Биотопливо, виды, распространение, производство и применение

Биотопливо, виды, распространение, производство и применение.

 

 

Биотопливо – это топливо, получаемое из биомассы (животного или растительного сырья, а также из биологических отходов) в результате проведения термохимической или биологической реакции.

 

Биотопливо как альтернативный источник энергии

Классификация биотоплива

Виды биотоплива: топливные брикеты, топливные гранулы, горючий торф, древесная щепа, биоуголь, дрова, биоэтанол, биометанол, биодизель, диметиловый эфир, биогаз, биоводород

Влияние использования топлива биологического происхождения на экологию

Другие виды топлива: биодизель, биотопливо, газойль, горючие сланцы, лигроин, мазут, нефть, попутный нефтяной газ, природный газ, свалочный газ, сланцевая нефть, сланцевый газ, синтез-газ

 

Биотопливо как альтернативный источник энергии:

Перед человечеством всегда остро стоял вопрос поиска дешевых источников энергии, получение которых не требовало чрезмерных затрат. Проблема использования энергоносителей, особенно обострилась в XX веке, когда стало ясно, что бездумное сжигание углеводородов приведет к дальнейшему снижению их земных запасов. Ученые пришли к выводу, что запасы нефти и газа со временем иссякнут, а затраты на разработку новых месторождений существенно возрастут, поскольку придется привлекать больше техники и производственных мощностей. В этот период значительно ухудшилась экология, болезненно реагирующая на исчезающий лесной покров и продолжающееся загрязнение атмосферы, недр и воды.

Возросла актуальность поиска альтернативных источников тепловой энергии, которые могли бы заменить природный газ и нефть. И таким эффективным направлением, наряду с солнечной энергетикой, ветроэнергетикой стало использование энергоносителей биологического происхождения (

биотопливо).

Под топливом биологического происхождения (биотопливом) следует понимать продукт, синтезируемый из животного, либо растительного сырья, а также из биологических отходов, который при определенном воздействии, выделяет тепловую энергию.

Среди других формулировок определения биотоплива встречается также и следующее: «Биотопливо – это топливо, получаемое из биомассы в результате проведения термохимической или биологической реакции».

54-60 % биотоплива составляют его традиционные формы: дрова, растительные остатки и сушёный навоз для отопления домов и приготовления пищи. Их используют 38 % населения Земли.

 

Классификация биотоплива:

Топливо биологического происхождения классифицируется в зависимости от агрегатного состояния и по принадлежности сырья к одному из трех поколений.

К сырью 1-го поколения относятся классические сельскохозяйственные культуры, например: сахарная свёкла.

Отличительной особенностью культур, относящихся к сырью 1-го поколения, является максимальное наличие в их составе крахмалов, сахаров и жиров. Крахмалы и сахара после многоступенчатой переработки превращаются в биоэтанол, жиры в биодизель. Транспортное биотопливо в основном получают из сырья 1-го поколения.

К сырью 2-го поколения относятся древесина, трава и непищевые остатки культивируемых растений, содержащие целлюлозу или лигнин.

Типичным представителем сырья 2-го поколения являются простейшие водоросли, растения рыжик и ятрофа с предельным содержанием масла. Выращивание культур второго поколения требует меньших затрат, нежели первого поколения. Такое растительное сырьё можно с большим эффектом сжигать, получать биогаз, разлагать в термической реакции пиролиза. Недостатком сырья второго поколения является необходимость иметь большие площади культивируемых культур.

К сырью 3-его поколения относятся быстрорастущие водоросли с максимальным содержанием масла.  Данные культуры культивируются в искусственных водоемах.

 

Виды биотоплива:

С учетом агрегатного состояния – топливо биологического происхождения может быть в жидком, твердом или газообразном состоянии.

Наиболее распространенной формой биотоплива, безусловно, является твердая биомасса.

Твердая масса представлена в виде топливных брикетов и гранул, горючего торфа, биоугля, древесной щепы и дров.

Жидкое (моторное) топливо – продукт переработки растительного сырья, который обеспечивает работу двигателей внутреннего сгорания. Сюда относится: биоэтанол, биометанол, биодизель, биобутанол, диметиловый эфир.

В газообразном состоянии

биотопливо представлено биогазом и биоводородом.

 

Топливные брикеты:

Для получения топливных брикетов из биологических отходов широко используется технология переработки птичьего помёта и навоза. Данная биомасса предварительно высушивается и прессуется в брикеты. В последующем подготовленные топливные брикеты используются для обогрева жилых помещений и заводских цехов.

 

Топливные гранулы:

Топливные гранулы получают из древесных отходов, скорлупы ореха,  подсолнуховой лузги, опилок, коры и щепы. На начальном этапе переработки, биомасса, измельченная до муки, поступает в сушилку, затем под пресс. В условиях повышенного давления и высокотемпературной среды выделяется природный полимер лигнин, который проявляет клеящие свойства. На выходе получаются топливные цилиндрики, имеющие минимальный процент зольности (не более 3 %).

 

Горючий торф:

Технология получения горючего торфа особой сложностью не отличается. Добытый торф доставляется на перерабатывающий завод, где просеивается, просушивается, а затем прессуется в брикеты. Впоследствии торфяные брикеты используются при обогреве загородных домов и производственных помещений.

 

Древесная щепа:

В европейских странах налажено производство древесной щепы, которая является продуктом сжигания на местных ТЭЦ. Выработка щепы выполняется на лесозаготовках с помощью шредеров (специальных рубильных машин). Сырьем для производства щепы выступают остатки коры, сучьев, пней, мелких веток.

 

Биоуголь:

Биоуголь – конечный продукт нагревания древесины и растительных остатков без доступа кислорода. Химический процесс отжига древесины получил название пиролиза. На Западе активно практикуется технология торрефакции (отжига древесной массы) на выходе которой получаются биотопливные гранулы с максимальным объемным теплосодержанием.

 

Дрова:

Дрова сегодня считаются одним из самых популярных видов топлива биологического происхождения. Для получения больших объемов дров высаживаются энергетические лесные массивы, с которыми ассоциируются быстрорастущие леса, кустарники и травы (акация, тополь, кукуруза). Посадку биотехнологических культур, как правило, выполняют в шахматном порядке или квадратно-гнездовым способом. Нередко, практикуется высадка в междурядье деревьев других сельскохозяйственных быстрорастущих культур (комбинированный способ). От момента посадки до полного среза деревьев или растительных культур должно пройти не менее 4-6 лет. В развитых странах мира практикуется обслуживание целых плантаций быстрорастущего тополя и ивы. В Северной Индии выделены огромные площади для высадки эвкалипта и тополя. Главной целью данных мероприятий является получение больших объемов экологически чистого и энергоемкого топлива для обогрева жилищ и закрытых производственных площадок.

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

 

Биоэтанол:

Биоэтанол является классическим биотопливным заменителем бензина, который занимает лидирующие позиции в перечне моторных топлив биологического происхождения. Основная сфера применения биоэтанола – топливо для работы двигателей автомобилей, однако в последние годы продукт используется в качестве биотоплива для домашних каминов.

В смеси с бензином, биоэтанол имеет множество достоинств: повышает мощность двигателя, не перегревает его во время работы, не образует нагара и сажи, не выделяет дым.

При использовании в качестве топлива для каминов биоэтанол демонстрирует лучшие экологические качества, нежели обычные дрова: выделяет минимум углекислоты, не дает сажи и дыма. Как топливо для каминов

биоэтанол используется даже в многоквартирных домах.

Для получения этанола берется сырьё, содержащее крахмал, сахар или целлюлозу, причем последний вариант считается наиболее экономически оправданным.

Крахмал или сахар содержится в кукурузе, картофеле, батате, ячмене, сахарной свекле, зерновых, сахарном тростнике. Производство этанола из сахарного тростника более выгодно, чем из кукурузы.

На данный момент известно два способа получения биоэтанола: спиртовое брожение (микробиологический способ) и гидратация этилена (синтетический способ).

При проведении реакции брожения получается 15%-раствор биоэтанола, который впоследствии проходит несколько этапов очистки и концентрирования посредством дистилляции.

В промышленных масштабах биоэтанол получают в процессе гидролиза из целлюлозосодержащего сырья (древесные опилки, солома). Полученную смесь впоследствии подвергают спиртовому брожению.

 

Биометанол:

Биометанол применение в качестве моторного топлива для двигателей внутреннего сгорания. Общая доля использования продукта в качестве топлива для легковых и грузовых автомобилей составляет 20 %. На базе биометанола сегодня создана уникальная угольная суспензия «метакол», которая является альтернативой применения топочного мазута, но в отличие от него обладает более высокой энергоемкостью и не требует использования специальных котлов. Среди ярких достоинств данного продукта, следует выделить: малый выброс углекислого газа в атмосферу и возможность утилизировать органические отходы. К недостаткам необходимо отнести: наличие бесцветного пламени, что может создавать аварийную ситуацию и травление внутренних полостей карбюраторов и алюминиевых систем.

Технология производства биометанола на данный момент четко не отлажена. Перспективным направлением является процесс получения продукта из фитопланктона, посредством биохимического преобразования исходного сырья. Процесс преобразования включает брожение биомассы, а затем прямое окисление метана.

Преимущества данной технологии очевидны: не требуется пресная вода и почва. Фитопланктон имеет хорошую энергетическую отдачу и обладает высокой продуктивностью.

Сфера применения биометанола не ограничивается автомобильной отраслью – продукт также широко используется в химической промышленности для получения метиламинов, формальдегидов, растворителей, его добавляют в антифризы и природный газ.

 

Биодизель:

Биодизель – продукт биологического происхождения на основе животных и растительных жиров (масел), а также их производных.

Биодизель обладает множеством достоинств:

а) отличные смазочные качества продукта позволяют существенно продлить срок эксплуатации двигателей внутреннего сгорания;

б) полностью распадается при попадании в почву, не причиняя вреда животным и растениям;

в) не содержит серы в отличие от дизельного топлива;

г) позволяет вводить в оборот ранее неиспользуемые низкокачественные земли сельскохозяйственного назначения;

д) остаточный компонент производства биодизеля – жмых можно в дальнейшем использовать в качестве корма для скота.

Для производства биодизеля в разных странах мира используется рапс и его разновидности, соя, касторовое, кокосовое и пальмовое масло, растение ятрофа из семейства молочайных.

В последние годы учеными ведутся работы по совершенствованию технологии получения биодизеля из водорослей. Эксперты подсчитали, что с одного акра земли можно получить 2400 литров пальмового масла, а с водной поверхности – 3570 баррелей бионефти (где один баррель приравнивается к 150 литрам).

 

Диметиловый эфир:

Диметиловый эфир – отождествляется с топливом биологического происхождения, который отвечает всем требованиям экологически чистого продукта, не требующего дополнительных этапов очисток. Автомобили с двигателями внутреннего сгорания, работающие на диметиловом эфире, производит отечественный флагман автомобилестроения «КАМАЗ», китайский производитель «SAIC Motor», европейские корпорации «Volvo» и «Nissan».

 

Биогаз:

Биогаз, чаще всего выступает заменителем природного газа и представляет собой смесь метана и углекислого газа. Из биогаза можно также получать электрическую энергию или использовать готовый продукт в качестве топлива. Технология производства биогаза предусматривает расщепление сложных органических соединений под влиянием бактерий. Данный процесс получил название метанового брожения. Конечным продуктом метанового брожения является биогаз и органическое удобрение.

Сырьем для промышленного производства биогаза служит широкий перечень органических отходов:

– сладкая/соленая молочная сыворотка;

– отходы от производства биодизеля;

– виноградная выжимка, жом овощной и фруктовый;

– отходы переработки картофеля;

– отходы получения крахмала и патоки;

– отходы производства чипсов;

– отходы рыбного и забойного цехов;

– пивная дробина;

– фекальные осадки;

– зерновая барда;

– птичий помёт и навоз.

Биогаз можно также получать из силосных культур и водорослей. Одним из способов получения биогаза является сбор свалочного газа. Правильная организация сбора свалочного газа позволяет улучшить экологическую ситуацию в крупных городах.

Ключевой задачей биогазовых станций является улучшение экологии окружающей среды за счет переработки разлагающихся отходов с последующим получением органических удобрений. Только после выполнения вышеперечисленных задач ставится цель получения доступной электрической и тепловой энергии.

Биогазовые установки возводятся на птицефабриках, мясокомбинатах, водочных производствах и имеют статус высокоэффективных очистных сооружений. Современная биогазовая станция вполне может заменить санитарно-ветеринарный завод, который вместо переработки падали в мясокостную муку будет производить биогаз. В нынешних реалиях не менее половины птицеферм Европы отапливаются биогазом. Из одной тонны навоза КРС можно получить до 65 кубометров биогаза. Некоторые крупные автопроизводители Европы уже наладили сборку автобусов, работающих на биогазе.

 

Биоводород:

Биоводород – газообразный продукт, полученный из биомассы биохимическим или термохимическим способом.

При биохимическом способе воздействия – процесс расщепления биомассы инициируют особые бактерии. При термохимическом способе биомассу нагревают до 800°С без доступа кислорода. В ходе реакции из биомассы выделяется H₂, CO и CH₄.

Водород также могут производить из канализационных стоков или морской воды отдельные виды зеленых водорослей (к примеру, Chlamydomonas reinhardtii).

В промышленных масштабах применение водорода ограничено, поскольку при взаимодействии с воздухом образуется гремучая смесь, которая крайне взрывоопасна.

 

Влияние использования топлива биологического происхождения на экологию:

Во многих странах мира возрастает спрос на топливо биологического происхождения. В погоне за выгодой большинство поставщиков деревянных гранул наращивают объемы торговли, тем самым способствуя вырубке лесов и других зеленых насаждений.

Интригой до сих пор остается вопрос углеродной нейтральности биоэнергетики – ученые спорят, существует ли риск добавления СО₂ в атмосферу или доля таких выбросов не повлияет на природный баланс.

В некоторых странах Азии из-за непродуманных действий правительства, в связи с изъятием сельскохозяйственных земель из оборота, и выделением их под энергетические культуры ощущается острая нехватка продовольствия.

 

Другие виды топлива:

– биодизель,

– биотопливо,

– газойль,

– горючие сланцы,

– лигроин,

– мазут,

– нефть,

– попутный нефтяной газ,

– природный газ,

– свалочный газ,

– сланцевая нефть,

– сланцевый газ,

– синтез-газ.

 

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

 

карта сайта

биотопливо для камина купить своими руками в домашних условиях альтернативная энергия для биокаминов цена как сделать примеры презентация
виды ооо производство переработка поколения технология установка минусы плюсы использование получение биотоплива заводы в россии москва из отходов для автомобилей из водорослей
альтернативное твердое жидкое биотопливо спб домашних без дымохода как источник энергии

 

Коэффициент востребованности 376

xn--80aaafltebbc3auk2aepkhr3ewjpa.xn--p1ai

Виды биотоплива: жидкое, твердое, газообразное

Технологии по производству биологического топлива решают проблему с поиском возобновляемых источников энергии с минимальным использованием ценных ресурсов, а также позволяют экологично утилизировать отходы различных производств в промышленных масштабах.

Биотопливо: сырье и технологии

Биотопливо производят из любого органического сырья. Это могут быть отходы жизнедеятельности животных, оболочка и стебли растений, некондиционная древесина, а также отходы пищевой промышленности.

Биомасса дробится, подвергается биологической либо термохимической обработке (нагревание, воздействие различных видов микроорганизмов). После чего образовавшиеся вещества сортируются, очищаются, затем отправляются в коллектор.

Существует классификация биотоплива по типу исходного сырья:

• Первое поколение топлива производится из растений с высоким содержанием сахаров, жиров, крахмала. Например, соя, рапс, кукуруза, а также сахарная свекла. Выращивание этих культур наносит вред климату.
• Второе поколение биотопливного сырья: трава, древесина, отходы сельского хозяйства. Подобная биомасса требует более технологичных методов обработки, но решает также проблему утилизации промышленных отходов.
• Сырьевой базой третьего поколения служат водоросли. Их специально выращивают, но для этого не требуется ни пресной воды, ни земельных площадей. Неприхотливые водоросли позволяют получать топливо без расхода ценных ресурсов.

Разные поколения биотоплива отличаются своими экологическими характеристиками. Наиболее предпочтительным вариантом для топливного производства является биомасса второго-третьего поколений.

Виды биотоплива

Как и другие вещества, биотопливо имеет три разновидности по своему агрегатному состоянию:

• Твердый тип производится на основе отходов сельского хозяйства либо деревообработки.
• Жидкий тип представлен биобутанолом, биоэтанолом, диметиловым эфиром, биодизелем.
• Газообразный тип: биоводород, биометан, биогаз.

Все три разновидности имеют свои специфические особенности, которые рассмотрены ниже.

Твердое биологическое топливо

Самый традиционный пример твердого биотоплива — дрова. С их помощью обогревают жилища уже несколько тысяч лет. Но это далеко не самый экологичный вид топлива, поскольку древесному фонду для возобновления требуются десятки лет.

Альтернативой дровам становятся пеллеты, которые производятся из некондиционной древесины — коры, веток, опилок, обрезков, а также щепы. Сырье перемалывается, затем из него под воздействием высокого давления и высокой температуры формируются мелкие цилиндрики или брикеты. Из-за правильной формы их удобно хранить. Кроме того, это прекрасный способ утилизации отходов деревообрабатывающей промышленности.

Помимо древесной массы для изготовления твердого топлива используют солому, ореховую шелуху, внешние оболочки растений. Такое сырье прессуется и гранулируется.

Не менее часто пеллеты изготавливают из навоза. Современные технологии позволяют устранить неприятный запах из такого вида топлива. Это хороший способ использования отходов жизнедеятельности животных. Кроме того, это дешевое сырье очень быстро возобновляется.

Жидкое биологическое топливо

Жидкое топливо служит альтернативой бензину, либо дополнением к традиционному автомобильному топливу. Различают пять основных видов жидкого биотоплива:

• Биометанол. В качестве сырья для его производства служат одноклеточные водоросли. Разведение таких водорослей не требует ни пресной воды, ни земельных площадей, а потому это одно из наиболее перспективных направлений развития биотехнологий.
• Биодизель — основан на смешивании эфиров жирных кислот. Он абсолютно безопасен, хранится три месяца, разлагается за четыре недели. Применяется как альтернативное автомобильное горючее либо как добавка к традиционному топливу.

• Биобутанол, является аналогом бутанола, но производится из растений: кукурузы, пшеницы, маниока и свеклы. Это вещество способно заменить традиционное автомобильное горючее.
• Биоэтанол получают из сырья, содержащего сахара и крахмал, путем спиртового брожения. Применяется для топки каминов, поскольку обладает высокой теплоотдачей и не образует побочных продуктов горения. Может использоваться в качестве добавки к автомобильному топливу, поскольку защищает мотор и снижает количество выбросов.
• Диметиловый эфир производится из отходов бумажного производства. Может применяться для изготовления автомобильного топлива для машин с LPG-двигателями.

Газообразное биологическое топливо

Основными типами газообразного биотоплива являются:

• Биоводород — аналог водорода. Получают его из органического сырья двумя способами — термохимическим (нагрев до 800 градусов без доступа кислорода) и биохимическим (легкий подогрев и микроорганизмы). Преимущество этого вида топлива — его возобновляемость. Для сырьевой массы используются органические отходы; бактерии, участвующие в переработке сырья, можно использовать неоднократно.
• Биогаз является аналогом природного газа. В его состав входит метан, углекислый газ, а также малое количество примесей (водород и сероводород). Если этот газ очистить от углекислоты, то получится биологический метан. Биогаз получается в результате метанового либо водородного брожения. Метановое брожение включает три этапа биологической обработки сырьевой массы: при помощи гидролизных бактерий, а также кислотообразующих и метанообразующих микроорганизмов. В качестве сырья служат отходы жизнедеятельности животных, водоросли, бытовые отходы. Сфера применения такая же, как у природного газа.

Плюсы и минусы биотоплива

Развитие биотехнологий решает проблему утилизации органических отходов, а также замены нефти и газа на альтернативные виды топлива. Но неразумное их использование может вызвать дополнительные проблемы с климатом, а также экосистемами. Рассмотрим несколько ключевых пунктов в развитии этой отрасли:

• Биотопливо — это возобновляемый источник энергии с дешевым сырьем.
• Технологии, основанные на переработке органических отходов, применимы везде, где есть люди и производственные комплексы.
• Производство биологического топлива снижает уровень углекислого газа в атмосфере, а его применение вместо традиционного горючего уменьшает выработку углекислого газа.
• Выращивание монокультур в больших масштабах (в качестве сырья для биотоплива) приводит к обеднению почвенного состава и снижению биоразнообразия, что оказывает влияние на климат.

Разумный подход к производству биологического топлива способен решить самые острые экологические проблемы окружающей среды.

altenergiya.ru

Биотопливо своими руками — оцениваем возможности производства!

Интересуетесь информацией, как сделать биотопливо своими руками и на сколько это возможно? Тогда читайте ниже о том, что такое биотопливо, из какого сырья его можно получить, и какие для этого используются технологии.

Вопросы обеспечения своего личного домашнего хозяйства необходимыми для его функционирования энергетическими ресурсами – это проблема, которая в той или иной степени остроты встаёт перед любым собственником. Нередко сложности заключаются даже в невозможности подвести соответствующие коммуникации, например, в отсутствии газораспределительных сетей в районе проживания. Но все ж, если рассматривать все в комплексе, то основные проблемы – это высокие тарифы на энергоносители, которые нередко ставят под вопрос рентабельность приусадебного хозяйства. К сожалению, даже падение цен на основные источники энергии на мировом рынке никоим образом не отражаются на конечном потребителе – тарифы остаются на прежнем уровне и даже имеют тенденцию к росту.

Биотопливо своими руками

Естественно, в такой ситуации все больше хозяев начинает задумываться о возможностях использования альтернативных источников энергии. В частности, много разговором сейчас идёт про биотопливо – высококалорийные энергоносители (жидкие, твердые или газообразные), которые получают путем переработки сырья, нередко в буквальном смысле слова «валяющегося под ногами». В частности, многих интересует вопрос, насколько реально изготовить такое биотопливо своими руками, в условиях небольшого частного хозяйства.

Мнений по этому поводу немало, вплоть до таких, что наладить подобное мини-производство – буквально «пара пустяков». Можно ли верить столь оптимистическим заверениям? Скорее всего, нет – любое биотопливо потребует и специального, часто – весьма дорогостоящего оборудования, и необходимых знаний, и навыков, и постоянного источника сырья. Давайте разбираться подробнее…

Что такое биотопливо и из чего оно получается?

Практически все добываемые на планете энергоносители являются продуктом многолетней естественной переработки органики. Сложные биохимические процессы, происходившие в наслоениях отживших растений и в останках животных, под влиянием внешних факторов (температуры, давления) с течением времени приводили к образованию залежей угля, нефтеносных пластов, к скоплению горючих газов в толще грунтов. Именно эти природные ископаемые и являются по сей день основными энергоносителями, используемыми человеком.

Добыча энергоносителей часто проводится в самых экстремальных условиях

Проблема в том, что все эти ресурсы — небезграничные, и их количество год от года уменьшается. Восстановления их практически не происходит (на это требуются многие миллионы лет). Все они, в подавляющем большинстве, залегают на больших глубинах, часто в труднодоступных местах (в арктических областях или на морских шельфах), их добыча требует применения сложных технологий, а плюс к этому немалую сложность представляют еще и вопросы транспортировки.

Одним словом, подобные проблемы, очевидно, будут лишь нарастать со временем, и человечеству ничего не остается, как рассматривать возможности альтернативных источников энергии. В качестве одного из наиболее перспективных направлений в настоящее время рассматривают биоэнергетику.

В самом деле, законы биохимии не меняются, органика – возобновляемый вид сырья, так почему бы искусственно, в короткие сроки, не провести те самые процессы получения энергоносителей? Мало того, в качестве сырья можно использовать ведь не только специально выращиваемые культуры, но и разнообразные биологические и технологические отходы, попутно решая вопрос их утилизации.

Сырье для производства биотоплива часто буквально валяется под ногами

В таблице ниже схематично представлены основные направления в производстве и попутном использовании биологического топлива. Надо сказать, что подобные подходы могут применяться как в больших масштабах, так и в достаточно изолированных, автономных системах, например, средних или малых сельскохозяйственных комплексах.

Исходное сырье для переработки	Технологические линии	Получаемый продукт	Продукт вторичного использования или переработки
Сельскохозяйственные животноводческие отходы, остаточые продукты кормового производства	Установки по получению биогаза	Биогаз (биометан)	Обеспечение животноводческих комплексов «дармовой» электроэнергией
			Обеспечение автономного обогрева
		Экологически чистые органические удобрения
Технические культуры с высоким содержданием масла (подсолнечник, рапс, соя, кукуруза и т.п.)	Перерабатываюшие линии	Биоэтанол (спирт)
		Растительное техническое масло	Биодизель
Отходы сельскохозяйственного производства (растениеводство и пищевое производство)	Перегонные и пиролизные установки	Газообразное топливо (пиролизные газы)	Электроэнергия
			Тепловая энергия
		Жидкое топливо (спирты)
Отходы деревоперерабатываюшей промышленности	Пиролизные установки	Газообразное топливо (пиролизные газы)	Электроэнергия
			Тепловая энергия
	Грануляционные установки	Топливные брикеты (пеллеты)

Некоторые страны с развитой агротехнической инфраструктурой возводят производство биотопливо в ранг глобальных национальных программ. Яркий пример – Бразилия, где внедрение технологий производства альтернативных видов топлива идет «семимильными шагами», и вполне вероятно, что это страна вскорости сможет претендовать на звание одного из крупнейших поставщиков подобных энергоносителей.

В Бразилии и многих других странах колонки с биотопливом уже никого не удивляют

Однако, вернемся в «родные края». В наших условиях тоже вполне возможно производить практически любые виды биологического топлива, используя при этом или специально выращиваемое для этих целей сырье, или же применяя технологии переработки отходов сельскохозяйственного, пищевого производства, лесозаготовок или деревообрабатывающей промышленности. В частности, можно рассмотреть процесс создания жидкого биотоплива (биодизель) и твердого (топливные пеллеты).

Цены на топливные блоки и биотопливо для биокаминов

Топливные блоки и биотопливо для биокаминов

Производство биодизеля

Достоинства биодизеля и основы его производства

Можно ли дизельное топливо — солярку, продукт, полученные путем ректификации, то есть прямой перегонки нефти, получить из растительного сырья? Оказывается, вполне, так как по молекулярной структуре растительные и животные масла весьма схожи с классическим дизтопливом.

Это, по сути, те же «длинные» углеводородные молекулы, но только не в свободном линейном состоянии, а связанные в «триады» поперечным каркасом из жирных кислот – глицерина. Значит, чтобы из масла выделить именно энергетическую сгораемую составляющую, нужно очистить его от глицерина. В этом то и состоит технологический процесс получения биодизеля.

Биодизель из разных сортов масла

В итоге должна получиться желтая (с возможным оттеночным разнообразием) жидкость, не имеющая того специфического запаха, который свойственен привычной солярке. Тем не менее, это готовое топливо, которое можно применять как в чистом виде, так и в качестве присадки к «классическому» дизтопливу. Интересно, что обычные дизельные двигатели не нуждаются ни в какой доработке при переходе даже на чистый биодизель.

(Чаще  все же, из-за высокой температуры порога замерзания, биодизель применяют в смеси с обычной соляркой, и получаемое топливо обычно обозначается буквенным символом «В» с числом, которое показывает процентное соотношение биологической составляющей топлива от общего объема. Например, наиболее распространенное топливо «В20» — 20% биодизеля и 80 % солярки).

Вместе с тем, такое биологическое топливо, не отставая по своей калорийности, даже во многом отличается от продукта нефтепереработки в лучшую сторону:

• Такое топливо обладает выраженные смазывающим эффектом, что существенно продлевает жизнь деталям дизельного двигателя.
• В таком топливе практически не содержится серы, которая и окисляет моторное масло, быстро выводя его из состояния пригодности, и «съедает» резиновые уплотнители, и просто чрезвычайно вредна для окружающей среды, куда попадает в результате выхлопа.
• Точка воспламенения биодизеля – значительно выше, чем у обычной солярки (около 150 °С). А это означает, что биологическое топливо намного безопаснее и в хранении, и в транспортировке, и в использовании. Токсичность такого топлива — намного ниже, чем полученного от нефтеперегонки.
• Одним из базовых показателей дизельного топлива является «цетановое число», показывающее способность горячего к воспламенению при компрессии. Чем оно выше, тем качественнее топливо, тем плавнее работает двигатель и меньше изнашиваются его детали. Если для обычного дизтоплива этот показатель начинается от 40 – 42, то для биодизеля цетановое число ниже 51 и не встречается (кстати, по европейским стандартам качества цетановое число в любом дизтопливе, применяемом на территории Евросоюза, должно быть доведено не ниже, чем до 51).

К недостаткам биодизеля можно отнести более высокую температуру начала кристаллизации (обычно такое топливо требует предварительного разогрева) и сравнительно небольшой срок возможного хранения готового продукта (обычно – до 3 месяцев).

В качестве сырья для производства в промышленных масштабах технического растительного масла, а затем – биодизеля, используются высокоурожайные маслосодержащие культуры – например, подсолнечник, соя, кукуруза.

Продукты для производства технических растительных масел — сырья для выработки биодизеля

Особое внимание у аграриев в последнее время стал завоевать рапс, из-за своей чрезвычайно высокой урожайности, неприхотливости, а кроме того, он из всех перечисленных культур в гораздо меньшей степени истощает почву.

Одна из наиболее перспективных технических культур — рапс

Однако, тенденции развития производства биодизеля таковы, что считается нецелесообразным занимать под него ценные посевные площади, которые могут быть больше востребованы в продовольственных целях. Наиболее перспективным направлением становятся фермы по выращиванию зеленых водорослей особых пород, которые чрезвычайно быстро растут и дают отменный по энергетическому содержанию билогический материал.

От зеленых водорослей — к полноценному топливу

При создании определенных условий для роста и жизнедеятельности водорослей в искусственных водоемах (биореакторах), они активно накапливают растительные жиры и сахара, которые затем в процессе переработки становятся исходным продуктом для получения горючего углеводорода. По большому счету, высоким по цене является только само по себе оборудование, а водорослям для активного роста нужны лишь вода, солнечный свет и углекислый газ.

Так будут выглядеть заводы по производству биодизеля из зеленых водорослей

Применяют для производства биодизеля и другие масла – пальмовое, кокосовое, а также животные жиры, как правило – в виде отходов перерабатывающей или пищевой промышленности.

В чем же заключается процесс «отрыва» углеводородной цепочки от ненужной глицериновой основы? Нужно просто заменить это плотное связующее другим, более химически активным и летучим. В качестве такого реагента оптимально подходит метиловый спирт (метанол). Он сам по себе является высокогорючим веществом и даже в ряде случаев может применяться в качестве совершенно отдельного вида топлива, поэтому никак не понизит свойств биодизеля.

Химический процесс вытеснения глицериновой составляющей (в научной литературе эта процедура называется перэтерификацией) должен пойти и сам по себе, но он не является необратимым – вещество может переходить как в необходимое состояние, так и вновь в исходное. Для того чтобы избежать подобной нестабильности и чтобы ускорить процесс применяется катализатор. В его качестве чаще всего используют щелочи (NaOH или КОН). Для максимальной равномерности обменного процесса обрабатываемую смесь подвергают постоянному перемешиванию и подогреву до температуры порядка 50 градусов.

Обычно, в зависимости от объемов и качества исходных продуктов, процесс может идти от 1 до 10 часов. В итоге смесь должна дать выраженное расслоение. В верхней части реактора (сосуда, где происходил процесс) остаётся легкая фракция – собственно, сам биодизель. В нижней – выраженная плотная масса – глицериновая составляющая.

Расслоение состава после перэтерификации

Теперь осталось отделить биодизель, подвернуть его очистке от излишков метанола и от остатков катализатора. Оставшуюся глицериновую фракцию также подвергают процессу очистки, так как сам по себе глицерин является весьма ценным продуктом с широкой сферой применения.

Мнение эксперта:

Масальский А.В.

Редактор категории «строительство» на портале Stroyday.ru. Специалист по инженерным системам и водоотведению.  

Задать вопрос эксперту

Оптимальной дозировкой компонентов считается такая: для переработки тонны растительного масла потребуется 111 кг метилового спирта и порядка 12 кг катализатора – гидроксида натрия или калия. При соблюдении технологии процесса на выходе должно получиться примерно 970 кг (или 1110 литров) готового очищенного биодизеля и 153 килограмма глицерина.

Можно, конечно, расписать сложную химическую формулу, но она вряд ли что скажет полезного читателю. Лучше привести наглядную блок-схему производственного процесса, чтобы стало понятно, насколько непросто качественно провести все операции.

Блок-схема стандартного производственного процесса по выпуску биодизеля

Растительное масло или отжимается на месте, или поступает в готовом виде, или же применяются жировые отходы пищевого производства. После процесса очистки – поступает в переэтерификационные реакторы. Туда же, по своему каналу, поступает подготовленная смесь катализатора и реагента – метанола. Далее, следуют технологические циклы разделения фракций и их многоступенчатой очистки. В итоге биодизель и очищенный глицерин поступают как конечный продукт на склад, а извлеченные излишки метанола возвращаются для повторного использования.

А можно ли производить самостоятельно?

Казалось бы, все просто и понятно, но это в продуманной технологической линии. А вот можно ли изготовить биодизель самостоятельно?

1. Во-первых, нужно сразу четко осознать, что этот организация такого мини-производства будет лишь в том случае оправдана, если существует надежный и практически неиссякаемый источник сырья – растительных или животных жиров нужной степени очистки. Например, если есть возможность на пищевых предприятиях или в учреждениях общественного питания за очень невысокую сумму скупать остатки использованного масла. Производить масло самостоятельно выращивая для этого соответствующие культуры или приобретая семена для отжима – в масштабах личного хозяйства такая перспектива даже не должна рассматриваться, так как дело буде заведомо убыточным.

2. Следующий важный аспект – немалые сложности работы с химическими компонентами.

• Щелочные составы — очень гигроскопичны, моментально впитывают влагу, то есть их хранение становится немалой проблемой. Это еще и с учетом того, что гидроксиды натрия и калия, — чрезвычайно «агрессивные» вещества, и легко вступают в реакцию с большинством металлов. Стало быть, хранить их можно будет только в нержавеющей или стеклянной посуде, или полипропиленовой таре.
• Немало проблем создаст и метанол. Прежде всего нужно постоянно помнить о его высочайшей токсичности – отравление таким спиртом нередко заканчивается летальным исходом. (Особое внимание, если в доме есть люди с пристрастием к спиртному – метанол по виду и запаху мало отличается от этилового, «винного» спирта). Все работы с метанолом должны проводиться с обязательной защитой органов дыхания, глаз, кожи, слизистых.

Конечно, реакцию можно провести и с более безопасным этиловым спиртом, но в итоге горючее получается более плотное и вязкое, его качество для заправки двигателей – существенно ниже.

• Кустарным способом, «на глаз», очень непросто соблюсти правильную дозировку исходных компонентов и определить их качество.

— Обычно исходят из того, что указанного выше соотношения метанола и масла для нормального протекания реакции может оказаться недостаточным – во многом это зависит от биохимического состава приобретенного сырья. Поэтому метанол всегда добавляется в избыточном количестве, примерно 1 : 4 в объемном соотношении к маслу. Точнее вычислить без лабораторных исследований, увы, невозможно.

— Ранее не зря упоминалось, что сырье должно быть определенной степени «чистоты» — если применять наобум любые полученные жировые или масляные отходы, можно не только не получить нужного биодизеля на выходе, но и серьезно «запороть» оборудование. Например, если в масле содержится слишком много воды, то она попросту разрушит катализатор, процесс выйдет из-под контроля, и в реакторе вместо ожидаемого биодизеля начнет образовываться мыло (так называемая сапонификация). Мало того, если при этом применялся NаОН, то, скорее всего, можно будет «поймать глоп» — мыло быстро густеет и заполняет собой весь объем реактора, полностью поглощая собой непрореагировавшее масло.

На предприятиях для удаления излишков воды применяют специальные осушающие агенты, которые затем, после обработки, выводятся с помощью фильтрации. Удалить воду в домашних условиях можно, конечно, обычным предварительным нагревом масла до 110 ÷ 120 градусов – вода должна при этом выпариться и улетучиться. Однако, нагревание масла нередко приводит и к другой «неприятности» – к повышению концентрации свободных жирных кислот. Об этом – следующий пункт.

— Второе уязвимое место исходного сырья – это концентрация свободных жирных кислот (FFА) – есть определенные технологические ограничения на их содержание. Такой недостаток – повышенная концентрация FFA, обычно свойственен отходам пищевого производства, то есть маслам, подвергнутым уже тепловой обработке, так как сами по себе эти кислоты – продукт термического разложения масел. При реакции с катализатором FFA переходят в воду и мыло, об опасности которых уже упоминалось выше. На технологических линиях этот вопрос решается проведением анализов поступающего сырья и выработки соответствующей рецептуры по оптимальному процентному содержанию катализатора.

Итак, масло для переработки должно содержать минимальное количество воды и FFA. Но в домашних условиях провести необходимое лабораторное исследование – вряд ли представляется возможным. То есть, производитель весьма сильно рискует и качеством продукции, и сохранностью собственного оборудования.

3. Третий «блок проблем» – необходимое для процесса оборудование. Хотя в сети встречаются описания и фотографии самостоятельно изготовленных «линий» по производству биодизеля, назвать их удачными, удобными и т.п. – не получается.

К сожалению, кустарные аппараты еще очень далеки от совершенства

Можно отдать дань уважения авторам за оригинальность, за использование самых неожиданных деталей и узлов, например, старых стиральных машин или холодильников, за интересные решения проблем разделения и очистки конечного продукта, но все же претендовать на какую-то «прорывную» модель установки, рекомендованную к самостоятельному изготовлению, нельзя.

Видео — Пример самодельной установки для получения биодизеля

Одним из самых сложных и трудоемких процессов является  отделение глицеринсодержащей фракции от биодизеля, а затем – проведение очистки горючего от остатков мыла, щелочной составляющей, излишков метанола. Кстати, метанол – очень недешевое сырье, и просто выпаривать его в атмосферу — крайне нерентабельно. Значит, при его повышенной летучести, необходимы специальные очистные герметичные камеры, позволяющие без потерь провести процесс перегонки.

Мыльную составляющую отделяют путем отстаивания, водной промывки с последующей фильтрацией и выпариванием излишков. Для удаления щелочей используют подкисленные составы (например, уксусной кислоты).

Некоторые домашние мастера предпочитают установку специальной аэрационной колонны, в которой биодизель  проходит отстаивание и с помощью искусственно созданных компрессором воздушных пузырьков очищается от химических примесей. Подобный пример приведен в продолжении видеосюжета:

Видео — Как сделать биодизель

Одним словом, говорить о высокой (или хотя бы какой-нибудь) рентабельности подобного кустарного производства – вряд ли приходится. Производительность подобных установок – невысока, невозможно организовать непрерывный цикл, самодельная аппаратура требует практически постоянного контроля со стороны человека. Да и качество получаемого биодизеля проконтролировать сложно. То есть, для нужд личного хозяйства, для заправки собственной машины (на свой страх и риск) это применить можно, но не станет ли подобное топливо дороже обычной солярки?

А если рассматривать организацию производства биотоплива, как собственное дело, то в этом случае не обойтись без приобретения специальных технологических установок.

Вниманию заинтересованных людей представлено немало моделей мини-линий по производству биодизеля

Если задаться целью, то будет не так сложно подобрать необходимый производственный мини-комплекс, оптимально подходящий к имеющейся в распоряжении площади. На интернет-площадках представлено немало подобных технологических установок, различающихся по потребляемой мощности, производительности, степени автоматизации, количеству необходимых для обслуживания операторов, и, конечно, по стоимости оборудования. Производство линий по выработке биодизеля освоили и отечественные, и европейские компании.

Видео: автоматизированная модульная линия по выпуску биодизеля

Твердое биотопливо — пеллеты

В последнее время очень много ходит различных слухов или даже своеобразных «легенд» о том, что одним из наиболее перспективных и высокорентабельных видов малого бизнеса может стать производство топливных пеллет – особого вида биологического топлива.  Давайте внимательнее глянем на достоинства твердого гранулированного топлива и на процесс его получения.

Для чего и как производят топливные пеллеты

Лесозаготовки, деревообрабатывающие предприятия, сельскохозяйственные комплексы, некоторые другие производственные линии обязательно выдают, помимо основной продукции, очень большое количество древесных или иных растительных отходов, которые, казалось бы, уже не имеют никакой практической ценности. Еще не так давно они попросту сжигались, выбрасывая дым в атмосферу, или даже бесхозяйственно разлагались огромными «терриконами». Но ведь в них заложен огромный энергетический потенциал! Если эти отходы привести в состояние, удобное для использования в виде топлива, то, наряду с решением проблемы утилизации, можно ещё и прибыль получить! Именно на этих принципах и базируется производство твердого биотоплива – пеллет.

Пеллеты чрезвычайно удобны в хранении, транспортировке, использовании

По сути – это спрессованные гранулы цилиндрической формы, имеющие диаметр от 4 ÷ 5 и до 9 ÷ 10 мм, и длину примерно 15 ÷ 50 мм. Такая форма выпуска очень удобна – гранулы легко фасуются в мешки, их несложно транспортировать, они отлично подходят для автоматической подачи топлива в твёрдотопливные котлы, например, с помощью шнекового загрузчика.

Котлы на пеллетах имеют возможность автоматической подачи топлива из бункера

Пеллеты прессуются и из отходов натуральной древесины, и из коры, веток, хвои, сухих листьев и других побочных продуктов лесозаготовок. Получают их из соломы, лузги, жмыха, а в некоторых случаях сырьем служит даже куриный помет. На производстве пеллет пускают торф – именно в такой форме у него достигается максимальная теплоотдача при сгорании.

Производить пеллеты можно из самых разных материалов

Безусловно, разное сырье дает и различные характеристики получаемых пеллет – по их энергоотдаче, зольности (количеству остающегося несгораемого компонента), влажности, плотности, цене. Чем выше качество, тем меньше хлопот с отопительными приборами, тем выше КПД системы отопления.

Некоторые пеллеты можно использовать не только в виде топлива, но и как удобрение или состав для мульчирования почвы. Тем не менее основное их предназначение, безусловно – топливо для котлов, и здесь у них немало выраженных преимуществ перед другими видами твердого топлива. Так, например, это абсолютно чистый вид топлива с точки зрения экологии. В процессе производства пеллет не используется никаких химических добавок или формовочных смесей.

Виды пеллет и описание

Мнение эксперта:

Масальский А.В.

Редактор категории «строительство» на портале Stroyday.ru. Специалист по инженерным системам и водоотведению.  

Задать вопрос эксперту

По своей удельной калорийности (в объемном отношении) пеллеты оставляют позади все виды дров и угля. Хранение же такого топлива не требует больших площадей или создания каких-либо особых условий. В спрессованной древесине, в отличие от опилок, никогда не начинается процессов гниения или прения, так что риска самовоспламенения такого биотоплива нет.

Теперь – к вопросу производства пеллет. По сути, весь цикл просто и понятно изображен на схеме (показано сельскохозяйственное сырье, но в равной мере это относится и к любым древесным отходам):

«Краткий курс» по производству пеллет

В первую очередь отходы проходят стадию дробления (обычно до размеров щепы до 50 мм длиной и 2 ÷ 3 мм толщиной). Затем следует процедура сушки – необходимо, чтобы остаточная влажность не превышала 12%. Если есть необходимость, то щепу дробят в еще более мелкую фракцию, доводя ее состояние почти до уровня древесной муки. Оптимальным считается, если размер частиц, поступающих на линию прессования пеллет, будет в пределах 4 мм.

Прежде чем сырье попадет в грануляторы, его слегка пропаривают или кратковременно погружают в воду. И, наконец, на линии прессовки пеллет эта «древесная мука» продавливается через калибровочные отверстия специальной матрицы, имеющие конусную форму. Такая конфигурация каналов способствует максимальному сжатию измельченной древесины с, естественно, резким ее нагревом. При этом имеющееся в любой целлюлозосодержащей структуре вещество лигнин надежно «склеивает» все мельчайшие частицы, создавая очень плотную и прочную гранулу.

Формирование пеллет в цилиндрической матрице

На выходе из матрицы полученные «колбаски» срезаются специальным ножом, что дает цилиндрические гранулы нужной длины. Они поступают в бункер, а оттуда – в приемник готовых пеллет. По сути, осталось только охладить готовые гранулы и расфасовать по мешкам.

Схема работы аппарата с плоской матрицей

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

Видео: небольшое производство по переработке древесных отходов в пеллеты

А как быть «частному собственнику»?

Итак, все, казалось бы, просто. Но эта «простота» — для налаженного производства, а стоит ли затевать такой процесс самому?

1. Прежде всего, нужно очень внимательно «осмотреться» с точки зрения источника сырья для частного производства.

• Если поблизости есть какой-либо деревообрабатывающий комбинат (крупная мастерская), и там по «смешным» ценам или даже бесплатно, в порядке самовывоза, можно на постоянной основе получать готовые опилки – то стоит попробовать. Скорее всего, все первоначальные затраты будут вскорости оправданы – появится возможность не только полностью обеспечить себя гранулированным биотопливом, но и реализовать излишки.

Если удалось найти такого поставщика — то дело пойдет!

Вполне понятно, что весьма выгодным будет наличие пеллетной линии, если хозяин сам занимается вопросами деревообработки, и опилки в хозяйстве, как говорится, «не переводятся».

• Хуже, если доступны только крупные отходы древесины – в этом случае придётся продумывать вопрос ее дробления, а это уже лишние расходы и на оборудование, и на электроэнергию.
• Если же расчет строится из волюнтаристских предположениях – «что найду, то и переработаю», то, скорее всего, ничего путного не получится. Оборудование для гранулирования стоит недешево, и вряд ли когда-нибудь себя при таком подходе оправдает.

При оценке возможностей получения сырья нужно оценивать и породу древесины. Вряд ли стоит связываться с тополем или ивой – мало того, что и сама древесина низкокалорийная, она еще и плохо спекается в гранулы из-за низкого содержания лигнина. Не слишком удачным выбором станет и липа. А вот опилки от хвойных пород по причине повышенного содержания смол подходят все без исключения.

2. Следующий важный вопрос – это проблема оборудования.

Собственно, особых проблем-то с этим и нет – в продаже представлено немало установок различной мощности и производительности, отечественной, европейской или китайской сборки. Назвать их дешевыми – наверное, нельзя. Какие из них лучше или хуже – тоже судить сложно, лучше на эту тему покопаться в форумах интернета.

Аппарат по производству пеллет заводской сборки

Там же, на форумах, можно отыскать предложения мастеров, которые занимаются изготовлением грануляторов на заказ. У них есть наработанные схемы, собственные чертежи, опыт сборки и наладки установок. Возможно, что и по цене такой аппарат окажется намного привлекательнее, нежели заводской.

Видео: модель гранулятора с неподвижной плоской матрицей на 4 кВт

А вот насчет самостоятельного изготовления – вопрос весьма спорный. Прежде всего, готовых чертежей таких изделий добыть практически невозможно – разве, что скопировать с собранного аппарата. Мастера, которые освоили производства подобных установок, вряд ли будут делиться всеми нюансами конструкции и сборки.

Вторая сложность – подвижные и стационарные детали в грануляционной камере испытывают огромные нагрузки, и без соответствующих знаний сопромата и прикладной механики правильно рассчитать их — практически невозможно. Делать «на глаз» — не получится.

Главные детали гранулятора — матрица и дробящие ролики

Основные детали – матрицу и дробящие ролики, можно приобрести в готовом виде. Но исполнить сам корпус, смонтировать его на станине, установить электропривод, продумать систему передач с нужным передаточным числом, точно подогнать все детали и узлы – здесь нужны незаурядные способности слесаря, механика, фрезеровщика, токаря…

Конечно, если есть полная уверенность в своих силах, то можно попробовать – в интернете встречаются примеры, в которых домашние мастера хвастают своими удачами. Мало того, некоторым даже удается уйти от обычных схем и изменить конструкцию, сделав ее проще, но без потери возможностей установки.

Возможно, предлагаемое ниже видео для кого-нибудь и станет отправной точкой в разработке и изготовлении собственного пеллетного гранулятора:

Видео: как устроен компактный аппарат для гранулирования пеллет

В завершение можно отметить следующее.

В масштабах одной публикации просто невозможно даже вкратце пройтись по всем современным методам изготовления биотоплива. Так, заслуживают отдельных статей вопросы выработки и использования биогаза из отходов животноводства, производства биоэтанола из растительного сырья. Если у читателя есть интересная информация по этим вопросам – мы будет рады опубликовать ее на нашем портале. Во всяком случае, эти темы тоже не останутся без рассмотрения.

Следите за обновлениями!

stroyday.ru

Биотопливо как альтернативный источник энергии

Биотопливом называется топливо, которое извлекают путем обработки биомассы биологическим (посредством бактерий) или термохимическим способом. Как биомасса используется растительное или животное сырье, а также органические промышленные отходы или продукты жизнедеятельности организмов. На сегодняшний день наиболее используемые источники биотоплива — это растения или отходы деревопереработки.

По своему агрегатному состоянию биотопливо бывает твердым, жидким и газообразным.

Из чего делают биотопливо

Твердое

Одним из наиболее известных источников твердого биотоплива являются дрова, которые местами до сих пор используют для получения тепловой и электрической энергии. Несмотря на разработку проектов по выращиванию так называемых энергетических лесов, большим вниманием начинает пользоваться способ получения биотопливных брикетов и гранул из продуктов деревопереработки.

Так, первые производят из различных биоотходов (птичий помет или навоз). Эти отходы высушиваются и прессуются соответствующим образом, после чего используются для обогрева жилых и производственных помещений. Аналогичным образом производят и топливные гранулы, также известные как пеллеты. Сырьем для получения пеллет служат опилки, солома, кора, щепа, а также отходы сельскохозяйственного производства. Так, сырье сначала перемалывается в муку, после поступает в сушилку, а затем в специальный пресс. Там под воздействием высокой температуры и давления лигин, вещество содержащееся в древесных отходах, становится клейким. В результате этого на выходе получаются готовые небольшие цилиндры экотоплива.

Жидкое

К жидкому биологическому топливу относятся этанол, биобутанол и биометанол, а также биодизель. В большинстве своем его получают из растительного сырья. Так, наибольшее распространение на сегодняшний день в качестве транспортного топлива получили биоэтанол и биодизель. По данным на 2014 год, первый занимал около 74% биотопливного рынка, 23% — принадлежали биодизелю.

Сырьем для биоэтанола служат растения, в которых присутствуют крахмал или сахар, которые подвергаются процессу спиртового брожения. Совместное использование этанола и бензина дает ряд преимуществ для автомобиля. Применение такой смеси лучше сказывается на работе двигателя и его мощности, предотвращает перегрев мотора, а также препятствует образованию сажи, нагары и дыма.

Тем не менее наиболее предпочтительным топливом для двигателя является биобутанол, который пока не пользуется популярностью. Он производится из того же сырья, однако лучше этанола соединяется с бензином, а также может быть использован в качестве самостоятельного топлива.  

Биодизельное топливо получают из сои, рапса, хлопка,водорослей или жирных масел (того же рапсового или пальмового и кокосового). Биодизельное топливо применяется для заправки автомобилей как самостоятельно, так и совместно с обычным дизелем. Кроме отсутствия негативного влияния на экологию, биодизель также содействует более длительной эксплуатации двигателя, из-за присутствия малого количества серы.

Газообразное

На сегодняшний день существуют два вида газообразного топлива — биогаз и биоводород. Наибольшее распространение пока получил только один из них — биогаз.

Биогаз состоит из смеси углекислого газа и метана. Он получается путем ферментации натуральных отходов, среди которых сточные воды и бытовые отходы, навоз, отходы рыбного и забойного цеха, трава и водоросли. На первом этапе производства используемое сырье измельчают до получения однородной массы. Смесь поступает в утепленный реактор, где живут бактерии. В процессе своей жизнедеятельности бактерии выделяют биогаз. Для этого необходимо постоянно перемешивать сырьевую массу и поддерживать температуру в реакторе на уровне 35 — 38 градусов Цельсия. Образовавшийся в результате биогаз направляется в резервуар для хранения, откуда впоследствии через систему очистки подается в котел или электрогенератор.

Биоводород получают в результате термохимических, биохимических или биотехнологических реакций. Биоводород используется не так широко. На сегодняшний день он применяется только для получения водородных топливных элементов в электроэнергетике.

ecologynow.ru

Биотопливо для автомобилей

Любому водителю далеко не все равно, что льется в бак его машины. Во многих случаях именно некачественное топливо приводит к серьезным проблемам с автомобилем. Поэтому вполне понятен интерес ко всему, что связано с бензином, соляркой и прочими видами топлива. А как следствие этого – к альтернативным видам горючего для ДВС, одним из которых является биотопливо.

Что это такое, и из чего делают биотопливо?

Все ресурсы, которые есть на Земле, условно можно поделить на возобновляемые и не возобновляемые. Уголь, нефть, металл, в природе не восстанавливаются, а вот дрова, кукуруза, навоз могут быть получены вновь и вновь. Все, что растет или является отходами переработки такого сырья – источники возобновляемой энергии. Вот из этих биоресурсов люди ещё с давних пор получали нужное для своего существования, в том числе и биотопливо.

Биотопливо первого поколения

Однако и между собой отдельные его виды различаются, скажем так, по значимости источников сырья для биотоплива. Связано это с используемыми ресурсами. Например, чтобы получить биотопливо из рапса, его надо сначала вырастить, а уж потом отправить семена на переработку. Для выращивания такой культуры занимается посевная площадь, и фактически речь идет о выборе приоритетов – а чего мы хотим иметь, продукты питания или биотопливо. Кроме того, получение биомассы, идущей на производство биотоплива, связано с использованием специализированных удобрений, что наносит определённый вред земле и окружающей природе. Такой вид сырья относится к первому поколению.

Второе поколение

Однако биотопливо можно получить из иных источников, таких как отходы других производств. Его делают, например, из опилок, а также остатков стеблей, шелухи, остающейся после обработки зерновых, и многого другого. Все это дает так называемое биотопливо второго поколения, для которого не требуется специально выращивать сырье, а сделать его можно из отходов других производств.

Третье поколение

Следующим этапом развития стало биотопливо третьего поколения. Его источником являются водоросли. Существуют определённые их сорта, содержащие значительное количество растительных жиров, из которых можно сделать тот же самый биодизель. Конечно, чтобы получить биотопливо из водорослей, их надо выращивать, но для этого совсем не требуется занимать посевные площади. Водоросли могут расти в прудах, биореакторах, на морском дне или в специально устроенных заливах, т.е. занимают те участки земной поверхности и морского дна, которые не задействованы в производстве продуктов питания. Так что, биотопливо третьего поколения, хотя и находится еще в стадии отработки технологии производства, надо признать наиболее перспективным.

Двигатель на биотопливе – немного истории и его варианты

Это для нас сегодня бензин и солярка являются единственными видами топлива, на которых работает всем нам привычный двигатель. Но надо отметить, что далеко не всегда было именно так. На заре своего существования, для ДВС как топливо применялось всё, что только подходило – масло, спирт, эфир, газ, дрова и т.д.

Поэтому должно быть достаточно интересно вспомнить о биотопливе, которое использовалось раньше. В этом случае стоит особо отметить:

• спирт в различных его видах;
• масло;
• газ.

Биотопливо из опилок или спирт как он есть

Биотопливо подобного типа наиболее известно, и по-видимому, это один из первых вариантов горючего, которое потреблял двигатель. Среди различных его видов стоит отметить биоэтанол, биометанол и биобутанол.

1.Этанол или обычный спирт достаточно хорошо известен в истории автомобилестроения. Достаточно сказать, что в свое время Генри Форд организовывал строительство заводов по производству спирта, предназначенного на роль топлива. Сейчас его изготовление широко развернуто в Бразилии, по оценкам экспертов, сорок процентов автотранспорта этой страны используют этанол в чистом виде, шестьдесят процентов – в смеси с бензином.

Из чего сегодня делают этанол? Чаще всего сырьем служит сельскохозяйственная продукция, в той же Бразилии, чтобы сделать биоэтанол, применяют сахарный тростник, солому, древесные отходы и другое аналогичное сырье. Из опилок на гидролизном производстве так же можно получить этанол. Чем же он так хорош, что это вызывает его всеобщее использование?
Здесь надо обратить внимание на:

1. детонационную стойкость;
2. теплоту сгорания;
3. теплоту испарения.

Из чего бы ни пришлось сделать подобное биотопливо, из опилок или тростника, ему свойственны антидетонационные свойства, они выше, чем у обычного бензина. Благодаря этому можно повысить мощность, двигатель, работающий на этаноле, допускает увеличение степени сжатия. Теплота сгорания спиртовоздушной смеси незначительно отличается от характеристик традиционной топливовоздушной смеси, а за счет хорошей испаряемости спирта обеспечивается лучшее наполнение цилиндров и полное ее сгорание.

Из недостатков этанола стоит отметить его повышенную агрессивность по отношению к некоторым цветным металлам, пластмассам и резине, вследствие чего может возникнуть необходимость частично дорабатывать двигатель. Однако самым главным минусом такого горючего является его гигроскопичность, оно сильно поглощает воду, а затем смесь расслаивается в баке, в результате чего он окажется заполнен в основном водой. Одним из методов борьбы с этим является использование смесей спирта и бензина, до десяти процентов этанола, добавленного в обычный бензин, только улучшают его характеристики.

Дополнительно стоит отметить, что производство биоэтанола как топлива, хоть из тех же самых опилок, отличается от производства питьевого спирта. Топливный спирт не пригоден для питья, он имеет явно выраженный сивушный запах и повышенное содержание метанола.

2.Метанол, или метиловый спирт, при всех своих достоинствах ядовит. Хотя его можно сделать из отходов, из тех же самых опилок, обычно биометанол не используют в качестве горючего.
3.Биобутанол. Как биотопливо для автомобилей подходит даже в большей степени, чем биоэтанол. Может изготавливаться из биомассы, опилок, и при этом ничем не отличаться от бутанола, полученного по традиционной технологии.

Среди его достоинств необходимо отметить:

• большую энергетическую ценность;
• меньшую агрессивность;
• возможность смешиваться с бензином;
• возможность прямой и полной замены бензина без переделки автомобиля.

Рассматривая спирт как замену бензину, стоит отметить, что плюсы и минусы биотоплива подобного типа достаточно очевидны, и все недостатки при необходимости могут быть успешно устранены. Однако в настоящее время такое биотопливо чаще всего применяется в смеси с обычным бензином, хотя технологии его получения, например из опилок, позволяют полностью реализовывать используемую биомассу и исключить нефть из употребления.

Биодизель, или как сделать биотопливо

Это другой, не менее известный вид горючего. Он заменяет солярку, а не бензин. Производят его из растительного масла. Сырье в различных районах земного шара может быть разное: рапсовое, пальмовое, кокосовое, соевое масло, водоросли и т.д. Биотопливо подобного типа изготавливается достаточно просто, вплоть до того, что существуют самодельные установки, позволяющие производить биотопливо в домашних условиях.

Технология его получения такова – масло смешивается в определенных пропорциях со спиртом и щелочью, в результате образуется биодизель и высвобождается глицерин, который может использоваться для каких-то других целей. Так что при наличии источников растительного масла, в том числе и его остатков после кулинарной обработки пищи, вполне возможно сделать биотопливо своими руками.

Достоинством биодизеля является отсутствие серы в составе выхлопных газов, и как следствие этого то, что такое биотопливо не теряет смазочных свойств, благодаря чему двигатель может служить гораздо дольше. Надо отметить, что вредного воздействия от такого топлива на окружающую природу нет. К недостаткам биодизеля стоит отнести необходимость его подогрева в холодное время года и то, что он не хранится более трех месяцев.

Наиболее оптимальным признано его использование в смеси с обычной соляркой, выпускаются несколько разновидностей такого топлива, обозначаемых буквой В, а цифры рядом говорят о содержании биодизеля в составе топлива. Например, В5 означает содержание в нем пяти процентов биодизеля и девяноста пяти процентов солярки.

Газ как вид автомобильного топлива

Существует и биотопливо в виде газа. Источником его является биогаз, получаемый как результат анаэробного (без доступа воздуха, метанового) брожения навоза. Однако рассматривать его как достаточно массовый вид горючего для двигателей автомобиля было бы слишком оптимистично.

Хотя, как и обычный природный газ или пропан-бутан, биогаз может использоваться как топливо, но это скорее вариант для стационарных двигателей, установленных в местах, где много отходов животноводства и сельского хозяйства.

Непривычные, экзотические и забытые виды биотоплива

Здесь стоит коснуться древесины, которая может выступать как биотопливо. В первую очередь надо упомянуть скипидарно-спиртовую смесь, которая ещё в 1826 году использовалась в роли топлива. А ведь скипидар получают при пиролизе древесины. Есть отдельные упоминания, что при так называемом «быстром» высокотемпературном пиролизе сконденсирована жидкость, по своим характеристикам алогичная нефти.

Стоит вспомнить и прямое применение древесины как горючего для моторов. При сгорании древесины образуется окись углерода, которая и служит в качестве топлива. Во время Второй Мировой, Германией достаточно широко использовались машины с такими моторами, в том числе и легковые. В Советском Союзе так же были созданы газогенераторные автомобили, ЗИС 21, ЗИС 13, а также ГАЗ 42.

Работали они на обычных дровяных чурочках. Правда, при замене бензина на газ мощность двигателя падала, скорость движения и грузоподъемность тоже, а одной заправки газогенераторной установки хватало на девяносто километров пробега, но в условиях военного времени при дефиците других видов топлива и в удаленных местах такие автомобили успешно работали. И даже в Москве в военное время ходили автобусы, оснащенные газогенераторными установками.

Несмотря на всеобщее распространение бензина и солярки в качестве топлива для ДВС, постоянно идут поиски альтернативных источников получения горючего. И уже существует несколько самых разных видов биотоплива, способного обеспечить работу ДВС в любых условиях.

znanieavto.ru

Биотопливо своими руками для камина и других нужд, плюсы и минусы материала, инструкция с видео

Висящий дамокловым мечом над человечеством топливный кризис, сопровождающийся ростом цен на нефтегазовые продукты, уголь и дрова, вынуждает даже обеспеченные слои населения заменять топливные ресурсы их доступным аналогом — экологичным биотопливом, которое можно изготовить своими руками.

Биотопливо — доступный и неисчерпаемый ресурс

Биотопливо — это используемые для получения тепловой энергии вещества биологического или животного происхождения.

Для производства биотоплива подходят как возобновляемые природные ресурсы, так и отходы, образующиеся в результате деятельности деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности и потребления человека.

В зависимости от целей и предназначения, биотопливо имеет различные агрегатные состояния: твёрдое, жидкое и газообразное.

Твёрдое

Твёрдое биотопливо на сегодняшний день держит пальму первенства как самый популярный вид альтернативного топлива.

Сырьём для производства твёрдого биотоплива служит биомасса, образующаяся из растительных остатков, стеблей и семян кукурузы, рапса, из соломы, опилок, щепы, хвои, листьев, а также сучки, ветки, кора, обрезки досок, бракованные части из дерева, навоз, торф и т. д. Биомассу прессуют в топливные гранулы (пеллеты) или брикетируют.

Энергетические леса, в состав которых входят быстрорастущие деревья и кустарниковые группы растений, позволяют поддерживать сырьевой баланс, обеспечивая производство биотоплива необходимым объёмом материала.

Быстрорастущие деревья сажают для использования их впоследствии в качестве сырья для производства биотоплива

Жидкое

В состав жидкого биотоплива входят спирты, эфиры, масла. Сырьём выступает та же биомасса, состоящая из растительных остатков, стеблей и семян кукурузы, рапса, сахарной свёклы и тростника, пшеницы, а также жмыха, выжимки, патоки и т.д.

Образование топлива происходит в результате спиртового брожения биологической массы с высоким содержанием крахмала и/или сахара, а также гидролизе. Образующийся в результате брожения раствор после очистки и дистилляции преобразуется в биоэтанол, биобутанол, биометанол, биодизель.

Простейшее устройство для анаэробного брожения

Газообразное

Газообразное биотопливо или биогаз образуется в результате анаэробного брожения (перепревания) органических веществ. Для производства биогаза используют метанообразующие, гидролизные или кислотообразующие бактерий.

Размещение экологически чистого производства

Наряду с общепринятой, используется и альтернативная классификация биотоплива по поколениям:

• к первому поколению относится биотопливо, производимое из биологического сырья посредством брожения;
• биотопливо второго поколения получают из неопасных отходов производства и потребления;
• к третьему поколению относится производство биотоплива из растительных жиров, содержащихся в водорослях.

Плюсы и минусы использования самодельного биотоплива

Большинство видов биологического топлива производится промышленным способом с использованием специального оборудования. Естественно, что попытка применить данные технологии жителю частного домовладения или начинающему фермеру может оказаться не под силу. При использовании других, на первый взгляд, более технически простых способов получения топлива из биоматериалов, возникают трудности с обеспечением пожарной безопасности, защиты от отравления ядовитыми, легковоспламеняющимися веществами при работе с сырьём для биотоплива. По этой причине жителям села, фермерам, дачникам начинать свою новаторскую деятельность желательно не с холодного ядерного синтеза, а с чего-то попроще. Например, уже есть рабочие модели получения биогаза, древесного угля, брикетирования отходов и опилок для каминов и биокаминов, работы двигателей внутреннего сгорания на древесном газе.

Самостоятельное производство и использование биотоплива имеет смысл при доступной дешёвой сырьевой базе, обладающей энергетической ценностью, но находящейся состоянии, непригодном для использования без предварительной переработки или подготовки. Если посмотреть на этот вопрос шире, то к данному типу можно отнести воду, опилки, силос, льяльные воды и т. д., которые, с одной стороны, обладают энергетической ценностью, но с другой — высвободить тепловую энергию при отсутствии специального оборудования затруднительно.

Преимущества

К очевидным положительным сторонам производства и использования самодельного биологического топлива с позиции частного лица относятся:

• доступность сырья
• дешевизна
• простота изготовления.

У некоторых видов биотоплива (биодизель, биогаз) присутствуют схожие с аналогичными промышленными образцами показатели удельной теплоёмкости, температуры сгорания, антидетонационные свойства, экологичность. Для жителя сельской местности, держащего хозяйство, фермера, плотника или столяра раздобыть опилки, силос, навоз намного проще и дешевле чем бензин, дизельное топливо, уголь или дрова. В большинстве случаев народные умельцы используют уже опробованные и достаточно безопасные технологии.

Недостатки

Использование биотоплива обладает следующими недостатками:

• некоторые минусы связаны непосредственно с производством самодельных видов биотоплива: отсутствие автоматических систем контроля за давлением и температурой предъявляет повышенные требования к используемому оборудованию и его установке
• само оборудование для производства биологического топлива не сертифицировано, изготавливается, как правило, кустарным способом местным «левшой»
• некоторые получаемые вещества (биометан, угарный газ) являются ядовитыми
• топливо обладает низкой плотностью, концентрацией, а потому подлежит немедленному использованию, так как по прошествии времени расслаивается и впитывает влагу, превращаясь в эмульсию.

Способы производства биотоплива для частного подворья и домашних нужд своими руками

Собственник частного домовладения, фермер, крестьянин могут для своих нужд самостоятельно изготовить такие виды биотоплива, как пеллеты (спрессованные опилки, отходы, силос, торф), древесный уголь (дрова, опилки), биогаз (навоз, птичий помёт, солома), топливо для биокаминов, биоэтанол (листва кукурузы, сахарная свёкла, патока, жмых, выжимки, макуха, сусло).

Древесный уголь

Промышленный вариант фасованного в мешки древесного угля

К сожалению, спрос на древесный уголь в значительной степени взвинтил на него цены. Однако технология его получения крайне проста и не требует финансовых затрат — только время и желание.

В качестве сырья для получения древесного угля используются дрова или опилки.

Материал для получения древесного угля

Древесный уголь получается при воздействии высокой температурой на древесное сырьё. Выделяют несколько способов и подвидов получения угля.

Получение древесного угля в закрытой ёмкости

В зависимости от потребностей, в древесном угле подбирается соответствующего объёма ёмкость. Это может быть металлический короб или бочка. Используемая ёмкость должна быть толстостенной, чтобы выдержать внутреннее давление, и нейтральной, то есть не использовавшейся для хранения химических веществ. Если ёмкость использовалась для хранения бензина или дизельного топлива (нефтепродуктов), её необходимо прожечь на огне.

Выбранную ёмкость заполняют опилками, древесными отходами или просто дровами. Затем ёмкость плотно закупоривают, обмазывая щели глиной. Крышка ёмкости должна быть снабжена газоотводной трубкой небольшого диаметра или просто отверстием.

Ёмкость или бочка подвешивается или устанавливается на подставку, за неимением которой можно использовать подручные строительные материалы (кирпичи, шлакоблоки). Основная задача — освобождение под ёмкостью достаточного места для разведения открытого огня. Его температуры должно быть достаточно для нагревания находящейся внутри бочки древесины до 300–350 градусов Цельсия.

При длительном нагревании ёмкости через газоотводную трубку (а также из всех щелей) происходит выделение сначала влаги, а затем угарного газа, который ядовит и огнеопасен. Об этом необходимо помнить и соблюдать меры предосторожности. Ориентировочный цвет угарного газа — сизый. Через некоторое время при поддержании высокой температуры выход древесного газа прекратится. Это является сигналом того, что процесс производства древесного угля подходит к своему завершению. После прекращения выхода газа снимаем ёмкость с огня или просто гасим костёр и затыкаем чем-либо газоотводную трубку или отверстие.

Даём древесному углю остыть, открываем крышку и:

а) Радуемся результатам своего новаторского труда;

б) Клянём себя за то, что не обеспечили нормальную температуру прожига, поленились собрать достаточно дров для костра и в результате получили не прожаренные дрова или «сырой» древесный уголь.

Для лучшего понимания длительности процесса — сориентирую: на получение древесного угля из сырья в 20- или 30-литровой ёмкости понадобится 2–3 часа!

Для обладателей печей получение древесного угля упрощается в несколько раз! Достаточно только выхватывать из горящей печи прогоревшие «головешки» алого цвета и помещать их в закрывающуюся плотно ёмкость. После полного остывания их можно использовать.

Получение угля в яме

Демонстрация изготовления древесного угля в бочке для личных нужд

Способ получения древесного угля в яме очень древний и поэтому, возможно, подзабытый.

Сначала подготавливаем дрова (они должны быть сухими), освобождаем их от коры и разрезаем на удобные куски до 25–30 см.

Затем в земле выкапывается небольшая яма цилиндрической формы. Приблизительный размер ямы: глубина — два штыка лопаты, диаметр — до одного метра. Выровняйте стенки, делая их строго вертикальными. Дно ямы плотно утрамбуйте.

На дне разведите костёр, постепенно увеличивая его до тех пор, пока горящими углями и дровами не будет заполнено дно ямы. На хорошо разгоревшийся костёр плотным слоем выложите приготовленные дрова. Не давая пламени вырваться наружу, но и не подавляя огонь, постепенно на прогоревшие дрова подкладываем новые до заполнения ямы. С последней партией древесины, покрывающей яму на уровне поверхности земли, подкладывать дрова прекращаем. Расшевеливаем костёр длинным шестом (чтобы не обжечься и достать до дна ямы), сверху обкладываем его сначала травой, зеленью, потом присыпаем землёй, ограничивая доступ кислорода, тем самым останавливая окислительные процессы. Раскапывать яму и выбирать угли можно на третий день.

В другом похожем способе используется металлическая бочка больших размеров, на дне которой также разводится сильный огонь. Сверху костра на подставки из кирпичей послойно выкладываются дрова, чтобы между углями и свежими дровами было свободное пространство. При образовании достаточного количества углей на них накладывается плотный слой древесины. Когда на поверхности, полностью заполненной дровами бочки, покажутся языки пламени, необходимо прикрыть бочку крышкой или другой огнеупорной поверхностью, оставляя небольшую щель для выхода древесного газа. Для ускорения окислительных процессов можно использовать пылесос, подавая воздух в нижнюю часть бочки через специально для этого проделанное отверстие. В любом случае, планируя это мероприятие, готовьтесь уделить делу не менее 4–5 часов, включая подготовку.

Готовый древесный уголь можно извлекать из бочки после полного остывания.

Универсальный (гибридный) способ

Существует довольно оригинальный способ получения древесного угля, основанный на использовании закрытой ёмкости и обладающий ещё одним преимуществом, повышающим коэффициент полезного действия этого способа втрое. Идея заключается в том, что закрытую ёмкость нагревают на костре для получения угарного газа, который через газовую установку поступает в цилиндры двигателя внутреннего, внешнего сгорания или отопительный котёл. Работающий на угарном газе двигатель внутреннего сгорания выводит излишки тепловой энергии через выхлопную трубу в закрытую ёмкость с дровами или опилками, тем самым разогревая и способствуя дальнейшей его выработке.

Практическое применение технологии выработки биогаза и древесного угля для заправки автотранспорта

Когда угарный газ заканчивается, ёмкость открывается, заполняется новой порцией биомассы, а извлечённый из неё древесный уголь используется по назначению.

Пеллеты и брикеты

Пеллеты

Мнения о целесообразности производства пеллетов в домашнем хозяйстве разделились — некоторые считают, что это технологически сложно, энергоёмко и поэтому не оправдано. Основная трудность заключается в приобретении, изготовлении специального дорогостоящего оборудования, связанного с гранулированием отходов, а также высокими энергетическими затратами.

Другие считают, что ничего сложного в изготовлении оборудования нет. Для производства понадобятся: дробилка, сито, сушилка, гранулятор.

Технология производства гранул из отходов выглядит следующим образом:

1. Готовится сырьё. Для этого перемешивают опилки с растительными остатками, ветками деревьев и т. д.
2. Биологическое сырьё поступает в дробильное оборудование, функции которого может исполнять оборудованный лепестковыми фрезами режущий вал, установленный на циркулярную пилу.
3. После измельчения сырьё попадает на сито, где происходит разделение мелких и крупных фракций. Мелкие фракции поступают в сушилку. Высушенный материал подаётся на гранулятор, который даже защитники теории производства пеллетов признают сложным в изготовлении устройством. Попадая в гранулятор, сырьё впрессовывается в маленькие формы и выпадает в подставленную ёмкость.

Самый сложный агрегат для производства пеллетов — гранулятор

Брикеты

Для производства брикетов понадобится биологическое сырьё (опилки, солома, бумага, картон, силос, торф), а также ручной пресс.

Биологическое сырьё измельчают, размачивают водой, добавляют глину до связывающей консистенции. Доля глины к сырью составляет 10% от первичной биомассы. При несоблюдении правильного соотношения глины к биомассе, брикет не будет держать форм, а при злоупотреблении глиной повысится зольность биотоплива при сгорании. Приготовленной биосмесью наполняют форму, помещают под пресс. Прессованный брикет достаётся из-под пресса, освобождается из формы и отправляется на просушку. Для просушки могут использоваться как естественные источники (солнце), так и специально оборудованные сушилки с искусственной подачей горячего воздуха. После просушки брикет готов к использованию.

Дробление отходов древесины для производства брикетов и пеллетов

Видео: Установка для получения биогаза

Получение биоэтанола в домашних условиях

Для изготовления этого вида биотоплива нам понадобятся знания и практический опыт, применяемые при самогоноварении.

Сначала нужно приготовить «брагу». Берём биомассу, состоящую из растительных остатков, стеблей и семян кукурузы, сахарной свёклы, пшеница, жмыха, выжимки винограда, патоки. Помещаем в бочку или бутыль. Заливаем тёплой водой (можно добавить сахара), то есть создаём условия для брожения. Перебродившую жидкость (брагу) необходимо очистить и с помощью перегонного куба продистилировать. Таким образом, образовавшийся в результате брожения 8% этиловый спирт преобразуется после перегонки в 80–90%.

Считается, что этиловый спирт является альтернативой бензину. Советуем его всё-таки использовать как присадку, чтобы не «угробить» двигатель. Более безопасно его применение в биокаминах, керосиновых лампах, примусах.

Схема производства биоэтанола, дающая общее представление о технологии производства жидкого топлива

Расчёт выхода этилового спирта с 10 кг сырья

Биогаз из навоза и отходов

Формулировку «биогаз» используют для обозначения образующейся при перепревании органических веществ, происходящем без доступа кислорода, смеси газов. Составляют основу биогаза метан и углекислый газ, в меньшей степени сероводород и некоторые другие газы. Удельная часть метана, содержащегося в составе биогаза, определяет его энергетическую ценность.

Сырьём для получения газообразного биотоплива могут быть трава, различные отходы, ботва культурных растений или навоз. 

Биогазовая установка привлекает простотой сооружения и обслуживания, продолжительностью протекания химической реакции, получением дешёвого газа и состоит из ёмкости (ферментатора), в которую загружается перемешанное биологическое сырьё, накопителя, системы обогрева ферментатора, перемешивателя.

Для сооружения установки для выработки биогаза необходимо оборудовать больших размеров герметичную ёмкость. Обычно это выложенная бетонными кругами или кирпичом яма. Требования к герметичности и температурному режиму являются ключевыми, определяющими целесообразность дальнейшего построения установки. Сверху ёмкость накрывается металлическим куполом, оборудованным газоотводной трубкой. Ёмкость загружается биомассой, разбавляется тёплой водой и герметично накрывается крышкой-колоколом. Воды в общей массе примерно 65–70%.

Дальнейших способов действия два:

• массивный колокол является подвижным, он ложится на дно ёмкости и поднимается при нарастании давления образующегося биогаза, что также служит индикатором для визуального определения количества газа в ёмкости
• колокол выполняет функцию крышки и неподвижен; в этом случае пригодится обычный манометр.

Температура ферментатора должна благоприятствовать запуску и протеканию процесса брожения. Попадая в благоприятную среду, метанообразующие (метанопроизводящие) бактерии, находящиеся в самой биомассе, начинают развиваться, увеличиваясь в массе. Процесс нарастания бактериальной массы занимает около трёх недель, по истечении которых биомасса переходит в активную фазу брожения. Для ускорения перехода биомассы в активную фазу используют закваску из функционирующего ферментатора. При активной фазе анаэробного брожения (без доступа воздуха) из ферментатора выделяется биогаз, который можно использовать в хозяйстве и быту.

Будущий ферментатор можно отделать кирпичом, соблюдая требования к герметичности

Выход биогаза зависит от температурного режима, который поддерживается в ёмкости, герметичности, качества биомассы, использующейся в качестве сырья, и составляет в среднем от 80–100 м³ газа из тонны разведённого сырья при теплотворной способности около 5500— 6000 ккал/м³.

Чтобы «завести» все три группы (психофильные, мезофильные и термофильные) метанопроизводящих бактерий, необходимо обеспечить поддержание температуры ферментатора (сырья) на уровне 35°C. Как показывает практика проведения экспериментов с выбором оптимальной температуры, нагрев биомассы на 10° градусов удваивает выход газа с каждого кубического метра ферментатора.

Наиболее благоприятным соотношением компонентов биомассы является 1:2, где одна часть растительных отходов перемешивается с двумя частями навоза. При смешивании навоза с опилками, соломой, торфом используют соотношение 7:3, если с домашними отходами — 4:6.

Хорошим советом будет ведение учёта работы установки с фиксацией данных о загружаемом сырье, соотношениях, количестве выхода и качестве биогаза.

Схема «минизавода» для производства биогаза: в качестве ферментатора используется бочка с основными приборами контроля, функцию неподвижного «колокола» выполняет крышка

При конструировании предусмотрите возможность ревизии состояния оборудования, его герметичности, очистки ферментатора и дозаправки сырьём, перемешивания и подогрева биомассы. Если планируется осуществлять большинство операций без разгерметизации колокола, тогда следует использовать систему дублирования ферментаторов и сообщающихся сосудов.

При использовании схемы дублирования установка снабжается двумя ферментаторами, которые загружаются и ремонтируются поочерёдно.

Использование принципа сообщающихся сосудов позволяет производить ежедневную дозаправку биосырьём. Для его реализации основную ёмкость ферментатора соединяют с дополнительной, соединение между ёмкостями осуществляется ниже уровня жидкости, что также выполняет функцию водяного затвора газа. Из второй ёмкости убирается определённое количество жидкости (обычно 10 часть объёма ферментатора), который заменяется таким же количеством свежего биосырья.

Схема биоустановки с возможностью дозаправки сырья и откачки переработанного ила

Также необходимо сделать колокол подвижным и при этом его уравновесить с целью не допустить его опрокидывания или заклинивания. Для изготовления колокола можно использовать обрезанные ёмкости от нефтепродуктов (желательно со сферическим днищем). Для искусственного утяжеления используется груз, равномерно распределённый по поверхности.

Советы по использованию биотоплива и правила хранения

Биогаз, брикеты хорошо подойдут для отопления жилища, приготовления пищи, послужат источником питания для работы переделанного под газ бензинового электрогенератора или самодельного двигателя Стирлинга. Древесный уголь пригодится при использовании мангала. Жидкое биотопливо позволяет использовать керосиновые лампы, примусы без привычной копоти, а также является идеальным средством для заправки биокаминов.

Технологии изготовления биотоплива не предусматривают длительного хранения. Жидкое топливо в сравнительно короткий период насыщается водой, пеллеты и брикеты отсыревают и расслаиваются, крошатся. Желательно полученное биотопливо тут же использовать.

Как уже указывалось выше, использование биотоплива лишено каких-либо недостатков. Основные недочёты возникают по причине несовершенства конструкций установок по его производству.

theecology.ru

Биотопливо

Биотопливо – один из видов альтернативного топлива, производимый из сырья растительного или животного происхождения. Самыми распространенными в настоящее время являются биоэтанол, биодизель и, в меньшей степени, биогаз.

Содержание статьи

Биоэтанол

Биоэтанол, который по-нашему мы называем спиртом, производится в основном из кукурузы или сахарного тростника. Наиболее распространен в Бразилии, США, Швеции. Применяется не в чистом виде, а в смеси с бензином в разных пропорциях. Смесь Е-10 содержит 10% биоэтанола, Е-85, соответственно, 85%. Десятипроцентным топливом без переделок можно заправлять любой современный автомобиль, применение 85- процентного требует переделки двигателя и системы питания. Существуют и так называемые Flex-Fuel (FFV) автомобили, которые могут работать и на бензине, и на его смеси с этанолом в любом соотношении.

Биодизель

Биодизель является продуктом переработки растительного масла, сырьем для которого чаще всего служат рапс, соя или подсолнечник. Так же, как и биоэтанол, биодизель применяется в автомобилях не в чистом виде, а в смеси с дизтопливом. Например: В-20 – 20% биодизеля, 80% обычного дизтоплива. В отличие от биоэтанола применение биодизеля не требует доработки двигателя и топливной системы.

И биоэтанол, и биодизель обеспечивают выхлоп, позволяющий с запасом укладываться в экологические нормы. Но так как их энергетическая эффективность ниже, чем у чистого бензина или солярки, то мощность двигателя снижается, а расход топлива возрастает. А самое главное, что широкое использование этих видов биотоплива создает продовольственные проблемы, так как пищевые сельскохозяйственные культуры используются не по прямому назначению, а для производства топлива для автомобилей.

Битоплива второго поколения

Решить эту проблему призваны биотоплива второго поколения. Главное их отличие в том, что сырьем для их производства служит биомасса, то есть разного рода отходы: остаточные непищевые части растений (стебли, листья, шелуха), древесная стружка, солома, кожура и мякоть от прессовки фруктов, навоз и т.п. Одним из представителей биотоплива второго поколения является биогаз, который еще называют «канализационный» газ. Состоит биогаз из метана и углекислого газа. Для применения в автомобилях его предварительно очищают от углекислого газа и получают биометан. По своим свойствам это аналог природного метана, разница лишь в происхождении. Также из биомассы можно получать и этанол, и дизель.

Биотопливо третьего поколения

Биотопливо третьего поколения вырабатывается из водорослей, но до его практического применения пока еще далеко. В отличие от сырья для первого и второго поколений, водоросли можно выращивать на землях и в водоемах, непригодных для сельского хозяйства или. Также для их выращивания могут использоваться и закрытые фитобиореакторы. По мере роста водоросли накапливают жиры и биомасла, имеющие молекулярную структуру, аналогичную традиционной нефти.

Причем рост происходит посредством естественного фотосинтеза, для которого требуется солнечный свет, вода и углекислый газ, а также питательные вещества. Растущие водоросли потребляют углекислый газ, обеспечивая снижение объемов парниковых газов в атмосфере. Водоросли вырабатывают больший объем биотоплива с одного акра (0,4 га) занимаемых площадей, чем источники биотоплива на базе сельскохозяйственных культур. Водоросли могут вырабатывать более 2000 галлонов топлива с акра занимаемых площадей в год. Примерный выход топлива, получаемого из других источников, намного ниже: пальма – 650 галлонов, сахарный тростник – 450 галлонов, кукуруза – 250 галлонов, соя – 50 галлонов.

Перспективы биотоплива

Каковы перспективы использования биотоплива? Если еще не так давно они были довольно радужными, то с началом массового производства биодизеля и биоэтанола возникли социальные, экономические и даже экологические проблемы. Основные из них — рост цен на продовольствие; истощение почв энергетическими культурами; вырубка лесов с целью создания новых посевных площадей для «топливных» культур, и, как следствие, изменение климата; продвижение генномодифицированных культур как сырья для биотоплива.

Все сказанное относится, главным образом, к биотопливам первого поколения. Производство топлива второго поколения еще не набрало достаточных промышленных масштабов и поэтому судить о возможных рисках еще рано. В любом случае ясно, что человечество не перейдет в мировом масштабе на биотопливо, а его доля в общей структуре потребления вряд ли превысит 5%.

avtonov.info