Биотопливо второго поколения

По мнению специалистов фирмы Choren Industries GmbH, самыми энергоемкими растениями для биотоплива второго поколения являются для Европы быстрорастущая ива, а для субтропической и тропической зоны – эвкалипт.

Уже сейчас в Германии может быть произведено такое количество биотоплива, которое покроет 20% нынешнего уровня потребления органического топлива транспортом. А к 2030 году этот потенциал уже может составить 35%.

Себестоимость производства составит менее 0,80 евро за литр топлива.

Преимущества биотоплива второго поколения

Биоэтанол второго поколения обладает следующими преимуществами:

• синтетическое биотопливо может напрямую подаваться в инфраструктуру существующих распределительных систем снабжения автотранспорта горючим;

• является возобновляемым топливом;

• практически не содержит СО2, серы и ароматических углеводородов, поэтому даже в долго эксплуатировавшихся моторах не образует отложений;

• в сравнении с ископаемыми энергоносителями у него на 30–50% меньше выбросов в атмосферу;

• более высокий потенциал, чем у солнечной и ветровой энергии, так как растения «всегда под рукой»;

• пригодно для дальних перевозок и хранения и может производиться прямо на месте;

• для него характерна высокая плотность энергии (40 МДж-литр), и оно сравнимо по качеству с синтетическим топливом из газа;

• у него более высокая выработка с гектара (4046 литров дизель-эквивалента, у этанола – 2500, а у растительного масла, производимого из рапса, – всего лишь 1300)

Конечно, основным его преимуществом на современном этапе является то, что биотопливо второго поколения производится из непищевых продуктов, следовательно, не влияет на продовольственный рынок.

Технологии получения биотоплива

Этанол из биомассы

Департамент Энергетики США недавно написал в своем докладе: «С энергетической и экологической точки зрения зерновой этанол явно превосходит все виды топлива из ископаемого сырья, а этанол, произведенный из биомасссы (целлюлозы) будет следующим значительным шагом вперед».

Ученые выяснили, как высвободить энергию этой биомассы, сконструировав ферменты для расщепления целлюлозы на простейшие сахара.

Преимущества производства биомассы из целлюлозы следующие: наличие большого количества исходного сырья, чистота полученного этанола, а также высокий уровень выработки энергии.

Собственную технологию получения биотоплива из древесных стружек разработала группа американских ученых под руководством доктора Т.Адамса из университета Джорджии. В результате около 34% биотоплива (или 15–17% сухого веса древесины) может использоваться для питания двигателей, сообщается в пресс-релизе университета Джорджии.

Новое топливо может быть смешано с биодизелем и нефтяным дизельным топливом для использования в обычных двигателях. По мнению разработчиков, основными достоинствами разработки является невысокая стоимость и простота изготовления. В настоящее время ученые пытаются усовершенствовать этот процесс для получения максимально возможного количества топлива из древесины.

Нужно отметить, что последняя разработка выглядит достаточно перспективной для России, с ее обширными лесными угодьями и предоставляет возможность продуктивно использовать отходы лесоперерабатывающих предприятий.

Технологию производства синтетического биотоплива разработала немецкая фирма Choren Industries GmbH, один из ведущих производителей оборудования, использующего технологию газификации биомассы и твердых отходов, содержащих углерод.

Сингаз

Синтез-газ — смесь монооксида углерода и водорода. Неокислительный пиролиз твёрдого сырья производит сингаз, который может быть напрямую использован в качестве топлива.

Если требуется жидкое, похожее на нефтяное топливо, смазка или парафин, может быть применён процесс Фишера-Тропша. Наконец, если требуется увеличить производство водорода, водяной пар сдвигает равновесие реакции, в результате чего образуются только углекислый газ и водород.

Распространению данной технологии мешают высокие капитальные затраты, высокие затраты на эксплуатацию и ремонт и относительно низкие цены на сырую нефть. В частности, использование природного газа как исходного сырья становится целесообразным, когда есть источники природного газа находящиеся далеко от основных городов.

Пиролиз

Пиролиз представляет собой термическое разложение органических соединений (древесины, нефтепродуктов, угля и прочего) без доступа воздуха.

Процесс пиролиза углеводородов (800–900°С) (газовых углеводородов, прямогонного бензина, атмосферного газойля) является основным источником получения этилена и одним из главных источников получения пропилена, дивинила, бензола и ряда других продуктов.

При пиролизе древесины (450–500°С) образуется ряд веществ таких как: древесный уголь, метиловый спирт, уксусная кислота, ацетон, смола и др.

Шины и полимеры представляют собой ценное сырье, в результате их переработки методом низкотемпературного пиролиза (до 500 °С), получаются жидкие фракции углеводородов (синтетическая нефть), углеродистый остаток (технический углерод), металлокорд и горючий газ. В тоже время, если сжечь 1 т. шин, то в атмосферу выделится 270 кг. сажи и 450 кг. токсичных газов.

Проблема переработки изношенных автомобильных шин и вышедших из эксплуатации резинотехнических изделий имеет большое экологическое и экономическое значение для всех развитых стран мира. А невосполнимость природного нефтяного сырья диктует необходимость использования вторичных ресурсов с максимальной эффективностью.

Под руководством Д. Хубера из университета штата Массачусетс был разработан метод селективного каталитического пиролиза целлюлозы, результатом которого является образование ароматических соединений среди побочных продуктов — твердый углеродный материал, СО, СО2 и вода.

Эксперты высоко оценили новую работу, хотя сами авторы признают, что это лишь первый шаг к эффективному преобразованию биомассы в моторное топливо. Первым делом предстоит изучить возможность использования сырой биомассы, а не порошка целлюлозы.

Биобутанол

Биобутанол — это следующий значительный этап развития биотоплив, применение которого должно удовлетворить росту потребности в экологически безопасном, возобновляемом транспортном топливе.

Биобутанол может добавляться к обычному бензину или бензину, содержащему этанол, он может быть использован в современных автомобильных двигателях, и потенциально его поставка может быть налажена при использовании существующей инфраструктуры поставки топлива.

Биобутанол по своей сути то же самое, что и биоэтанол, но только более калорийный и менее затратный при производстве. К тому же само производство биобутанола с технической точки зрения значительно проще, чем классического этанола.

Биобутанол можно производить из кукурузы, пшеницы, сахарной свеклы, сахарного тростника, сорго и ячменя. В будущем для производства биобутанола можно будет использовать и целлюлозосодержащие компоненты сельскохозяйственных культур, такие как сухие стебли кукурузы или солому.

Преимущества биобутанола:

• биобутанол может добавляться в более высоких концентрациях, чем биоэтанол, при использовании в стандартных автомобильных двигателях (в настоящее время биобутанол может добавляться в бензин в концентрации до 10% в Европе и до 11.5% в США без переделки двигателя);

• хорошо подходит для современных транспортных средств и двигателей;

• в присутствии воды смесь, содержащая биобутанол, в меньшей степени склонна к расслоению, чем смеси этанола/бензина, и потому это позволяет использовать существующую инфраструктуру дистрибуции, не требуя модификаций установок для смешивания, хранилищ или заправок;

• в отличие от существующих биотоплив, биобутанол потенциально может быть транспортирован по трубопроводам; т. е. он может быть быстро добавлен к бензину.

Производители биотоплива второго поколения

Из биотоплив второго поколения, продающихся на рынке, наиболее известны BioOil производства канадской компании Dynamotive и SunDiesel германской компании Choren Industries GmbH.

За разработку технологии производства синтетического биотоплива фирма Choren Industries GmbH получила почетное звание «Избранник-2007». Подобное звание присуждается за инновации в деле содействия охране окружающей среды.

В столице Финляндии уже работают на биотопливе второго поколения шесть автобусов. Топливо поставляет нефтяная компания Neste Oil. В первой стадии эксперимента принимают участие транспортные компании Pohjolan Liikenne и Veolia Transport.

Технология производства биотоплива методом высокого давления Neste Oil позволяет на одном оборудовании использовать в качестве сырья и животные и растительные жиры. NExBTL — смесь биотоплива с водородом. NExBTL может смешиваться с традиционным дизельным топливом.
Мощность завода в Porvoo — 170 000 тонн биотоплива в год. Для работы завода потребуется около 1 тонны водорода в час.

Канадская компания Iogen в настоящий момент дальше всех продвинулась в коммерциализации технологии этанола из биомассы; другой надеждой являются BC International, компания из Массачусетса, которая осуществляет строительство завода по производству этанола из целлюлозы в штате Луизиана, США.

В настоящее время две компании коммерчески используют свои технологии, основанные на процессе Фишера-Тропша. Shell в Бинтулу, Малазия, использует природный газ в качестве сырья и производит, преимущественно, малосернистое дизельное топливо.

Sasol в Южной Африке использует уголь в качестве сырья для производства разнообразных товарных продуктов из синтетической нефти. Процесс и сегодня используется в ЮАР для производства большей части дизельного топлива страны из угля компанией Sasol.

Choren в Германии и CWT построили заводы, использующие процесс Фишера-Тропша или подобные процессы.

Две крупнейшие транснациональные корпорации мира — DuPont и British Petroleum (BP) — объявили об успехе своего трехлетнего сотрудничества над проектом создания нового вида биотоплива — биобутанола.

Производство в Британии будет налажено совместно с British Sugar. Для этого будет перепрофилирована фабрика по ферментации биопродуктов в этанол для производства биобутанола.

Потенциал биотоплива второго поколения

Можно полагать, что нефть в ближайшее время останется основным источником получения энергии. Хотя доля биотоплива в мировом энергетическом балансе будет возрастать.

Рост значения биотопливной отрасли будет во многом связан с экологическими характеристиками ее продукции.

Специалисты WEC (Всемирного энергетического совета) пришли к заключению, что использование биогорючего второго поколения, то есть полученного путем использования технологии преобразования биомассы в жидкость и получения этанола из целлюлозы, позволит снизить выбросы парниковых газов на 90%.

На текущий момент биотопливная отрасль наиболее активно развивается в Бразилии. По словам министра энергетики страны Нельсона Хубнера, в Бразилии биогорючее составляет около 18% всего потребляемого транспортного топлива. Приблизительно 40% спроса на бензин удовлетворяется за счет этанола, выпускаемого на основе сахарного тростника.

Биотопливо второго поколения будет постепенно замещать биотопливо первого поколения,что связано с большей степенью его экологичности, производительности, а также с тем, что он производится из непищевых продуктов. Однако, топливо, полученное на основе переработки сахарного тростника и растительных масел также сохранит определенную долю рынка.