное топливо из отработанных жиров, масел и смазок. Несколько компаний заинтересованы либо в модернизации существующих производственных площадок, либо в строительстве новых объектов для возобновляемого дизельного топлива и реактивных двигателей в США.Узнайте больше о возобновляемом углеводородном топливе.

ПРОЦЕССЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ БИОТОПЛИВА

Деконструкция

Производство современного биотоплива (например, целлюлозного этанола и возобновляемого углеводородного топлива) обычно включает многоступенчатый процесс. Во-первых, необходимо разрушить жесткую жесткую структуру стенки растительной клетки, которая включает биологические молекулы целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина, тесно связанные вместе. Это может быть выполнено одним из двух способов: деконструкция при высокой температуре или деконструкция при низкой температуре.

Высокотемпературная деконструкция
Высокотемпературная деконструкция использует чрезвычайно высокую температуру и давление для разложения твердой биомассы на жидкие или газообразные промежуточные продукты. На этом пути используются три основных пути:

• Пиролиз
• Газификация
• Гидротермальное сжижение.

Во время пиролиза биомасса быстро нагревается до высоких температур (500–700 ° C) в бескислородной среде. Тепло расщепляет биомассу на пары пиролиза, газ и уголь.После удаления полукокса пары охлаждаются и конденсируются в жидкую «бионефть».

Процесс газификации немного похож; однако биомасса подвергается воздействию более высокого температурного диапазона (> 700 ° C) с присутствием некоторого количества кислорода для получения синтез-газа (или синтез-газа) — смеси, состоящей в основном из моноксида углерода и водорода.

При работе с влажным сырьем, например с водорослями, предпочтительным термическим процессом является гидротермальное ожижение. В этом процессе используется вода при умеренных температурах (200–350 ° C) и повышенном давлении для преобразования биомассы в жидкую бионефть.

Низкотемпературная деконструкция
Низкотемпературная деконструкция обычно использует биологические катализаторы, называемые ферментами или химическими веществами, для разложения сырья на промежуточные продукты. Во-первых, биомасса проходит стадию предварительной обработки, которая раскрывает физическую структуру клеточных стенок растений и водорослей, делая более доступными сахарные полимеры, такие как целлюлоза и гемицеллюлоза. Затем эти полимеры ферментативно или химически расщепляются на простые сахарные строительные блоки в ходе процесса, известного как гидролиз.

Модернизация

После деконструкции промежуточные продукты, такие как сырые биомасла, синтез-газ, сахара и другие химические строительные блоки, должны быть модернизированы для производства готового продукта. Этот этап может включать биологическую или химическую обработку.

Микроорганизмы, такие как бактерии, дрожжи и цианобактерии, могут сбраживать сахар или газообразные промежуточные продукты в топливные смеси и химические вещества. В качестве альтернативы, сахара и другие промежуточные потоки, такие как бионефть и синтез-газ, можно обрабатывать с использованием катализатора для удаления любых нежелательных или реакционноспособных соединений с целью улучшения характеристик хранения и обращения с ними.

Готовые продукты после модернизации могут быть топливом или биопродуктами, готовыми к продаже на коммерческий рынок, или стабилизированными промежуточными продуктами, подходящими для отделки на нефтеперерабатывающем заводе или химическом заводе.

Прочтите «Конверсия биомассы: от исходного сырья к готовой продукции», чтобы узнать больше.

Объяснение биотоплива — Управление энергетической информации США (EIA)

Биотопливо — это транспортное топливо, такое как этанол и дизельное топливо на основе биомассы, которое производится из материалов биомассы.Эти виды топлива обычно смешиваются с нефтяными топливами (бензин и дистиллят / дизельное топливо и топочный мазут), но их также можно использовать самостоятельно. Использование этанола или биодизеля снижает потребление бензина и дизельного топлива, производимого из сырой нефти, что может уменьшить количество сырой нефти, импортируемой из других стран. Этанол и биодизель также являются более экологически чистыми видами топлива, чем чистый бензин и дизельное топливо.

Что такое этанол?

Этанол — это горючий спирт, изготовленный из сахаров, содержащихся в зернах, таких как кукуруза, сорго и ячмень.

• Сахарный тростник
• Свекла сахарная
• Шкурка картофельная
• Рис
• Садовая вырезка
• Кора дерева
• Просо

Большая часть топливного этанола, используемого в США, производится из кукурузы. Ученые работают над способами получения этанола из всех частей растений и деревьев, а не только из зерна, и экспериментируют с быстрорастущими древесными культурами, такими как тополь, ива и просо, чтобы увидеть, можно ли их использовать для производства этанола.

Исследователи-генетики Министерства сельского хозяйства США (USDA) изучают просо как источник этанола.

Фото: Бретт Хэмптон, Служба сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США (общественное достояние)

Этанол смешан с бензином

Почти весь бензин, продаваемый в настоящее время в Соединенных Штатах, содержит около 10% этанола по объему. Любой бензиновый двигатель в Соединенных Штатах может использовать E10 (бензин с 10% этанола), но только определенные типы транспортных средств могут использовать смеси с топливом, содержащим более 10% этанола.Транспортное средство с гибким топливом может использовать бензин с содержанием этанола более 10%. В октябре 2010 года Агентство по охране окружающей среды США постановило, что легковые и легкие грузовики 2007 модельного года и новее могут использовать E15 (бензин с 15% этанолом). E85, топливо, содержащее 51–83% этанола, в зависимости от местоположения и сезона, в основном продается на Среднем Западе и может использоваться только в транспортных средствах с гибким топливом.

Что такое дизельное топливо на основе биомассы?

Дизельное топливо на основе биомассы включает биодизель и возобновляемое дизельное топливо.Оба они называются дизельным топливом на основе биомассы, потому что они в основном производятся для использования в дизельных двигателях, но их также можно использовать в качестве топлива для отопления. Оба вида топлива производятся из биомассы или материалов, полученных из биомассы, но они различаются способом их производства и своими физическими свойствами. Дизельное топливо на основе биомассы можно использовать в дизельных двигателях без модификации двигателей.

А биодизель и стандартный бензонасос

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Последнее обновление: 24 августа 2020 г.

Дайджест биотоплива

В Индии Money Control сообщает, что Чхаттисгарх хочет наладить производство этанола из отходов рисового поля, чтобы увеличить производство местного топлива, так как кукуруза и сахарный тростник не широко доступны в штате.Чхаттисгарх известен как рисовая чаша Индии. Идея состоит в том, чтобы создать шесть центров в ключевых рисовых районах […]

Подробнее

В Мексике Metrobús ввел в оборот два автобуса на линии 2, которые будут использовать смесь дизельного топлива и биотоплива, производимого на заводе Central de Abastos в Мехико из отходов. Это пилотное испытание, которое будет запущено в общей сложности на 10 автобусах на всех линиях системы в течение […]

года.

Подробнее

В Испании Cinco Días сообщает, что Biodiesel de Aragón (Bioarag) зарегистрировала на MARF Market of Bolsas y Mercados Españoles (BME) свою первую программу выпуска зеленых облигаций на общую сумму 10 миллионов евро, что позволит ей получить доступ к новым финансирующим компаниям. выпуск в течение следующих 12 месяцев среднесрочных и долгосрочных облигаций.С […]

Подробнее

В Айове Summit Carbon Solutions получила стратегические инвестиции от John Deere для реализации крупнейшего в мире проекта по улавливанию и хранению углерода. Проект ускорит усилия по декарбонизации в сельском хозяйстве, позволив производить низкоуглеродный этанол, что приведет к производству более экологически чистых продуктов питания, кормов и топлива. Summit Carbon Solutions […]

Подробнее

В Канаде правительство Альберты использует 4 канадских доллара.7 миллионов долларов из фонда TIER через компанию Emissions Reduction Alberta для создания завода стоимостью 28,6 миллиона канадских долларов в округе Летбридж, который будет производить около 70 миллионов литров дорогостоящего возобновляемого топлива. Этот объект будет первым в своем роде в Канаде, перерабатывающий местные сельскохозяйственные отходы, непищевые животные жиры и […]

Подробнее

В Калифорнии Genomatica закрыла финансирование серии C на сумму 118 миллионов долларов, чтобы ускорить глобальную коммерциализацию и распространение экологически чистых материалов с потенциалом сокращения выбросов парниковых газов на 100 миллионов тонн в год.Ведущий инвестор в области биологических наук Novo Holdings возглавил раунд с дополнительным участием существующих и новых инвесторов, включая Viking Global Investors, […]

Подробнее

Основы биотоплива | NREL

В отличие от других возобновляемых источников энергии, биомасса может быть преобразована непосредственно в жидкость. топливо, называемое «биотопливом», для удовлетворения потребностей в топливе для транспортных средств. Два самых распространенных сегодня используются такие виды биотоплива, как этанол и биодизель.

Исследователи NREL разрабатывают технологию производства этанола из волокнистого материала. (целлюлоза и гемицеллюлоза) в стеблях и шелухе кукурузы или в других сельскохозяйственных или лесных хозяйствах остатки.

Этанол

Этанол — это спирт, такой же, как в пиве и вине (хотя этанол используется в качестве топлива модифицирован, чтобы сделать его непригодным для питья).Чаще всего его получают путем ферментации любой биомассы. с высоким содержанием углеводов благодаря процессу, подобному пивоварению. Сегодня этанол сделано из крахмала и сахаров, но ученые NREL разрабатывают технологию, позволяющую изготавливать его из целлюлозы и гемицеллюлозы, волокнистого материала, который составляет основную часть растительного вещества.

Этанол также можно производить с помощью процесса, называемого газификацией.Системы газификации использовать высокие температуры и среду с низким содержанием кислорода для преобразования биомассы в синтез газ, смесь водорода и окиси углерода. Синтез-газ, или «синтез-газ», может затем химически превратиться в этанол и другие виды топлива.

Этанол в основном используется как добавка к бензину для повышения октанового числа и сокращения снизить выбросы угарного газа и других веществ, вызывающих смог.Некоторые автомобили, называемые гибкими Топливные автомобили предназначены для работы на E85, альтернативном топливе с гораздо большим содержанием этанола. содержание, чем у обычного бензина.

Биодизель

Биодизель производится путем смешивания спирта (обычно метанола) с растительным маслом животного происхождения. жир или переработанный кулинарный жир. Его можно использовать в качестве добавки (обычно 20%) к снизить выбросы транспортных средств или в чистом виде в качестве возобновляемого альтернативного топлива для дизельного топлива двигатели.

Исследование производства жидкого транспортного топлива из микроскопических водорослей, или микроводоросли, снова появляются в NREL. Эти микроорганизмы используют энергию солнца для объединить углекислый газ с водой для создания биомассы более эффективно и быстро, чем наземные растения. Богатые маслом штаммы микроводорослей способны производить сырье. для ряда транспортных видов топлива — биодизеля, «зеленого» дизельного топлива и бензина, а также реактивных двигателей. топливо — при одновременном смягчении воздействия углекислого газа, выделяемого из таких источников, как электростанции.

---

Дополнительные ресурсы

Для получения дополнительной информации о биотопливе посетите следующие ресурсы:

Центр обработки данных по альтернативным видам топлива
Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США

Основы биотоплива
Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США

Информационный бюллетень о

биотопливе | Центр устойчивых систем

Биотопливо может снизить интенсивность выбросов энергии и парниковых газов, связанных с транспортом, но может иметь и другие существенные последствия для общества и окружающей среды.В зависимости от спроса, условий выращивания сельскохозяйственных культур и технологий они могут потребовать значительного увеличения площади пахотных земель и использования воды для орошения. Кроме того, биотопливо, возможно, уже повлияло на мировые цены на продовольствие.

Образцы использования

Производство

• В США этанол в основном получают путем обработки и ферментации крахмала в зернах кукурузы в спирт высокой чистоты. 94% этанола в США получают из кукурузы, а в Бразилии в качестве основного сырья используется сахарный тростник. ^1,2
• США и Бразилия произвели около 84% мирового этанола в 2019 году. ³
• В сезоне 2018/19 гг. 5,4 миллиарда бушелей кукурузы, что составляет 38% предложения США, стали этанолом. ⁴
• Сырье на основе целлюлозного этанола широко распространено и включает стебли кукурузы, растительные остатки, древесную стружку и просо. Получение этанола из этих источников сложнее, потому что целлюлоза не так легко расщепляется на сахара. ⁵
• Биодизель можно производить из животных жиров, жиров, растительных масел и водорослей. В США обычным сырьем являются соевое масло, кукурузное масло и переработанные кулинарные масла. ⁶
• Биодизельное топливо из водорослей — область постоянных исследований. Водоросли потенциально могут производить от 10 до 100 раз больше топлива на акр, чем другие культуры. ⁷

Мировое производство топливного этанола, 2019

³

(Миллиард галлонов)

Выход биотоплива по сырью

^{8 , 9,10,11}

U.S. Производство биотоплива, 2001-2019 гг.

¹²

Потребление и спрос

• В 2019 году среднее потребление нефти в США составляло 20,5 миллиона баррелей в день, из которых 3% приходилось на импорт. ¹²
• В 2019 году в США было 200 заводов по переработке этанола и 102 завода по производству биодизеля ^13,14
• В 2019 году мощности по производству биодизеля в США были загружены на 68%. ^12,13
• Многие производители биодизеля полагаются на федеральные налоговые льготы и остаются чувствительными к изменчивым ценам на сырье (соевое масло) и энергоносители (нефть).Льгота по налогу на биодизельное топливо была недавно восстановлена ​​задним числом с 1 января 2018 г. и будет действовать до конца 2022 г. ¹⁵
• В 2019 году 10% автомобильного топлива в США (по объему) приходилось на этанол, а более 98% бензина в США содержали этанол. ^2,12
• E85 продается дешевле, чем обычный бензин, но содержит меньше энергии на галлон. Автомобили с гибким топливом, использующие E85, видят снижение расхода топлива на 15–27%. ¹⁶

Воздействие жизненного цикла

Энергия

• Коэффициент ископаемой энергии (FER) — это отношение выработанной энергии к невозобновляемым затратам энергии. ¹⁷ Бензин имеет ценность 0,8 (1,2 БТЕ ископаемого топлива, необходимое для подачи 1 БТЕ газа в насос). ¹⁹ По последним оценкам, FER для этанола составляет около 1,5, хотя в районах с высокоэффективным выращиванием кукурузы, таких как Айова и Миннесота, FER близок к 4, и ученые полагают, что с повышением эффективности обработки биомассы энергетический баланс может в конечном итоге подняться до 60. ²⁰
• В период с 1990 по 2006 год FER для соевого биодизеля улучшился примерно с 3.2 к 5.5. ²¹ За тот же период этанол перешел от стока энергии к чистому приросту энергии. Во многом улучшение произошло за счет сокращения количества удобрений для выращивания кукурузы. ²⁰
• Для сравнения, дизельное топливо на нефтяной основе имеет FER 0,83. ²²

Возврат топлива на инвестиции в ископаемое топливо

^17,18

Парниковые газы (ПГ)

• В среднем выбросы парниковых газов от кукурузного этанола на 34% ниже, чем от бензина, если учитывать выбросы изменения землепользования (LUC), и на 44% меньше, если их исключить. ²³
• Выбросы ПГ для целлюлозного этанола в среднем примерно на 97% ниже, чем у бензина, с учетом выбросов LUC, и на 93% ниже, без выбросов LUC. ²³
• Использование B20 (20% биодизеля, 80% нефтяного дизельного топлива), обычной смеси биодизеля в США, может снизить выбросы CO ₂ на 15% по сравнению с нефтяным дизельным топливом. Использование B100 (100% биодизель) может снизить выбросы CO ₂ на 74%. ^24,25
• Предполагается, что выбросы CO ₂ биодизеля будут снова компенсированы ростом нового сырья, таким образом, выбросы CO ₂ в выхлопной трубе от биотоплива исключены из расчетов выбросов. ^26,27
• Исследования показали, что увеличение производства биотоплива в США увеличит глобальные выбросы парниковых газов из-за более высоких цен на урожай, что побуждает фермеров в других странах переводить непахотные земли в пахотные. Расчистка новых пахотных земель высвобождает углерод, хранящийся в растительности, предотвращая хранение углерода в этих растениях в будущем. ²⁸

Прочие воздействия

• Каждое лето в Мексиканском заливе возникает большая гипоксическая зона (средняя площадь за пять лет — 6000 квадратных миль). ²⁹ Избыточный азот, в основном из стока удобрений с ферм Среднего Запада, вызывает цветение водорослей, которые разлагают и истощают растворенный кислород, травмируя или убивая водную жизнь. Увеличение посевных площадей под кукурузой с этанолом без изменения методов выращивания затруднит уменьшение зоны гипоксии. ³⁰
• Согласно прогнозам, в глобальном масштабе средняя пахотная земля, используемая для производства биотоплива, вырастет с 2,5% в настоящее время до 6% в 2050 году. Однако воздействие выращивания культур для производства биотоплива широко варьируется из-за региональных различий в климате и доступности сельскохозяйственных угодий. ³¹
• Орошение исходного сырья требует значительно больше воды, чем производство биотоплива. Хотя типичный биоперерабатывающий завод потребляет от 1 до 4 галлонов воды на галлон биотоплива, кукуруза, выращенная в 2003 году в засушливом климате Небраски, требовала 780 галлонов воды для орошения на галлон этанола. ³³ Большая часть производства кукурузы для производства этанола происходит на сильно орошаемых территориях, причем значительные объемы поступают из грунтовых вод. ³⁴
• Обзор исследований, посвященных кризису цен на продовольствие в 2006-2008 гг., Показал, что рост сырья для биотоплива способствует росту цен на кукурузу на 20-50%. Ожидается, что изменение землепользования в результате ожидаемого увеличения спроса на биотопливо приведет к увеличению мировых цен на кукурузу и пшеницу примерно на 1-2% и цен на растительное масло примерно на 10%. ³⁵

Доля возделываемых земель и оросительной воды, необходимых для производства биотоплива, 2005 г. по сравнению с 2030 г.

³²

Решения и устойчивые действия

• В соответствии с Законом об энергетической независимости и безопасности 2007 года Стандарт возобновляемого топлива (RFS2) требует, чтобы к 2022 году производилось 36 миллиардов галлонов биотоплива в год: 16 миллиардов галлонов в год из целлюлозных источников, 5 миллиардов галлонов в год из других источников. передовые источники и не более 15 баррелей кукурузного этанола в год.Также существуют стандарты жизненного цикла по парниковым газам, чтобы биотопливо производило меньше выбросов, чем его нефтяные аналоги. ³⁶
• Производители этанола, производители смесей и торговые посредники в США получили поддержку в виде ряда налоговых льгот, некоторые из которых были продлены в 2020 году. ³⁷
• Стандарты содержания топлива — это один из вариантов политики, стимулирующих использование биотоплива. Обычный бензин, продаваемый в Бразилии, должен содержать 27% этанола. ³⁸ В целом этанол составляет 52% транспортного топлива в Бразилии по сравнению с 10% в США.С. ^39,40
• Агентство по охране окружающей среды США и Национальное управление безопасности дорожного движения в 2020 году совместно выпустили правило более безопасной и доступной топливной эффективности (SAFE), устанавливающее новые стандарты выбросов парниковых газов и экономии топлива. Парки новых легковых и малотоннажных грузовиков от производителей автомобилей должны повышать эффективность на 1,5% в год, достигнув 201 г CO ₂ на милю и 40,5 миль на галлон к 2030 году. ⁴¹
• Общественный транспорт, совместное использование автомобилей, езда на велосипеде и работа на дому — отличные способы уменьшить потребление энергии при транспортировке и связанные с этим последствия.См. CSS «Информационный бюллетень по личному транспорту» для получения дополнительной информации.

Подскажите, пожалуйста, биотопливо хорошее или вредное для окружающей среды?

Немногие экологические темы сбивают с толку так, как биотопливо. Мы все понимаем, что такие вещи, как переработка отходов, солнечные батареи и эффективные автомобили, несут вред окружающей среде. Но биотопливо? Более десяти лет назад СМИ, ООН и природоохранные организации говорили нам, что биотопливо борется с изменением климата, помогая бедным, а теперь мы слышим, что биотопливо так же грязно, как нефть, и повышает цены на продукты питания.Как история так сильно изменилась и что мы должны думать о таких вещах, как «усовершенствованное биотопливо» и «биотопливо из отходов?»

Биотопливо сбивает с толку, потому что оно сложное, и оно сложное в основном из-за косвенных эффектов. Это похоже на непредвиденные последствия, когда гидроэнергетика останавливает нерест лосося вверх по течению, или ветряные мельницы убивают птиц… за исключением более сложного. Биотопливо почти всегда влияет на использование земли во всем мире. Основная теория заключается в том, что любой углерод, попавший в атмосферу из биотоплива, сначала был поглощен ростом растений, поэтому чистых изменений в атмосферном углероде нет.Но это имеет смысл только в том случае, если кто-то выращивает растения на заброшенной парковке. Для выращивания сырья для биотоплива требуется много земли, и эта земля либо (а) недавно преобразована из леса или луга, либо (б) уже используется для выращивания сельскохозяйственных культур для производства продуктов питания. В сценарии (а) прямое изменение землепользования за счет вырубки леса или выкапывания пастбищ высвобождает большое количество CO2 из биомассы и почвы и наносит ущерб дикой природе. В сценарии (b) переключение продуктов питания на биотопливо повышает цены на продукты питания и приводит к косвенным изменениям земель, когда кто-то вырубает лес или выкапывает пастбища, чтобы посадить больше продуктов питания в другом месте в мире.В производстве энергии, как и во всем остальном, трудно получить что-то бесплатно.

Итак, как ни крути, наземное биотопливо вызывает выбросы, связанные с изменением землепользования, и, когда вы добавляете выбросы от транспортировки и обработки сырья и топлива, общие выбросы в течение жизненного цикла от этого биотоплива в большинстве случаев начинают больше походить на уровень выбросов от сжигания нефти. Например, по оценкам EPA, включая выбросы при изменении землепользования, кукурузный этанол обеспечивает сокращение выбросов парниковых газов (ПГ) только на 21% по сравнению с бензином.Хуже обстоит дело с биотопливом, изготовленным из растительных масел, таких как соя или рапс, потому что повышение цен на эти масла заставляет производителей продуктов питания и мыла переходить на пальмовое масло, которое приводит к очень высоким выбросам в результате вырубки тропических лесов. С другой стороны, энергетические культуры, такие как просо или тополь с коротким севооборотом, связаны с незначительными косвенными изменениями в землепользовании, потому что они недостаточно ценны, чтобы серьезно конкурировать с продовольственными культурами на сельскохозяйственных землях, и потому, что они фактически увеличивают углерод почвы там, где они выращиваются.

А как насчет биотоплива, сделанного из сырья, которое не используется на земле, например из отходов? Что ж, важно, о каких «отходах» мы говорим. Сельскохозяйственные и лесные отходы, такие как кукурузная солома, пшеничная солома, веточки и листья, действительно обеспечивают значительную экономию парниковых газов, но только в том случае, если они собираются экологически рационально, оставляя на земле некоторый материал для предотвращения эрозии и потери углерода в почве. Что касается других отходов, то на самом деле очень мало вещей выбрасывается в больших масштабах. Хорошим примером может служить отработанное масло для жарки — оно звучит как что-то, что вы выбрасываете, но в U.S. наиболее используемое собираемое кулинарное масло используется для скармливания скоту. В ЕС использованное кулинарное масло выбрасывают, если оно не используется в качестве биотоплива из-за опасений коровьего бешенства. Если американское использованное кулинарное масло превращается в биотопливо, мы должны найти что-то еще, чтобы накормить наших коров, а это означает больше кукурузы или соевого масла и, следовательно, больше изменений в землепользовании. Это снова мы!

Все станет еще сложнее. Чем больше биотоплива мы производим, тем больше мы увеличиваем мировые поставки топлива, что снижает цены на бензин и дизельное топливо и побуждает людей водить больше.Это ужасный эффект отдачи, который в академической литературе называется косвенным изменением расхода топлива. Это означает, что преимущества биотоплива, который лишь немного чище, чем нефть, сводятся к нулю за счет более широкого использования бензина и дизельного топлива. Если принять во внимание косвенное изменение использования топлива, только биотопливо, обеспечивающее высокую экономию углерода, такое как целлюлозное биотопливо из кукурузной соломы или проса, действительно принесет хоть какую-то пользу для климата.

Итак, где мы находимся в отношении биотоплива? Это все еще сложно, но, чтобы помочь нам сохранять ясность, вот несколько принципов, которым мы следуем в ICCT:

• Дело не в топливе, а в сырье.Этанол, биодизель, возобновляемое дизельное топливо, биогаз, биоструйный двигатель — это не имеет значения (или, по крайней мере, не имеет большого значения). Из какого растения или животного делается биотопливо — вот что действительно определяет, насколько оно безвредно для окружающей среды.
• Биотопливо на основе пищевых продуктов не очень помогает. Это биотопливо предлагает в лучшем случае умеренное сокращение выбросов парниковых газов по сравнению с бензином и дизельным топливом. В худшем случае они загрязняют даже больше, чем нефть.
• «Отходы» лучше еды, но в ограниченном количестве. Сало, птичий жир и использованное кулинарное масло, вероятно, обеспечивают лучшую экономию парниковых газов, чем большинство видов пищевого биотоплива, но могут вызывать выбросы в результате вытеснения других видов использования.Производство этих материалов ограничено, и их предложение не будет расти в ответ на рост спроса на биотопливо, поэтому мы не можем рассчитывать на многое.
• Сельскохозяйственные и лесные отходы позволяют сократить выбросы парниковых газов, если их собирать экологически рационально, поскольку на земле остается достаточно материала для предотвращения эрозии и потери почвы.
• Наибольшие возможности могут быть получены от энергетических культур. Факты свидетельствуют о том, что целлюлозное биотопливо, полученное из энергетических культур, имеет гораздо меньшие выбросы при изменении землепользования, чем биотопливо на основе пищевых продуктов.
• Используйте термин «современное биотопливо» с осторожностью. В зависимости от того, кого вы спросите, это может означать «целлюлозное», «полученное из отходов» или даже «возобновляемое дизельное топливо из пальмового масла». «Продвинутый» не обязательно означает низкое содержание углерода, поэтому будьте конкретны.
• Не забывайте о низкоуглеродном топливе, которое не является «биологическим». Производство жидкостей из возобновляемых источников энергии не является биологическим, но может помочь в достижении наших климатических целей. И давайте не будем забывать о низкоуглеродной электроэнергии, используемой в электромобилях и автобусах.

Биотопливо — обзор | Темы ScienceDirect

Производство воды и биотоплива

Биотопливо часто называют панацеей от изменения климата.Это жизненно важная часть семейства возобновляемых источников энергии. Биотопливо — это газообразное или жидкое топливо для транспорта или отопления, полученное из биологических источников, таких как зерно, сахарные культуры, крахмал, целлюлозные материалы и органические отходы (De Fraiture et al. , 2008). Биотопливо включает биоэтанол и биодизель. Биоэтанол производится путем ферментации сахара из растений, таких как сахарный тростник, или из крахмальных культур, таких как кукуруза, тогда как биодизельное топливо производится из растительных масел или животных жиров в процессе переэтерификации.

Мировое производство биотоплива неуклонно росло в течение последнего десятилетия — производство выросло с 16 миллиардов литров в 2000 году до более чем 100 миллиардов литров в 2011 году, и сегодня биотопливо обеспечивает примерно 3% топлива для автомобильного транспорта во всем мире (на основе энергии) ( Международное энергетическое агентство, 2013 г.). Транспортный сектор является основным потребителем нефтяного топлива, поэтому замена ископаемого топлива биотопливом дает несколько преимуществ: это возобновляемый источник энергии, обеспечение энергетической безопасности за счет уменьшения зависимости от иностранных поставок нефти, обеспечение справедливого торгового баланса за счет снижения финансового бремени, менее загрязняет окружающую среду, чем нефтяное топливо (меньше серы, окиси углерода и твердых частиц), и снижает выбросы парниковых газов (ПГ); кроме того, биотопливо, обычно используемое в местной промышленности, способствует экономическому и социальному развитию сельских районов.Эти выгоды побудили многие страны принять политику, поощряющую местное производство биотоплива (De Fraiture et al. , 2008; Demirbas, 2007).

В Соединенных Штатах Закон об энергетической независимости и безопасности 2007 года предписал к 2015 году ежегодно производить 56,8 миллиарда литров этанола из кукурузы и дополнительно 60,6 миллиарда литров биотоплива из целлюлозных культур к 2022 году (Dominguez-Faus et al. , 2009 г.). Во всем мире Бразилия уже обеспечивает четверть своего наземного транспорта, используя этанол, полученный в результате ферментации сахара из сахарного тростника (Somerville, 2006).Индия, руководствуясь соображениями экологии и развития сельских районов, надеется, что к 2017 году на биотопливо будет приходиться не менее 20% ее потребления дизельного топлива и бензина. Однако рост производства биотоплива вызывает ряд проблем, среди которых усиление нагрузки на спрос на воду, которая уже сейчас дефицитный ресурс во многих странах является основным.

Производство биотоплива влияет на воду во многих отношениях — огромное количество воды требуется для орошения сельскохозяйственных культур, вода используется во время переработки на заводах по переработке биотоплива, а на качество водных объектов влияет рост сельскохозяйственной деятельности.Эти комбинированные эффекты можно назвать водным следом биотоплива (Dominguez-Faus et al. , 2009). Потребности в воде для производства биотоплива зависят от типа используемого сырья и от географических и климатических переменных. Обычно для производства биотоплива используются следующие культуры: кукуруза и соя (в основном в Соединенных Штатах), льняное и рапсовое семя (Европа), сахарный тростник (Бразилия) и пальмовое масло (Юго-Восточная Азия). Наиболее водоемким аспектом производства биотоплива является вода, используемая для орошения сельскохозяйственных культур, тогда как вода, используемая на заводах по переработке биотоплива, в целом аналогична воде для нефтепереработки (US Department of Energy, 2006).Однако, поскольку использование воды на предприятиях биопереработки сосредоточено на меньшей площади, локальные эффекты могут быть значительными. Например, биоперерабатывающий завод, производящий 100 миллионов галлонов (378 541 м ³ ) этанола в год, будет использовать эквивалентное водоснабжение для города с населением примерно 5000 человек (Национальный исследовательский совет, 2008 г.).

Потребление воды этанолом, полученным из зерна кукурузы, составляет примерно 28 галлонов на милю (66 л · км ^-1 ) (King and Webber, 2008).Это сильно контрастирует с расходом воды для обычного нефтяного бензина и дизельного топлива, который составляет 0,07–0,14 и 0,05–0,11 галлона на милю (0,16–0,33 и 0,12–0,26 л км ^–1 ), соответственно. Водоросли, еще один источник биотоплива, привлекают большое внимание, поскольку, в отличие от кукурузы или сои, они не конкурируют с сельскохозяйственными угодьями за выращивание продовольственных культур и могут производить в 10 раз больше топлива с гектара. Однако с точки зрения потребности в воде это не так эффективно. Расход воды может варьироваться от 3 до 3.15 и 3650 л воды на количество водорослевого биотоплива, эквивалентное 1 л бензина (Национальный исследовательский совет, 2012 г.). Производство 39 миллиардов литров в год, чтобы удовлетворить лишь 5% потребностей США в топливе для транспорта, в настоящее время является неустойчивым с точки зрения потребности в воде. В таблице 6 показаны некоторые основные страны-производители биотоплива, урожай биотоплива, а также текущий и прогнозируемый процент воды, используемой для сельскохозяйственных культур, и процент оросительной воды, используемой для производства биотоплива. Совершенно очевидно, что производство биотоплива будет отвлекать все больше и больше воды, которая в настоящее время используется для производства продуктов питания, что окажет дополнительное давление на распределение воды.Более эффективные методы орошения могут снизить потребление воды и смягчить эффект производства биотоплива.

Таблица 6. Основные страны-производители биотоплива, источники биотоплива, а также текущий и прогнозируемый процент от общего объема воды и воды для орошения, используемой для производства биотоплива

1,4

Страна	Биотопливо (миллиарды литров)	Основная культура биотоплива	% всей воды сельскохозяйственных культур, используемой для биотоплива		% оросительной воды, используемой для биотоплива
	2030		2005	2030	2005	2030
США и Канада.3	Кукуруза	4	11	2,7	20
Европейский Союз	23,0	Рапс		17		1	9048 9048 9048 9048 9048 9048			4	2,2	7
Индия	9,1	Сахарный тростник	0,5	3	1,2	5
9048 1 Южная Африка 1.8	Сахарный тростник	2,8	12	9,8	30
Бразилия	34,5	Сахарный тростник	10,7	14			3,5	3	1,1	4

Источник : адаптировано из de Fraiture, C., Giordano, M., Liao, Y., 2008. Биотопливо и последствия для использования воды в сельском хозяйстве: Голубое воздействие зеленая энергия.Водная политика 10, 67–81.

Производство биотоплива влияет не только на количество воды, но и на качество воды. Преобразование пастбищ в сельскохозяйственные угодья требует внесения удобрений и пестицидов, а преобразование существующих сельскохозяйственных культур в биотопливо приведет к увеличению внесения азота (Национальный исследовательский совет, 2008 г.). Воздействие различных культур на качество воды можно сравнить на основе внесения удобрений и пестицидов на единицу чистого прироста энергии, полученного при биотопливе.