Биотопливо что такое: Что такое Биотопливо — Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Содержание

Что такое Биотопливо — Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Биотопливо — это топливо из растительного или животного сырья.

Биотопливо (Biofuel)- топливо из растительного или животного сырья. Самый древний вид биотоплива – это обыкновенные дрова.
Выделяют:
  • жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания — этанол, метанол, биодизель), 
  • твердое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга),
  • газообразное (синтезированный газ, биогаз, водород)

Использование

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

 

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

В каких сферах применяют 

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

Вред и польза

Тут мнения разделились, одни считают что биотопливо снижает выбросы парниковых газов до 65 процентов. Кроме того, при выращивании культур для биотоплива они частично поглощают оксид углерода, что делает систему использования биотоплива ещё более устойчивой, другие же обратное, что биотопливо может наносить серьёзный ущерб окружающей среде.

В частности, исследователи заявили, что пальмовое или соевое масло, которое используют для получения энергии, выделяет в атмосферу больше углекислого газа, чем любое ископаемое топливо.

Что такое биотопливо? | Телеканал «Санкт-Петербург»

В гостях у программы «Хорошее утро» Мария Тойкка, доцент кафедры химической термодинамики и кинетики СПбГУ, кандидат химических наук.

Виды топлива отличает его агрегатное состояние: жидкое, твёрдое, газообразное. Биотопливо получают из растительного сырья. Например, в Бразилии большая часть автомобилей ездит на биоэтоноле – это всем известный этиловый спирт. Биодизельное топливо, которое уже и у нас используется – это сложные эфиры жирных кислот. Их получают из масла: рапсового, растительного.  

Насколько производство различных видов биотоплива дешевле, проще и меньше вредит экологии по сравнению с производством нефтяного топлива?

Если бы производство биотоплива было дешевле, чем получение бензина, то мы давно бы уже ездили на нём.

Но на сегодняшний день оно не дешевле. Чтобы произвести один литр биотоплива, надо потратить больше энергии, чем оно потом даст. Конечно, есть такие альтернативы, как водородное топливо. В Калифорнии многие машины ездят на нём. При сгорании бензина получается углекислый газ, который уходит в атмосферу. Мы нарушаем естественный баланс, возникает парниковый эффект, для землян ничего хорошего. Вот в этом биотопливо, конечно, выигрывает.

Когда человечество сможет уменьшить использование бензина и полностью перейти на биотопливо, чтобы спасти экологию своей планеты?

Конечно, в будущем это обязательно произойдёт. Но не раньше, чем через сто или двести лет. 

Наверняка учёные Петербурга тоже работают над созданием биотоплива. Какие успехи у них есть на этом поприще?

Мы работаем, у нас сейчас есть два проекта, руководителем которых я являюсь. Проект гранта Российского научного фонда и гранта Российского фонда фундаментальных исследований. Мы работаем над модельными системами, которые содержат и спирты, и эфиры. Успехи, безусловно, есть.

✔ Стоит ли использовать биотопливо и почему

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

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

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

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

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

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

…Что такое биотопливо? | Вопрос-Ответ

Комментарий AиФ.ru: Биотопливо – топливо из биологического сырья, сходное по энергетическим характеристикам с обычными видами горючего. В отличие от органического топлива, которое получается из полезных ископаемых (нефти и газа), биотопливо получают в результате переработки зерновых и других крахмалосодержащих культур, масел и биологических отходов.

Какие бывают виды биотоплива?

Как и основные виды нефтесодержащего топлива, источники энергии растительного происхождения делятся на три вида.

Биоэтанол – спиртосодержащий заменитель бензина, производимый из зерновых культур, сахарной свеклы и маиса, соевых бобов и сахарного тростника. С его использованием производят несколько видов бензина. К примеру, E5 состоит из 95 % бензина и 5% биотоплива, E10 имеет пропорцию 90%/10% соответственно, а Е85 — 17 % бензина и 83% биотоплива. Е100 состоит из этанола (96,5 %) и воды (3,5 %).

Биодизель добывают из масел семян репса и пальмового масла. Существуют три категории дизельных смесей: B5, B7, B10, где число – процент содержания растительных масел.

Эти виды топлива относятся к так называемому «первому поколению биотоплива». Оно производится непосредственно из растений, поэтому считается возобновляемым ресурсом и, в некоторых регионах, — относительно дешевым и надежным источником энергии.

Биогаз – замена природного газа, получаемого из отходов животноводческих хозяйств и мусора, прошедших процесс разложение без кислорода с участием бактерий.

 

 

Биогаз и некоторые другие виды биотоплива относятся ко «второму поколению». Это синтетическое топливо, получаемое из биомассы, например из органических отходов жизнедеятельности, соломы или целлюлозы. По характеристикам оно больше похоже на ископаемое топливо. В чем плюсы такого вида топлива? Для его использования двигатели внутреннего сгорания практически не требуют изменений. Еще один плюс: на его производство уодят отходы, которые в противном случае просто разлагаются, вырабатывая вредный углекислый газ.

Зачем нужно биотопливо?

Биотопливо — это альтернативный источник энергии для транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания. Согласно современным исследованиям, использование биоэтанола позволяет снизить выбросы углекислого газа на 30–80% по сравнению с бензиновыми двигателями. Это происходит потому, что углекислый газ, возникающий при сгорании биоэтанола в двигателях автомобилей, может быть переработан растениями в процессе фотосинтеза.

А эти растения, в свою очередь, используются при производстве возобновляемого топлива – биоэтанола. Так что данный процесс часто называют «замкнутым углеродным циклом».

Лучшие виды биотоплива (например, этанол из сахарного тростника в Бразилии) могут выделять в 10 раз больше энергии, чем энергия, которая была задействована в их производстве, и при использовании выделяют лишь четверть того количества парниковых газов, которые бы выделились при использовании его ископаемого эквивалента. Худшие образцы биотоплива требует гораздо больше затрат энергии при производстве, более того, они выделяют много парниковых газов, вредных для природы. Так, для получения биодизеля из пальмового масла в Индонезии сжигают леса для расчистки сельскохозяйственных площадей.

Это интересно
Из одного бушеля (25,4 кг) кукурузы можно произвести 2,8 галлона (10,6 литра) биоэтанола.

Сколько стоит биотопливо?

Себестоимость производства биоэтанола и биодизеля в большинстве стран мира выше, чем себестоимость нефтепродуктов (в том числе импортируемых), а окупаемость биотопливного бизнеса уступает рентабельности переработки нефти. На биржах тонна дизеля без учета налогов стоит сейчас 550 долларов, то есть 33 цента за литр, литр биодизеля стоит около 1 евро. Стоимость биоэтанола — в пределах 0,5 – 1 доллар за литр, в зависимости от стоимости его производства.

Эксперты говорят: развитие биотопливного рынка (и производства, и потребления) экономически нецелесообразно без должного уровня государственной поддержки, которая реализуется в форме директивных или поощрительных мер.

 

Смотрите также:

Сможет ли биотопливо заменить бензин для автомобилей — Российская газета

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Справка

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

Биотопливо — HiSoUR История культуры

Биотопливо — это топливо, которое вырабатывается в современных биологических процессах, таких как сельское хозяйство и анаэробное переваривание, а не топливо, производимое такими геологическими процессами, как те, которые участвуют в образовании ископаемых видов топлива, таких как уголь и нефть, из доисторического биологического вещества.

Биотопливо может быть получено непосредственно из растений (т.е. энергетических культур) или косвенно из сельскохозяйственных, коммерческих, бытовых и / или промышленных отходов. Возобновляемые виды биотоплива обычно включают в себя современную фиксацию углерода, такую ​​как те, которые происходят в растениях или микроводорослеях в процессе фотосинтеза. Другие возобновляемые виды биотоплива производятся путем использования или конверсии биомассы (см. Недавние живые организмы, чаще всего относящиеся к растениям или растительным материалам). Эта биомасса может быть преобразована в удобные энергосодержащие вещества тремя различными способами: термической конверсией, химической конверсией и биохимическим превращением. Это преобразование биомассы может привести к получению топлива в твердой, жидкой или газообразной форме. Эта новая биомасса также может быть использована непосредственно для биотоплива.

Биотопливо теоретически устойчиво к углероду, потому что углекислый газ, который поглощается растениями, равен углекислым газам, выделяющимся при сжигании топлива. Однако на практике, независимо от того, является ли биотопливо нейтральным по отношению к углероду, также сильно зависит от того, должна ли земля, которая используется для выращивания биотоплива (с биотопливом 1-го и 2-го поколения), очищаться от углеродсодержащей растительности или нет.

Биоэтанол представляет собой спирт, полученный ферментацией, главным образом из углеводов, полученных в сахаре или крахмальных культурах, таких как кукуруза, сахарный тростник или сладкий сорго. Целлюлозная биомасса, полученная из непищевых источников, таких как деревья и травы, также разрабатывается как сырье для производства этанола. Этанол можно использовать в качестве топлива для транспортных средств в чистом виде (E100), но он обычно используется в качестве бензиновой добавки для увеличения октана и улучшения выбросов транспортных средств. Биоэтанол широко используется в Соединенных Штатах и ​​Бразилии. Текущая конструкция установки не предусматривает преобразования лигниновой части растительного сырья в топливные компоненты путем ферментации.

Биодизель может использоваться в качестве топлива для транспортных средств в чистом виде (B100), но он обычно используется в качестве дизельной добавки для снижения уровня твердых частиц, монооксида углерода и углеводородов на дизельных транспортных средствах. Биодизель производится из масел или жиров с использованием переэтерификации и является самым распространенным биотопливом в Европе.

В 2010 году мировое производство биотоплива достигло 105 миллиардов литров (28 миллиардов галлонов в США), что на 17% больше, чем в 2009 году, а биотопливо обеспечило 2,7% мирового топлива для автомобильного транспорта. В 2010 году мировое производство этанолового топлива достигло 86 миллиардов литров (23 миллиарда галлонов США), а США и Бразилия — крупнейшие производители в мире, составляющие около 90% мирового производства. Крупнейшим в мире производителем биодизеля является Европейский союз, на который приходится 53% всего производства биодизеля в 2010 году. По состоянию на 2011 год мандаты на смешивание биотоплива существуют в 31 стране на национальном уровне и в 29 штатах или провинциях. Международное энергетическое агентство имеет целью биотопливо для удовлетворения более четверти мирового спроса на транспортные топлива к 2050 году для снижения зависимости от нефти и угля. Производство биотоплива также привело к процветающей автомобильной промышленности, где к 2010 году 79% всех автомобилей, произведенных в Бразилии, были изготовлены с использованием гибридной топливной системы биоэтанола и бензина.

Существуют различные социальные, экономические, экологические и технические вопросы, связанные с производством и использованием биотоплива, которые обсуждались в популярных СМИ и научных журналах.

Поколения

Биотопливо первого поколения
«Первое поколение» или обычное биотопливо — это биотопливо, произведенное из продовольственных культур, выращиваемых на пахотных землях. Таким образом, производство этого биотоплива вырабатывается таким образом для производства топлива, а не что-то еще. Сахар, крахмал или растительное масло, полученные из посевов, преобразуются в биодизель или этанол с использованием переэтерификации или ферментации дрожжей.

Биотопливо второго поколения
Биотопливо второго поколения — это топливо, произведенное из различных видов биомассы. Биомасса является широко распространенным термином, означающим любой источник органического углерода, который быстро обновляется как часть углеродного цикла. Биомасса происходит из растительных материалов, но может также включать материалы для животных.

В то время как биотопливо первого поколения производится из сахаров и растительных масел, полученных в сельскохозяйственных культурах, биотопливо второго поколения производится из лигноцеллюлозной биомассы или древесных культур, сельскохозяйственных отходов или отходов растительного материала (из продовольственных культур, которые уже выполнили свои пищевые цели). Сырье, используемое для производства биотоплива второго поколения, таким образом, либо растет на пахотных землях, но и является побочным продуктом фактического урожая (основной культуры) или выращивается на землях, которые не могут использоваться для эффективного выращивания продовольственных культур, а в некоторых случаях и дополнительной воды или удобрение применяется к ним. Источники сырья второго поколения, не относящиеся к человеческому корму, включают травы, ятрофа и другие семенные культуры, отработанное растительное масло, муниципальные твердые отходы и т. Д.

Это имеет как преимущества, так и недостатки. Преимущество состоит в том, что, в отличие от обычных продовольственных культур, никакие пахотные земли не используются исключительно для производства топлива. Недостатком является то, что в отличие от обычных продовольственных культур, может быть довольно сложно добывать топливо. Например, для переработки лигноцеллюлозной биомассы в жидкие топлива, пригодные для транспортировки, может потребоваться серия физических и химических методов обработки.

Биотопливо третьего поколения
С 1978 по 1996 год американская NREL экспериментировала с использованием водорослей в качестве источника биотоплива в «Программе водных видов». В опубликованной в статье статье Майкла Бриггса в UNH Biofuels Group предлагаются оценки для реальной замены всего автомобильного топлива биотопливом с использованием водорослей с содержанием масла более 50%, которые, по мнению Бриггса, можно выращивать на водоемах водорослей на очистных сооружениях. Эти богатые нефтью водоросли можно затем экстрагировать из системы и перерабатывать в биотопливо, причем высушенный остаток дополнительно перерабатывают для получения этанола. Добыча водорослей для сбора нефти для биотоплива еще не проводилась в коммерческих масштабах, но были проведены технико-экономические исследования для достижения вышеуказанной оценки урожайности. В дополнение к прогнозируемому высокому урожаю, альгакультура — в отличие от биотоплива на основе сельскохозяйственных культур — не приводит к снижению производства продуктов питания, поскольку для этого не требуются ни сельскохозяйственные угодья, ни пресная вода. Многие компании проводят биореакторы водорослей для различных целей, включая расширение производства биотоплива до коммерческого уровня. Профессор Родриго Э. Тейшейра из Университета Алабамы в Хантсвилле продемонстрировал извлечение липидов биотоплива из влажных водорослей с помощью простой и экономичной реакции в ионных жидкостях.

Биотопливо четвертого поколения
Подобно биотопливу третьего поколения, биотопливо четвертого поколения производится с использованием непахотных земель. Однако, в отличие от биотоплива третьего поколения, они не требуют уничтожения биомассы. Этот класс биотоплива включает электротопливо и фотобиологическое солнечное топливо. Некоторые из этих видов топлива являются нейтральными по отношению к углероду. Конверсия сырой нефти из семян растения в полезные виды топлива называется переэтерификацией.

Типы
Следующие виды топлива могут быть получены с использованием процедур производства биотоплива первого, второго, четвертого или четвертого поколения. Большинство из них могут даже производиться с использованием двух или трех различных процедур производства биотоплива.

биогаз
Биогаз — это метан, полученный путем анаэробного переваривания органического материала анаэробами. Он может быть получен либо из биодеградируемых отходов, либо путем использования энергетических культур, подаваемых в анаэробные пищеварительные установки, в дополнение к выходам газа. Твердый побочный продукт, дигестат, может использоваться в качестве биотоплива или удобрения.

Биогаз может быть извлечен из систем обработки отходов механической биологической обработки. Свалка газа, менее чистая форма биогаза, производится на свалках путем естественного анаэробного сбраживания. Если он выйдет в атмосферу, это потенциальный парниковый газ.

Фермеры могут производить биогаз из навоза из своего крупного рогатого скота с помощью анаэробных варочных котлов.

Syngas
Синтез, смесь монооксида углерода, водорода и других углеводородов, образуется путем частичного сжигания биомассы, то есть сжигания с количеством кислорода, которое недостаточно для полного преобразования биомассы в углекислый газ и воду. Перед частичным сжиганием биомасса высушивается и иногда пиролизуется. Полученная газовая смесь, синтез-газ, более эффективна, чем непосредственное сжигание исходного биотоплива; извлекается больше энергии, содержащейся в топливе.

Синтез может сжигаться непосредственно в двигателях внутреннего сгорания, турбинах или высокотемпературных топливных элементах. Генератор древесного газа, реактор газификации на древесном топливе, может быть подключен к двигателю внутреннего сгорания.

Синтез можно использовать для получения метанола, ДМЭ и водорода или превращать в процессе Фишера-Тропша для получения дизельного заменителя или смеси спиртов, которые могут быть смешаны с бензином. Обычно газификация зависит от температуры выше 700 ° C.

Низкотемпературная газификация является желательной при совместном продуцировании биочара, но приводит к образованию синтез-газа, загрязненного смолой.

Этиловый спирт
Биологически продуцируемые спирты, чаще всего этанол и реже пропанол и бутанол, получают путем воздействия микроорганизмов и ферментов путем ферментации сахаров или крахмалов (проще всего) или целлюлозы (что более сложно). Биобутанол (также называемый биогазолином) часто заявляют, что он обеспечивает прямую замену бензина, поскольку он может использоваться непосредственно в бензиновом двигателе.

Топливо этанола является наиболее распространенным биотопливом во всем мире, особенно в Бразилии. Алкогольные топлива производятся путем ферментации сахаров, полученных из пшеницы, кукурузы, сахарной свеклы, сахарного тростника, мелассы и любого сахара или крахмала, из которых могут быть изготовлены алкогольные напитки, такие как виски (например, картофельные и фруктовые отходы и т. Д.). Используемые способы получения этанола — ферментативное расщепление (высвобождение сахаров из хранимых крахмалов), ферментация сахаров, дистилляция и сушка. Процесс перегонки требует значительных затрат энергии на тепло (иногда неустойчивое природное топливо на ископаемом топливе, но целлюлозная биомасса, такая как багас, отходы, оставленные после того, как сахарный тростник прессуется для извлечения его сока, является наиболее распространенным топливом в Бразилии, а гранулы, древесная щепа а также отработанное тепло более распространены в Европе). Отработанный пар — это этанольная фабрика, где отработанное тепло от заводов также используется в сетях централизованного теплоснабжения.

Этанол может использоваться в бензиновых двигателях в качестве замены бензина; его можно смешивать с бензином до любого процента. Большинство существующих автомобильных бензиновых двигателей могут работать на смеси до 15% биоэтанола с нефтью / бензином. Этанол имеет меньшую плотность энергии, чем плотность бензина; это означает, что для получения такого же объема работы требуется больше топлива (объем и масса). Преимущество этанола (CH
3CH
2OH) заключается в том, что он имеет более высокий октановый показатель, чем бензин, не содержащий этанола, доступный на придорожных бензоколонках, что позволяет увеличить коэффициент сжатия двигателя для повышения тепловой эффективности. В местах с высокой высотой (тонким воздухом) некоторые государства предусматривают сочетание бензина и этанола в качестве зимнего окислителя для снижения выбросов в атмосферу.

Этанол также используется для сжигания биоэтаноловых каминов. Поскольку они не требуют дымохода и «бескомпромиссны», пожары на биоэтаноле чрезвычайно полезны для вновь построенных домов и квартир без дымохода. Недостатки этих каминов заключаются в том, что их тепловая мощность немного меньше, чем электрическое отопление или газовые пожары, и необходимо принять меры предосторожности, чтобы избежать отравления угарным газом.

Кукуруза-этанол и другие запасы продовольствия привели к развитию целлюлозного этанола. Согласно совместной исследовательской программе, проводимой Министерством энергетики США, соотношение ископаемых энергоносителей (FER) для целлюлозного этанола, этанола кукурузы и бензина составляет соответственно 10,3, 1,36 и 0,81.

Этанол имеет примерно треть потребления энергии на единицу объема по сравнению с бензином. Это частично противодействует лучшей эффективности использования этанола (при долгосрочном испытании более 2,1 миллиона км, проект BEST показал, что автомобили FFV будут на 1-26% более энергоэффективными, чем бензиновые автомобили, но объемное потребление увеличивается на примерно 30%, поэтому требуется больше остановок топлива).

При нынешних субсидиях этанольное топливо немного дешевле на расстояние, пройденное в Соединенных Штатах.

Другие биоспирты
В настоящее время метанол производится из природного газа, невозобновляемого ископаемого топлива. В будущем ожидается, что он будет получен из биомассы в качестве биометанола. Это технически осуществимо, но производство в настоящее время переносится на опасения Джейкоба С. Гиббса и Бринсли Колеберда о том, что экономическая жизнеспособность еще не решена. Экономика метанола является альтернативой водородной экономике, по сравнению с сегодняшним производством водорода из природного газа.

Бутанол (C
4H
9OH) образуется путем ферментации ABE (ацетон, бутанол, этанол), а экспериментальные модификации процесса показывают потенциально высокую чистую прирост энергии при использовании бутанола в качестве единственного жидкого продукта. Бутанол будет производить больше энергии и, как утверждается, может быть сожжен «прямо» в существующих бензиновых двигателях (без модификации двигателя или автомобиля) и менее коррозионным и менее водорастворимым, чем этанол, и может распространяться через существующие инфраструктуры. DuPont и BP работают вместе, чтобы помочь в разработке бутанола. Штаммы Escherichia coli также были успешно сконструированы для производства бутанола путем изменения их метаболизма аминокислот. Одним из недостатков в производстве бутанола в E. coli остается высокая стоимость богатых питательными веществами носителей, однако недавняя работа продемонстрировала, что E. coli может продуцировать бутанол с минимальными питательными добавками.

Биодизель
Биодизель является самым распространенным биотопливом в Европе. Он производится из масел или жиров с использованием переэтерификации и представляет собой жидкость, похожую по составу на ископаемое / минеральное дизельное топливо. Химически он состоит в основном из метиловых (или этиловых) эфиров жирных кислот (FAMEs). Сырьем для биодизеля являются животные жиры, растительные масла, соя, рапс, ятрофа, махуа, горчица, лен, подсолнечник, пальмовое масло, пенька, полевая пеньница, понгамская пинната и водоросли. Чистый биодизель (B100, также известный как «аккуратный» биодизель) в настоящее время снижает выбросы до 60% по сравнению с дизельным двигателем второго поколения B100.

Биодизель может использоваться в любом дизельном двигателе при смешивании с минеральным дизелем. Его также можно использовать в чистом виде (B100) в дизельных двигателях, но при использовании зимой могут возникать некоторые проблемы с обслуживанием и эксплуатацией, так как при более низких температурах топливо становится несколько более вязким, в зависимости от используемого сырья. В некоторых странах производители покрывают свои дизельные двигатели под гарантию на использование B100, хотя, например, Volkswagen из Германии просит водителей проверить по телефону с отделом экологических служб VW до перехода на B100. В большинстве случаев биодизель совместим с дизельными двигателями с 1994 года, которые используют синтетический каучук «Viton» (по Дюпон) в своих механических системах впрыска топлива. Обратите внимание, однако, что никакие транспортные средства не сертифицированы для использования чистого биодизеля до 2014 года, поскольку до этой даты не существует протокола контроля за выбросами для биодизеля.

Электронно-управляемые системы типа «common rail» и «unit injector» с конца 1990-х годов могут использовать только биодизель, смешанное с обычным дизельным топливом. Эти двигатели имеют точно дозированные и распыленные многоступенчатые системы впрыска, которые очень чувствительны к вязкости топлива. Многие современные дизельные двигатели производятся так, что они могут работать на B100 без изменения самого двигателя, хотя это зависит от конструкции топливной рампы. Поскольку биодизель является эффективным растворителем и очищает остатки, осажденные минеральным дизельным топливом, фильтры двигателей, возможно, придется заменять чаще, так как биотопливо растворяет старые отложения в топливном баке и трубах. Он также эффективно очищает камеру сгорания двигателя отложений углерода, помогая поддерживать эффективность. Во многих европейских странах широко используется 5-процентная смесь биодизеля и доступна на тысячах автозаправочных станций. Биодизель также является кислородсодержащим топливом, то есть он содержит уменьшенное количество углерода и более высокое содержание водорода и кислорода, чем ископаемое дизельное топливо. Это улучшает сгорание биодизеля и уменьшает выбросы твердых частиц из несгоревшего углерода. Однако использование чистого биодизеля может увеличить выбросы NOx

Биодизель также безопасен в обращении и транспортировке, потому что он нетоксичен и биоразлагается и имеет высокую температуру вспышки около 148 ° C (300 ° F) по сравнению с дизельным топливом с температурой вспышки 125 ° F (52 ° С).

В США более 80% коммерческих грузовиков и городских автобусов работают на дизельном топливе. По прогнозам, появляющийся американский рынок биодизеля вырастет на 200% с 2004 по 2005 год. «К концу 2006 года производство биодизеля увеличилось в четыре раза [с 2004 года] до более чем 1 миллиарда галлонов США (3 800 000 м3).

Во Франции биодизель включен в размере 8% в топливе, используемом всеми французскими дизельными транспортными средствами. Avril Group производит под брендом Diester, пятую часть из 11 миллионов тонн биодизеля, потребляемого ежегодно Европейским Союзом. Это ведущий европейский производитель биодизеля.

Зеленый дизель
Зеленый дизель производится посредством гидрокрекинга биологического нефтяного сырья, такого как растительные масла и животные жиры. Гидрокрекинг — это метод нефтепереработки, который использует повышенные температуры и давление в присутствии катализатора для разрушения более крупных молекул, таких как те, которые содержатся в растительных маслах, в более короткие углеводородные цепи, используемые в дизельных двигателях. Его также можно назвать возобновляемым дизельным топливом, гидроочищенным растительным маслом или возобновляемым дизельным топливом на основе водорода. В отличие от биодизеля, зеленый дизель имеет те же самые химические свойства, что и дизельное топливо на нефтяной основе. Он не требует, чтобы новые двигатели, трубопроводы или инфраструктура распространялись и использовались, но не производились по цене, конкурентоспособной с нефтью. Также разрабатываются версии бензина. Зеленый дизель разрабатывается в Луизиане и Сингапуре компаниями ConocoPhillips, Neste Oil, Valero, Dynamic Fuels и Honeywell UOP, а также Preem в Гетеборге, Швеция, создавая так называемый Evolution Diesel.

Прямое растительное масло
Прямое немодифицированное съедобное растительное масло обычно не используется в качестве топлива, но для этой цели используется масло более низкого качества. Используемое растительное масло все чаще перерабатывается в биодизель или (реже) очищается от воды и твердых частиц, а затем используется в качестве топлива.

Как и для 100% -ного биодизеля (B100), чтобы топливные форсунки распыляли растительное масло в правильной схеме для эффективного сжигания, растительное масло для масла должно быть нагрет, чтобы снизить его вязкость до уровня дизельного топлива, как электрическими катушками, так и теплообменниками. Это легче в теплом или умеренном климате. MAN B & W Diesel, Wärtsilä и Deutz AG, а также ряд небольших компаний, таких как Elsbett, предлагают двигатели, совместимые с прямым растительным маслом, без необходимости модификации после рынка.

Растительное масло также может использоваться во многих старых дизельных двигателях, которые не используют электронные системы впрыска топлива с электронным впрыском или впрыска. Благодаря конструкции камер сгорания в двигателях с непрямым впрыском, это лучшие двигатели для использования с растительным маслом. Эта система позволяет относительно большему количеству молекул масла больше времени гореть. Некоторые более старые двигатели, особенно Mercedes, экспериментально управляются энтузиастами без какой-либо конверсии, несколько водителей испытывают ограниченный успех с ранее установленными двигателями VW TDI «Pumpe Duse» и другими подобными двигателями с прямым впрыском. Несколько компаний, таких как Elsbett или Wolf, разработали профессиональные конверсионные комплекты и успешно установили сотни из них за последние десятилетия.

Масла и жиры могут быть гидрированы, чтобы получить заменитель дизельного топлива. Полученный продукт представляет собой углеводород с прямой цепью с высоким цетановым числом, низким содержанием ароматических соединений и серы и не содержит кислорода. Гидрированные масла можно смешивать с дизельным топливом во всех пропорциях. У них есть несколько преимуществ перед биодизелем, в том числе хорошая производительность при низких температурах, отсутствие проблем с устойчивостью к хранению и отсутствие чувствительности к микробной атаке.

Bioethers
Биоэфиры (также называемые топливными эфирами или кислородсодержащими топливами) являются экономически эффективными соединениями, которые действуют как усилители с октановым числом. «Биоэфиры получают реакцией реакционноспособных изоолефинов, таких как изобутилен, с биоэтанолом». Биоэфиры создаются пшеницей или сахарной свеклой. Они также повышают производительность двигателя, значительно снижая износ двигателя и токсичные выбросы выхлопных газов. Несмотря на то, что биоэфиры, вероятно, заменят петроэфиры в Великобритании, маловероятно, что они сами станут топливом из-за низкой плотности энергии. Значительно уменьшая количество выбросов озона на уровне земли, они вносят вклад в качество воздуха.

Когда речь заходит о транспортном топливе, имеется шесть эфирных добавок: диметиловый эфир (ДМЭ), диэтиловый эфир (DEE), метилтермический бутиловый эфир (MTBE), этилтербутиловый эфир (ETBE), тер-амиловый метиловый эфир (TAME) , и тер-амиловый этиловый эфир (TAEE).

Европейская ассоциация топливных оксигенатов (EFOA) кредитует метил-трет-бутиловый эфир (MTBE) и этил-трет-бутиловый эфир (ETBE) в качестве наиболее часто используемых эфиров в топливе для замены свинца. Эфиры были введены в Европе в 1970-х годах для замены высокотоксичного соединения. Хотя европейцы по-прежнему используют добавки биоэфира, у США больше нет требования к кислороду, поэтому биоэфиры больше не используются в качестве основной топливной добавки.

Топливо с твердой биомассой
Примеры включают древесину, опилки, обрезки травы, бытовые мусор, древесный уголь, сельскохозяйственные отходы, непищевые энергетические культуры и сушеный навоз.

Когда твердая биомасса уже находится в подходящей форме (например, дрова), она может гореть непосредственно в печи или печи для обеспечения тепла или повышения пара. Когда твердая биомасса находится в неудобной форме (такой как опилки, древесная щепа, трава, древесные отходы, сельскохозяйственные остатки), типичным процессом является уплотнение биомассы. Этот процесс включает измельчение исходной биомассы до соответствующего размера частиц (известного как hogfuel), который в зависимости от типа уплотнения может составлять от 1 до 3 см (0,4-1,2 дюйма), который затем концентрируется в топливном продукте. Нынешние процессы производят древесные гранулы, кубики или шайбы. Процесс гранулы наиболее распространен в Европе и обычно представляет собой чистый древесный продукт. Другие типы уплотнения более крупные по размеру по сравнению с гранулой и совместимы с широким диапазоном входного сырья. Полученное уплотненное топливо легче транспортировать и подавать в системы тепловой генерации, такие как котлы.

Опилки, кора и чипсы уже используются в течение десятилетий для топлива в промышленных процессах; примеры включают целлюлозно-бумажную промышленность и промышленность сахарного тростника. Бойлеры в диапазоне 500 000 фунтов / час пара и более крупные, в обычной эксплуатации, используют колосниковые решетки, разбрасыватель соковыжималки, сжигание суспензии и сжигание в псевдоожиженном слое. Утилиты генерируют мощность, обычно в диапазоне от 5 до 50 МВт, с использованием местного топлива. В других отраслях промышленности также были установлены котлы и сушилки с древесными отходами в районах с дешевым топливом.

Одним из преимуществ твердого топлива для биомассы является то, что он часто является побочным продуктом, остатком или отходами других процессов, таких как сельское хозяйство, животноводство и лесное хозяйство. Теоретически это означает, что производство топлива и продуктов питания не конкурирует за ресурсы, хотя это не всегда так.

Проблема сжигания твердого топлива из биомассы заключается в том, что она выделяет значительные количества загрязняющих веществ, таких как частицы и полициклические ароматические углеводороды. Даже современные котлы-гранулы генерируют гораздо больше загрязняющих веществ, чем нефтяные или газовые котлы. Пеллеты из сельскохозяйственных отходов обычно хуже, чем древесные гранулы, производя гораздо большие выбросы диоксинов и хлорфенолов.

Выработанное топливо представляет собой биочар, который образуется при пиролизе биомассы. Биохарак из сельскохозяйственных отходов может заменить древесный уголь. Поскольку запас древесины становится дефицитным, эта альтернатива набирает силу. Например, в восточной части Демократической Республики Конго брикеты из биомассы продаются в качестве альтернативы древесному углю для защиты национального парка Вирунга от обезлесения, связанного с производством древесного угля.

Текущее исследование
Продолжается работа по поиску более подходящих культур для производства биотоплива и повышению урожайности этих культур. Используя текущие урожаи, потребуется огромное количество земли и пресной воды для производства достаточного количества масла, чтобы полностью заменить использование ископаемого топлива. Для того чтобы удовлетворить текущие потребности в отоплении и транспортировке в США, потребуется вдвое больше площади суши США, или две трети, которые будут направлены на производство рапса.

Специально разведенные сорта горчицы могут давать достаточно высокие урожаи нефти и очень полезны при севообороте зерновыми культурами и имеют дополнительное преимущество в том, что еда, оставшаяся после выталкивания масла, может действовать как эффективный и биодеградируемый пестицид.

NFESC, основанная в Сан-Барбаре Biodiesel Industries, работает над разработкой технологий биотоплива для военно-морских сил США и военных, одного из крупнейших в мире производителей дизельного топлива. Группа испанских разработчиков, работающих в компании Ecofasa, объявила о выпуске нового биотоплива из мусора. Топливо создается из общих городских отходов, которые обрабатываются бактериями для производства жирных кислот, которые могут быть использованы для производства биотоплива. До его закрытия Joule Unlimited пыталась сделать дешевый этанол и биодизель из генетически модифицированной фотосинтетической бактерии.

Биотопливо этанола (биоэтанол)
Являясь основным источником биотоплива в Северной Америке, многие организации проводят исследования в области производства этанола. Национальный исследовательский центр по выращиванию кукурузы и этанола (NCERC) является исследовательским подразделением Университета Южного Иллинойса Эдвардсвилл, специализирующимся исключительно на исследовательских проектах по разработке биотоплива на основе этанола. На федеральном уровне Министерство сельского хозяйства США проводит большое количество исследований в области производства этанола в Соединенных Штатах. Большая часть этих исследований нацелена на эффект производства этанола на внутренних продовольственных рынках. Отделение Министерства энергетики США, Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL), также провело различные исследовательские проекты по этанолу, главным образом в области целлюлозного этанола.

Коммерциализация целлюлозного этанола — это процесс создания промышленности из методов превращения целлюлозосодержащего органического вещества в топливо. Компании, такие как Iogen, POET и Abengoa, строят нефтеперерабатывающие заводы, которые могут перерабатывать биомассу и превращать ее в биоэтанол. Компании, такие как Diversa, Novozymes и Dyadic, производят ферменты, которые могут обеспечить будущее целлюлозного этанола. Переход от кормопроизводства к отработанным остаткам и родным травам открывает широкие возможности для целого ряда игроков: от фермеров до биотехнологических фирм и от разработчиков проектов до инвесторов.

С 2013 года начались работы первых промышленных предприятий по производству целлюлозных биотоплив. Используются несколько путей для конверсии различных биотопливных исходных материалов. В ближайшие несколько лет станут доступны данные о стоимости этих технологий, работающих в коммерческом масштабе, и их относительная производительность. Извлеченные уроки снижают затраты на вовлеченные промышленные процессы.

В некоторых частях Азии и Африки, где преобладают засушливые земли, изучается сладкий сорго как потенциальный источник пищи, комбикормов и топлива. Урожай особенно подходит для выращивания в засушливых условиях, так как он извлекает только одну седьмую часть воды, используемой сахарным тростником. В Индии и других местах сладкие стебли сорго используются для производства биотоплива путем сжимания сока и затем ферментации в этанол.

Исследование, проведенное исследователями Международного научно-исследовательского института сельскохозяйственных культур для полузасушливых тропиков (ICRISAT), показало, что выращивание сладкого сорго вместо зернового сорго может увеличить доходы фермеров на 40 долл. США за гектар на каждый урожай, поскольку оно может обеспечить топливо в дополнение к пище и животным кормить. С зерновым сорго, который в настоящее время выращивается на более чем 11 миллионах гектаров в Азии и 23,4 миллиона гектаров в Африке, переход на сладкий сорго может оказать значительное экономическое воздействие.

Ятрофа
Несколько групп в различных секторах проводят исследования ярофических курков, ядовитого кустарникового дерева, которое производит семена, которые многие считают жизнеспособным источником растительного масла биотоплива. Большая часть этих исследований сосредоточена на улучшении общей урожайности нефти на акров Ятрофы путем развития генетики, почвоведения и практики садоводства.

SG Biofuels, разработчик jatropha на основе Сан-Диего, использовал молекулярное размножение и биотехнологию для производства элитных гибридных семян, которые демонстрируют значительное улучшение урожайности по сравнению с сортами первого поколения. SG Biofuels также заявляет о дополнительных преимуществах от таких штаммов, включая улучшенную синхронизацию цветения, более высокую устойчивость к вредителям и болезням и повышенную толерантность к холодной погоде.

Plant Research International, отдел Университета Вагенингена и Исследовательского центра в Нидерландах, ведет постоянный проект оценки Jatropha, который рассматривает возможность крупномасштабного выращивания ятрофы на полевых и лабораторных экспериментах. Центр устойчивого энергетического земледелия (CfSEF) — некоммерческая научно-исследовательская организация в Лос-Анджелесе, специализирующаяся на исследованиях ятрофы в области растениеводства, агрономии и садоводства. По прогнозам, успешное исследование этих дисциплин приведет к увеличению урожайности ятрофной фермы на 200-300% в ближайшие 10 лет.

Грибы
Группа в Российской академии наук в Москве в статье за ​​2008 год заявила, что они изолировали большое количество липидов от одноцепочечных грибов и превратили их в биотопливо экономически эффективным способом. Больше исследований этого грибкового вида, Cunninghamella japonica и других, скорее всего, появится в ближайшем будущем. Недавнее открытие варианта гриба Gliocladium roseum (позже переименованного в Ascocoryne sarcoides) указывает на производство так называемого микодизеля из целлюлозы. Этот организм был недавно обнаружен в тропических лесах северной Патагонии и обладает уникальной способностью превращать целлюлозу в углеводороды средней длины, обычно находящиеся в дизельном топливе. Было обнаружено, что многие другие грибы, способные разлагать целлюлозу и другие полимеры, производят молекулы, которые в настоящее время разрабатываются с использованием организмов из других королевств, что указывает на то, что грибы могут играть большую роль в биопроизводстве топлива в будущем (см. Обзор).

Бактерии кишечника животных
Микробная желудочно-кишечная флора у разных животных показала потенциал для производства биотоплива. Недавние исследования показали, что TU-103, штамм бактерий Clostridium, обнаруженный в фекалиях Zebra, может превращать почти любую форму целлюлозы в бутаноловое топливо. Микробы в отходах панды исследуются для их использования при создании биотоплива из бамбука и других растительных материалов. There has also been substantial research into the technology of using the gut microbiomes of wood-feeding insects for the conversion of lignocellulotic material into biofuel.

Поделиться ссылкой:

  • Нажмите, чтобы поделиться на Twitter (Открывается в новом окне)
  • Нажмите здесь, чтобы поделиться контентом на Facebook. (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться записями на Pinterest (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться записями на Tumblr (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться на LinkedIn (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться в WhatsApp (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться в Skype (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться в Telegram (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться на Reddit (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться записями на Pocket (Открывается в новом окне)

Related

Информация о биокаминах — что такое биокомин livekamin.ru

Тот же камин, НО работающий на жидком топливе и Без дымохода!

Это великолепная находка европейских дизайнеров и конструкторов, благодаря которой огромное количество людей смогли получить удовольствие от безопасного созерцания живого огня в своих домах и квартирах , тепловая энергия вырабатывается пламенем, которое образуется при сгорании топлива, в нашем случае Биоэтанола. Одним из основных достоинств

Одним из основных достоинств биокаминов является возможность наслаждаться уютом и теплом настоящего огня не прибегая к сложным техническим мерам (строительство камина, устройство дымохода и т.д.).

Иначе говоря, вы можете наслаждаться всеми достоинствами настоящего камина без лишних хлопот.Продукты горения вода (Н20) и углекислый газ(СО2) вырабатываются в ничтожных количествах! 3 парафиновых свечи выделяют столько же углекислого газа сколько выделяет один топливный блок биокамина!

Что такое Биотопливо (биоэтанол)? 

Биотопливо — это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои.

Как это работает?

Вы просто заливаете топливо в специальный топливный блок, который находится в камине. Зажигалкой поджигаете его и ВСЁ!

Где покупать Биотопливо?

Топливо вы можете приобрести в нашем салоне в Санкт-Петербурге, адрес которого вы найдёте на главной странице или можете заказать в интернет-магазине на этом сайте и мы доставим его на удобных для ВАС условиях.

Какой расход Биотопливо?

~250-400 мл, расход индивидуален для каждого камина эти данные найдёте в характеристиках к каждой модели.

Какова теплоотдача?

Теплоотдача зависит от модели камина и составляет от 1кВт до 10кВт.

Где производятся биокамины?

В ассортименте нашего магазина представлена продукция нескольких производителей, главные производства которых расположены в Европе(Франция,Голландия ,Германия и Бельгия) и России (Санкт-Петербург, Москва).

Не нашли ответ на Ваш вопрос? Задайте его нам по телефону 8 (812) 309-71-17 или 8 (495) 268-02-54 или на [email protected]

 

Правила установки биокамина.

Биокамин устанавливается в хорошо проветриваемом помещении. Минимальное расстояние от огня до ближайших предметов 1м, от штор, жалюзи, прочих легко воспламеняемых предметов не менее 1,5м.

Биокамин должен быть установлен на твердой горизонтальной поверхности. Если биокамин настенный, то необходимо удостовериться, что он не имеет отклонений по горизонтали и вертикали, при этом стена должна быть выполнена из негорючего материала. В моделях, которые имеют дополнительный тепловой экран, нужно убедиться, что он (экран) установлен в промежуток между камином и стеной.

Нельзя устанавливайте биокамин в помещениях с сильными сквозняками, рядом с вентиляторами, вентиляционными отверстиями, напротив кондиционеров и т.д.

Рекомендуем разместить рядом с биокамином углекислотный (CO 2) или порошковый огнетушитель.

Устанавливая биокамин, помните, что он должен легко демонтироваться для выполнения сервисных работ.

Не зажигайте биокамин до его полной и правильной установки.

Использовать биокамин разрешается только лицам, достигшим совершеннолетия.

Температура поверхности работающего биокамина очень высокая, прикосновение к нему может вызвать ожоги кожи. Необходимо следить, чтобы дети, животные, а также одежда, мебель и т.п., находились на безопасном расстоянии.

Запрещается перемещать горящий или неостывший биокамин. Перемещение биокамина разрешается только после того, как топливо полностью сгорит, а камин остынет.

Запрещается закрывать биокамин или его вентиляционные отверстия во избежание возникновения пожара. Для настенных биокаминов: высота крепления биокаминов на стене может быть различная, но необходимо учитывать, что расположение биокамина на уровне от 1 м до 1,5 м над уровнем пола более безопасно, так как это дает возможность визуально контролировать пламя и дистанцию до него. В то время, если биокамин расположен внизу, человек, не заметив может приблизиться к огню на опасное расстояние и появится опасность возгорания (например, длинное платье или пальто). В этих случаях рекомендуется использовать специальные ограждения, аналогичные тем, что используется в обычных каминах.

 

Правила эксплуатации биокаминов

Топливный блок заполняется на 2/3 объема или не более чем на 2 см ниже верхнего края топливного блока. Будьте внимательны: излишки биотоплива, оказавшиеся на наружных поверхностях топливного блока должны быть удалены впитывающими салфетками или тканью до момента зажигания биокамина 

Зажигание производится специальной удлиненной зажигалкой, кнопкой на панели управления или пультом ДУ (если камин автоматический).

Будьте осторожны, всегда держите голову на максимальном удалении от горелки во время зажигания.

После зажигание биокамина пламя имеет голубоватый оттенок, и лишь спустя 5-10 мин. приобретает желтый цвет.

Необходимо дать биотопливу полностью сгореть, это предотвратит нежелательное испарение оставшегося топлива. Подождите примерно 30 минут, пока горелка биокамина остынет до комнатной температуры. Только затем залейте новое биотопливо для продолжения работы.

Храните биоэтанол в прохладном темном месте, недоступном для детей и животных.

Никогда не пытайтесь потушить пламя водой.

Не подвергайте биотопливо воздействию прямых источников тепла, таких как прямые солнечные лучи или центральное отопление.

 

 

Что такое биотопливо? — Определение, преимущества, примеры и использование Petro Online

Биотопливо определяется как любое топливо, полученное из биомассы, иначе известной как органическое вещество. Сюда входят любые материалы из растений или водорослей (включая древесину), а также отходы животноводства. Поскольку эти виды топлива постоянно пополняются естественным путем в течение жизненного цикла, они считаются возобновляемыми источниками энергии.

Это делает их привлекательной альтернативой ископаемым видам топлива, таким как уголь, нефть и природный газ.Эти вещества необходимо разрабатывать в течение тысячелетий и извлекать из глубины земли с помощью дорогостоящих и экологически вредных процессов. Они также потребляются гораздо быстрее, чем производятся, а это означает, что рано или поздно запасы ископаемого топлива на планете будут полностью исчерпаны, особенно если мы продолжим истощать их нынешними темпами.

Что такое биотопливо?

Проще говоря, биотопливо — это универсальный термин, который относится ко всем источникам топлива, созданным из органических веществ. Однако не все виды биотоплива одинаковы. Фактически, существует четкое различие между первичным биотопливом и вторичным биотопливом, которое разделяет их в зависимости от того, как они производятся, но также влияет на то, как они обычно используются.

Какие бывают виды биотоплива?

Первичное биотопливо определяется как органические материалы, которые используются в качестве источника энергии немедленно, без какой-либо предварительной обработки или обработки. Некоторые примеры первичного биотоплива включают древесину, древесную щепу, пеллеты и другие виды древесины, которые традиционно используются для отопления и приготовления пищи, особенно в развивающихся странах, где нет других источников топлива.Хотя это и не так распространено, первичное биотопливо также может использоваться для выработки электроэнергии.

Вторичное биотопливо относится к любой форме биомассы, которая используется для выработки энергии после ее обработки. Примеры вторичного биотоплива включают жидкое биотопливо, которое становится все более популярным в транспортной отрасли, такое как биоэтанол и биодизель. Они также используются в промышленных процессах и на электростанциях, работающих на биомассе.

Подавляющее большинство биотоплива потребляется в домашних условиях — обычно в бедных странах, где нет других источников энергии — для нагрева воды для приготовления пищи, стирки и уборки или для обогрева самого дома.80% всего потребляемого сегодня биотоплива используется для этой цели. 18% известного биотоплива используется в промышленных условиях, в то время как только 2% биотоплива используется в качестве сырья для транспортных средств в транспортной отрасли. Однако это последнее приложение становится все более популярным, поскольку отдельные водители, производители автомобилей и национальные правительства все больше осознают необходимость повышения показателей выбросов своих автомобилей.

Как производится биотопливо?

В основе производства первичного биотоплива нет сложного научного процесса.Поскольку здесь нет никакой обработки, их просто выращивают, собирают и сжигают. С другой стороны, вторичное биотопливо представляет собой гораздо более сложную проблему. Чтобы упростить ситуацию, может быть полезно сосредоточиться на двух наиболее распространенных жидких биотопливах, которые используются в транспортной отрасли.

Биоэтанол производится почти так же, как алкоголь, содержащийся в напитках, что неудивительно, учитывая, что этанол — это то же самое вещество, что и алкоголь в виски, водке, пиве, вине и многих других алкогольных напитках.Вещества подвергаются химическим реакциям, ферментации и нагреванию, чтобы крахмал в растениях сначала превращался в сахар, а затем в спирт. Затем этот спирт очищается с помощью сложного процесса, чтобы убедиться, что он пригоден для использования в двигателях транспортных средств.

Биодизель немного отличается. Первая часть процесса такая же: сырье заставляют вступать в реакцию с определенными химическими веществами, затем ферментируют и нагревают до образования спирта. На этом этапе спирт смешивают либо с животным жиром, либо с растительным маслом, чтобы превратить его в биодизельное топливо. Существует множество различных масел, которые можно использовать, от кокосового до рапсового и многих других.

Каковы плюсы и минусы биотоплива?

Биотопливо рекламируется экологическими группами и коммерческими организациями как устойчивая альтернатива ископаемому топливу, и это, безусловно, правда, что оно имеет ряд преимуществ по сравнению с нефтью, газом и углем. Однако идеальных источников топлива не существует, а это значит, что они также имеют ряд недостатков. Вот краткое изложение преимуществ и недостатков биотоплива:

Чем хорошо биотопливо?

  • Возобновляемая. Как упоминалось выше, ископаемое топливо — это конечный источник энергии, который со временем иссякнет. Поскольку биотопливо можно легко заменить простым производством большего количества органических веществ, оно теоретически является возобновляемым.
  • Карбон. Поскольку биотопливо создается из органических веществ, таких как растения, а растения удаляют углерод из воздуха, оно по своей природе лучше для окружающей среды, чем ископаемое топливо. Однако этот аргумент не так убедителен, как можно было бы ожидать, если экономия на выбросах компенсируется затратами, а выбросы, возникающие во время удобрения, транспортировки и обработки, учтены в уравнении.
  • Экономичность. Производство биоэтанола дешевле, чем производство бензина, поэтому их сочетание может стать отличным способом сократить расходы в транспортной отрасли. То же самое касается биодизеля и дизельного топлива. Более того, поскольку запасы ископаемого топлива истощаются, цены на него неизбежно вырастут. Устойчивый характер биотоплива делает его цены более стабильными.
  • Топливная экономичность. По сравнению с ископаемым топливом, биоэтанол и биодизель содержат меньшие концентрации химических веществ, таких как хлор и сера.Это означает, что при смешивании с бензином или дизельным топливом они могут снизить уровень этих загрязняющих веществ в источнике топлива и произвести более чистые выбросы. Для получения дополнительной информации о том, как работает этот процесс, статья «Обеспечение точных результатов анализа содержания серы и хлора в биодизельном топливе» содержит много полезной информации.
  • Населенный пункт. Наконец, биотопливо можно производить на месте, создавая рабочие места в том же регионе, где оно будет потребляться, и сокращая транспортные расходы и выбросы, связанные с доставкой к месту продажи.

Почему биотопливо — это плохо?

  • Использование ресурсов. Количество энергии, производимой с помощью биотоплива, значительно меньше, чем от сжигания ископаемого топлива, а это означает, что для удовлетворения энергетических потребностей того же количества людей требуется гораздо больше земли, воды и удобрений. Это особенно верно в отношении первичного биотоплива.
  • Хрупкие экосистемы. Масла, необходимые для производства биодизельного топлива, часто получают из находящихся под угрозой исчезновения мест обитания, таких как тропические леса или другие места с биоразнообразием.Подобная уборка земель приводит к вытеснению популяций животных, разрушению экосистем и ограничению биоразнообразия.
  • Пригодность. Не все виды биотоплива подходят для всех автомобилей. В Великобритании это особенно распространено, поскольку двигатели многих моделей автомобилей не приспособлены для работы со 100% биотопливными смесями. Между тем, биодизель не подходит для использования в авиационной промышленности из-за его плохой устойчивости к окислению и высокой температуры замерзания. Статья «Анализ реактивного топлива на наличие загрязняющих веществ в биотопливе — безопасность прежде всего» дает больше информации по этому конкретному вопросу.
  • Выбросы. Когда первичное биотопливо сжигается для получения тепла (что чаще всего происходит в развивающихся странах), оно производит больше локальных выбросов, чем другие виды отопления.

Полезно ли биотопливо для окружающей среды?

Как указывалось выше, с биотопливом связаны как экологические плюсы, так и минусы. Хотя они могут предложить множество экологических преимуществ для нашей планеты, они также могут иметь пагубные последствия. Многое зависит от конкретного типа рассматриваемого биотоплива, от того, как оно производится и как потребляется. Рекомендуется прочитать о биотопливе, которое вы имеете в виду, прежде чем использовать его в качестве повседневного источника топлива.

Что такое E10?

В марте 2020 года правительство Великобритании объявило о замене существующего варианта биоэтанола (E5) на новый вариант (E10). Как следует из названия, E10 содержит 10% смеси биоэтанола (наряду с 90% бензина) и, как полагают, снижает выбросы углерода на 2%.По заявлению правительства, замена E5 на E10 по всей стране приведет к сокращению выбросов, эквивалентному снятию 350 000 автомобилей с британских дорог.

Единственным недостатком этой стратегии является то, что все автомобили, выпущенные до 2011 года, могут не быть оборудованы для работы с E10, поскольку он может оставлять осадок в двигателе и приводить к засорению системы. По оценкам, таким образом пострадает до миллиона автомобилей. Таким водителям рекомендуется перейти на неэтилированный бензин высшего качества, если они хотят получить те же экологические преимущества, но недостатком является то, что неэтилированный бензин более дорогой, чем стандартный бензин, в то время как E10 дешевле.

В любом случае, дискуссии о биоэтаноле и биодизеле, используемых в транспортной отрасли, имеют ограниченный срок хранения в Великобритании. Это связано с тем, что правительство Великобритании уже установило крайний срок продажи новых бензиновых, дизельных и гибридных автомобилей — 2035 год, после чего покупать новые модели будет невозможно.

Может ли биодизель заменить дизельное топливо?

На международном уровне биодизель может использоваться как прямая замена дизельному топливу во многих транспортных средствах. Однако в Великобритании биодизель доступен только в смешанном формате, так как не так много производителей, которые одобрили свои двигатели для 100% использования биодизеля.Как упоминалось выше, биодизель не является жизнеспособной заменой дизельного топлива в реактивных двигателях и других авиационных целях.

Биотопливо — обзор | Темы ScienceDirect

7.1 Введение

История человечества тесно связана с источниками энергии, и его зависимость от них существует уже несколько тысячелетий. Энергия всегда была одним из важнейших ресурсов, потому что она способствовала развитию и благополучию человеческих обществ. На протяжении всей истории человечества человек впервые использовал возобновляемую энергию, поскольку древесина использовалась в качестве основного источника энергии.Первым серьезным изменением стал переход на уголь, который произошел в некоторых отраслях промышленности в 18 веке, тогда как его использование в отопительной промышленности началось с 19 века (Fouquet, 2011). Признание ограниченного количества источников угля и появление двигателей внутреннего сгорания привело к еще одному изменению в конце 19 века, когда последовала эра использования нефти. Решение Черчилля в 1913 году сменить топливо, используемое для военно-морского флота, с угля на нефть, способствовало быстрому распространению использования нефти. В результате этого решения сырая нефть стала стратегическим продуктом, а не коммерческим продуктом на рынках.Это повлияло на ход Первой и Второй мировых войн (Ергин, 2012). Потребность человечества в энергии резко возросла, и, согласно Соренсену, в 1990 году скорость преобразования энергии на душу населения была в 13 раз выше удельной потребности в энергии ранней цивилизации (Соренсен, 2004). Наблюдается неуклонный рост энергопотребления, так как ключевые факторы, влияющие на него, находятся в этом направлении: рост населения Земли и уровня жизни. Согласно прогнозам, к 2040 году спрос на энергию вырастет в абсолютном выражении, хотя темпы роста в процентном отношении замедлятся (BP, 2018; ExxonMobil, 2017; U.S. Управление энергетической информации, 2017a, b). Если использование ископаемого топлива будет расти, выбросы парниковых газов не сократятся так, как хотелось бы; таким образом, глобальное изменение климата представляет собой одну из величайших угроз безопасности для мира как в экологическом, социальном, так и в экономическом плане. Понятно, что использование энергоресурсов сегодня поднимает несколько вопросов, одним из наиболее важных из которых является проблема энергетической безопасности, поскольку эффект, возникающий в виде проблемы с электроснабжением, сразу заметен, и он жизненно важен для экономики страна. Другая — это проблема защиты окружающей среды, потому что использование энергетических ресурсов приводит к разным уровням нагрузки на окружающую среду, а парниковые газы, вызывающие глобальное потепление, попадают в атмосферу, которые ответственны за изменение климата. Глобальные последствия выбросов обычно носят долгосрочный характер, поэтому энергетическая безопасность и защита окружающей среды требуют других измерений во времени, даже если энергетическая безопасность, конечно, имеет долгосрочные аспекты. В настоящее время преобладает использование ископаемого топлива, но срочно необходимо использование альтернативных источников для сокращения выбросов парниковых газов.«Возобновляемая энергия — единственный доступный сегодня вид энергии, который удовлетворяет постоянно насущную потребность в устойчивом развитии» (Dinica, 2006).

В последние годы Европейский Союз (ЕС) поддерживал производство инновационных видов топлива для замены ископаемых видов топлива, тем самым внося свой вклад в выполнение европейской стратегии (2020). Одна из целей этой стратегии состоит в том, чтобы к 2020 году доля использования возобновляемых источников энергии на транспорте составила 10% (European Court of Auditors, 2016). Для достижения этой цели необходимо значительное использование биотоплива, поскольку большая часть энергии, используемой на транспорте, поступает за счет топлива, а в 2015 году доля возобновляемых источников энергии в транспорте не достигла 7% (Eurostat, 2017a).В настоящее время два материала играют важную роль в использовании биотоплива в ЕС: биодизель составляет 80% потребления, а биоэтанол — 19% (Eurostat, 2017b). Использование этих ресурсов имеет важное значение для достижения устойчивости и конкурентоспособности, поскольку мы знаем, что затраты на энергию являются критическими факторами (Bozsik, 2018).

7.1.1 Определение и классификация биотоплива

Биотопливо — это жидкое или газообразное возобновляемое топливо, производимое из биомассы (European Court of Auditors, 2016).Биотопливо можно разделить на биотопливо первого, второго и третьего поколения в зависимости от исходного сырья и технологии производства (Demirbas, 2011). Классификация биотоплива представлена ​​в первой таблице (Таблица 7.1). На уровне фундаментальных исследований уже появилось четвертое поколение биотоплива, использующее эффективный путь производства биотоплива на основе солнечной энергии с участием водорослей и цианобактерий (Hays and Ducat, 2015; Scaife et al., 2015).

Таблица 7.1. Классификация биотоплива по технологиям их производства.

биотопливо
Биотопливо Сырье для биомассы Производственный процесс
Биотопливо первого поколения Биобутанол Сахарные посевы Ферментация и осахаривание
Биоэтанол Сахар и зерновые Ферментация
Биоэтанол Лигноцеллюлозные материалы Усовершенствованный ферментативный гидролиз, ферментация
Биометанол биотопливо биотоплива биометанола второго поколения каталитический крекинг
Диметиловый эфир Лигноцеллюлозные материалы Газификация, синтез и каталитический крекинг
Дизель Фишертропша Лигноцеллюлозное сырье terials Газификация, синтез и каталитический крекинг
Биогаз Лигноцеллюлозные материалы Синтез и анаэробное сбраживание
Биогидроген Лигноцеллюлозный синтез Лигноцеллюлозные материалы Синтез Растительное масло, биодизель Водоросли Переэтерификация

Собственное редактирование, на основе Luque, R. , Эрреро-Давила, Л., Кампело, Дж. М., Кларк, Дж. Х., Идальго, Дж. М., Луна, Д. и др., 2008. Биотопливо: технологическая перспектива. Energy Environ. Sci. 1 (5), 542. https://doi.org/10.1039/b807094f и Алам Ф., Мобин С., Чоудхури Х., 2015. Биотопливо третьего поколения из водорослей. Процедуры Eng. 105, 763–768. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.05.068.

Основы биотоплива | NREL

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

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

Этанол

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

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

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

Биодизель

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

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


Дополнительные ресурсы

Для получения дополнительной информации о биотопливе посетите следующие ресурсы:

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

Основы биотоплива
Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США

Биотопливо — Формы — Студенческая энергия

Биотопливо — это горючее топливо, созданное из биомассы 1 ; Другими словами, топливо создано из недавно живого растительного вещества, а не из древнего растительного вещества в углеводородах.Термин «биотопливо» обычно используется для обозначения жидких видов топлива, таких как этанол и биодизель, которые используются в качестве замены транспортных топлив, таких как нефть, дизельное топливо и реактивное топливо 1 . Биотопливо может также включать твердое топливо, такое как древесные гранулы и биогаз или синтез-газ, однако в этом резюме мы сосредоточимся на жидком топливе.

Существует два основных типа биотоплива — этанол и биодизель 1 . Самый простой способ отличить эти два понятия — помнить, что этанол — это спирт, а биодизель — это масло.Этанол — это спирт, образующийся в результате ферментации, и его можно использовать в качестве замены или добавки к бензину, тогда как биодизельное топливо получают путем извлечения природных масел из растений и семян в процессе, называемом переэтерификацией. Биодизель можно сжигать в дизельных двигателях.

Биотопливо сгруппировано по категориям — первое поколение, второе поколение и третье поколение — в зависимости от типа сырья (исходный материал), используемого для его производства.

  • Биотопливо первого поколения производится из пищевых культур.Для этанола сырье включает сахарный тростник, кукурузу, кукурузу и т. Д. Для биодизеля исходным сырьем являются натуральные растительные масла, такие как соевые бобы и канола 2 .
  • Биотопливо второго поколения производится из целлюлозного материала, такого как древесина, травы и несъедобные части растений. Этот материал сложнее разложить при ферментации, поэтому перед переработкой его необходимо предварительно обработать. 2 .
  • Биотопливо третьего поколения производится с использованием липидов из водорослей.

Кроме того, термин «современное биотопливо» используется для описания относительно новой технологической области производства биотоплива, в которой для производства жидкого топлива используются такие отходы, как мусор, животные жиры и отработанное масло для жарки.

Биотопливо не так энергоемко, как обычное транспортное топливо. 1 галлон биодизеля содержит 93% энергии 1 галлона дизельного топлива, а 1 галлон этанола (E85) имеет 73% энергии 1 галлона бензина 3 .

Различные типы и преимущества биотоплива

Биотопливо — это любой вид топлива, получаемый непосредственно из растений или животных, также известный как биомасса, и производящий биоэнергию.Слово «био» используется для описания органической природы этого источника топлива, поскольку оно не производится геологическими процессами, такими как ископаемое топливо (нефть и уголь).

Благодаря этому, это возобновляемый источник энергии, предпочтительный из-за простоты его извлечения и возможности его возобновления. Биотопливо получают из растений, поскольку они сами производят пищу в процессе фотосинтеза. Некоторые из лучших растений, используемых для добычи биотоплива, включают кукурузу, сою, подсолнечник, сорго и пшеницу. Такие животные, как травоядные, такие как домашний скот, являются основными потребителями, и поэтому биотопливо получают из их отходов — в основном растительного материала.

Источник: United Soybean Board

Биотопливо имеет различные преимущества, а также может быть получено косвенно из коммерческих, сельскохозяйственных, промышленных и бытовых отходов. Топливо имеет некоторое сходство с ископаемым топливом в том, что оно может существовать в трех состояниях; твердое, жидкое и газообразное. Эта статья пытается раскрыть различные типы биотоплива и их соответствующие преимущества .

Различные типы биотоплива

1. Дерево

Это основная форма топлива, получаемого из органических веществ.Деревья, а также растения обеспечивают сжигание биомассы в качестве топлива в виде дров, опилок, щепы, древесного угля и пеллет. Следовательно, древесина является одним из наиболее распространенных видов топлива, используемых во всех уголках земного шара. Люди часто собирают эти разные формы древесины, чтобы обогревать свои дома, готовить еду и приводить в действие небольшие электроприборы на уровне дома.

2. Биогаз

Это газообразная форма биотоплива. Он горит так же, как природный газ, и по этой причине медленно, но неуклонно занимает его место.Биогаз в основном состоит из газообразного метана, который образуется в процессе анаэробного разложения биомассы. Большинство сельскохозяйственных фирм используют биогаз, и в настоящее время топливо расфасовывается в газовые баллоны для домашнего использования.

Топливо добывается из смеси животных и растений, потому что каждое из них содержит определенный элемент. Например, растения содержат значительное количество углерода и водорода, тогда как животные содержат азот. Эти элементы необходимы для получения биогаза.

3. Биодизель

Это биотопливо жидкое по своей природе. В основном он ориентирован на растения с высоким содержанием энергии для получения чистого биодизеля. Он сделан из комбинации жиров и масел животных и растений соответственно. Алкоголь — еще один ингредиент, из которого производится биодизельное топливо. Кроме того, в качестве добавки используются жиры растений и животных.

Семена подсолнечника — хороший источник этих масел. Необходимы несколько химических процессов, таких как переэтерификация, которая включает сложные эфиры и спирты, такие как метанол и этанол, в производстве биодизельного топлива.

4. Этанол

Это биотопливо также является жидким по природе и производится из биомассы как растений, так и животных, но в основном растений. Как следует из названия, это алкоголь. Он производится в процессе ферментации биомассы с высоким содержанием углерода, в основном сахаров и целлюлозы. Сахарный тростник является одним из предпочтительных растений.

Благодаря своей чистой природе, его используют вместе с другими видами топлива для снижения выбросов углерода. Его также можно использовать как топливо для транспортных средств.В Бразилии, крупной стране-производителе сахарного тростника, его использование было успешным, поскольку автомобили работали на 100% этаноле.

5. Метанол

Метанол — это также спирт, подобный этанолу, используемый в качестве чистого топлива для двигателей транспортных средств, особенно гоночных автомобилей в различных частях мира. Метанол удивительно похож на метан по химическому составу, с той лишь разницей, что метан является газообразным, а метанол — жидким. Биомасса превращается в метанол посредством газификации, которая осуществляется при чрезвычайно высоких температурах и в присутствии катализатора.

6. Бутанол

Это еще один спирт, который используется в качестве биотоплива. Образующийся в процессе ферментации бутанол представляет собой жидкость, которая имеет более высокую энергию на единицу содержания, чем этанол и метанол. Кроме того, его химическая структура и эффективность аналогичны бензину, но проблема в том, что его очень сложно производить.

Его получают из растений, особенно из зерен с высоким содержанием энергии, таких как пшеница и сорго. Благодаря высокому содержанию энергии и более длинной водородной цепи, его можно впрыскивать непосредственно в бензиновые двигатели без каких-либо модификаций.

Различные преимущества биотоплива

1. Это возобновляемые источники энергии

Во всем мире существует высокий спрос на энергию. Тем не менее, большинство источников энергии являются невозобновляемыми, способствуют парниковому эффекту или могут привести к серьезным экологическим катастрофам, как в случае с ядерной энергией. С другой стороны, биотопливо извлекается из отходов растений и животных, которые являются чистыми и экологически безопасными источниками топлива.

2. Суверенитет

Любая страна может начать производство биотоплива, не мешая источникам энергии других стран, в отличие от ископаемого топлива, месторождения которого находятся не во всех странах.Страны, располагающие месторождениями ископаемого топлива, всегда пользовались своими ресурсами, влияя на мировые цены на топливо и продукты на основе нефти или определяя их. Если страна может производить собственное биотопливо, она может легко устанавливать свои собственные цены на продукты без особых глобальных или региональных ограничений.

3. Обеспечение устойчивой экономики

Биотопливо Возобновляемая природа привела к тому, что государства во всем мире приняли ее и поощряли сокращение использования ископаемого топлива. Вместо того, чтобы импортировать ископаемое топливо из стран Ближнего Востока по высокой цене, правительства могут уменьшить эту зависимость и вместо этого поддерживать заводы по производству биотоплива, которые в долгосрочной перспективе будут дешевле.

Производство биотоплива на местном уровне снизит зависимость и, таким образом, повысит энергетическую безопасность и экономическую стабильность. Меньше импорта означает больше экспорта и, следовательно, лучшая самостоятельность.

4. Низкие затраты

Большинство видов биотоплива легко производить и они дешевле ископаемого топлива. Таким образом, их использование может облегчить жизнь простым гражданам и помочь в повышении уровня жизни людей за счет снижения стремительно растущей стоимости жизни во всем мире из-за зависимости от ископаемого топлива.

5.Чистое топливо

Ископаемое топливо производит много углерода, что приводит к значительному загрязнению воздуха. Этот углерод также соединяется с другими парниковыми газами, такими как метан, и в конечном итоге создает неблагоприятные климатические условия. Биотопливо, напротив, не выделяет такое количество углерода в атмосферу, потому что это чистое топливо.

6. Выработка меньше дыма

Автомобили и предприятия, использующие ископаемые виды топлива, такие как нефть и дизельное топливо, обычно выделяют много дыма в атмосферу.Поскольку в химическом составе биодизеля есть атом кислорода, он лучше горит и производит меньше углеродных отложений. В результате биодизели выделяют меньше дыма и более безопасны для окружающей среды.

7. Они помогают снизить монополию

Ископаемые виды топлива по-прежнему более предпочтительны, чем биотопливо, вероятно, из-за их широкого использования. С годами это создало монополию, которая ведет к инфляции цен и постоянному росту стоимости жизни. Поскольку биотопливо равнозначно заменяет ископаемое топливо, его можно использовать для снижения монополии, вызванной ископаемым топливом.

Биогаз, например, можно использовать так же, как и природный газ. Следовательно, когда цены на природный газ повышаются, у людей появляется возможность перейти на биогаз. А когда цены на ископаемое дизельное топливо повышаются, автомобилисты могут выбрать этанол или бутанол, которые являются лучшими альтернативами.

8. Пониженная токсичность в атмосфере

Оба вида топлива, ископаемое топливо и биотопливо, производят углерод как конечный продукт сгорания. Тем не менее, уголь не имеет такого же эффекта. Ископаемые виды топлива выделяют в атмосферу токсичный диоксид углерода, особенно в присутствии водяного пара и метана.С другой стороны, углерод, выделяемый биотопливом, встречается в природе и используется растениями для фотосинтеза, выступая в качестве источника энергии для растений.

9. Они — источник работы для местных жителей

Большинство биозаводов построено на местном уровне, и для этого требуется человеческий капитал, например, инженеры-строители, фермеры, менеджеры проектов, дистрибьюторы топлива и логистики. Это помогает создавать новые рабочие места для местных жителей.

10.Они не производят серу

Некоторые ископаемые виды топлива, такие как уголь, выделяют серу при горении и способствуют образованию кислотных дождей с высокой концентрацией серы. И наоборот, биотопливо не содержит серы.

11. Развитие сельского хозяйства

Увеличение спроса на производство биотоплива приведет к увеличению выращивания подходящих культур. Зерновые культуры с высоким содержанием углерода и целлюлозы можно высаживать в больших масштабах, а после сбора съедобных продуктов остальные части растений, такие как корм, можно использовать для производства биотоплива.

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

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

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

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

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

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

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

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

Разбейте его! Как ученые получают топливо из растений · Границы для молодых умов

Аннотация

Когда вы утром едете в школу на автобусе, ваша поездка, вероятно, осуществляется на дизельном топливе или бензине, которые производятся из нефти.Нефть — это ископаемое топливо , что означает, что она производится из разложившихся, окаменелых организмов, таких как древние растения, планктон и водоросли, которые были погребены под поверхностью Земли на протяжении миллионов лет.

Ископаемые виды топлива, такие как нефть, природный газ и уголь, добываются из недр земли и используются для привода автомобилей, обогрева зданий и выработки электроэнергии. Нефть также можно использовать для производства химикатов на нефтяной основе (нефтехимии), которые встречаются во многих повседневных вещах, например, в подошвах вашей обуви или пластиковом покрытии сиденья школьного автобуса.

Ископаемые виды топлива хороши тем, что они очень энергоемкие, т. Е. Содержат много энергии на единицу объема. Это означает, что ископаемые виды топлива очень хороши для питания автомобилей и выработки тепла. Не очень хорошо в ископаемом топливе то, что на Земле их ограниченное количество. Поскольку ископаемое топливо формируется в течение миллионов лет, мы в конечном итоге израсходуем его, прежде чем будет произведено больше. Кроме того, при сжигании ископаемого топлива или нефтехимии выделяется углекислый газ (CO 2 ).CO 2 известен как парниковый газ, потому что он может задерживать солнечные лучи в атмосфере Земли, действуя так же, как стеклянная крыша теплицы. Сжигание ископаемого топлива увеличивает концентрацию CO 2 в атмосфере, и это может привести к климатическим нарушениям, включая глобальное потепление (1).

Из-за этих проблем ученые и инженеры усердно работают над поиском новых видов топлива и химикатов, которые не добавляют CO 2 в атмосферу, и которые могут быть возобновлены, когда запасы кончатся.Топливо и химикаты, отвечающие этим требованиям, обозначаются как «, устойчивое ». С экологической точки зрения материал является устойчивым, если его можно использовать в течение длительного времени, без истощения и без общего негативного воздействия на окружающую среду.

Биотопливо — это один из видов топлива, многообещающий для нашего энергетического будущего, поскольку он является возобновляемым и экологически чистым. Другими словами, биотопливо устойчиво.

Биотопливо обычно производится из растительных материалов, которые не могут быть употреблены в пищу людьми, таких как стебли кукурузы, травы и древесная щепа. Биомасса — это другое название растительного сырья, которое используется для производства биотоплива. Когда биомасса собирается и обрабатывается, ученые могут расщеплять и преобразовывать растительные клетки в возобновляемое топливо или химические вещества. Итак, вместо того, чтобы ждать миллион лет, пока природа превратит растения в ископаемое топливо, ученые пытаются ускорить этот процесс, используя хитроумную химию для производства биотоплива из растений, которые сегодня живы.

А теперь подожди секунду. Если при сжигании ископаемого топлива, которое состоит из древнего органического вещества, в атмосферу выбрасывается CO 2 … не создает ли сжигание биотоплива ту же проблему? К счастью, ответ отрицательный.При сжигании биотоплива действительно выделяется CO 2 , но помните, что растения, используемые в биотопливе, не древние — они жили на Земле в то же время, что и мы с вами. И хотя мы, люди, дышим кислородом, чтобы остаться в живых, растения вместо этого дышат CO 2 . Это означает, что, поскольку растения, используемые для производства биотоплива, потребляют CO 2 в процессе роста, общего увеличения количества CO 2 в атмосфере при их сжигании не происходит. Они только заменяют то, что взяли.Кроме того, в отличие от нефти, мы всегда можем вырастить новые растения для производства биотоплива, когда они нам понадобятся.

Итак, если биотопливо является устойчивым и экологически чистым, то оно должно быть идеальным решением наших энергетических проблем, верно? К сожалению, процессы, которые ученые используют для превращения биомассы в биотопливо, могут быть очень дорогими. Дорогостоящие химические реакции означают дорогостоящее биотопливо и биопродукты, и большинство потребителей предпочтут обычный бензин или пластик более дорогим «зеленым» продуктам.Кроме того, для некоторых реакций с биотопливом требуются агрессивные химические вещества, которые могут создавать собственные экологические проблемы, оставляя нас прямо там, где мы начали с точки зрения устойчивости (2).

Чтобы увидеть, как растения превращаются в полезное топливо и химические вещества, мы должны сначала понять, из чего они сделаны. Стенки растительных клеток отвечают почти за весь вес растения и состоят из трех сложных молекул, называемых целлюлозой, гемицеллюлозой и лигнином (рис. 1).

  • Рис. 1. На этом рисунке показана основная структура тканей растения, начиная с уровня листа (вверху: «несъедобные растения») и увеличивая масштаб до клеточного уровня (слева: «клетка растения»).
  • Как видите, на клеточном уровне длинные молекулы целлюлозы (показаны синим) плотно упакованы в пучки, окруженные гемицеллюлозой (оранжевый) и лигнин (зеленый). Эта плотно упакованная структура делает ткани растений прочными и долговечными.

Первые две молекулы, целлюлоза и гемицеллюлоза, разрываются на простые сахарные строительные блоки, связанные вместе в компактную структуру, поддерживаемую третьей молекулой — лигнином (рис. 1). Все три сложные молекулы в растениях должны быть разделены на части, чтобы получить доступ к строительным блокам сахара внутри, которые затем можно превратить в биотопливо.

Один из способов добиться такого разложения биомассы — использовать много агрессивных химикатов для разрушения тканей растений. Однако эти химические вещества могут быть дорогими — даже токсичными (2). В идеале мы хотели бы упростить разрушение растений, чтобы нам не нужно было так сильно полагаться на эти химические вещества.

Одно из возможных решений — использовать растворитель — жидкость с химическими свойствами, позволяющими растворять другие материалы… например, растения. Большинство из нас используют растворители каждый день, даже если мы не подозреваем об этом.Например, вы используете воду в качестве растворителя каждый раз, когда моете руки или готовите горячий шоколад быстрого приготовления.

Иногда с работой можно справиться только с помощью растворителя определенного типа. Например, вода может растворять какао-порошок для приготовления горячего шоколада, но не удаляет лак с ногтей — для этого вам понадобятся химические вещества, называемые ацетон или этилацетат.

К сожалению, до недавнего времени исследователи энергетики не могли найти растворитель, который был бы (а) дешев, (б) устойчив и (в) хорош для разрушения растений.Но теперь мы обнаружили очень интересный новый растворитель, названный γ- валеролактон ( GVL для краткости), который может сделать производство биотоплива намного дешевле и эффективнее (3). GVL — такой интересный растворитель, потому что он не только дешев — он возобновляемый, потому что он сделан из самой биомассы.

Мы обнаружили, что можем использовать GVL для извлечения более 70% исходных сахаров, захваченных в плотной структуре биомассы, для производства простых сахаров, которые намного легче превратить в топливо.Этот процесс проиллюстрирован на Рисунке 2, который показывает химическую реакцию, протекающую внутри реактора биотоплива. Биотопливные реакторы — это металлические сосуды, в которых проходят реакции обработки биотоплива. Они специально разработаны, чтобы выдерживать воздействие тепла, давления и химикатов.

  • Рисунок 2 — Иллюстрация производства сахара на заводах с использованием GVL в качестве растворителя.

Два основных свойства GVL делают его отличным растворителем для экстракции сахара:

(1) GVL дает кислотам большой импульс.

Для начала любой химической реакции участвующие в ней ингредиенты (реагенты) должны сначала собрать достаточно энергии. Наименьшее количество энергии, необходимое для запуска реакции, называется «энергией активации» (рис. 3). В обычных реакциях производства биотоплива много кислот смешивают с водой, чтобы помочь расщепить биомассу. Это может занять некоторое время, особенно для очень жестких или древесных растений, но добавление GVL в реакцию дает кислотам большой заряд энергии. Это ускорение помогает системе быстрее собирать свою энергию активации, поэтому реакция может протекать быстрее (4, 5) (Рисунок 3).

  • Рисунок 3 — Этот график иллюстрирует развитие химической реакции.
  • «Свободная энергия» — это причудливый способ обозначить энергию, имеющую отношение к химической реакции. «Ход реакции» представляет собой состояние, через которое реагенты должны пройти, чтобы превратиться в продукты.

Чтобы проиллюстрировать это явление, представьте, что две девушки, Джемма и Валери, собираются мчаться друг с другом на вершину крутого холма. Обычно оба бегуна должны стоять за линией старта, чтобы убедиться в честности гонки.Но в этой гонке Джемма действительно имеет большую фору: когда срабатывает зуммер, она начинает бежать на полпути вверх по крутому склону, а Валери должна начинать с самого низа. Как вы думаете, кто победит? Как вы уже догадались — Джемма поднимается на вершину холма раньше Валери. Подобно тому, как форсированный старт приближает Джемму к вершине холма по аналогии с гонкой, GVL приближает кислоту к точке реакции с биомассой, позволяя реакции протекать намного быстрее.

(2) GVL избавляет от лигнина.

Для растений лигнин действительно важен: он придает им форму и структуру и помогает им расти здоровыми и сильными. Но для ученых лигнин — всего лишь неприятность. Это прочная и стойкая молекула, которую очень трудно разрушить, и она мешает получению простых сахаров из молекул целлюлозы и гемицеллюлозы. Однажды ученые надеются, что сумеют расщепить лигнин и получить полезные вещества, но пока они просто не хотят, чтобы он мешал. GVL обладает необычной способностью растворять лигнин и препятствовать тому, чтобы он блокировал главный приз: богатые энергией строительные блоки сахара.

Пожалуй, самое лучшее в этом GVL то, что он может быть переработан. В конце реакции биотоплива жидкий CO 2 может быть добавлен в реактор для разделения каждого реагента на отдельный слой (рис. 2). Представьте себе бутылку с необычной заправкой для салата: масло и уксус, вместо того чтобы смешиваться друг с другом, остаются полностью разделенными, пока бутылку не встряхивают. Точно так же, когда CO 2 добавляется в реактор для биотоплива, GVL и раствор сахара становятся точно такими же, как эта заправка для салата.Все сахара переходят в один слой и концентрируются (см. Рис. 2), в то время как GVL образует отдельный слой. Затем GVL можно легко удалить и использовать снова, в то время как раствор сахара, который получают ученые, примерно в пять раз более концентрированный, чем он был бы без GVL. Эта повышенная концентрация очень важна, потому что это означает, что вам нужно тратить меньше энергии на очистку конечного продукта, что делает весь процесс более эффективным и менее расточительным.

После удаления GVL остается концентрированный и очень полезный сахарный раствор.У ученых есть два варианта использования этого энергоемкого раствора:

  • Они могут модернизировать сахара посредством дальнейших химических реакций до других полезных молекул, которые сегодня используются для производства многих продуктов, полученных из нефтехимии. Это означает, что GVL можно использовать для производства экологически чистых альтернатив пластмассам, мылу, краскам и многим другим распространенным материалам.
  • Они могут «кормить» сахаром микроорганизмы, такие как дрожжи или бактерии, которые затем метаболизируют его и производят топливо.Одним из примеров является биотопливный этанол: он может приводить в действие легковые и грузовые автомобили и другие машины почти так же эффективно, как бензин. У некоторых микроорганизмов особенно хороший аппетит к сахару, произведенному с использованием GVL, потому что они не содержат агрессивных химикатов, которые часто используются в других реакциях биотоплива. Тот факт, что микроорганизмы могут не только выживать, но и процветать на сахарах, обработанных GVL, означает, что GVL подходит для использования в других биологических реакциях, а не только в химических. В этой работе микроорганизмы использовались для получения этанола такой высокой концентрации, что очистка этанола до пригодного для использования топлива не стоила очень дорого.

По всем этим причинам использование GVL дает ученым надежду на создание биотоплива и химикатов, которые могут конкурировать с нефтепродуктами на рынке. На протяжении веков люди изобретали новые технологии и развивали промышленность с поразительной скоростью — иногда с серьезной ценой для окружающей среды. Процесс производства биотоплива, отвечающий всем требованиям доступности, возобновляемости и устойчивости, может принести пользу как людям, так и Земле.С открытием роли GVL в переработке биотоплива мы считаем, что на один шаг ближе к устойчивому будущему.

Глоссарий

Биотопливо : Определенные типы растительных веществ (см. Биомассу) можно перерабатывать в жидкое или газообразное топливо, называемое биотопливом. Некоторые виды биотоплива могут быть возобновляемыми альтернативами ископаемым видам топлива, например бензину.

Биомасса : Биомасса — это общий термин, относящийся к любому органическому (углеродсодержащему) материалу, который происходит из живого вещества, например растений.Биомасса растений состоит из трех основных молекул: целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Типы биомассы, используемые для производства биотоплива, включают растения и растительные отходы, такие как травы, стебли кукурузы и древесная щепа.

Ископаемое топливо : Ископаемое топливо образуется под землей в течение миллионов лет и состоит из органического вещества тканей древних растений и животных. Ископаемое топливо включает уголь, природный газ и нефть. Нефть может быть переработана в другие виды топлива, такие как дизельное топливо и бензин.

Глобальное потепление : Когда слишком много углекислого газа (CO 2 ) попадает в атмосферу, он может задерживать солнечные лучи внутри атмосферы. Это явление называется парниковым эффектом, и оно может привести к общему повышению глобальной температуры, называемому глобальным потеплением.

GVL : GVL — это сокращение от γ- валеролактона . Это химическое вещество, которое можно легко получить из растений. В нашем эксперименте мы использовали ГВЛ в качестве растворителя для растворения растений.В прошлом GVL использовался в парфюмерной промышленности, потому что он имеет сладкий травяной запах. GVL также использовался в фармацевтических продуктах.

Реакция : Химическая реакция происходит, когда атомы в веществе перегруппировываются, что приводит к химическому изменению вещества. Химическая реакция может начаться только после того, как она накопит достаточно энергии. Это минимальное количество энергии, необходимое для начала реакции, называется энергией активации.

Растворитель : В химии растворитель — это жидкость или газ, способный растворять другое вещество, называемое растворенным веществом.Когда вы добавляете растворитель в растворенное вещество, вы получаете раствор.

Устойчивый : С экологической точки зрения материал является экологически безопасным, если его можно использовать в течение длительного времени, без истощения или общего негативного воздействия на окружающую среду. Например, возобновляемая энергия является устойчивой, потому что мы можем производить ее больше, не нанося значительного ущерба окружающей среде. В более широком масштабе экологическая система является устойчивой, если она может выжить в течение долгого времени при здоровом уровне биоразнообразия, продуктивности и ресурсов.


Первоисточник Статья

Luterbacher, J. S., Rand, J. M., Alonso, D. M., Han, J., Youngquist, J. T., Maravelias, C. T., et al. 2014. Производство неферментативного сахара из биомассы с использованием γ-валеролактона, полученного из биомассы. Наука 343: 277–280. DOI: 10.1126 / science.1246748


Список литературы

[1] Tester, J. W. 2005. Sustainable Energy. Кембридж, Массачусетс: MIT Press.

[2] Luterbacher, J.С., Мартин Алонсо, Д., Думесик, Дж. А. 2014. Целевое химическое обновление лигноцеллюлозной биомассы до платформенных молекул. Green Chem. 16: 4816–38. DOI: 10.1039 / C4GC01160K

[3] Luterbacher, J. S., Rand, J. M., Alonso, D. M., Han, J., Youngquist, J. T., Maravelias, C. T., et al. 2014. Производство неферментативного сахара из биомассы с использованием γ-валеролактона, полученного из биомассы. Наука 343: 277–80. DOI: 10.1126 / science.1246748

[4] Mellmer, M. A., Сенер, К., Галло, Дж. М. Р., Лутербахер, Дж. С., Алонсо, Д. М., Дюмесик, Дж. А. 2014. Эффекты растворителя в реакциях конверсии биомассы, катализируемых кислотой. Angew Chem. Int. Эд. 53: 11872–5. DOI: 10.1002 / anie.201408359

[5] Меллмер, М. А., Алонсо, Д. М., Лутербахер, Дж. С., Галло, Дж. М. Р., Дюмесик, Дж. А. 2014. Влияние γ-валеролактона на гидролиз лигноцеллюлозной биомассы до моносахаридов. Green Chem. 16: 4659–62. DOI: 10.1039 / C4GC01768D

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.