Углеводородные ресурсы Земли исчерпаемы, это ясно всем. То, что они закончатся ещё не скоро, не снимает ответственности с учёных, которые осознают необходимость поиска новых решений. Современное альтернативное топливо изготавливается из отходов переработки сырья животного и растительного происхождения, из сельскохозяйственных культур, из морских водорослей. Проектов новых видов биотоплива довольно много, они находятся в разной степени готовности. Некоторые из них весьма неоднозначны и спорны, особенно с точки зрения экологии. Сегодня мы расскажем читателям «ЛГ» о самых интересных разработках в этой области.
Вначале были дрова и уголь
Самым первым видом биотоплива были обыкновенные дрова, вернее, сухие палки и сучья, обычный хворост, которые первобытные люди, научившиеся разводить и поддерживать огонь, использовали, чтобы согреть жилища и приготовить пищу.
Чуть позже древние люди открыли для себя древесный уголь. Древесный уголь - это нелетучая часть продуктов термического распада древесины. Исторически древесный уголь – один из самых первых видов топлива (и безусловно – био), целенаправленно изготавливавшихся людьми. Особенность древесного угля, несвойственная никакому другому топливу, это отсутствие в продуктах горения угарного газа. Поэтому древесный уголь начали вначале собирать на пожарищах, а потом и самостоятельно приготавливать и запасать ещё пещерные люди. Примитивные способы приготовления угля, состоящие в разогреве по-особому сложенных дров, накрытых дёрном, за счёт сжигания части дров в разных вариантах просуществовали до конца XIX века. Это не самая эффективная технология. Но так изготавливают древесный уголь до сих пор в странах Африки и Латинской Америки. Европейцы эту кустарную технологию модернизировали путём замены дёрна на металл или кирпич. Простейшие аппараты для приготовления древесного угля доступны и в нашей стране. Общие их недостатки – выброс ядовитых паров и газов в окружающую среду, низкий выход товарного продукта и неэффективное использование объёма аппарата.
Современное высокотехнологичное углевыжигательное оборудование исключает загрязнение окружающей среды. Современные технологии позволяют получать уголь с разной степенью прокалки – более богатый летучими веществами для быта и более прокалённый для промышленности. Прочность угля зависит не только от технологии изготовления, но и от породы. Из твердолиственных пород древесины уголь получается более прочный, чем из других. Существуют особые виды угля. Из очень плотного «каменного» дуба изготавливают т.н. белый уголь, особо ценимый в Восточной Азии. Сравнительно недавно освоено производство угля из экструдерных опилочных брикетов. В Азии и Южной Европе его предпочитают обычному углю.
К первому поколению современных технологий по производству биотоплива относится и переработка сельскохозяйственных культур, содержащих большое количество крахмала, сахаров (перерабатываются на этанол) и жиров (они отлично подходят для переработки в биодизель).
Во втором поколении биотопливных технологий начали использовать травы, древесину и остатки культивируемых растений.
Ещё одно направление – производство биотоплива из переработанных морских водорослей. Главные достоинства – это отсутствие необходимости в земельных ресурсах, большая скорость изготовления и высокая концентрация биомассы.
Выделяют три вида биологического топлива: жидкое, газообразное и твёрдое. Первый – это спирты, биомазут, биодизель, эфиры. Второй – газовые смеси с водородом, метаном, угарным газом, которые образуются при термическом разложении. Третий – это отходы деревообработки и дрова.
В основе технологии производства топливных гранул, как и топливных брикетов, лежит процесс прессования измельчённых отходов древесины, соломы, лузги и т.д.
Сырьё поступает в дробилку, где измельчается до состояния муки. Полученная масса поступает в сушилку, из неё – в пресс-гранулятор, где древесную муку прессуют в гранулы. Сжатие во время прессовки повышает температуру материала, лигнин, содержащийся в древесине, размягчается и склеивает частицы в плотные цилиндрики.
На производство одной тонны гранул уходит от 3 до 5 кубометров древесных отходов. Готовые гранулы охлаждают, пакуют в большие по нескольку тонн мешки или мелкую упаковку. Различают промышленные (доставляются насыпью без упаковки или в огромных мешках – биг-бэгах) и потребительские гранулы (в мелкой расфасовке, ориентированные на частных и небольших промышленных потребителей).
По заветам предков
Сухая перегонка или пиролиз (разложение при нагревании до 450 градусов без доступа воздуха) древесины – один из первых процессов химической технологии. Начиная с XII века её широко использовали на Руси для выработки сосновой смолы для просмолки деревянных судов и пропитки канатов; этот промысел носил название смолокурение. С развитием металлургии возник другой промысел, также основанный на сухой перегонке древесины, – углежжение с получением древесного угля. Начало промышленного применения пиролиза древесины относится к XIX веку; сырьём являлась только древесина лиственных пород, главным продуктом – уксусная кислота.
Для изготовления древесного угля в настоящее время обычно применяют древесину лиственных пород (например, берёзы), реже (главным образом при комплексной переработке сырья) – древесину хвойных пород.
Горючее из птичьего помёта
Биогаз образуется с помощью бактерий в процессе разложения органического материала при анаэробных (без доступа воздуха) условиях и представляет собой смесь метана и других газов. Теплотворная способность одного кубометра биогаза эквивалентна сгоранию 0,6–0,8 литра бензина, 1,3–1,7 кг дров или использованию 5–7 кВт электроэнергии.
Технология производства биогаза проста. Биомасса (птичий помёт, бытовые отходы или зелёная масса) периодически подаётся с помощью насосной станции или загрузчика в реактор. Реактор представляет собой подогреваемый и утеплённый резервуар, оборудованный миксерами. В реакторе живут полезные бактерии, питающиеся биомассой, которые и выделяют биогаз. Для поддержания жизни бактерий требуется подача корма, подогрев до 35–38°С и периодическое перемешивание. Образующийся биогаз скапливается в хранилище (газгольдере), затем проходит систему очистки и подаётся к потребителям (котёл или электрогенератор). Реактор работает без доступа воздуха, герметичен и неопасен.
Дорогое удовольствие в малых дозах
В основе технологии получения биодизельного топлива лежит реакция переэтерификации любого растительного масла или животного жира в присутствии катализатора в метиловые эфиры жирных кислот. В качестве сырья используют масла рапса и ряда других культур. Себестоимость биодизельного топлива заведомо выше, чем аналогичных нефтепродуктов, но в регионах с тёплым климатом, обеспечивающим успешное выращивание масличных культур и не имеющих своего минерального сырья, такое производство может существовать и занимать ограниченный сектор рынка.
Быстрый пиролиз позволяет превратить биомассу в жидкость, которую легче и дешевле транспортировать, хранить и использовать. Из жидкости можно произвести автомобильное топливо или топливо для электростанций. Из биодизельных топлив второго поколения, продающихся на рынке, наиболее известны BioOil производства канадской компании Dynamotive и SunDiesel германской компании CHOREN Industries GmbH. Однако пока эти проекты оказались финансово неустойчивыми.
Ряд специалистов считает, что смеси фирмы Dynamotive никак не могут рассматриваться как дизельное топливо. Их высокая кислотность и содержание тяжёлых смол приводят к быстрому разрушению двигателей. Фирма SunDiesel (Германия) предпринимает попытки изготавливать дизельное топливо из растительных материалов через синтез Фишера–Тропша. Технически это осуществимо, но экономически не может конкурировать с минеральными аналогами.
Большие биогонки
В последние несколько лет широко обсуждается тема использования морских водорослей для переработки в биотопливо для автомобилей, альтернативного тому, что мы привыкли заливать в бензобак.
Определённые виды водорослей имеют способность преобразовывать двуокись углерода в углеводы, масла и другие клеточные компоненты, используя процесс фотосинтеза. В отличие от сои или кукурузы, водоросли необычайно плодовиты; их можно выращивать где угодно, как в солёной, так и в пресной воде. Кроме того, такого понятия, как «сезон сбора урожая» просто нет – водоросли можно выращивать круглый год.
Неудивительно, что представители корпорации Ford посетили лабораторию биотоплива университета Уэйна (Wayne State University), которая занята выведением оптимальных сортов зелёных водорослей, используемых в качестве сырья для производства биодизеля. А сами исследователи Ford Motor Co. сейчас рассматривают несколько альтернативных видов топлива, таких как этиловый и бутиловый спирт.
По словам самих исследователей, конкретная производственная, технологическая и финансовая модель получения биотоплива ещё не создана.
Американские учёные исследуют особенности использования биодизельного топлива в автомобильных двигателях. Биодизель можно заливать в бак традиционного дизельного автомобиля, и мотор его «переварит». Машина поедет так же, как и на обычном дизеле. Однако недостатки у дизеля с приставкой «био» есть, и немалые: высокий уровень выбросов окиси азота и больший – на 20% – расход топлива. Повышенный выход оксида азота связан с тем, что в составе биодизельного топлива есть кислород, в то время как в традиционном дизтопливе – нет. Для преодоления вышеуказанных недостатков исследователи из университета Пардо (Purdue University) разработали систему контроля полного цикла работы двигателя. Главные элементы новой системы – механизм рециркуляции отработавших газов, который обеспечивает догорание выхлопа (аналог каталитического нейтрализатора в выхлопных системах бензиновых ДВС), а также умные электронные «мозги», способные регулировать работу мотора в зависимости от состава смеси, оборотов и других факторов. Новая система контроля позволила снизить выход оксидов азота до уровня традиционного дизеля, расход топлива также почти сравнялся, однако по этому показателю био всё ещё слегка отстаёт.
Концерн «Фольксваген» создал опытную модель автомобиля, которая совершит автопробег по британским просторам, заправляясь метаном, полученным из канализационных отходов.
Новейшую технологию получения биотоплива для автомобилей разработали учёные из знаменитой Аргонской национальной лаборатории в США.
Созданный в Лаборатории Endurance Bioenergy Reactor (Износостойкий Биоэнергетический Реактор) представляет собой простую, лёгкую в использовании портативную систему, в которой специальные биоинженерные бактерии поглощают различные отходы биологического происхождения для выработки топлива.
Эти фотосинтезирующие бактерии, которые были спроектированы учёными из Аргона под руководством биофизика Фила Лайбла, способны производить фитол (разновидность алкоголя) из различных источников, в том числе из древесной массы, оставшихся стеблей кукурузы, пищевых отходов и даже канализационных отходов. После выделения из ферментационного «бульона» фитол, по своим физическим и химическим свойствам похожий на дизельное топливо, считается «полностью готовым биотопливом», то есть его можно использовать непосредственно в дизельных двигателях и генераторах без дальнейшей обработки.
Биомассу или отходы загружают в специальный резервуар для брожения. Живущие там микроорганизмы начинают преобразование отходов в энергию. После окончания этого процесса бактерии подвергаются сублимационной сушке, упаковываются и сохраняются вместе с реакторным оборудованием для следующего цикла выработки энергии. Достаточно вскрыть пакет с бактериями и высыпать их в резервуар для брожения, и бактерии вновь готовы к работе.
Опытная модель реактора может вырабатывать топливо (до 50 галлонов в день) только в течение двух-четырёх дней.
Воздушные биоприключения
Пентагон последовательно готовится к полному переходу вооружённых сил США на альтернативное топливо. Необходимость поиска альтернативного топлива американские военные осознали давно. А в 2006 году группа учёных под руководством Майкла Хорничека получила задание Пентагона провести исследование возможных последствий нехватки нефти. В результате на стол тогдашнего министра обороны США Дональда Рамсфельда лёг доклад под названием «Война без нефти». В нём содержался непреложный вывод: американская армия должна как можно скорее соскочить с «нефтяной иглы». Только таким образом, подчёркивалось в документе, можно будет сохранить американское превосходство над другими странами.
Лидером по освоению перспективных альтернативных видов топлива являются военно-воздушные силы. И это неслучайно – на долю ВВС приходится 54 процента от общего объёма потребления топлива вооружёнными силами США. Ежегодно военно-воздушные силы «сжигают» в среднем 700 млн. баррелей топлива. Поэтому к 2016 году планируется перевести все самолёты и вертолёты военно-воздушных сил США на частичное использование биотоплива.
Первым новым типом топлива, получившим сертификат пригодности к эксплуатации в авиации, может стать горючее ACJ. Оно производится путём переработки этанола, который, в свою очередь, можно получать из сахарного тростника или кукурузы. Топливо ACJ получается относительно простым в производстве и, как следствие, достаточно дешёвым в сравнении с другими сортами. Однако уже на стадии разработки оно подверглось критике. Утверждается, что некоторые весьма технологические этапы производства ACJ почти полностью сводят на нет все экологические преимущества топлива.
Ещё одним видом внедряемого в ВВС США биотоплива является «алкогольное» ATJ (alcohol-to-jet). Оно вырабатывается из сахаров в древесине, бумаге, траве и другом растительном материале, содержащем много клетчатки. Полученные сахара ферментируются в алкоголь, который затем проходит через процедуру гидроочистки. Данное топливо может заменить используемое в настоящее время стандартное авиационное горючее.
Сейчас полностью завершились испытания летательных аппаратов, работающих на биотопливе, произведённом из угля и природного газа, а также из водорослей, грибов-рыжиков или масел животного и растительного происхождения. Это топливо носит общее название HRJ (Hydroprocessed Renewable Jet). В декабре 2011 года Министерство обороны США купило 450 тысяч галлонов (около 15 тысяч баррелей) этого биотоплива, потратив на него 12 млн. долларов.
Наиболее перспективным направлением развития биотоплива для ВВС сейчас считается создание комбинированных смесей из растительных и нефтяных компонентов. Иными словами, из какого-либо растения производится горючее-полуфабрикат, имеющее неплохие, но недостаточные для использования в авиации характеристики. Затем в него добавляется специальный комплекс присадок, изготовленный из нефтяного сырья. Присадки, естественно, могут немного испортить экологические параметры готовой смеси, однако значительно поднимут показатели экономичности.
В марте этого года фрегат ВМС США «Форд», заправленный 94,6 тысячи литров нового топлива, которое наполовину состояло из топлива HRD-76, полученного из водорослей, и наполовину – из нефтяного горючего F-76, вышел из порта базирования в городе Эверетт, штат Вашингтон. Он маневрировал до тех пор, пока его турбины полностью не «переварили» новое горючее.
В свою очередь, на базе ВМС Норфолк успешно прошли ходовые испытания экспериментального прибрежного катера сил специальных операций RCB-X. На нём было использовано композитное топливо, которое наполовину состояло из топлива F-76, а наполовину – из топлива HRD, производимого на основе водорослей альгае.
Возможность использования биотоплива на базе альгае проверялась на учениях ВМС «Римпак-2012», состоявшихся в июле прошлого года. Есть свои планы в переходе на альтернативные источники энергии и у армии (сухопутных сил) США. В частности, к 2025 году американские сухопутные войска планируют обеспечить за их счёт до четверти своей потребности в электричестве. Для нужд сухопутных сил создаётся гибридная версия армейского вездехода «хамви», способного работать как на обычном топливе, так и на электричестве.
Биодизель
- это метиловый эфир, получаемый в результате химической реакции из любых растительных масел и животных жиров. Биодизель химически является смесью метиловых (или этиловых) эфиров жирных кислот. Исходное сырье (жиры) химически являются глицериновыми эфирами жирных кислот.
Главное преимущество биодизеля – это то, что его производят из ресурсов, которые быстро восстанавливаются.
Биодизель подвергается практически полному биологическому распаду: в почве или в воде микроорганизмы за месяц перерабатывают 99% биодизеля. Этот продукт безопасен настолько, что даже обычная кухонная соль может быть признана более токсичной.
Биодизель-это главный прорыв в сфере альтернативных топлив. Он безопасен, эффективен и чист. Он прост в приготовлении и использовании, что не может быть в такой же мере сказано о других топливах, альтернативных или минеральных.
Биодизель-это удивительное открытие, которое может произвести коренные изменения в мыслях людей и сделать их менее зависимыми от тех топлив, которые вредны для окружающей среды, ограничены в количестве и дорого стоят, в отличие от биодизеля.
Биодизель, рапс
Особая привлекательность рапса состоит в том, что он как высокоэнергетическая культура служит наиболее перспективным сырьем для производства биологического горючего.
В России, на Украине, в Беларуссии и других странах СНГ благодаря особым природно-климатическим условиям, обеспечивается достатояно высокая урожайность этой культуры. Рапсовое масло является самым дешовым из растительных масел. Кроме рапса для производства можно использовать и другие маслосодержащие культуры - подсолнечник, кукурузу, и др., однако рапс технологически проще и экономически выгоднее. Сгорание 1 грамма биодизеля дает 9,5 тыс. каллорий. Это огромный энергетический потенциал.
Биодизельное топливо (биодизель, biodiesel) - относительно новый вид экологически чистого топлива. Производится биодизель, как правило, из растительного масла и поэтому является возобновляемым источником энергии. Биодизель может использоваться в обычных двигателях внутреннего сгорания без изменения их конструкции. Возможно применение биодизеля как самостоятельного вида топлива, так и в смеси с обычным (минеральным) дизельным топливом.
Биодизель (biodiesel) - это метиловый эфир, получаемый в результате химической реакции из любых растительных масел и животных жиров. Биодизель химически является смесью метиловых (или этиловых) эфиров жирных кислот. Исходное сырье (жиры) химически являются глицериновыми эфирами жирных кислот.
Биодизель представляет собой жидкость золотистого или темно-коричневого цвета в зависимости от исходного сырья. Он практически не смешивается с водой, так как обладает низкой плотностью, не превышающей 0,88 г/см3. Вязкость этого Технологии и оборудование по производству биодизельного топлива 8
альтернативного топлива практически идентична вязкости топлива, которое производится из нефтепродуктов.
Применяется на автотранспорте в чистом виде и в виде различных смесей с дизельным топливом. В США смесь дизельного топлива с биодизелем обозначается буквой B; цифра при букве означает процентное содержание биодизеля. В2 - 2 % биодизеля, 98 % дизельного топлива. В100 - 100 % биодизеля.
Применение смесей не требует внесения изменений в двигатель.
Технология производства биодизеля :
Первый этап - посадка и сбор рапса: обеспечение качественными семенами до... закупки рапса.
Второй этап - прием сырья: проводится тестирование сырья на содержание эруковой кислоты, примесей сорняков и влажности. От этого зависит стоимость сырья.
Следующий этап: Сырье (семена рапса) поступает в маслобойку, где масло отделяется от маслового шрота. Шнековые прессы Reinartz. Производительность от 40 до 1800 кг в час. Шрот используется в комбикормовой промышленности. Затем масло передается в этирификационную установку. Молекулы жира, входящие в состав рапсового масла, состоят из триглицеридов, соединений трехвалентного спирта глицерина с тремя жирными кислотами. Для получения метилового эфира к рапсовому маслу добавляется метанол (в соотношении 9:1), и небольшое количество щелочного катализатора. Процесс эритификации происходит в специальных колоннах. В результате химической реакции образуется метиловый эфир или биодизель, и как побочный продукт - глицерин. Глицерин доочищенный до 99,8% незаменим в косметологической и фармацептической отраслях. При его переработке получается сульфат кальция, который успешно применяется на полях в качестве удобрения. На отделенные жирные кислоты тоже есть спрос.
Используя правильную технологию и лучшие сорта рапса можно собрать до 2-4 тонн с одного гектара, а при переработке 2-3 тонн семян получить около 1 тонны биодизеля.
Полученный из рапса биодизель отличается хорошей воспламеняемостью, что обеспечивается более высоким цетановым числом, чем у обычного дизельного топлива ("нефтяного") 56.58 вместо 50.52.
При сгорании при сравнении с обычным дизельным горючим выделяется на 10% меньше двуокиси углерода и на 50% меньше сажи.
Мировым лидером по селекции рапса является Германия. Ее сорта занимают почти половину плошадей в странах Европейского содружества. Производство биодизеля в Германии увеличивается каждый год на 40-50%.
Главные экспортеры рапса - Европа, Канада и Австралия; импортеры - Китай, Мексика, Япония. Бангладеш, Пакистан и ряд других стран.
Химический процесс получения биодизеля
Для получения биодизеля используют любые виды растительных масел - подсолнечное, рапсовое, льняное и т.д. При этом биодизель полученный из разных масел имеет некоторые отличия. Так, например пальмовый биодизель имеет наибольшую калорийность, но и самую высокую температуру фильтруемости и застывания. Рапсовый биодизель несколько уступает пальмовому по калорийности, но лучше переносит холод, потому более всего подходит для европейских стран и России.
Химически биодизель - это метиловый эфир, являющийся продуктом реакции этерификации растительного масла при температуре около 50 °C в присутствии катализатора.
Сам процесс, в принципе, достаточно прост. Нужно уменьшить вязкость растительного масла, чего можно достичь различными способами. Любое растительное масло - это смесь триглицеридов, т. е. эфиров, соединенных с молекулой глицерина с- трехатомным спиртом (C3H8O3). Именно глицерин придает вязкость и плотность растительному маслу. Задача при приготовлении биодизеля- удалить глицерин, заместив его на спирт. Этот процесс называется трансэтерификацией.
Реакция в целом выглядит так,
CH2OC=OR1
CHOC=OR2 + 3 CH3OH → (CH2OH)2CH-OH + CH3COO-R1 + CH3COO-R2 + CH3OC=O-R3
CH2COOR3
Триглицериды+метанол→ глицерол+эфиры, МА «Навигатор» Технологии и оборудование по производству биодизельного топлива 10
Где R1, R2, R3: алкильные группы.
В результате применения метанола образуется метиловый эфир, в результате использования этанола- этиловый эфир.
Из одной тонны растительного масла и 111 кг спирта (в присутствии 12 кг катализатора) получается приблизительно 970 кг (1100 л) биодизеля и 153 кг первичного глицерина.
В качестве щелочи берется гидроксид калия КОН или гироксид натрия - NaOH. Для начинающих рекомендуется использовать именно NaOH.
Европейский стандарт качества DIN EN 14214.
ТУ У 24.1-34582279-002:2006 "БИОТОПЛИВО ДИЗЕЛЬНОЕ"
№ п/п
Показатель Значение Метод определения
1 Цетановое число, не меньше 56 по ГОСТ 3122 или EN ISO 5165
2 Кинематическая вязкость при температуре 40ºС, мм2/с, в пределах 3,5-5,0 по ГОСТ 33 или EN ISO 3104
3 Плотность при температуре 15ºС, кг/м3 в пределах 860-900 по ГОСТ 3900 или ISO 3675:1993
4 Температура вспышки ºС, не менее 120 по ДСТУ 4455
5 Массовая часть серы, %, не более 0,001 по ГОСТ 19121
6 Коксуемость 10%-го остатка, не более 0,3 по ГОСТ 19932 или EN ISO 10370
7 Зольность, %, не более 0,02 по ГОСТ 1461 или ДСТУ ISO 6884 или ISO 3987
8 Содержание воды, %, не более 0,05 по ГОСТ 2477 или ДСТУ ISO 662 или ДСТУ ISO 8534 или
EN ISO 12937
9 Испытания на медной пластине выдерживает по ГОСТ 6321 или ISO 2160
10 Стабильность окисления при температуре 110ºС, часов, не менее 6,0 по ДСТУ ISO 6886 или EN 14112:2003
11 Кислотное число, мг KOH на г, не более 0,50 по ДСТУ 4350 или EN 14104:2003
12 Йодное число, г йода на 100г, не более 120 по ГОСТ 2070 или ДСТУ ISO 3961:2004 или EN 14111:2003
13 Массовая часть эфиров, %, не менее 96,5 по ДСТУ ISO 5508
14 Массовая часть метилового эфира линолеиновой кислоты, %, не более 12,0 по ДСТУ ISO 5508
15 Массовая часть метанола, %, не более 0,20 по ДСТУ ISO 5508
16 Массовая часть моноглицерида, %, не более 0,80 по ДСТУ ISO 5508
17 Массовая часть диглицерида, %, не более 0,20 по ДСТУ ISO 5508
18 Массовая часть триглицерида, %, не более 0,20 по ДСТУ ISO 5508
19 Массовая часть свободного глицерина, %, не более 0,02 по ДСТУ ISO 5508
20 Общий глицерин, %, не более 0,25 по ДСТУ ISO 5508
21 Массовая часть фосфора, %, не более 10,0 по ДСТУ ISO 5508
22 Содержание механических примесей отсутствуют по ГОСТ 6370
Преимущества использования биодизеля по сравнения с обычным дизтопливом.
Главное преимущество биодизеля – это то, что его производят из ресурсов, которые быстро восстанавливаются (запасы нефти, например, практически невосстановимы). К примеру, данный вопрос является очень актуальным для коллективных хозяйств, которые занимаются переработкой масла, у всех встает больной вопрос, где взять солярку к началу сезона. Ответ прост, сделать биодизель из своего же сырья и быть полностью автономными в потреблении топлива.
Растительное происхождение. Подчеркнем, что биодизель не обладает бензоловым запахом и изготавливается из масел, сырьем для которых служат растения, улучшающие структурный и химический состав почв в системах севооборота. Сырьем для производства биодизеля могут быть различные растительные масла: подсолнечное, рапсовое, соевое, арахисовое, пальмовое, хлопковое, льняное, кокосовое, кукурузное, горчичное, касторовое, конопляное, кунжутное, отработанные масла (использованные, например, при приготовлении пищи), а также животные жиры.
Экология. Сильной стороной биодизеля так же является то, что он при сгорании выбрасывает в атмосферу гораздо меньше вредных газов (биодизель в сравнении с минеральным аналогом почти не содержит серы (< 0,001 %, тогда как минеральное дизтопливо < 0,2 %)). В мировой практике лимитируется ряд компонентов выхлопных газов, среди них: монооксид углерода СО, несгоревшие углеводороды, окислы азота NOX и сажа. Очевидны преимущества биодизеля по показателям продуктов сгорания: монооксида углерода, углеводородов, остаточных частиц и сажи. В ЕС производство биодизеля давно получило поддержку правительства, так как рассматривается как стратегическое направление развития топливной отрасли.
Биологическая безвредность. По сравнению с минеральным маслом, 1 литр которого способен загрязнить 1 млн литров питьевой воды и привести к гибели водной флоры и фауны, биодизель, как показывают опыты, при попадании в воду не причиняет вреда ни растениям, ни животным. Кроме того, он подвергается практически полному биологическому распаду: в почве или в воде микроорганизмы за месяц перерабатывают 99% биодизеля, что позволяет говорить о минимизации загрязнения рек и озер при переводе водного транспорта на альтернативное топливо.
Меньше выбросов СО2. При сгорании биодизеля выделяется ровно такое же количество углекислого газа, которое было потреблено из атмосферы растением, являющимся исходным сырьем для производства масла, за весь период его жизни. Тем не менее, следует заметить, что назвать биодизель экологически чистым топливом было бы неверно. Он дает меньшее количество выбросов углекислого газа в атмосферу, чем обычное дизтопливо, но все таки это не нулевой выброс.
Хорошие смазочные характеристики. Известно, что минеральное дизтопливо при устранении из него сернистых соединений теряет свои смазочные способности. Биодизель же, несмотря на значительно меньшее содержание серы, характеризуется хорошими смазочными свойствами. Это обуславливается его химическим составом и содержанием в нем кислорода.
Увеличение срока службы двигателя. При работе двигателя на биодизеле одновременно производится смазка его подвижных частей, в результате которой, как показывают испытания, достигается увеличение срока службы самого двигателя и топливного насоса в среднем на 60%. Важно отметить, что нет необходимости модернизировать двигатель.
Высокая температура воспламенения. Еще один технический показатель, интересный для организаций, хранящих и транспортирующих ГСМ: точка воспламенения. Для биодизеля, ее значение превышает 150°С, что позволяет назвать биогорючее относительно безопасным веществом. Тем не менее, это не означает, что к нему можно относиться с халатностью
К достоинствам биодизеля можно отнести:
· Хорошие смазочные характеристики. Минеральное дизтопливо при
устранении из него сернистых соединений теряет свои смазочные способности.
Биодизель, несмотря на значительно меньшее содержание серы, характеризуется
хорошими смазочными свойствами, что продлевает срок жизни двигателя. Это
вызвано его химическим составом и содержанием в нём кислорода. Например,
грузовик из Германии попал в Книгу рекордов Гиннеса, проехав более 1,25
миллиона километров на биодизельном топливе со своим оригинальным
двигателем.
Рентабельность производства биодизеля
Со 150 га. можно собрать 400 тонн рапса из которого получится 180 тонн масла, 210 тонн жмых.
После переработке 180 тонн масла в биодизель образуется побочный продукт - глицерин в количестве 27,5 тонн.
Биодизеля получаем в количестве 198000 литров.
Для производства потребуется 20000 литров спирта, 2160 кг. катализатора.
28000 литров биодизеля оставляем на собственные нужды.
170000 топлива реализуем по цене 20 руб. за 1 литр = 3400000 руб.
210 тонн жмых реализуем по цене 5 руб. за 1 кг. = 1050000 руб.
27,5 тонн глицерина реализуем по цене 25 руб за кг. = 687500 руб.
выручка составит в размере 5137500 руб.
затраты:
20000 литров спирта по цене 49 руб. за 1 литр = 980000 руб.
2160 кг. катализатора по цене 23 руб за 1 кг. = 49680 руб.
з/п 3 чел. по 15000 руб. в месяц за год = 540000 руб.
электроэнергии 32000 кВт по цене 4,5 руб за 1 кВт = 144000 руб.
итого: 1713680 руб.
Заключение
Биодизель
и его производство - это одно из самых перспективных и выгодных
направлений для малого бизнеса
, оно позволяет получать высокие прибыли, при
этом сохраняется благоприятная экологическая среда. Цикл производства
практически безотходный, сырье может выращиваться на используемых землях.
После производства биотоплива остается жмых, который используют в качестве
корма для животных и глицериновая фаза, которая при очистке превращается в
чистый глицерин.
Доходность этого производства весьма велика, прибыль составляет разницу между
затратами на сырье и суммой, полученной от реализации топлива. Рентабельность
это вида бизнеса высокая, ведь спрос на биотопливо возрастает день ото дня.
Рассмотрим немного теоретических сведений, которые позволяют понять, как производится . Способ получения метиловых эфиров жирных кислот (МЭЖК) заключается во взаимодействии метанола с триглицеридом при температурах незначительно отличающихся от комнатной (20-40 оС), при этом катализатором служит КОН, растворенный в спирте. Спирта берется избыток. Заменить метанол его гомологами не удалось. Замена КОН на NaOH намного ухудшает протекание процесса. По окончанию метанолиза вводится вода. В водную фракцию уходит глицерин, мыло и не прореагировавший метанол (частично). Разделение успешно проходит в делительной воронке, выход реакции на уровне 95,0 - 97,5%.
Как получают биодизель с помощью технологий GlobeCore
Для получения метиловых эфиров используются в основном любые типы растительных масел и животные жиры.
Наибольшим нашим достижением является то, что мы можем производить МЭЖК - метиловые эфиры жирных кислот (FAME), в народе биодизель (biodisel), из кислого куриного жира с кислотностью до 23 единиц.
У нас не используется нагрев, реакция бурно протекает в потоке и уже через 15 минут происходит разделение метиловых эфиров и глицериновой фазы
GlobeCore - занимает лидирующие позиции на рынке энергосберегающего оборудования и энергосберегающих технологий а также внедрению новых технологий и оборудования.
Наше оборудование поставляется в десятки стран по всему миру, реализовано ряд проектов по строительству и модернизации заводов огромной мощности 160000 до 250000 тысяч тонн в год по получению конечного продукта МЭЖК.
Мы производим оборудование для получения МЭЖК абсолютно из любых типов кислых масел и животных жиров:
 |
Биодизельная установка такой производительности это отличное решение для среднего бизнеса, для аграрных предприятий, фермерских объединений, автотранспортных предприятий, да и в прочем для любого желающего делать бизнес на биотехнологиях и в частности на получении биодизельного топлива. Которое соответствует всем международным стандартам. |
 |
Биодизельный завод данной производительности это уже больше можно сказать, заводы регионального масштаба, нацеленные на обеспечение Биодизельный топливом районов, областей и городов миллионников!!! На сегодняшний день в преддверии «ЕВРО 2012» это очень перспективное направление. По Европейским стандартам дизельное топливо должно быть с как минимум 5% биодизеля в смеси. |
 |
|
 |
Биодизельный комплекс такой мощности это уже крупные регионального плана предприятия. Данные заводы производства биодизельного топлива, это оснащенные по последнему слову техники предприятия, на которых смогут работать порядка 50-70 человек персонала, собственная биодизельная лаборатория, хранилище биодизеля и узлы компаундирования дизеля с биодизелем. Данные заводы смогут обеспечивать не одну область экологически чистым биодизельным топливом, при этом есть запас мощности для экспорта топлива в Европу и другие страны. |
 |
Нам бы хотелось не вывозить полуфабрикат за границу, а поставлять уже конечный продукт "" при этом прибыль предприятий будет просто огромной, так как будет организовано не только производство самого биодизеля а так же переработка глицерина и шрота. |
Биодизель: технология производства
В потоке, это не «бочковое» производство, это не двойная концентрация метанола, это не мойка биодизеля водой, это не системы рекуперации избыточного метанола! Это полностью новая технология разработанная непосредственно конструкторами GlobeCore и выведенная в свет уже в образе готовых биодизельных комплексов производительность установок от 1000 литров в час до 16000 литров в час биодизеля и более (по согласованию с заказчиком) .
Биодизельные реакторы GlobeCore в Малайзии
Наша компания в производстве биодизеля использует принцип струйной гидродинамической ультразвуковой высокочастотной управляемой кавитации , в свое время данные технологии были на секретном вооружении только у военных.
Данная гидродинамическая кавитационная технология позволила добиваться значительных преимуществ перед конкурентами как в качестве получаемого продукта так и по скорости протекания реакции переэтерификации :
Таким образом, при использовании биодизельных реакторов GlobeCore отсутствуют высокие требования к качеству исходного сырья для получения биодизеля.
Гидродинамические кавитационные реакторы успешно и стабильно работают, как на сыром, так и на рафинированном масле. Биодизель стандарта EN14214 и ASTM получаем так же со всех видов животных жиров, а также в ход идут отходы пережаренного масла из ресторанов и пекарен, говяжий, свиной и куриный жиры - отходы животноводческих и птицеводческих перерабатывающих фабрик.
Реакция переэтерификации протекает мгновенно - "за десятую долю секунды"!
В струйной гидродинамический кавитационной технологии не требуется проводить повторную реакцию переэтерификации, как «бочковых» технологиях. Время получения готового биодизеля сокращается в десятки раз. В потоке в смесителе происходит стехиометрическое дозирование раствора метоксида на поток проходящего через реактор масла. Как результат отсутствие излишнего метанола в готовом биодизеле.
Использование технологий GlobeCore не требует мойки и сушки биодизеля.
В традиционных технологиях из за того что дают излишнюю долю раствора метоксида, невозможно сразу попасть в стандарты. Поэтому его вынуждены мыть или применять сорбенты, что бы удалить. Для этого требуется дополнительное оборудование для мойки первичного биодизеля (для этого обычно используют смесь воды и спирта) и дополнительную установку, так называемой вакуумной сушки. Но при гидродинамическом кавитационном методе получения биодизеля не требуются ни мойка, ни сушка биодизеля , соответственно нет необходимости утилизировать использованную воду или сорбент.
Биодизельные реакторы GlobeCore - это стехиометрия спирта и катализатора. Отсутствие рекуперации спирта.
Наибольшей проблемой «бочкового» метода является необходимость добавления лишнего метанола в реактор и соответственно его последующая отгонка (рекуперация) . Это требует установки дополнительного оборудования и затрат электроэнергии.
В гидродинамических кавитационных технологиях количество используемого в реакции спирта точно соответствует стехиометрическому составу, т.е. минимальному объему (есть таблица расчетов на каждый вид масла в зависимости от его характеристик). Нету необходимости в дорогостоящее и опасное оборудование отгонки метанола.
Биодизельный завод GlobeCore в Испании
Преимущества биодизельных реакторов компании GlobeCore
Все преимущества нашей технологии обусловлены наличием струйного гидродинамического смесителя.
Минимальное энергопотребление
Традиционные методы получения биодизеля основываются на нагреве масла до 65-70° С. Это требует значительных энергозатрат, кроме того рекуперация излишнего метанола (необходимое условие прохождения реакции в традиционных технологиях), дополнительная переэтерификация, а так же вакуумная сушка приводит к значительному энергопотреблению. При гидродинамической кавитационной обработке всего этого не требуется, и как результат - экономия электроэнергии в десятки раз. Нету надобности устанавливать дорогостоящие дозирующие насосы - поскольку эжектор сам подтягивает себе в поток необходимое количество компонентов по отношению к основному.
Низкотемпературная реакция
Гидродинамическая ультразвуковая кавитационная обработка в реакторе происходит на очень высоких скоростях на молекулярном уровне. Все компоненты подвергаются воздействию перепадов давления и импульсов ультразвуковой кавитации. Происходит разрыв молекул жирных кислот посредством микровзрывов; это приводит к снижению вязкости, увеличению цетанового числа, улучшению энергетических характеристик будущего топлива, а также значительно увеличивает скорость и качество протекания реакции.
Минимальные габаритные размеры установки и гибкость при проектировании объектов
Биодизельные полуавтоматические и автоматические модули занимают в десятки раз меньше чем традиционные комплексы аналогичной производительности. Кроме этого система наращивания производства весьма гибкая, возможно модульное увеличение, при этом не нужно покупать полностью новую систему, достаточно увеличить лишь производительность гидродинамического биодизельного реактора.
Немного справочной информации
Биодизель обладает следующими преимуществами:
- увеличение срока службы двигателя. При работе двигателя на биодизеле одновременно производится смазка его подвижных частей, в результате которой, как показывают испытания, достигается увеличение срока службы самого двигателя и топливного насоса в среднем на 60%;
- меньше выбросов СО2. При сгорании биодизеля выделяется ровно такое же количество углекислого газа, которое было потреблено из атмосферы растением, являющимся исходным сырьем для производства масла, за весь период его жизни;
- биодизель почти не содержит серы (< 0,001%).
Что такое биодизель и почему его не хотят производить в России?
Ответ редакции28 января 2003 года в Великобритании началась продажа нового вида топлива, которое состояло из тех же элементов, что и майонез. Приобрести экологически чистое топливо можно было в супермаркетах сети Sainsbury"s.
Топливо экономично и дёшево в производстве и может использоваться для заправки всех автомобилей, вне зависимости от модификации и размера. Кроме того, использование биодизеля сокращает выброс углекислого газа в окружающую среду на 5 %.
Само по себе биодизельное топливо не является абсолютно экологически чистым, но по сравнению с обычным дизелем оно всё же чище. В продуктах сгорания биотоплива на 8-10 % меньше окиси углерода, почти на 50 % меньше сажи и значительно меньше серы (0,005 % против 0,2 % у обычного дизельного топлива). Продукты сгорания биотоплива содержат лишь на 10 % больше окиси азота по сравнению с нефтяным дизельным топливом.
Что такое биодизель?
Биодизель — это метиловый эфир, получаемый в результате химической реакции из любых растительных масел и животных жиров. Его можно использовать в обычных двигателях внутреннего сгорания как самостоятельно, так и в смеси с обычным дизтопливом. Биотопливо несколько меняет технико-эксплуатационные параметры работы дизельных двигателей. Мощность двигателя при работе в номинальном режиме с использованием биотоплива снижается на 6-8 %. Вместе с этим расход топлива повышается примерно на 5-8 %.
Для производства биодизеля используют различные растительные масла — подсолнечное, рапсовое, соевое, арахисовое, пальмовое, хлопковое, льняное, кокосовое, кукурузное, горчичное, касторовое, конопляное, кунжутное, а также животные жиры. Но чаще всего топливо производят из рапса, как наиболее дешёвого среди растительных масел. С 1 гектара этого растения можно получить более 1000 литров масла.
Каковы преимущества биодизеля?
Биодизель имеет ряд существенных преимуществ:
Он сгорает практически без токсических отходов;
- при его использовании снижается выделение углекислого газа;
- количество копоти уменьшается до 50 %;
- обладает хорошими смазочными свойствами по сравнению с минеральным дизельным топливом;
- не имеет неприятного запаха;
- пролитое на землю топливо на 90 % разлагается микроорганизмами через 3 недели;
- производство биодизеля легко организовать, например, на базе небольшого фермерского хозяйства.
Есть ли недостатки у биодизеля?
При всех своих плюсах биодизель имеет и недостатки. Это топливо более агрессивно к деталям двигателя, особенно резиновым. При низких температурах могут образоваться отложения в виде кристаллов воска, что ведёт к закупорке деталей. Кроме этого, в холодное время года эффективность такого вида топлива снижается. Также биодизель может разлагать лакокрасочное покрытие кузова автомобиля. Поэтому в случае, если на кузов автомобиля попадёт такое горючее, машину нужно тщательно помыть, немедленно удалив следы биодизеля.
Как производят биодизель?
Сначала в очищенное от механических примесей масло добавляют метиловый спирт и щёлочь. Эту смесь нагревают до 50 °С. После отстаивания и охлаждения она расслаивается на две фракции: лёгкую и тяжёлую. Лёгкая фракция представляет собой метиловый эфир или биодизель; тяжёлая — глицерин.
В каких странах используют биодизель?
В настоящее время уже 48 стран мира нормативно закрепили и активно развивают производство «чистой» энергии биологического типа. Активно используются возобновляемые источники энергии из сельхозсырья в США, Бразилии, Японии, Китае, Индии, Канаде, странах ЕС.
Производство биодизеля в России
В России пока не существует единой государственной программы развития биодизельного топлива. Минсельхоз России разработал законопроект, согласно которому в России будут созданы условия для развития сектора биоиндустрии.
В ведомстве полагают, что потенциально в России можно ежегодно производить до 5,5 миллиона тонн рапсового масла:
0,5 миллиона тонн можно направлять для продовольственных нужд;
- около 2 миллионов тонн поставлять на экспорт в виде метилэфира;
- 2,5 миллиона тонн использовать внутри страны как биотопливо.
Согласно планам министерства, в 2020 году в России биотопливо должно увеличить свою долю на рынке с нуля до 8 % и составить 6-6,5 млн тонн. Препятствием на пути развития нового продукта может стать не решённый вопрос с акцизами, которыми в России облагается биоэтанол. Литр спирта в нашей стране облагается акцизом в размере 59 рублей, что пока лишает смысла инвестировать средства в производство такого вида топлива.
Отчетность
