Применение биотоплива
ПРИМЕНЕНИЕ БИОТОПЛИВА
Общепринятая практика делать ставку на использование ископаемых видов топливно-энергетических ресурсов, как — то природный газ и уголь, в коммунальной теплоэнергетике неразумна, более того — ошибочна, так как запасы ископаемых ТЭР исчерпаемы и не возобновляемы. Но, самое главное, при сгорании они выделяют большое количество углекислого газа, увеличивающего толщину «парниковой пленки», и сопутствующих окислов серы, азота и других, не менее вредных газов, что в итоге усиливает негативное воздействие на климат Земли.
Изменение климата на земном шаре, связанное с так называемым «парниковым эффектом», особенно за
последние годы, дает знать о себе катастрофическими бедствиями в виде опустошительных ураганов, гигантских наводнений, разрушительных землетрясений и цунами,
беспрецедентных снегопадов и вызывает тревогу всего населения планеты за свое будущее.
Для коммунальной теплоэнергетики есть выход в замене не возобновляемых ископаемых видов ТЭР (нефти, угля, природного газа и др.) возобновляемыми аналогами, причем в первую очередь альтернативой этому минеральному источнику энергии должно стать биологическое топливо. Биологическое топливо (например, древесина) обладает двумя важнейшими преимуществами:
- 1.) возобновляемостью запасов;
- 2.) при сжигании не образуются выбросы оксидов серы;
- 3.) при фотосинтезе в процессе роста в растениях связывается точно такое же количество углерода, которое выбрасывается в атмосферу при их сжигании. Это позволяет сохранять так называемый «углеродный баланс» в природе и не оказывает влия¬ния на парниковые свойства земной атмосферы.
АРГУМЕНТЫ В ПОЛЬЗУ СЖИГАНИЯ БИОТОПЛИВА
1. БЫСТРАЯ ОКУПАЕМОСТЬ ПРОЕКТА
Предлагаемые комбинированные котлы для сжигания каменного угля и биомассы характеризуются меньшими
расходами при их приобретении по сравнению с обычными котельными установками для газа и дизеля, эти средства быстро окупаются — чем больше потребление тепла,
тем быстрее.
Для отопления жилых домов, школы и детского садика можно использовать дешевое топливо, цена которого остается предсказуемой, независимо от кризисов в других регионах мира.
Расходы на топливо примерно 30-60 % ниже чем у соответствующих установок на жидком топливе или сжиженном газе.
2. ДОСТУПНОСТЬ ТОПЛИВА
Древесная пыль, ДСП, древесные отходы, кора и другое биотопливо — остатки промышленного и сельскохозяйственного производства, могут быть использованы в качестве дешевого носителя энергии.
3. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА
Биомасса является возобновляемым источником энергии, который произрастает практически рядом.
Биомасса является «С02,- нейтральным» способом сжигания, т.е. при сжигании выбрасывается только такое количество С02, которое перед этим в процессе фотосинтеза было получено из воздуха.
4.
СОЦИАЛЬНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА
Производство биомассы в лесистом районе позволит увеличить производство лесозаготовок и обеспечить дополнительные рабочие места для местного населения.
ВИДЫ БИОТОПЛИВА
К наиболее часто встречающимся видам местного биотоплива относятся дрова [долготье в виде неделовых бревен, короткомерные круглые и колотые дрова],
кусковые отходы лесопиления и деревообработки [горбыли, рейки, доски и брусья с недопустимыми пороками древесины, нестандартные вырезки при раскрое пиломатериалов,
выбракованные заготовки и полуфабрикаты), кора, получающаяся после машинной окорки многих видов лесоматериалов, таких как столбы, балансы и рудстойка, пиловочник,
шпальник и др. (в объеме до 8 % исходного окариваемого сырья), лесосечные отходы [сучья, ветки, вершины, высохшая древесная зелень — хвоя, листья, неодревесневшие
побеги, неделовые обломки стволов, здоровый валежник, подлесок, тонкомерные деревья, пни и корни), опилки и стружка, древесно-кустарниковая растительность,
подлежащая удалению на отведенных полосах вдоль дорог, трубопроводов, линий электропередач и связи, на землях, подлежащих мелиорации, травянистая растительность
[ка¬мыш, солома, льняная костра, картофельная ботва, лигнин), специально изготовленные топливные материалы из древесных отходов и биологического сырья
(брикеты, пеллеты), и другие отходы деревообработки и лесопиления, а так же фрезерный и кусковой торф.
ОТХОДЫ ЛЕСОЗАГОТОВОК
| Теплота сгорания при 50% влажности: 8,4 МДж/кг Влажность: 45-55% Зольность: 2-5% |
ЩЕПА
| Теплота сгорания при 45% влажности: 9,0 МДж/кг Влажность: 30-50% Зольность: около 1% Размер: 70-80% > 150 мм, 20-30% Сравнение с мазутом: 10-12 м3 = 1 т мазута |
ФРЕЗЕРНЫЙ TOPФ
| Теплота сгорания при 50% влажности: 9,8 МДж/кг Размер: 0,10 х 15 мм Сравнение с мазутом:10-11 м3 = 1 т мазута |
КУСКОВОЙ ТОРФ
| Теплота сгорания при 35% влажности: 13,4 МДж/кг Влажность: около 35-50% Зольность: 1-10% Размер: 0,50 х 100 мм Сравнение с мазутом: 6-7 м3 = 1 т мазута |
ДРЕВЕСНЫЕ БРИКЕТЫ
| Теплота сгорания: 17,0 МДж/кг Влажность: 8-12% Зольность: около 1% Размер: зависит от способа производства Сравнение с мазутом: 3,5 м3 = 1 т мазута |
ДРЕВЕСНЫЕ ГРАНУЛЫ
| Теплота сгорания: 19,0 МДж/кг Влажность: до 10 % Зольность: 1 % Размер: зависит от способа производств Сравнение с мазутом: 3,5 м3 = 1 т мазута |
ДРОВА
| Теплота сгорания: 10,2 МДж/кг Влажность: 30-60% Зольность: около 1% Размер: зависит от способа производства Сравнение с мазутом: 11 м3 = 1 т мазута |
ОПИЛКИ
| Теплота сгорания: 10,2 МДж/кг Влажность: 30-60% Зольность: около 1% Размер: 70-80% 1-5 мм, 20-30% > 5 мм Сравнение с мазутом: 11-12 м3 = 1 т мазута |
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВИДОВ ТОПЛИВА
Опилки — частицы древесины, образующиеся при поперечной и продольной распиловке круглых лесоматериалов, пиломатериалов, при раскрое плит и фанеры на круглопильных, ленточ-нопильных станках, лесопильных рамах и цепными пилами.
Кора — отходы, полученные при окорке деловой древесины.
Шлифовальная древесная пыль —пылеобразные отходы, образующиеся при шлифовании древесины и досок.
Древесные топливные гранулы (ДТП — изделия цилиндрической формы [диаметром 6-8 мм длиной до 30 мм], спрессованные методом экструзии из предварительно высушенной и измель ченной древесины.
Древесные топливные брикеты — изделия цилиндрической формы [диаметром 60-80 mм длиной до 300 мм), спрессованные методом экструзии из предварительно высушенной.
СОСТАВ БИОТОПЛИВА
С точки зрения процесса горения любое биотопливо, как правило, состоит из следующих компонентов:
Индивидуальные отлиия тех или иных видов биотоплива заключаются, в первую очередь, в различном процентном содержании влаги в
зависимости от способа получения, места и продолжительности хранения, подверженности естественной или искусственной сушке
(например, свежесрубленная древесина может иметь влажность до 50—60%, а после двух—трех месяцев хранения под открытым небом
на лесосеке в сухую погоду лесосечные отходы высы¬хают до влажности 40—45%, содержание влаги в отходах деревообработки в цеху или
на кры¬том складе из пиломатериалов после искусственной сушки находится в пределах 12—20%).
Наибольшей привлекательностью и как возобновляемое биотопливо, и как наиболее доступный и экологический чистый горючий материал, обладает древесина. К тому же, как было показано выше, запасы древесного сырья при рациональном использовании достаточны для удовлетворения до 15% энергетических потребностей страны. Поэтому в дальнейшем в нашем информа¬ционно-рекламном материале мы ограничимся приведением наиболее полезной информации о древесном топливе.
СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИИ И УЧЕТЕ ДРЕВЕСНОГО ТОПЛИВА
Стволовая древесина измеряется и учитывается в плотных или складочных кубических мет¬рах (пл. м3, скл. м3).
Плотный кубический метр подразумевает объем в 1 м3, полностью заполненный цельной (сплошной) древесиной без включений
свободного воздушного пространства (см.
рис. 3) в противовес складочному кубическому метру, где в объеме уложенных материалов
из дерева учитываются и свободные воздушные пространства, находящиеся между кусками древесных материалов (см. рис. 2). Понятно,
что плотный кубометр содержит больше древесного матери¬ала, чем складочный м3, поэтому для математической связи между ними пользуются
так на¬зываемым «коэффициентом полнодревесности», который равен 1,0 для плотного кубометра.
Коэффициенты соответствия плотного и складочных м3
| Насыпной м3 | Штабельный м3 | Плотный м3 | |
| 1 насыпной м3 | 1,00 | 0,60 | 0,40 |
| 1 штабельный м3 | 1,68 | 1,00 | 0,67 |
| 1 плотный м3 | 2,50 | 1,49 | 1,00 |
С приставкой «био» — Журнал «Сибирская нефть» — №180 (апрель 2021)
Зеленая альтернатива традиционным бензину и дизелю — биотопливо пока сравнительно дорого, однако всеобщая обеспокоенность климатическими проблемами и растущие налоги на выбросы парниковых газов играют на руку его производителям.
Попробуем разобраться, угрожает ли нефтегазовому сектору конкуренция со стороны сельского хозяйства и какие возможности для заработка на растущем рынке есть у российских компаний
Хотя продажи электромобилей в мире растут, полный отказ от жидкого моторного топлива и перевод всего транспорта на электроэнергию случится, по-видимому, еще не скоро. Однако традиционные двигатели с минимальными доработками можно заправлять биотопливом, а это — та же энергия солнца, только преобразованная не в электричество, а в энергию связей органических веществ.
Биотопливо, то есть спирт и растительное масло, пробовали использовать в двигателях внутреннего сгорания еще на самом раннем этапе их разработки, но достаточно быстро его вытеснила нефть. Новая история биотоплива началась в 1970-х в Бразилии и США. Эти страны и сегодня остаются мировыми лидерами по объемам его производства, значительно обгоняя ближайших конкурентов — Индонезию и Германию.
Резкий рост производства биотоплива в мире произошел в 2000-х и был связан с ростом обеспокоенности изменением климата.
Благодаря политической поддержке и росту цен на нефть в период с 2000 по 2007 год мировое производство этанола из растительного сырья утроилось и достигло 62 млрд л, а производство биодизеля выросло более чем десятикратно, превысив 10 млрд л. Это привело к заметному дисбалансу на рынке сельхозпродукции и стало одним из факторов резкого роста цен на продовольствие. Однако рост продолжился и в последующие годы. В период с 2010 по 2019 год объемы производства биотоплив выросли на 63% (для сравнения: рост добычи нефти за тот же период составил только 8,6%).
Ковид ударил не только по нефтяникам, но и по производителям биотоплива. По данным Международного энергетического агентства, в 2020 году под воздействием пандемии и мирового кризиса производство жидкого биотоплива снизилось впервые за 20 лет. Причина — в резком сокращении мобильности, в первую очередь персональной. Падение составило 11,6% по сравнению c 2019 годом.
Как ожидается, производство может восстановиться в прежних объемах к 2022 году.
Каким бывает биотопливо?
Основные виды жидкого биотоплива — биоэтанол и биодизель. Биоэтанол — этиловый спирт, произведенный из растительного сырья. Его используют в качестве замены бензина (в смеси с ним). В Бразилии этот вид топлива производят в основном из сахарного тростника, в США — из кукурузы. Сырьем могут служить и другие культуры с большим содержанием крахмала или сахара: маниок, картофель, сахарная свекла, батат, сорго, ячмень и т. д.
Биодизель представляет собой смесь жирных кислот, которая используется как альтернатива дизельного топлива. Для его производства подходят богатые маслами культуры, в первую очередь соя и рапс. Вообще же для производства биотоплива используют растения, которые быстро растут, производя максимум биомассы за минимум времени.
Сегодня идет поиск новых источников сырья для биотоплива. Большие перспективы связывают с гидрированным растительным маслом (HVO).
Это так называемое биотопливо второго поколения. Для его производства используют отработанное растительное масло. Применяются и другие виды отходов: животный жир, различные отходы сельского и лесного хозяйства. Идут исследования возможностей получения топлива из водорослей (биотопливо третьего поколения). Водоросли способны очень быстро увеличивать свою массу, однако требуют особых условий, и пока производство в промышленных масштабах организовать не удалось.
Себестоимость производства биотоплива и ее отношение к себестоимости традиционных дизеля и бензина могут заметно различаться от страны к стране. Так, например, по данным за 2017 год, производство биоэтанола в Бразилии обходилось примерно во столько же, сколько и производство бензина (одна из причин низкой стоимости первого — дешевая рабочая сила в сельскохозяйственном секторе). В тот же период в США себестоимость биоэтанола была примерно на четверть выше бензина. Разница стоимости традиционного и биодизеля более существенна, может достигать двух и более раз.
Для автомобилей и самолетов
Биотопливо, как правило, используется в смеси с традиционными видами топлива: бензином, дизельным топливом или авиационным керосином. В России ГОСТ разрешает добавлять в автомобильное топливо до 5% биодизеля и до 10% биоэтанола. Аналогичные нормы действуют и в Европе. Более высокий процент содержания этанола требует некоторой модернизации двигателей. В кукурузных штатах США процент содержания биоэтанола в топливе может достигать 85%, а в Бразилии даже 95% (и не менее 25%). Двигатель на таком топливе трудно запустить в холодную погоду, но для Бразилии это как раз не проблема.
Биодизель по своим характеристикам практически ничем не отличается от обычного дизеля, однако в зимнее время требует дополнительного подогрева, так как он более вязкий и быстрее загустевает на морозе. Без подогрева можно обойтись, если использовать не более 20% биотоплива в смеси.
Большие перспективы у биотоплива в авиации. Впервые его смесь с авиационным керосином в пропорции 1 к 4 в 2008 году использовала авиакомпания Virgin Atlantic.
С тех пор подобные смеси опробовали и многие другие авиакомпании. Производством авиационного биотоплива в Европе занимаются Neste Oil, Biomass Technology Group и UOP. К 2030 году американская аэрокосмическая корпорация Boeing планирует начать поставки самолетов, которые будут летать на 100% биотопливе. Это потребует усовершенствования двигателей и получения необходимых разрешений.
На коммерческие авиарейсы приходится около 2% всех выбросов парниковых газов и 12% всех выбросов в сфере транспорта
Преимущества и недостатки
Основные преимущества биотоплива связаны с его экологическими характеристиками. Оно относится к возобновляемым источникам энергии и позволяет снизить углеродный след от использования транспорта. Углерод, который в виде углекислого газа высвобождается при его сжигании, был поглощен из атмосферы лишь недавно, в процессе роста растений, из которых было изготовлено топливо, а не миллионы лет назад, как при использовании ископаемого топлива.
И затем может снова быть поглощен растениями, то есть получается замкнутый цикл.
При сгорании биоэтанола не образуется никаких вредных соединений. Биодизель, несмотря на значительно меньшее содержание серы, характеризуется хорошими смазочными свойствами, что продлевает срок жизни двигателя.
В Таиланде биодизель производят из смеси пальмового масла и использованного кулинарного маслаВ качестве недостатка биоэтанола называют более низкую, чем у бензина, теплотворную способность. Из-за этого повышается расход топлива.
Среди недостатков биодизеля, помимо загустевания при низких температурах, — нестабильное качество, обусловленное разнообразием используемого сырья. Кроме того, он не предназначен для длительного хранения, так как со временем портится. Расход биодизеля также несколько выше.
Производство биотоплив позволяет поддержать сельскохозяйственное производство там, где оно становится невыгодным из-за перепроизводства. Однако у этого есть обратная сторона: повышенный спрос на топливо может вызвать сокращение производства продовольствия и рост цен на него.
Впрочем, главным недостатком биотоплив остается их высокая себестоимость, поэтому без поддержки государства конкурировать с традиционными бензином и дизелем они не могут.
Что в России?
В России жидкое биотопливо пока не получило сколько-нибудь заметного распространения. Среди причин можно назвать достаточное количество собственного углеводородного сырья, отсутствие реальной господдержки, холодный климат, неготовность потребителей. Однако в России есть все условия для выращивания необходимой для его производства биомассы. Не исключено, что риски перепроизводства традиционной сельхозпродукции и рост мирового спроса на зеленые энергоносители в конечном счете приведут к тому, что Россия может стать заметным игроком на рынке биотоплива.
В конце 2018 года в ФЗ «О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции…» были внесены поправки, затрагивающие среди прочего производство топливного биоэтанола.
По мнению экспертов, это открывает новые возможности для развития отрасли. Сейчас в качестве возможного сырья для производства такого топлива в России рассматривают мискантус. Это неприхотливое травянистое растение предпочитает теплый и влажный климат, но некоторые сорта неплохо себя чувствуют и в средней полосе России. О планах по культивированию мискантуса уже заявили в нескольких регионах страны.
Нефтянка и биотопливо
Некоторые нефтяные компании рассматривают биотопливо как возможность для выхода на новые рынки низкоуглеродной энергетики, но с более привычным для себя продуктом и уже существующей инфраструктурой дистрибуции. Ряд проектов в этой области есть у таких нефтегазовых компаний, как Shell, BP, Total, Marathon, Valero и других. В 2014 году компания Eni реализовала первый в мире проект по конверсии нефтеперерабатывающего завода в производство биотоплива. С тех пор для многих старых и низкоэффективных НПЗ в Европе и США это стало реальной альтернативой закрытию.
Перспективы биотоплива. Cleandex
Практически все виды топлива, особенно на основе нефти, сложно и
дорого производить. Сторонники альтернативной энергетики предлагают в
качестве частичной замены традиционных топлив — биотопливо. Основным
аргументом в пользу использования биологического сырья как источника
тепловой энергии стало то, что запасы пропадающей зря биомассы очень
велики, особенно в России, с ее огромной пустующей территорией. Их
рациональная переработка позволила бы частично решить энергетическую
проблему, особенно для удаленных регионов. Но критики биотоплива
относятся к идее «ездить на рапсе» крайне скептически, как и к другим
видам альтернативной энергетики: солнечной, ветряной, энергии рек и
океана. Среди доводов «против» главные — это риск роста цен на
сельскохозяйственные культуры, экологическая опасность производства. А
пока продолжается этот научный спор, рост производства биотоплива
медленно, но уверенно продолжается.
Об основных задачах, которые стоят сейчас в области создания биотоплива, рассказывает кандидат химических наук, заведующий лабораторией каталитических процессов переработки возобновляемого сырья Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН Вадим Яковлев.
— Вадим Анатольевич, какие существуют виды биотоплива?
— Биотоплива разделяются на два типа: первого и второго поколения. К
биотопливам первого поколения относятся биоэтанол, произведенный из
сахарного тростника, кукурузы, пшеницы и других злаковых культур, и
биодизель, полученный из масляничных культур — сои, рапса, пальмы,
подсолнечника. Для их выращивания требуется использование качественных
пахотных земель, много сельскохозяйственной техники, а также удобрений и
пестицидов. Конечно, при таком раскладе производство биотоплива
напрямую конкурирует с пищевым сектором экономики. Это приводит к своим
последствиям в социальной сфере и придает негативную окраску всей
биоэнергетике.
Топливный биоэтанол получают сбраживанием сахаров с помощью технологии производства пищевого этанола без дополнительных стадий очистки. Биодизель получают методом химической реакции жиров растительных масел и низших спиртов (в первую очередь метанола).
Биотоплива второго поколения производятся из непищевого сырья. Оно может
включать в себя отработанные жиры и растительные масла, биомассу
деревьев и трав. Преимущество такого топлива заключается в том, что эти
растения могут выращиваться на менее благоустроенных землях с
применением минимального количества техники, удобрений и пестицидов.
Минусом же является то, что лигноцеллюлоза древесины — это сложный
полимерный углевод, он требует гораздо больше химических превращений и,
соответственно, энергии для получения из него жидких топлив, чем при
производстве биотоплив первого поколения. Но эффективность производства
энергии из биомассы биотоплив обоих поколений одинакова, составляет
примерно 50%.
Из лигноцеллюлозы растений может быть получено два типа биотоплив — биоэтанол и бионефть. Этанол получают методом кислотного гидролиза целлюлозы, а потом сбраживают полученные сахара. Как получают бионефть? Сначала нужно измельченную биомассу быстро нагреть по специальной технологии, а потом получаемые продукты быстро охладить. Но такая нефть, увы, непригодна для использования в качестве моторного топлива: требуется ее дальнейшая переработка.
Биодизель из непищевого сырья — это тоже биотопливо второго поколения. Его получают из технических масленичных культур и микроводорослей. За счет быстрого роста и размножения микроводорослей можно получить топлива от 15 до 200 раз больше, чем из лучшей сельскохозяйственной масленичной культуры.
Также к биотопливам второго поколения относят биотоплива первого
поколения, полученные по новым технологиям, которые приводят к снижению
потребления ископаемых топлив при их производстве, а также к снижению
вредного воздействия на окружающую среду.
Есть и другая классификация биотоплива — по способам его получения. Существуют химический, термохимический и биологический методы.
Особняком стоит относительно новый тип биотоплива — грин-дизель (Green diesel, «суперцетан», «supercetane»). Если говорить упрощенно, это смесь углеводородов дизельной фракции. Грин-дизель обладает высоким цетановым числом (характеристикой воспламеняемости) — 70-85, это очень хороший уровень. Грин-дизель позиционируется как улучшающая добавка к традиционным дизельным топливам.
Рисунок 1. Упрощенная классификация биотоплив. (Источник: R.C.Saxena, D.Seal, S.Kumar, H.B.Goyal, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12, 1909 (2008)
В настоящее время разрабатываются концепции и технологии для получения
биотоплив третьего поколения, которые будут более рентабельными и
экологически чистыми (с минимальным совокупным выбросом СО2 в
атмосферу).
— Насколько масштабны ресурсы сырья, из которого делают биотопливо? Вообще, биотопливо — это дешево?
— Особенностью массового производства биотоплива является отсутствие стадии нефтедобычи — нет необходимости геологоразведки, бурения нефтяных скважин. Это несомненный плюс. Но, с другой стороны, требуется задействовать значительные посевные площади. Например, с 1 гектара площадей можно получить не более 0,3 тонны соевого масла, или 1 тонну рапсового масла, или 5 тонн пальмового масла. Пальма в этом смысле является рекордсменом среди наземных растений.
Россия же из-за своих климатических особенностей среди масленичных
культур топливного назначения может ориентироваться только на
выращивание рапса. А если учесть, что у нас по состоянию на 2005 год не
использовалось более 15 млн га пашни, которые могли бы быть отданы на
выращивание пшеницы или рапса топливного назначения, то перспективы
нашей страны как экспортера не только нефти, газа, но и биотоплива,
весьма заманчивы.
Европа, как основной потребитель биотоплива, не может
себе позволить выделить такое количество сельскохозяйственных угодий для
выращивания «энергетических» культур.
Уход из «пищевого» сектора экономики и использование отходов сельского хозяйства, деревопереработки, пищевой промышленности, или же выращивание быстрорастущих энергетических культур дает ряд преимуществ. Это не только расширит сырьевую базу для биотоплива, но и снизит конкуренцию и, соответственно, цены на «пищевые» культуры. Основной аргумент противников биоэнергетики — конкуренция биотоплива с пищевыми продуктами. Действительно, вследствие биотопливного бума во всем мире выросли цены на кукурузу, все виды масляничных культур и даже на те сорта, которые не используются при производстве биодизеля. Учитывая это, видимо, стоит ориентироваться на непищевое сырье, а именно — древесину и отходы сельского хозяйства.
Таблица 1.
Извлекаемые запасы ископаемых первичных энергоносителей и ежегодный
прирост биомассы (в млрд т. н. э.) (Источник: Chemistry &
Business, 2004, A. Danilov; From: Worldwatch Institute, 2005 г.)
— Какова область применения биотоплива? Какие преимущества оно дает по сравнению с традиционными видами топлива?
— Биотопливо, в первую очередь, подразумевает использование биоэтанола и биодизеля. В мире биоэтанол получают, в основном, из злаковых культур, кукурузы, сахарного тростника и сахарной свеклы путем ферментативного брожения. Из всего произведенного этанола 80% имеет топливное применение, 12% — техническое и 8% — пищевое. Прослеживается явная тенденция к увеличению доли топливного этанола в ближайшем будущем. Например, в США в ближайшие несколько лет планируется построить дополнительно 132 завода по производству топливного этанола.
Но не стоит забывать, что на сегодняшний день биоэтанол не является
полным заменителем бензина.
В основном используется смесевое топливо,
содержащее 10% этанола и 90% бензина (стандарт Е10). Значительно реже
встречается топливо с более высоким содержанием этанола — Е85. Основными
недостатками этанола как топлива является его невысокая теплотворная
способность (на 37% меньше, чем у бензина), что приводит к более
высокому расходу. Второй недостаток — высокая способность к поглощению
воды, что может привести к расслоению смесевого топлива. Однако, все эти
отрицательные моменты можно обойти, используя топливо с низким
содержанием (до 10%) этанола. Нужно учитывать и экологический фактор.
Процесс сгорания этанола гораздо эффективнее по сравнению с бензином,
что уменьшает токсичность выхлопных газов.
Для дизельного топлива тоже есть возобновляемый заменитель — биодизель.
Его получают из метанола и растительных масел, в первую очередь, из
рапсового, пальмового и соевого. Лидером по производству биодизеля
является страны ЕС, где в качестве сырья в основном используется рапс.
Например, в 2006 году было произведено более 6 млн тонн биодизеля, и
наблюдается тенденция к росту объемов его производства. Как и в случае с
биоэтанолом, биодизель обладает своими недостатками и достоинствами.
Биодизель в сравнении с обычным дизельным топливом почти не содержит
серы. При попадании в почву или воду он практически полностью
разлагается уже через три недели. Кроме того, он обладает хорошими
смазывающими характеристиками и более высоким цетановым числом
(не менее 51). Однако высокая вязкость не позволяет использовать его в
холодное время, поэтому требуется применять смеси, состоящие на 20% из
биодизеля и на 80% из солярки (марка В20).
— С одной стороны, биотопливо потенциально должно улучшить экологическую обстановку за счет уменьшения вредных выбросов, с другой стороны, по мнению критиков, это должно привести к масштабным вырубкам лесов. Что Вы думаете об этом?
— Проблема вырубки лесов в связи с производством биотоплива, скорее,
надумана, потому что древесные отходы часто не находят эффективного
применения.
Об этом говорят цифры. В настоящее время ежегодно в
России заготавливается около 140 млн м3 древесины от
рубок главного пользования и рубок ухода за лесом. При этом более
половины приходится на отходы лесозаготовки и деревопереработки. В
ближайшие 5-7 лет объем лесозаготовок может возрасти до 200 млн м3.
При проведении рубок ухода за лесом до 60% древесины является
низкокачественной, не имеющей товарной ценности. Общий объем
образующихся отходов и низкосортной древесины составляет не менее
40-45 млн м3 в год или не менее 10-12 млн тут (тут — тонна условного топлива) в год.
Также неэффективно используются отходы растениеводства и торф. Количество отходов растениеводства, которые выбрасываются на ветер, составляет не менее 10 млн тонн в год (или не менее 3,4 млн тут).
Сегодня ресурсы биомассы, в том числе вторичные, используются не более чем на 5%
Древесные отходы лесозаготовок тоже остаются на лесосеке
неиспользованными.
Эта биомасса создает дополнительные помехи
лесному хозяйству в виде засорения древесиной, ветровала, что
является причиной увеличения сроков и затрат на последующее
лесовосстановление. Древесная биомасса в лесу, а также биоотходы
перерабатывающих предприятий, создают риск возникновения пожара,
размножения вредителей леса, а также являются источником парниковых
газов при гниении биомассы. Ежегодно эмиссия метана от отходов
биомассы составляет 7-8 млн тонн и сопоставима с мощностью
основных наземных биогенных источников. Дополнительной проблемой
является исключение из хозяйственной деятельности земли, занятой
под склад биоотходов.
Сегодня ресурсы биомассы, в том числе вторичные, используются не
более чем на 5%. Традиционные методы переработки биомассы в
существующих условиях малоэффективны и требуют значительных
инвестиций при сроках окупаемости 6-8 лет.
Использование всех этих дешевых и доступных ресурсов в качестве топлива может стать завершающей фазой производственных процессов, придавая им почти безотходный характер. Это стало бы эффективной мерой по охране окружающей среды, а также обеспечило бы полное энергообеспечение локальных потребителей.
— Само биотопливо — экологически чистый продукт. А как насчет процесса его производства? Так же ли он безопасен, ведь используются серная кислота, щелочи.
— Безусловно, при производстве биоэтанола иногда используются опасные
реагенты, например, серная кислота и щелочные гомогенные катализаторы.
Решением этой проблемы занимаются исследователи во многих странах мира. И
правильные подходы уже определены. Например, разрабатываются
технологии, которые предусматривают использование однородных по составу
катализаторов в химических реакциях (гомогенная технология). Такой
подход позволяет решить многие проблемы.
Гомогенная технология получения биодизеля, несмотря на простоту, имеет и недостатки. Полученную смесь продуктов необходимо разделять, нейтрализовать и тщательно промывать. В результате образуются большие количества солей, мыла и сточных вод, которые нужно утилизировать. Сам же катализатор при этом безвозвратно теряется. А глицерин, получаемый при этом полезный побочный, — загрязнен раствором солей, и требует дополнительной очистки. Все это повышает себестоимость биодизеля, что уменьшает конкурентноспособность этой технологии.
За последние пять лет резко возросло число работ, посвященных более
экологически чистому способу получения биодизеля с применением
разнородных по составу (гетерогенных) катализаторов основной и кислотной
природы. Их преимущество не только в том, что их можно использовать
многократно, но и в том, что биодизель получается гораздо более высокого
качества.
При этом исключается стадия предварительной обработки масла,
минимизируется объем жидких отходов, не образуются соли и мыла. Однако к
ним предъявляются особые требования: они должны быть устойчивы к воде,
поскольку ее содержат исходные продукты.
— Какие наработки по созданию биотоплива есть в Институте катализа СО РАН? Какие из них наиболее эффективные?
— Все требования к безопасности производства биотоплива были учтены
Институтом катализа СО РАН при разработке гетерогенных катализаторов.
Акцент делался на стабильность работы в реальных условиях. В результате
было установлено, что одним из наиболее перспективных катализаторов для
получения биодизеля является гексаалюминат бария (кальция).
Гексаалюминаты характеризуются относительно низкой активностью по
сравнению с другими катализаторами, у них есть важное достоинство: они
обладают высокой термостабильностью и устойчивостью к выщелачиванию.
Особенно это относится к катализаторам, прокаленным при температуре 1200
°С.
Далее о наших наработках. В производстве биотоплива есть два основных
этапа. Первый из них — быстрый пиролиз. Это термический процесс,
протекающий без доступа воздуха, при котором происходит моментальный
(1000—10000 °С/сек) нагрев и быстрое (буквально за пару секунд)
охлаждение получаемых продуктов. При пиролизе древесины все ее
компоненты частично разлагаются, образуя сложную смесь
кислородсодержащих органических соединений. С помощью быстрого пиролиза
из древесины можно получить продукт, условно названный «бионефтью». Это
жидкость, похожая на разбавленный деготь. Из-за высокого (до 55%)
содержания кислорода бионефть непригодна для использования напрямую в
качестве моторного топлива. Из нее нужно удалить кислород и насытить
водородом. И сегодня одна из важнейших задач в этой области — разработка
соответствующих катализаторов.
Следующая стадия — гидродеоксигенация (удаление кислорода) полученной бионефти. В рамках международного проекта с акронимом BIOCOUP (Шестая Европейская рамочная программа) специалисты Института катализа СО РАН разрабатывают катализаторы нового типа, которые могли бы эффективно справиться с такой задачей. Мы предложили использовать несульфидированные никельсодержащие катализаторы.
Оказалось, что они превосходят свои коммерческие аналоги по всем главным характеристикам. Тестирование лучших образцов катализаторов гидродеоксигенации на реальной бионефти в университете Гронингена (Нидерланды) подтвердило их перспективность. Продукты деоксигенации бионефти могут использоваться для дальнейшей переработки на стандартном нефтеперерабатывающем оборудовании совместно с нефтяными фракциями.
— Как Вы думаете, какие есть перспективы у биотоплива?
— Одна из центральных задач XXI века, на мой взгляд, это постепенное
изменение сырьевой базы первичных энергоресурсов.
Необходимо активно
использовать возобновляемые источники энергии — энергию ветра, рек,
волн, приливов, гидротермальных источников, биомассы. Если в 2005 году
инвестиции в сектор возобновляемой энергетики составляли $20 млрд/год
(17% инвестиций в генерацию энергии), то к 2015 году, по оценкам
экспертов, они возрастут до $80 млрд/год (прогноз Worldwatch Institute,
2003).
Авторы проекта «Стратегии развития топливно-энергетического комплекса
России до 2020 года», считают, что потенциал России в плане обеспечения
возобновляемой ресурсной базы, весьма значителен. Есть два важных
момента. Это технический потенциал, который определяет абсолютный
прирост биомассы, и экономический потенциал, то есть экономически
целесообразный объем сбора, транспортировки и переработки биомассы.
Если говорить о техническом потенциале, то в России ежегодный прирост
биомассы составляет 14-15 млрд тут, то есть в 5 раз больше, чем
современное энергопотребление РФ.
Если мыслить стратегически, то становится ясно, что научно-технический прогресс и рост цен на ископаемое топливо обеспечивают неуклонный рост экономической привлекательности биоресурсов.
США и Бразилия призвали использовать биотопливо :: Autonews
Соединенные Штаты Америки и Бразилия предсказывают увеличение числа машин на биотопливе. Этот процесс, как считают в странах, будет предвестником глобального перехода человечества на электрические автомобили. О такой позиции государств сообщает агентство Reuters со ссылкой на представителей США и Бразилии.
— Мы все надеемся снизить объем вредных выбросов и перейти на электромобили, но это не быстрый процесс. Поэтому мы ожидаем, что машины на двигателях внутреннего сгорания, в которые будет залито биотопливо, это неплохой выход для улучшения качества воздуха, — сказал директор этанолового отдела при американском Совете по зерну Брайн Хирли.
Он также добавил, что всем странам нужно как можно скорее начать смешивать бензин с этанолом. Дело в том, что жидкое биотопливо для ДВС получают как раз из этанола, а США и Бразилия — лидеры по его производству.
С Хирли согласна и торговый управляющий одной из крупнейших в мире компаний по производству этанола Copersucar Лара Баселлар.
— Это бы помогло соблюдению Парижского соглашения по климату, потому что мы бы использовали продукт, который эффективен в борьбе с вредными выбросами, — сказала она.
Фото: Jan Woitas / dpa-Zentralbild / dpa
Reuters пишет, что некоторые страны — например, Китай, Великобритания, Мексика, Вьетнам, Южная Африка и Австралия— сегодня действительно рассматривают возможность больше использовать машины на биотопливе.
Но до финального решения дело все равно пока не доходит. Аналитики видят причину этого в том, что государства не хотят быть зависимыми от биотоплива, которое они сами не производят.
При этом эксперты говорят, что размешивание бензина с биотопливом действительно могло бы помочь странам сократить выбросы, и особенно это касается стран с развивающейся экономикой. Ведь создание инфраструктуры для повсеместной электромобилизации займет много времени и средств, тогда как увеличить использование биотоплива можно уже в ближайшее время.
Норвегия запретила использование биотоплива на основе пальмового масла | Биотопливо
Решение вступит в силу с 2020 года
Норвегия официально запретила использование биотоплива на основе пальмового масла. Решение парламента вступит в силу с 2020 г. и будет распространяться на весь топливный сектор страны. Об этом сообщает издание The Independent.
Решение является результатом продолжительного процесса, в ходе которого норвежские политики разрабатывали новый законодательный акт. В прошлом году в Норвегии прошло голосование, в ходе которого было принято решение отказаться от покупки пальмового масла государством. Однако инициатива не была реализована в полной мере, так как носила рекомендательный характер.
Новое регулирование более строгое, документ получил поддержку большинства членов парламента. Закон будет распространяться на весь рынок топлива в стране. Поводом к принятию дополнительных мер стали прошлогодние показатели Норвегии по потреблению пальмового масла в качестве биотоплива. В 2017 г. они достигли рекордного уровня.
«Решение норвежского парламента является важным примером для других стран и демонстрирует необходимость серьезных реформ в мировой индустрии пальмового масла», — отметил представитель экологической организации Rainforest Foundation Norway Нильс Херманн Ранум.
В 2018 г. Rainforest Foundation Norway совместно с бюро экологической консультации Cerulogy выпустили отчет, в котором говорится, что без принятия дополнительных мер глобальная потребность в пальмовом масле как источнике биотоплива вырастет в шесть раз в последующие десять лет.
Евросоюз планирует поэтапный отказ от биотоплива, которое вызывает обезлесение и разрушение мест обитания животных. Запрет разрабатывается и вступит в силу после 2030 г.
Согласно докладу американской консалтинговой компании Grand View Research, в 1995 г. мировое потребление пальмового масла составляло 15 млн т. Согласно прогнозам, к 2022 г. объемы потребления достигнут 120 млн т. Пальмовое масло используется в качестве биотоплива, содержится в ряде продуктов, а также входит в состав средств гигиены.
По данным Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП), крупнейшими производителями пальмового масла являются Малайзия и Индонезия. Третье место занимает Таиланд. На Малайзию и Индонезию приходится порядка 85% от мировых объемов производства. Согласно данным ЮНЕП, плантации масличной пальмы занимают в мире территории площадью 9,7 млн га.
Индустрия пальмового масла связана с обезлесением, деградацией мест обитания животных и изменением климата в местах производства.
Это вызвано тем, что для плантаций пальмового масла требуется вырубка деревьев и подготовка почвы. В Индонезии плантации пальмового дерева привели к разрушению ареала обитания орангутангов и суматранского слона.
Топливо из водорослей по составу больше похоже на зелёнку, чем на нефть
Исследователи определили состав биотоплива, полученного из микроводорослей Spirulina platensis, с помощью масс-спектрометрии высокого разрешения. Учёные изучили две фракции биотоплива, которые получаются после того, как массу из водорослей обработают специальным методом. Кроме того, они показали, что биотопливо по составу имеет мало общего с нефтью, зато есть что-то общее с зелёнкой. Исследование опубликовано в журнале European Journal of Mass Spectrometry.
Работа была сделана группой учёных из Сколтеха, Института энергетических проблем химической физики им. В. Л. Тальрозе РАН, Института биохимической физики им. Эмануэля РАН, Объединенного института высоких температур РАН, МГУ и Московского физико-технического института.
Водоросли как спасение экологии
Биотопливо как альтернативный источник энергии представляет особенный интерес для изучения, ведь оно помогло бы решить такие проблемы, как истощение запасов нефти и глобальное потепление. В отличие от нефти, биотопливо производится из возобновляемых природных ресурсов, а при его сжигании выделяется меньше парниковых газов. Бразилия, например, уже обеспечивает с помощью биотоплива 40% своих потребностей. В качестве сырья для биотоплива используют сельскохозяйственные культуры и другие растения. Однако в этом случае приходится занимать плодородную землю, которая могла бы вместо этого кормить людей. Перспективным сырьём для биотоплива являются морские микроводоросли, которые не требуют ни чистой воды, ни земли. Водоросли активно поглощают углекислый газ, а значит, их использование действительно полезно для уменьшения парникового эффекта. Топливо из микроводорослей называют биотопливом третьего поколения, и в настоящее время ведутся активные разработки по его производству.
Рецепт биотоплива
Если мы узнаем состав биотоплива, мы сможем усовершенствовать процесс его производства. Первоначальные техники получения горючего из водорослевой массы были энергетически невыгодными, так как много энергии затрачивалось на высушивание водорослей, в которых содержится большое количество воды. Для коммерческого применения нужен был новый, более эффективный метод. И такой метод придумали — это так называемое гидротермальное сжижение: мокрую биомассу нагревают до температуры выше 300℃, сжимают давлением в 200 атмосфер и на выходе получают топливо. Примерно тот же принцип действует в природе, когда под воздействием больших температур и высокого давления в недрах Земли образуется нефть, только в реакторе это происходит быстрее. В результате получается две фракции: жидкое биотопливо и густая масса, которая остаётся в реакторе. Это смеси, состоящие из тысяч индивидуальных компонентов, и для определения их состава наилучшим образом подойдёт масс-спектрометрия.
Масс-спектрометрия
Масс-спектрометрия — метод исследования, с помощью которого можно определить состав вещества. Метод основан на том, что в электрическом и/или магнитном поле разные соединения ведут себя по-разному — в зависимости от их соотношения массы и заряда m/z. На выходе получается масс-спектр — график с пиками интенсивности, где каждому пику соответствует своё значение m/z.
Учёные исследовали с помощью масс-спектрометрии биотопливо, полученное из водорослей Spirulina platensis. В процессе гидротермального сжижения все вещества с температурой кипения менее 300 градусов выходят из реактора в виде газа и охлаждаются в специальной ёмкости. Таким образом получается жидкая фракция, а в реакторе остаётся твёрдая фракция. Масс-спектрометрический анализ показал, что обе фракции содержат больше всего веществ, у которых в составе есть N и N2, но компоненты твёрдой фракции более разнообразны и по свойствам отличаются от компонентов жидкой фракции. Найденные в биотопливе вещества не имели ничего общего с веществами, которые содержатся в обычной сырой нефти, хотя и являются горючими.
Масс-спектрометрия позволяет узнать только молекулярные формулы веществ (например, C18h45N2). Чтобы получить какую-нибудь информацию о структуре молекул, исследователи применили метод замены водорода на дейтерий.
Замена водорода на дейтерий
Когда водород заменяется на дейтерий, масса иона* становится больше и пик в спектре смещается. По тому, сместился пик или нет, учёные определяют, в каком месте в молекуле стоял водород. Однако не любой водород отдаст своё место дейтерию, точнее, не любое место водород сможет освободить.
Перед запуском в масс-анализатор молекулы образца подвергают ионизации. В данном случае к нейтральным соединениям добавлялись протоны, и они превращались в положительные ионы. Присоединённый протон легко заменяется на дейтон, но оказалось, что в некоторых компонентах биотоплива замены не происходит. Учёные это поняли по интенсивности смещённого пика, который получается при замене. У обычной нефти смещённый пик имел такую же интенсивность, как несмещённый, а значит, замена произошла полностью. В случае с биотопливом, интенсивность смещённого пика была в пять раз меньше. Это значит, что под одним пиком кроется несколько соединений и не во всех из них есть присоединённый водород, вместо которого мог бы встать дейтерий. Если вещества не поддаются ионизации, значит, они уже являются положительными ионами и в таком виде содержатся в биотопливе. Эти вещества похожи на некоторые красители, такие как, например, бриллиантовый зелёный, который входит в состав зелёнки.
Комментирует Евгений Николаев, член-корреспондент РАН, профессор Сколтеха, научный руководитель Лаборатории ионной и молекулярной физики МФТИ: «Исследование продуктов гидротермального сжижения микроводорослей с помощью масс-спектрометрии имеет важное значение для повышения эффективности производства биотоплива. Дальнейшая работа должна быть сконцентрирована на использовании сортов водорослей с максимально высоким содержанием липидов и создании таких сортов с использованием генетической модификации. Так мы сможем выбрать из них самое эффективное сырьё для биотоплива».
Исследование: биотопливо — хуже нефти или газа
Підпис до фото,Новое исследование указывает на риски и проблемы, связанные с использованием биотоплива
Британский аналитический центр Chatham House опубликовал отчет, где говорится, что использование биотоплива в Британии «иррационально» и «хуже», чем использование ископаемого топлива.
В отчете сказано, что использование биотоплива будет стоить британским водителям почти полмиллиарда фунтов (более 6 млрд гривен) в ближайший год, а все более активное его применение приведет к подорожанию продовольствия.
Кроме того, авторы доклада говорят, что биодизель, изготовленный из овощного масла, вреднее для климата, чем ископаемое топливо.
Начиная с 2008 года, Великобритания обязала поставщиков топлива добавлять все большую долю экологически чистых веществ в бензин и дизель. Сырьем для такого биотоплива служит рапс, кукуруза и т.д.
Chatham House в своем отчете пишет, что эта политика приводит к подорожанию топлива. Кроме того, таким топливом с примесями надо заправляться чаще, чем обычным.
Исследователи называют биотопливо очень дорогим способом уменьшить углеродные выбросы.
Его использование уже привело к подорожанию масла, используемого для изготовления биотоплива. По состоянию на конец 2012 года, оно стоило дороже пальмового масла. Кроме того, поскольку при приготовлении пищи обычное масло из овощей приходится заменять пальмовым, увеличивается его экспорт из Индонезии, где его часто производят на территории с уничтоженными лесами.
Авторы отчета доказывают, что биотопливо создает больше проблем, чем решает.
В свою очередь, Европейский совет по биодизелю, который представляет эту индустрию в ЕС, говорит, что он осознает проблемы, возникающие при использовании биотоплива, но отметил также, что оно приносит и много пользы.
«Возложение на биотопливо ответственности за все мировые проблемы является преувеличением», — заявила Изабель Мауриц, руководитель проектов в Совете.
Дизельное топливо на основе биомассы — объяснение биодизеля
Биодизель и возобновляемое дизельное топливо — это биотопливо на основе биомассы
Дизельное топливо на основе биомассы, используемое в качестве нефтяного дистиллятного мазута (дизельное топливо и топочный мазут), включает биодизель и возобновляемое дизельное топливо . Оба они называются дизельным топливом на основе биомассы, потому что они в основном производятся для использования в дизельных двигателях, но их также можно использовать в качестве топлива для отопления. Оба вида топлива производятся из биомассы или материалов, полученных из биомассы, но они различаются по способу производства и физическим свойствам.Биодизель соответствует спецификации ASTM D6751 Американского общества испытаний материалов (ASTM) и одобрен для смешивания с нефтяным дистиллятом / дизельным топливом. Возобновляемое дизельное топливо соответствует спецификации ASTM D975 для нефтяного дизельного топлива и не требует смешивания с нефтяным дизельным топливом для его использования. Оба вида топлива соответствуют требованиям к уровню потребления биотоплива, предусмотренным Стандартной программой США по возобновляемым источникам топлива.
Биодизель производится путем переэтерификации
Биодизель производится путем переэтерификации — химического процесса, который превращает жиры и масла в метиловые эфиры жирных кислот (FAME).Примерно 100 фунтов масла или жира реагируют с 10 фунтами короткоцепочечного спирта (обычно метанола) в присутствии катализатора (обычно гидроксида натрия или гидроксида калия) с образованием 100 фунтов биодизельного топлива и 10 фунтов глицерина (или глицерина). ). Глицерин — это сахар, обычно используемый в производстве фармацевтических препаратов и косметики.
Биодизель изготавливается из различных материалов
Биодизель можно производить практически из любого сырья (сырья), которое содержит достаточное количество свободных жирных кислот.Большая часть производства биодизеля в США использует сырые растительные масла, отработанные кулинарные масла, желтый жир и животные жиры в качестве сырья для переэтерификации. Растительные масла являются основным сырьем для производства биодизеля в США. Другое сырье для производства биодизеля включает отходы животных жиров с перерабатывающих предприятий, а также использованное / переработанное кулинарное масло и желтый жир из ресторанов.
Масло растительное в бутылке
Рапсовое масло, подсолнечное масло и пальмовое масло являются основными сырьем для производства биодизеля в других странах.Водоросли также являются потенциальным источником производства биодизеля. Водоросли содержат жировые карманы, которые помогают им держаться на плаву. Этот жир можно собрать и переработать в биодизель.
Биодизель в основном используется в качестве добавки к нефтяному дизельному топливу
Биодизель чаще всего добавляется (смешивается) с нефтяным дистиллятом / дизельным топливом в соотношении 2% (обозначается как B2), 5% (B5) или 20% (B20). Его называют биодизелем, потому что он в основном используется в дизельных двигателях. Чистый биодизель (B100) также может использоваться во многих областях.Баки и оборудование для нефтяного дизельного топлива также могут хранить и транспортировать биодизель. Узнайте больше об использовании биодизеля из различного сырья. Смеси биодизеля также могут использоваться в качестве топочного мазута.
История биодизеля
До того, как нефтяное дизельное топливо стало популярным, Рудольф Дизель, изобретатель дизельного двигателя в 1897 году, экспериментировал с использованием растительного масла (биодизеля) в качестве топлива. До 2001 года Соединенные Штаты потребляли лишь небольшое количество биодизеля.С тех пор производство и потребление биодизеля в США существенно выросло, в основном из-за наличия различных государственных стимулов и требований для производства, продажи и использования биодизеля, включая Стандартную программу по возобновляемым источникам топлива.
В 2019 году Соединенные Штаты произвели около 41 миллиона баррелей (1,7 миллиарда галлонов) B100, импортировали около 4 миллионов баррелей (168 миллионов галлонов), экспортировали около 2,7 миллиона баррелей (114 миллионов галлонов) и потребили около 43 миллионов баррелей (1 .8 миллиардов галлонов) почти все в смеси с нефтяным дизельным топливом.
Последнее обновление: 22 июня 2020 г.
Объяснение этанола — Управление энергетической информации США (EIA)
Этанол производится из биомассы
Этанол — это возобновляемое биотопливо, потому что оно производится из биомассы. Этанол — это прозрачный бесцветный спирт, полученный из различных материалов биомассы, называемых сырьем (сырье, используемое для производства продукта).Производители топливного этанола в США в основном используют пищевые зерна и культуры с высоким содержанием крахмала и сахара в качестве исходного сырья для производства этанола, такого как кукуруза, сорго, ячмень, сахарный тростник и сахарная свекла. Этанол также можно производить из трав, деревьев и сельскохозяйственных и лесных отходов, таких как кукурузные початки и запасы, рисовая солома, опилки и древесная щепа. Этанол получают из этого сырья несколькими способами.
Ферментация — наиболее распространенный метод производства топливного этанола
В наиболее распространенных сегодня процессах производства этанола дрожжи используются для сбраживания крахмала и сахаров кукурузы, сахарного тростника и сахарной свеклы.Кукуруза является основным сырьем для топливного этанола в Соединенных Штатах из-за ее изобилия и относительно низкой исторической цены. Крахмал в зернах кукурузы ферментируется до сахара, который затем ферментируется до спирта.
Сахарный тростник и сахарная свекла — наиболее распространенное сырье, используемое для производства топливного этанола в других частях мира. Поскольку алкоголь производится путем ферментации сахара, сахарные посевы легче всего превратить в алкоголь. Бразилия, второй по величине производитель топливного этанола в мире после США, делает большую часть своего топливного этанола из сахарного тростника.Большинство автомобилей в Бразилии могут работать на чистом этаноле или на смеси бензина и этанола.
Исследователи Министерства сельского хозяйства США добавляют дрожжи для начала ферментации этанола
Фото: Скотт Бауэр, Служба сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США (общественное достояние)
Целлюлозный этанол является крупным потенциальным источником топливного этанола
Этанол также можно получить, расщепляя целлюлозу в растительных волокнах.Целлюлозный этанол считается передовым биотопливом и требует более сложного и дорогостоящего производственного процесса, чем ферментация. Однако существуют большие потенциальные источники целлюлозного сырья для непродовольственных культур. Деревья, травы и сельскохозяйственные остатки являются потенциальным сырьем для производства целлюлозного этанола. Деревьям и травам требуется меньше энергии, удобрений и воды для роста, чем для выращивания зерновых, и их также можно выращивать на землях, которые не подходят для выращивания продовольственных культур.Ученые создали быстрорастущие деревья, которые вырастают в полный размер за 10 лет. Многие травы могут давать два урожая в год в течение многих лет без ежегодной пересадки. Несмотря на технический потенциал производства целлюлозного этанола, экономичное производство было труднодостижимым, и в Соединенных Штатах было произведено только относительно небольшое количество целлюлозного топливного этанола.
История этанола
В 1850-х годах этанол был основным топливом для освещения. Во время гражданской войны этанол был обложен налогом на спиртные напитки, чтобы собрать деньги на войну.Налог настолько увеличил цену этанола, что он больше не мог конкурировать с другими видами топлива, такими как керосин. Производство этанола резко сократилось из-за этого налога, и уровни производства не начали восстанавливаться до тех пор, пока налог не был отменен в 1906 году.
Автомобиль модели Т
Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)
Модель T работала на этаноле
В 1908 году Генри Форд сконструировал свою модель Т, очень ранний автомобиль, работающий на смеси бензина и спирта.Форд назвал эту смесь топливом будущего. В 1919 году, когда начался Сухой закон, этанол был запрещен, потому что он считался алкогольным напитком. Его можно было продать только в смеси с нефтью. Этанол снова стал использоваться в качестве топлива после прекращения действия Сухого закона в 1933 году.
В настоящее время в большинстве автомобильных бензинов содержится топливный этанол
Использование этанола временно увеличилось во время Второй мировой войны, когда не хватало нефти и других ресурсов. В 1970-х годах интерес к этанолу как транспортному топливу возродился, поскольку нефтяные эмбарго, рост цен на нефть и растущая зависимость от импортируемой нефти повысили интерес к альтернативным видам топлива.С тех пор использование и производство этанола стимулировалось налоговыми льготами и экологическими нормативами, требующими более экологически чистого топлива.
В 2005 году Конгресс принял Стандарт возобновляемого топлива, который установил минимальные требования к использованию возобновляемого топлива, включая этанол. В 2007 году целевые показатели использования возобновляемого топлива RFS должны были неуклонно расти до уровня 36 миллиардов галлонов к 2022 году. В 2020 году в США было израсходовано около 12,6 миллиардов галлонов топливного этанола.Большая часть автомобильного бензина, продаваемого в настоящее время в Соединенных Штатах, составляет около 10% по объему топливного этанола.
Последнее обновление: 21 июня 2021 г.
Использование дизельного топлива на основе биомассы
Дизельное биотопливо на основе биомассы — транспортное топливо
Большинство больших грузовиков, автобусов и тракторов в Соединенных Штатах и во всем мире имеют дизельные двигатели, работающие на дизельном топливе. Легковые автомобили и легкие грузовики с дизельным двигателем распространены во многих странах.Большая часть дизельного топлива, используемого в дизельных двигателях, очищается из сырой нефти и может называться нефтяным дизелем. Дизельное топливо на основе биомассы — это биотопливо, изготовленное из биомассы или материалов, полученных из биомассы, и включает биодизель и возобновляемое дизельное топливо. Оба они называются дизельным топливом, потому что они в основном производятся для использования в дизельных двигателях, но их также можно использовать в качестве дистиллятного топлива для отопления. Оба вида топлива могут использоваться как прямые заменители нефтяного дизельного топлива и обеспечивать такую же экономию топлива для транспортных средств, как и нефтяное дизельное топливо.
Биодизельсоответствует спецификации ASTM D6751 Американского общества испытаний материалов (ASTM) и одобрен для смешивания с нефтяным дизельным топливом. Возобновляемое дизельное топливо соответствует спецификации ASTM D975 для нефтяного дизельного топлива и не требует смешивания с нефтяным дизельным топливом для его использования. Оба вида топлива соответствуют требованиям к уровню потребления биотоплива в соответствии с программой США по возобновляемым видам топлива.
Дизельное топливо на основе биомассы чаще всего используется в качестве добавки к нефтяному дизельному топливу
Дизельное топливо на основе биомассы чаще всего используется в смеси с нефтяным дизельным топливом.Чистый, несмешанный биодизель обозначается как B100. Чистое, несмешанное возобновляемое дизельное топливо называется R100. Смеси биодизеля и нефтяного дизельного топлива обозначаются как B2, B5 или B20. Смеси возобновляемого дизельного топлива и нефтяного дизельного топлива обозначаются как R2, R5 или R20. Цифры представляют собой доли биотоплива в 2%, 5% и 20% соответственно в галлоне дизельного топлива.
Дизельное топливо на основе биомассы можно использовать в качестве нефтяного дизельного топлива, но оно обладает качествами, которые необходимо учитывать при хранении и использовании.Биодизельное топливо (а также нефтяное дизельное топливо) чувствительно к холодной погоде и может потребовать добавления специального типа антифриза. Биодизель действует как моющее средство или растворитель, который может разрыхлить и растворить отложения в резервуарах для хранения, что может повлиять на производительность оборудования конечного использования. B100 может привести к выходу из строя резины и других компонентов старых автомобилей. Эта проблема не возникает с возобновляемым дизельным топливом.
Автобус, работающий на соевом масле
Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)
Биодизель составляет большую часть U.S. Использование дизельного топлива на основе биомассы
В 2019 году Соединенные Штаты потребили около 43 миллионов баррелей (1,8 миллиарда галлонов) дизельного топлива на основе биомассы, почти все в виде смеси биодизеля с нефтяным дизельным топливом. Управление энергетической информации США (EIA) не предоставляет данные о потреблении дизельного топлива из возобновляемых источников. Однако Агентство по охране окружающей среды США (EPA) сообщает данные RFS RIN (возобновляемый идентификационный номер). Данные RIN за 2019 год показывают, что общее потребление возобновляемого дизельного топлива в США составило около 900 миллионов галлонов.
Некоторые местные, государственные и федеральные правительственные учреждения, имеющие парк школьных и транзитных автобусов, снегоочистителей, мусоровозов, почтовых грузовиков и военных транспортных средств, используют смеси биодизеля, обычно B20. Заправочные станции, которые продают населению смеси биодизеля с содержанием B20 или выше, доступны почти в каждом штате. Смеси биодизельного топлива с низким уровнем содержания, такие как B2 и B5, являются популярными видами топлива в автомобильной промышленности, поскольку биодизель обладает превосходными смазывающими свойствами, поэтому смеси могут улучшить характеристики двигателя.
Использование биодизеля значительно увеличилось с 2001 года
Экологические преимущества биодизеля, простота использования, наличие финансовых и других стимулов на федеральном уровне и уровне штата, а также федеральная программа стандартов возобновляемого топлива (RFS) способствовали росту потребления / спроса на биодизельное топливо в США с примерно 10 миллионов галлонов в 2001 году до примерно 2 миллиардов. галлонов в 2016 году. Потребление (и импорт) биодизеля в США упало в 2017–2019 годах в основном из-за импортных пошлин (тарифов), введенных в 2017 году на относительно дешевое биодизельное топливо, импортируемое из Аргентины и Индонезии, что фактически исключило весь импорт из США.Поставки С. в 2018 и 2019 гг.
Производство, импорт и потребление возобновляемого дизельного топлива в США сосредоточены в Калифорнии
California использует почти все возобновляемое дизельное топливо, производимое в США, и все импортируемое возобновляемое дизельное топливо, главным образом из-за экономических выгод от его использования в Калифорнии в соответствии со Стандартом низкоуглеродного топлива Калифорнии.
Многие страны производят и используют биодизель
Многие страны поощряют использование биодизеля.В 2001 году общее мировое потребление биодизеля составляло около 0,3 миллиарда галлонов. В 2016 году около 9,3 миллиарда галлонов биодизеля было потреблено как минимум в 56 странах, а 58% — в пяти странах.
| миллиардов галлонов | Доля в общемировом объеме | |
|---|---|---|
| Всего в мире | 9,3 | |
| США | 2.1 | 22% |
| Бразилия | 1,0 | 10% |
| Франция | 0,9 | 10% |
| Индонезия | 0,8 | 9% |
| Германия | 0,7 | 7% |
| Все остальные | 3.9 | 42% |
Последнее обновление: 26 августа 2020 г.
10 лучших применений биотоплива
Поскольку биотопливо известно как альтернатива дизельному топливу, его можно использовать и для других целей. Многие предполагают, что материал используется только для транспортировки. Но биотопливо может обеспечивать водород, очищать масло, работать как растительное масло и многое другое. Биотопливо может работать как альтернатива замене потребности в энергии от автомобильного топлива до центрального отопления дома.
Вот десять основных видов использования биотоплива.
1. Транспорт
Более 30% энергии, потребляемой в США, используется для перевозки автомобилей. Во всем мире транспорт потребляет 24% энергии и более 60% потребляемой нефти. Это означает, что более трети масла используется для работы транспортных средств.
Основная проблема с альтернативами заключается в том, что солнечная, ветровая и другие альтернативные источники энергии не подходят для транспортировки. Эксперты считают, что до эффективных прорывов в практических технологических достижениях еще предстоит пройти десятилетия.
Короче говоря, биотопливо можно превратить в водородный пар, который предназначен для использования в соседнем топливном элементе. Более крупные автомобильные бренды уже вложили средства в заправочные станции для транспортных средств, работающих на биотопливе.
2. Производство энергии
Топливные элементы не только производят топливо для транспорта, но и используются для выработки электроэнергии. Биотопливо можно использовать для выработки энергии в резервных системах, где выбросы имеют наибольшее значение. Это включает в себя такие объекты, как школы, больницы и другие объекты, расположенные в жилых районах.
Фактически, это крупнейший рынок биотоплива для производства энергии для более чем 350 000 домов из свалочного газа в Соединенном Королевстве.
3. Обеспечьте тепло
Биотопливо выросло за последние несколько лет. Поскольку в первую очередь используется природный газ из ископаемого топлива, тепло, выделяемое в результате гидроразрыва пласта, приводит к производству природного газа. Хотя природный газ не обязательно должен происходить из ископаемого материала, он также может быть получен из недавно выращенного материала.
Большая часть биотоплива, используемого для отопления, является существенной. Поскольку древесина является наиболее практичным методом обогрева, в домах используются дровяные печи, а не газ или электричество. Смесь биодизеля снизит выбросы как азота, так и диоксида серы.
4. Зарядная электроника
По словам ученых из Университета Сент-Луиса, топливный элемент был разработан на основе растительного масла и сахара для выработки электроэнергии; потребители смогут использовать эти элементы вместо выработки электроэнергии.Потребители могут использовать топливные элементы вместо батарей для зарядки чего угодно, от компьютеров до сотовых телефонов. Пока они все еще находятся в процессе развития, клетки могут стать готовым источником энергии.
5. Очистите разливы масла и жир
Биотопливо экологически безвредно, биотопливо также помогает убирать разливы нефти и жир. Он был протестирован для работы в качестве потенциального чистящего средства для участков, где сырая нефть загрязняла воду.
Было также обнаружено, что результаты увеличивают площадь восстановления и позволяют удалять его из воды. Биотопливо также можно использовать в качестве промышленного растворителя для очистки металла, что также полезно из-за отсутствия токсического воздействия.
6. Готовка
В то время как керосин является наиболее распространенным ингредиентом для печей и фонарей без фитиля, биодизель работает не хуже.
7. Смажьте
Дизельное топливо требуется для снижения концентрации серы, поскольку сера обеспечивает максимальную смазывающую способность топлива.Это важно, когда речь идет о поддержании правильной работы двигателя и во избежание преждевременного выхода из строя из-за инфекции.
8. Удалить краску и клей
Биотопливо может заменить токсичные продукты, предназначенные для удаления краски и клея. Биотопливо также считается лучшим методом удаления некритических приложений.
9. Создание энергии, когда заканчивается ископаемое топливо
Поскольку запас масла начинает кончаться. Это заставило нас задуматься о том, как можно добыть топливо без ущерба для окружающей среды.Биотопливо — поможет правительству создать стабильный рентабельный метод производства энергии.
10. Снижение стоимости и потребности в импортном масле
Более 84% мировой нефти используется в Соединенных Штатах. Несмотря на рост спроса на топливо, США недавно начали сокращать потребность в нем с 2006 года. Это позволяет биотопливу стать лучшим фактором сокращения потребления энергии.
Аналитики говорят, что замена импортной нефти биотопливом поможет стабилизировать экономику, когда нефть будет нарушена.Неважно, сколько Соединенные Штаты тратят на импорт нефти, но как необходимо стабилизировать экономику в целом.
Вы бы использовали биотопливо для своих нужд? Для чего бы вы использовали биотопливо? Прокомментируйте ниже и дайте нам знать, что вы думаете.
5 видов использования биотоплива Petro Online
В качестве чистого и возобновляемого источника топлива биотопливо является надежной альтернативой ископаемым видам топлива. Поскольку они созданы из органического вещества (биомассы), их можно легко пополнять, а низкий уровень выбросов, связанных с их сжиганием, означает, что они представляют собой привлекательную перспективу для экологически сознательных владельцев бизнеса и частных лиц.Но для чего именно они используются? Вот пять наиболее распространенных применений биотоплива, которые практикуются сегодня:
Отопление
Первичное биотопливо — или материалы, которые все еще находятся в сыром виде, без обработки или обработки — являются распространенной формой отопления домов в развивающихся странах, где нет альтернативных источников топлива. Хотя экологический профиль этих видов биотоплива не так желателен, как могло бы быть, вторичное биотопливо, которое было переработано на нефтеперерабатывающем заводе, может служить эффективной и экологически чистой альтернативой природному газу, используемому для обогрева многих домов в западном мире. , тоже.
Транспорт
Биотопливо, такое как биоэтанол и биодизель, можно использовать в качестве замены или в качестве добавки к традиционным источникам топлива для транспортных средств, таких как автомобили и автобусы. Эти альтернативы не только повышают топливную эффективность, но и сокращают выбросы. Однако не все автомобили в Великобритании оборудованы для самостоятельной работы с биотопливом, в то время как их анализ для определения концентраций серы, хлора и других примесей является еще одним ключевым соображением в отношении биотоплива, используемого на автомобильном транспорте.
Авиация
Путешествие по воздуху является еще одним важным источником вредных выбросов, которые вызывают загрязнение и способствуют изменению климата. По этой причине многие авиакомпании изучают, как биотопливо можно использовать в реактивных двигателях, чтобы повысить свою экологическую ценность. Однако следует отметить, что его уникальные свойства делают биодизель непригодным для использования в авиационной промышленности. В статье «Анализ реактивного топлива на наличие загрязняющих веществ в биотопливе — безопасность прежде всего» содержится дополнительная информация по этой теме для заинтересованных сторон.
Смазка
Независимо от отрасли или сектора, в котором оно используется, оборудование необходимо обслуживать и смазывать, чтобы обеспечить его бесперебойную работу и максимально долгий срок службы. Исторически эту роль играли смазочные материалы на дизельной и масляной основе, которые, очевидно, влекут за собой такие же разрушительные последствия для окружающей среды, как и все другие виды применения ископаемого топлива. Биотопливо может стать более устойчивой альтернативой, которая также является более рентабельной.
Операции по очистке от нефти
Разливы нефти — печальное, но неизбежное явление, которое периодически случается в мире добычи, распределения и хранения нефти. Когда они действительно имеют место, они могут нанести разрушительный ущерб экосистемам, которые они загрязняют, и животным, которые называют их домом. К счастью, было продемонстрировано, что биотопливо эффективно решает эту проблему, поскольку метиловые эфиры, содержащиеся в источнике топлива, являются мощным растворителем, который может служить в качестве моющего средства для загрязненных береговых линий.
Почему биотопливо не может заменить нефть
«Растет беспокойство по поводу роли биотоплива в росте цен на продовольствие… и сомнения в преимуществах для климата. Это привело к серьезным вопросам об их устойчивости », Renewable Fuels Agency
Закон об энергетической независимости и безопасности Стандарта по возобновляемым источникам топлива (RFS2) 2007 года предписывает к 2022 году использовать не менее 36 миллиардов галлонов транспортного биотоплива по сравнению с примерно 15 миллиардами галлонов производимой сегодня продукции (для сравнения: U.С. теперь использует 140 миллиардов галлонов бензина и 63 миллиарда галлонов дизельного топлива ежегодно). Ожидается, что из этого объема 16 миллиардов галлонов будет получено из «целлюлозного биотоплива», которое получают из частей растений, древесных отходов и другого непищевого сырья (хотя в 2014 году было произведено всего около 21 миллиона галлонов). Агентство (EPA) несет ответственность за разработку и внедрение нормативных актов для обеспечения соблюдения. Этанол и биодизель — это два основных типа биотоплива, получаемых из органических веществ (получаемых непосредственно с растений или косвенно из сельскохозяйственных, коммерческих, бытовых и / или промышленных отходов. ).Чтобы быть жизнеспособной альтернативой нефти, биотопливо должно обеспечивать чистый прирост энергии, давать явные экологические и экономические выгоды, а не сокращать поставки продуктов питания и / или увеличивать их стоимость. Биотопливо не соответствует этим требованиям и, следовательно, должно оставаться нишевым рынком, использоваться умеренно и факультативно, вместо того, чтобы широко использоваться в общественных местах. Сами экологические группы обнаружили , что в период с 2008 по 2022 год биотопливо получит субсидии на сумму более 400 миллиардов долларов.
Повышает цены на топливо и продукты питания
Основным препятствием для коммерциализации биотоплива является его стоимость по сравнению с топливом на основе нефти.Более низкая удельная энергия и цена сырья делают биотопливо более дорогим при производстве тепла. И чем выше содержание биотоплива в топливе, тем ниже плотность энергии и, следовательно, энергоэффективность (см. Рис. 1). Жизненно важная концепция при рассмотрении альтернатив нефти — это энергетическая отдача от инвестиций (EROI), или то, сколько чистой энергии содержится в готовом продукте по сравнению с общей энергией, которая была использована при его производстве. EROI измеряет процессы производства, распределения и потребления источника энергии.И это напрямую влияет на цену, скорость принятия, скорость экономического развития и экологические выгоды общества, которое его потребляет. Нефть имеет EROI 16 по сравнению с 5,5 для биодизеля из соевых бобов, на которые приходится около 60% производства биодизеля в США. В действительности это означает, что биотопливо противоречит государственным и национальным целям / мандатам по использованию энергоэффективности в качестве «приоритетного ресурса» для сокращения энергопотребления и выбросов парниковых газов. Например, выпущенная в мае 2014 года Энергетическая стратегия Белого дома для Америки на 40 страницах упоминает «эффективность» целых 44 раза!
Биотопливо вызывает коррозию и вызывает растрескивание стали , поэтому в отрасли преобладают грузовые и железнодорожные перевозки, а не наша обширная и дешевая трубопроводная система.Грузовые автомобили могут увеличить транспортные расходы на в пять раз, а железнодорожные — в три или четыре раза. Это может быстро сложиться для северо-восточных штатов, таких как Нью-Йорк и Массачусетс, которые хотят использовать больше биотоплива: 95% производства этанола и 60% производства биодизеля происходит на далеком Среднем Западе. С 2007 по 2014 год, , согласно одной оценке , автомобилисты из США платят дополнительно 10 миллиардов долларов в год на топливо, чтобы смешать 93 миллиарда галлонов этанола с бензином. Обычный топочный мазут, содержащий 2% биодизеля (в настоящее время рассматривается в качестве мандата для Нью-Йорка), обычно стоит примерно на 3-5 центов за галлон, увеличиваясь на 1-2 цента за каждый процент содержащегося биодизеля.В качестве торгуемого товара использованное кулинарное масло из фритюрницы («желтый жир») считается наиболее устойчивым типом биодизеля, и спрос на него постоянно растет. Одно только нерафинированное сырье теперь называют «жидким золотом», которое в Нью-Йорке стоило более 3 долларов за галлон, когда владельцам ресторанов приходилось платить за то, чтобы его забрали всего несколько лет назад. Из-за роста стоимости последовали воровство и продажа на «черном рынке»: только 30% отработанной смазки в Нью-Йорке собирают лицензированные сборщики.Дополнительные затраты на биотопливо часто не учитываются. Исследование , опубликованное в январе Институтом мировых ресурсов , показало, что требования к биотопливу не учитывают его альтернативные издержки, что является распространенной ошибкой тех, кто продвигает возобновляемые источники энергии над традиционными формами энергии, такими как нефть. Несогласованность биотоплива и разная концентрация смесей создают серьезные проблемы, особенно с точки зрения топливной эффективности. EPA, например, отложило объемы смешивания RFS на 2014, 2015 и 2016 годы из-за более высоких цен, повреждения оборудования ( этанол может повредить двигатели ), дорогостоящего ремонта и нехватки поставок.
Биотопливо увеличивает цены на продукты питания (плюс волатильность этих цен) и, следовательно, не имеет многих положительных преимуществ для человечества, о которых заявляют сторонники. Фактически, ООН попросила США приостановить действие своих мандатов на биотопливо, потому что это усугубляло продовольственный кризис: ребенок умирает от голода каждые 10 секунд. Для США и всего мира 48 миллионов американцев живут в бедности, а более 80% земного шара неразвиты, поэтому растущая конкуренция между «топливом и продовольствием» является моральной проблемой.Рассмотрим этанол, FarmEcon обнаруживает , что с ростом производства этанола и введением требований с 2006 года цены на продукты питания резко выросли, и типичная американская семья из четырех человек платит по счетам на питание на 2055 долларов больше, чем было бы в случае, если бы затраты оставались на уровне 1950 года. -2005 линия тренда. Более 40% кукурузы США используется для производства этанола, который просочился, чтобы вызвать беспорядков в Мехико , например, из-за более высоких затрат на лепешки. Спрос на биодизельное топливо увеличивает цену на соевые бобы , и это имеет колоссальный эффект «просачивания», потому что соевые бобы находят буквально сотни применений в промышленных продуктах, от моторного масла до мелков, пищевых продуктов и кормов для животных.Более 98% соевого шрота в США идет на корм свиньям, цыплятам и коровам. Сегодня наиболее резко выросли цены на говядину, свинину, птицу, яйца и молоко, вызванное засухой, вспышкой вируса и ростом экспорта.
Энергетические рынки теперь регулярно конкурируют с продовольственным сектором за растительное масло, поэтому цены на сою и цены на энергоносители были статистически связаны, создавая минимальную цену на соевое масло. Рост цен на продукты питания и энергоносители уже опасно усугубляет проблему «отсутствия продовольственной безопасности».«Индекс цен на продукты питания в США приближается к 250 по сравнению с 100 в середине 1980-х годов. Около 20% из этих американских семей с детьми находятся в «продовольственной нестабильности». Повышение внутренних цен на продовольствие имеет ужасные глобальные последствия: с 2008 года развивающиеся страны, уже обремененные низкими доходами и растущим долгом, составляют основную часть экспорта продовольствия США. Кроме того, несмотря на значительные субсидии и протекционистскую политику, биодизель, очевидно, дороже топочного мазута, а для выживания по-прежнему требуется государственная помощь.Мы знаем это, потому что Platts только что сообщил , что решение EPA отложить выпуск требований о смешивании RFS оставило рынок биодизеля «мертвым». Управление энергетической информации США не прогнозирует значительного увеличения производства биодизеля. Поскольку здоровье человека (например, более высокий располагаемый доход является основой нашего здоровья) и климатические выгоды (например, смертельные случаи из-за экстремальных погодных явлений сократились на 99% в эпоху ископаемого топлива с 1920 года) более дешевых и надежных традиционных энергетических систем становятся удобными. игнорируемые, даже хорошо продуманные правительственные предписания в отношении возобновляемых источников энергии, таких как биотопливо, никогда не должны закрывать глаза на рыночные реалии.Счетная палата правительства в прошлом году обнаружила, что Министерство обороны США платило до 150 долларов за галлон за альтернативное топливо для реактивных двигателей, изготовленное из водорослей, в то время как топливо для реактивных двигателей на нефтяной основе стоит всего 3 доллара за галлон.
Рис. 1: Биотопливо имеет более низкую плотность энергии … и, следовательно, менее энергоэффективно
Источники: JTC; DOE
Сомнительные преимущества для окружающей среды
Вопреки тому, что мы постоянно слышим, общие выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла биотоплива практически невозможно измерить.Чтобы проиллюстрировать это, существуют значительные разногласия по поводу фактической экономии энергии и парниковых газов при использовании биотоплива вместо ископаемого топлива, и «большое количество публикаций, в которых анализируется жизненный цикл биотопливных систем, содержат различные, а иногда и противоречивые выводы даже для одного и того же биотоплива. тип.» (см. это исследование , здесь ). Хотя «прямые» выбросы »могут быть ниже для биотоплива, их гораздо более абстрактные« косвенные »выбросы обычно приравниваются к более высоким выбросам в течение жизненного цикла. Другими словами, парниковые газы выбрасываются на различных этапах при производстве и использовании биотоплива, при производстве удобрений, пестицидов и топлива, используемых в сельском хозяйстве, при химической переработке, транспортировке и распределении, вплоть до конечного использования.Этот процесс включает в себя значительное количество ископаемой энергии по всей цепочке поставок, что часто делает биотопливо менее экологически чистым, чем топливо на основе нефти. При транспортировке может потребоваться 18 мегаджоулей ископаемого топлива, чтобы произвести всего один литр биодизельного топлива на основе сои, что равняется половине литра бензина. Неучтенные экологические проблемы, косвенно возникающие в результате использования биотоплива, значительны: 1) прямые конфликты между землей для топлива и землей для продовольствия, 2) другие изменения в землепользовании, 3) нехватка воды, 4) потеря биоразнообразия и 4) азот. загрязнение из-за чрезмерного использования удобрений.
Биодизель на основе сои, наше основное сырье для биодизеля, особенно затратно по земле — занимает в пять раз больше земли , чем этанол, для производства эквивалентного количества энергии биотоплива. Биодизель имеет значительно более высокие выбросы NOx по сравнению с обычным дизельным топливом, потому что в нем гораздо больше кислорода (см. Это исследование здесь ). NOx — это чрезвычайно мощное семейство парниковых газов, которые более чем в , в 300 раз сильнее влияют на нагревание атмосферы, чем CO2.Союз обеспокоенных ученых заключил : «Биотопливо оказывает серьезное вторичное воздействие, которое подрывает его климатические преимущества и представляет угрозу для водных ресурсов». В 2014 году Межправительственная группа экспертов по изменению климата сообщила, что косвенных выбросов от биотоплива «могут привести к более высоким общим выбросам, чем при использовании нефтепродуктов». И исследование , проведенное по заказу Европейского Союза, сосредоточилось на косвенных выбросах и пришло к выводу, что выбросы CO2 от биотоплива в четыре раза выше, чем от продуктов на основе нефти.Международный институт устойчивого развития также оценил , что климатические выгоды от замены нефтяного топлива биотопливом практически равны нулю. Недавнее исследование , , проведенное Chatham House, было еще более резким: «Биодизель из растительных масел оказался хуже для климата, чем ископаемое дизельное топливо».
В то время как тенденция спроса на биотопливо (благодаря обязательному использованию) резко возрастает, внутреннее использование нефти во всех секторах либо медленно растет, не остается неизменным, либо даже сокращается.Например, к 2025 году, например, в отчете World Energy Outlook 2014 Международного энергетического агентства прогнозируется, что общая добыча нефти в США вырастет более чем на 20%, а спрос упадет примерно на 8%, поскольку новые стандарты эффективности транспортных средств, например, ожидается сокращение использования на 2,2 млн баррелей в сутки . Таким образом, доступность нефти быстро расширяется. Добыча сырой нефти в США составляет , в настоящее время более 9,5 миллионов баррелей в день , самый высокий уровень с 1972 года. И с огромным потенциалом роста в Канаде (3-е место в мире с 173 миллиардами баррелей доказанных запасов нефти) и Мексике (новые энергетические реформы позволят для иностранных инвестиций), нефтяная безопасность Северной Америки только укрепляется.
Рис. 2: Удобно игнорировать … Возобновляемые источники энергии Более низкая эффективность типична для электроэнергетического сектора США (коэффициенты мощности в 2018 г.)
Источник: EIA
Будущие тенденции в области биотоплива | Biofuels International Magazine
За последнее десятилетие мы стали свидетелями технологических достижений в автомобилях, работающих на возобновляемых источниках энергии. Возрастающая угроза истощения запасов ископаемого топлива в сочетании с необходимостью поддерживать возобновляемые источники энергии продолжает стимулировать спрос на биотопливо.Мы живем в мире, где глобальный рынок биотоплива и возобновляемых источников продолжает расти, чтобы поддерживать растущее население. Наша зависимость от энергии является глобальной необходимостью, поскольку наше правительство пытается смягчить растущую проблему изменения климата как прямого результата увеличения спроса на автомобильное топливо.
Самым очевидным преимуществом замены ископаемого топлива является влияние на окружающую среду, связанное с выбросами углерода. Поскольку биотопливо горит быстрее и чище, чем ископаемое топливо, оно будет выделять парниковые газы все медленнее и медленнее.Во-вторых, использование биотоплива позволит экономике пожинать плоды.
Что такое биотопливо и как его производят?
Стремясь сократить использование нами выбросов углерода и заменить ископаемое топливо для сохранения наших природных ресурсов, это привело к широкому использованию биотоплива.
Биотопливо — это любой тип жидкого топлива, которое может быть получено из биологических материалов, таких как деревья, сельское хозяйство, отходы или трава. Некоторые из них, но не ограничиваются такими, как: этанол, биодизель и другие «зеленые» виды топлива.
Биотопливо производится непосредственно из органических материалов или биомассы. Наиболее распространенным производителем является растительное сырье и отходы животноводства. Что касается сельского хозяйства, биотопливо можно получать из побочных продуктов растениеводства, лесного хозяйства и животноводства.
Технологии позволили нам расширить ассортимент биотоплива, включив в него твердые вещества, жидкости и газы из таких материалов, как древесина, сельскохозяйственные культуры и отходы. Мы обычно используем биотопливо вместо ископаемых видов топлива, таких как нефть, пропан, уголь и природный газ.Биотопливо бывает двух типов: первичное и вторичное. Первичное биотопливо относится к органическим материалам, которые в основном используются для отопления и производства электроэнергии. К ним относятся древесная щепа и гранулы, используемые для разведения огня, и обычно хранятся в их естественном состоянии. Вторичное биотопливо относится к переработке биомассы и обычно включает жидкое биотопливо, такое как этанол и биодизельное топливо, которое обычно используется в производстве транспортных средств.
История биотоплива и способы его использования
Со временем, с изобретением электричества и автомобилей, популярность биотоплива снизилась по мере увеличения использования ископаемого топлива.
Многие первые автомобили в Соединенных Штатах работали на этаноле из кукурузы; они были прекращены во время Великой депрессии, когда стал доступен более дешевый бензин на основе ископаемого топлива. Во время Второй мировой войны несколько стран, включая Германию, не могли закупить бензин, поэтому они обратились к биотопливу в качестве альтернативы. Великобритания предложила смесь зернового спирта и бензина в качестве временного топлива из-за нехватки. В послевоенные годы, с развитием технологий переработки нефти, Ближний Восток стал крупнейшим поставщиком дешевой нефти на углеводородной основе.Биотопливо возродилось в 1990-х годах из-за роста цен на нефть и выбросов парниковых газов. Несмотря на эти усилия по увеличению использования биотоплива, бензин по-прежнему используется более широко, чем спирт растительного происхождения.
Два наиболее распространенных типа биотоплива, которые используются сегодня, — это этанол и биодизель. Этанол — это возобновляемое топливо, состоящее из растительных материалов, также известных как биомасса. Когда этанол — спирт — смешивается с бензином, это позволяет транспортным средствам с гибким топливом работать с более высоким содержанием этанола, чем обычный бензин.В Соединенных Штатах около 97% бензина содержит смесь этанола. Процесс ферментации, который представляет собой химический процесс, с помощью которого молекулы глюкозы расщепляются анаэробно, является распространенным методом преобразования биомассы в этанол.
Второй тип биотоплива — этанол, жидкое топливо, получаемое из растительных масел и животных жиров. Он обычно используется в качестве замены дизельного топлива на нефтяной основе. Его также можно смешивать с нефтью в качестве топлива для двигателей.Чаще всего используется смесь B20, состоящая из 20% биодизеля и 80% нефтяного дизельного топлива.
Последние тенденции в производстве биотоплива
Распространенный аргумент против биотоплива, особенно этанола, заключается в том, что для его производства требуется больше энергии, чем для его производства. Действительно, для производства биотоплива требуется значительно больше энергии, чем для производства ископаемого топлива; однако на самом деле это меньше энергии, которую он генерирует.
Представление о том, что биотопливо имеет отрицательный чистый энергетический баланс, несколько устарело, поскольку успехи в сельском хозяйстве (например, генетически модифицированные культуры и удобрения) вместе с лучшими методами переработки снизили количество энергии, необходимой для производства галлона этанола.По данным Министерства энергетики США, этанол, производимый кукурузой, дает как минимум на 30% больше энергии, чем используется для ее производства. Этот чистый энергетический баланс существенно выше для сахара и этанола на основе сои, таких как производимые в Бразилии. Точно так же биодизели, как правило, имеют более высокий баланс чистой энергии.
Таким образом, аргументы против биотоплива в первую очередь являются экономическими, поскольку будущее биотоплива во многом зависит от их прибыльности. Он должен учитывать такие факторы, как экологическая и экономическая стабильность, а также то, как технологии позволяют этим продуктам развиваться.На данный момент производство биотоплива, естественно, наиболее прибыльно в экологически бедных тропических районах, поскольку урожайность биотоплива выше с акра, а затраты на сырье сравнительно ниже.
Бразилия — вторая по величине страна со средним уровнем дохода, которая производит и экспортирует этанол, произведенный из сахарного тростника и соевых бобов.
Они используют этанол и биодизель во многих своих моделях легковых и грузовых автомобилей, и одно время на их долю приходилось 70% мирового производства биотоплива. Напротив, Соединенные Штаты, которые в настоящее время являются ведущей страной по производству биотоплива, смогли заменить 75% импортируемой нефти в 2006 году биотопливом.Американское биотопливо в основном производится из кукурузы, несмотря на то, что выращивание этой культуры требует больших затрат ресурсов и земли. Основная проблема с заменой мировых запасов топлива биотопливом заключается в том, что для поддержания этих ресурсов требуются значительные площади земли и сельскохозяйственного производства. Короче говоря, это потребует удвоения темпов сельского хозяйства, что трудно предсказать, если будет достаточно земли для выращивания биомассы.
Несмотря на более широкое использование ископаемого топлива по-прежнему дешевле производить, чем биотопливо, что ставит под сомнение использование биотоплива с экономической точки зрения.Цены на сырье выросли на 37% на жмых в Бразилии и на 40-50% на кукурузу в США за последнее десятилетие. При таком росте цен стоимость сейчас даже выше, чем почти десять лет назад. Поскольку сырая нефть встречается в природе и требует минимальной переработки для производства бензина и дизельного топлива, она имеет более низкие производственные затраты; однако цены на сырую нефть зависят от ряда социально-политических факторов и спекуляций с затратами. Таким образом, соотношение сырой нефти к сырью для биотоплива остается в некоторой степени постоянным, поэтому любое снижение затрат на биотопливо обычно совпадает с падением цен на сырую нефть.
Однако когда нефть становится все более дефицитной и доступной только в нестабильных регионах, биотопливо становится более привлекательным с экономической точки зрения. Более того, рынок нефти несколько нестабилен из-за социально-политических потрясений в Иране или Венесуэле, что приводит к значительным колебаниям цен на сырую нефть. Эти колебания цен затрудняют использование нефти как устойчивого источника топлива.
Эта неопределенность заставила автомобилестроительную промышленность перейти на электромобили, не требующие масла, что привело к дальнейшему снижению спроса на нефть.
Поскольку последствия пандемии COVID-19 затронули многие отрасли в Соединенных Штатах, было показано, что она также оказывает негативное влияние на отрасль биодизеля. Ситуация, в которой спрос на топливо намного ниже из-за сбоев в цепочке поставок и распределения, а также из-за снижения производства исходного сырья, оказала огромное давление на промышленность по производству биодизеля. В европейских странах, которые получают свой топливный продукт из кукурузы, также наблюдается существенное падение спроса на кукурузное масло.
Это связано с тем, что в результате пандемии меньше людей едят вне дома, что приводит к снижению спроса на кукурузное масло и снижению объемов производства.
В канадских странах, таких как Квебек, где до пандемии COVID-19 индустрия биотоплива процветала, их биодизельные заводы также простаивали в апреле. В настоящее время они загружены на 50-70%, и с тех пор промышленность по производству биодизеля начала медленно восстанавливаться.
Канадский экспорт этанола также столкнулся с повышением цен в мае и июне, когда было произведено около 17 миллионов литров чистого спирта.В связи с более низким спросом на бензин в мае 2020 года, что было отражено более низким внутренним спросом на этанол, в мае он упал на 60%. Хотя пандемия увеличила рынок продуктов на основе этанола, таких как дезинфицирующее средство для рук, продукт менее прибылен, чем этанол на основе топлива. Это связано с тем, что для производства дезинфицирующего средства для рук требуется больше работы и материалов, что в конечном итоге приводит к более высоким производственным затратам по сравнению с биотопливом.
В результате более низкий спрос на этанол создал множество экономических проблем для развития биотоплива в Канаде.
Еще один регион мира, который является лидером по производству биотоплива, — это Латинская Америка. Биотопливо является причиной перехода к чистой энергии в Латинской Америке, поскольку на него уходит менее 8% мировой транспортной энергии, но на него приходится 23% мирового спроса на биотопливо. Аргентина и Бразилия — лишь два примера крупнейших мировых рынков. Кроме того, уступая Америке, Бразилия имеет наибольшую долю транспортных возобновляемых источников энергии в попытке преодолеть нефтяной кризис 1973 года.
С тех пор они пытаются продвигать больше чистых источников энергии, таких как биотопливо, в качестве альтернативы ископаемым видам топлива.
Как упоминалось ранее, Бразилия получает большую часть своих биотопливных энергоресурсов от производства сахарного тростника, поскольку в их стране их много. Он отвечал за создание рабочих мест и рабочих мест в автомобильных компаниях и компаниях, производящих автомобили с гибким топливом, что позволило большему количеству потребителей получить доступ к этой новой разновидности энергии.
Точно так же он дает потребителям возможность перекачивать этанол или бензин в зависимости от цен и предпочтений потребителей. Как и в большинстве стран с мировой экономикой, пандемия COVID-19 также нанесла удар по биотопливной промышленности Латинской Америки.С аналогичной проблемой в виде снижения спроса на топливо это привело к падению цен на сахарный тростник. Воздействие этой пандемии может создать большой долг в результате проигрыша в конкуренции с бензиновой промышленностью. Хотя рост использования биотоплива кажется застойным, они ожидают, что спрос будет расти с течением времени по мере того, как будут делаться более долгосрочные инвестиции в усилия по замене низких цен на нефть.
Самая сложная проблема при разработке биотоплива на ближайшие несколько лет — это стоимость экономичного сырья.Это сырье, которое является сырьем, которое необходимо для подачи топлива в машину или промышленный процесс, составляет от 80 до 90% конечной цены на топливо для большинства процессов производства топлива и важно для поддержания жизнеспособности биотоплива в будущем. Когда мы говорим о поколениях биотоплива, это обычно означает 30 лет между поколениями. Биотопливо первого поколения обычно создается из сырья, сделанного из пищевых продуктов, таких как кукуруза и побочные продукты животного происхождения. Поскольку ограничения на сырье включают количество, которое может быть произведено, они, скорее всего, достигли своей экономической доли рынка, чтобы удерживать цены на низком уровне.
Биотопливо второго поколения обычно производится из сырья, которое обычно не состоит из пищевых продуктов, таких как этанол или остатки сельскохозяйственных культур. Эти затраты остаются высокими из-за длительного процесса обработки и производства. Наконец, у нас есть биотопливо третьего поколения, которое также производится из сырья, не состоящего из пищевых продуктов, а в основном из нефтепродуктов.
Это биотопливо, которое является наиболее многообещающим в будущем, потому что его обычно называют передовым биотопливом или зелеными углеводородами.В ближайшем будущем мы планируем использовать водоросли в качестве сырья.
Использование этого биотоплива в качестве прямой замены бензина и дизельного топлива может означать, что появятся варианты использования возобновляемых источников энергии, которые выходят далеко за рамки только топлива. Использование морских водорослей — это инновация в области биотоплива, которую многие исследователи надеются расширить в ближайшем будущем.
Келп — это сырье, которое требует минимальных природных ресурсов и является быстрорастущим организмом, а это значит, что его производство не будет проблемой.Исследователи из Университета Южной Калифорнии развивают рост ламинарии в более крупных масштабах и планируют использовать буи на солнечной энергии и структуру подводного тетраэдра, чтобы вывести ламинарию на поверхность океана.
Этот цикл будет производить больше биомассы и будет поддерживаться в большем масштабе, так что однажды он сможет удовлетворить потребности топливной промышленности в США и конкурировать, чтобы заменить промышленность ископаемого топлива.
Заключение
Учитывая растущее давление, направленное на снижение выбросов углерода, применение биотоплива является вероятным решением для замены масла в ближайшем будущем.Это изменение источника энергии даст конкурентное преимущество использованию альтернативных видов топлива. В ближайшем будущем, если мы сможем удовлетворить потребности в земле, чтобы увеличить доступные ресурсы, чтобы сделать биотопливо экономически выгодным, тогда мы сможем заменить ископаемое топливо, которое мы используем сегодня. Ключевой фактор прибыльности, зависящий от сырьевых товаров, сможет подорвать высокий рост цен на нефть. Если в ближайшем будущем страны смогут использовать биотопливо в глобальном масштабе, это окажет значительное влияние на мировую экономику и окружающую среду.
Эта статья написана доктором Раджем Шахом, который в настоящее время является директором компании Koehler Instrument Company, штат Нью-Йорк, и активным членом ASTM в течение последних 25 лет, доктором Викрамом Митталом, доцентом Военной академии США в США.