Исследование: Сможет ли биотопливо заменить бензин для автомобилей
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.
О видах биотоплива для авто
Содержание
- Биоэтанол – самое распространенное биотопливо для авто
- Биотопливо на практике
- Биобутанол
- Биодизель
- Биогаз
До сих пор не утихают споры между сторонниками «зеленых», считающих биотопливо топливом будущего и учеными, имеющими более пессимистический взгляд на использование этого продукта в народном хозяйстве. Однако ряд проектов по использованию биотоплива как в энергетической, так и автомобильной отрасли, внесли свои коррективы в этом противостоянии и доказали эффективность его применения.
Биоэтанол – самое распространенное биотопливо для авто
Данный продукт представляет собой один из видов жидкого биологического топлива. По сути, данное биотопливо — это спирт, изготавливаемый из сельскохозяйственной продукции, например, из кукурузы или сахарного тростника.
Эти виды растений содержат в себе крахмал и сахар, что и позволяет получить по специальной технологии топливный этанол, содержащий в своем составе метанол и сивушные масла. Данный спирт не пригоден для питья и может быть использован только в технических целях.Европейский союз также стремится к росту потребления возобновляемого топлива, и закон регламентирует его долю в общем объеме автомобильного топлива в размере до 6%. А в Германии, Франции, Италии и Испании ведутся работы по увеличению производительности предприятий по производству биоэтанола.
На африканском рынке превалирует ЮАР. Такие страны, как Индия и Китай целенаправленно стремятся увеличить долю такого топлива до 5%.
Биотопливо на практике
Заливать этанол в чистом виде в баки автомобилей категорически нельзя, так как он является сильнейшим растворителем и окислителем. Использование чистого биоэтанола требует переделки автомобиля с установкой деталей на двигатель из нержавеющего металла или пластика.В настоящее время в мире уже разработаны около 40 моделей автомобилей, так называемых Flexible-Fuel Vehicle (FFV), с совмещенной конструкцией заправки, в баки которых можно заливать бензин и этанол в любом соотношении.
Так, в США, на дорогах курсирует более 6 миллионов грузовых и легковых автомобилей, для которых на заправках реализуется специальная смесь Е85, состоящая из 85% биоэтанола и 15% бензина. Присутствие бензина в составе смеси необходимо только для того, чтобы двигатель хорошо заводился в холодное время года.
Швеция в продвижении биотоплива в своей стране, пошла еще дальше, так, смесь этанола с бензином должна быть в обязательном порядке на крупных автозаправках, а авто, работающие на этом виде топлива, имеют беспрепятственный бесплатный проезд в центр Стокгольма, при этом их владельцы освобождаются от оплаты за стоянку и платят сниженный автоналог.
На Западе используют смесь Е10, состоящую из 10% биоэтанола и 90% бензина в обычных двигателях, а в Бразилии – 20%, так как считается, что такая добавка не способна повредить двигатель и топливную систему автомобиля.
В настоящее время даже самолеты, выпускаемые бразильской компанией Embraer, летают именно на смеси самолетного топлива со спиртом. Чистый бензин продавать в стране для заправки авто запрещено.
Согласно статистическим данным, даже незначительная добавка биоспирта в бензин, эффективно влияет на его сгорание, повышает его октановое число, что существенно снижает токсичность выбросов в атмосферу, также уменьшает риск воспламенения топлива при повреждении топливной системы автомобилей.
Биобутанол
Бутиловый спирт, как правило, получают из сахарного тростника и сахарной свеклы, маниоки и пшеницы, а также из целлюлозы – отходов деревообрабатывающей промышленности, щепок и опилок. Этот биотопливо имеет высокую энергетическую ценность, на 95-98% выше, чем у бензина и может использоваться как самостоятельный источник энергии, так и в смеси с бензином.
Его можно добавлять и к бензину, уже смешанному с этанолом.
Преимущества биобутанола заключается в том, что он легко смешивается с бензином, причем его можно добавлять в более высоких объемах при эксплуатации авто, имеющих стандартный двигатель.
Биодизель
Для производства используются в основном, жирные масла, иногда – эфирные. Масла вырабатывают из таких культур, как рапс и соя. Считается, что наиболее перспективное направление производства биодизеля – это использование водорослей.
Биогаз
Данный продукт еще называют «канализационным» газом, так как его вырабатывают из отходов сельскохозяйственной деятельности, пищевых производств, из мусора. По существу — это тот же пригодный газ метан, очищенный от углекислого газа и полученный искусственным способом.
В выхлопных газах автомобиля, работающего на этом виде топлива, практически нет вредных веществ, газ обладает высокими антидетонационными показателями. Но по сравнению с вышеприведенными аналогами биотоплива, данный газ имеет низкую теплоотдачу, при этом требуются тяжелые баллоны для его использования и хранения. Наиболее приемлемый вид транспорта – грузовой или пассажирский.
О.Баратова
Видео-ролик о том, как делают биодизель :
Что такое биотопливо? | Auto Express
Советы и советы
- Дом
- Особенности
- Советы и советы
Что такое биотопливо? И какую роль они могут сыграть в будущем автомобилей и автомобилестроения?
Автор: Шейн Уилкинсон
31 января 2022 г.
31 января 2022 г.
В отличие от ископаемого топлива, биотопливо представляет собой искусственно созданное топливо, созданное с использованием растительных возобновляемых ресурсов, часто известных как биомасса. Поскольку биотопливо является возобновляемым, его можно использовать для снижения выбросов CO2 и других вредных выбросов от автомобилей с двигателями внутреннего сгорания.
Все бензины и дизельное топливо, продаваемые в Великобритании, должны содержать определенный процент биотоплива, чтобы помочь достичь более широких целей по выбросам. Так что биотопливо может быть более распространенным явлением, чем вы думали вначале.
Текущий состав обычного неэтилированного бензина, продаваемого в Великобритании, — E10, этот код указывает, что топливо содержит до 10 процентов биоэтанола. Некоторые виды топлива премиум-класса по-прежнему производятся с использованием более старой формулы, известной как E5, что указывает на то, что используется до пяти процентов биотоплива.
Между тем, дизельное топливо, продаваемое в Великобритании, содержит до семи процентов биодизеля. Он отмечен как B7 на всех АЗС в стране.
Что такое биотопливо?
Биотопливо изготавливается из недавно добытых возобновляемых источников углерода. Так что подумайте о растениях, деревьях, траве или сельскохозяйственных отходах.
При сгорании биотопливо производит гораздо меньше оксида серы, озона и угарного газа, и хотя они все еще выделяют углекислый газ в атмосферу, некоторые люди утверждают, что это компенсируется поглощением CO2 по мере выращивания растительных источников топлива. Биотопливо может заменить такие виды топлива, как нефть, пропан, уголь и газ.
Как производится биотопливо?
В автомобилях используется два вида биотоплива: биоэтанол и биодизель. Биоэтанол образуется путем расщепления клеток живых организмов на сахара, которые затем ферментируются для получения этанола; разновидность алкоголя. Его также можно получить путем извлечения крахмала из таких растений, как кукуруза и пшеница, которые, в свою очередь, можно использовать для производства сахара.
Биодизель производится путем смешивания растительного масла или животного жира со спиртом. Хорошие источники включают рапс, соевые бобы, кокос, водоросли, пальмовое масло и ятрофу.
Биоэтанол и биодизель сами по себе содержат меньше энергии на литр, чем чистый бензин или дизельное топливо, хотя при смешивании они улучшают характеристики сгорания и сокращают выбросы вредных газов, таких как угарный газ и оксид серы.
Есть ли недостатки в использовании биотоплива?
Несмотря на очевидные преимущества использования биотоплива, есть и несколько недостатков. Прежде всего, это то, что они по-прежнему выделяют CO2 при сгорании, что приводит к увеличению количества парниковых газов в атмосфере. Определенная часть этого компенсируется тем фактом, что растения, используемые для производства топлива, в первую очередь поглощают CO2 по мере их выращивания.
Однако есть утверждения, что дополнительная энергия, которая уходит на производство биомассы (например, на вспашку полей и разбрасывание удобрений), означает, что они производят больше CO2, чем ископаемое топливо.
Также следует учитывать угрозу производству продуктов питания. Каждый акр земли, который используется для производства биотоплива, — это земля, которая не используется для выращивания сельскохозяйственных культур, чтобы прокормить население. Воздействие на окружающую среду вырубки лесов для сельскохозяйственных угодий, которые могут использоваться для выращивания растений в качестве топлива, является еще одним недостатком.
Есть ли будущее у биотоплива?
Кажется маловероятным, что биотопливо когда-либо станет прямой заменой бензина и дизельного топлива, хотя это не означает, что они не сыграют свою роль в ближайшие годы. Правительство хочет, чтобы к 2050 году страна стала полностью углеродно-нейтральной, а гибридные и электрические автомобили стали ключевыми факторами сокращения выбросов выхлопных газов на наших дорогах. Тем временем биотопливо может помочь уменьшить наш углеродный след.
Более многообещающим направлением, чем биотопливо, может быть синтетическое топливо или биотопливо.
Бензин и дизельное топливо известны как «углеводороды», потому что они состоят из атомов водорода и углерода, полученных из нефти. Напротив, электронные топлива получают водород из воды и углерод из воздуха, объединяя их в структуру, аналогичную бензину и дизельному топливу. Синтетическое топливо может быть создано с использованием возобновляемых источников энергии, а углерод, захваченный при их создании, может компенсировать выбросы CO2 при их сжигании. Считается, что у eFuels может быть потенциал для хранения энергии, вырабатываемой возобновляемыми источниками, в периоды низкого спроса.
Хотите сделать свой следующий автомобиль экологичным? Ознакомьтесь с нашим списком лучших электромобилей…
Какие автомобили работают на биотопливе
Что такое биотопливо?
Биотопливо является жизнеспособной альтернативой нефти, поскольку биотопливо сгорает чище и производит меньше выбросов. Что такое биотопливо? В широком смысле это топливо, изготовленное из микробных, растительных или животных материалов, большая часть которых в противном случае считалась бы отходами.
Какое биотопливо для автомобилей доступно?
Существуют различные виды биотоплива. Биодизельное топливо, например, является дополнительным топливом, которое смешивается с нефтью, что обеспечивает более чистое сгорание и помогает сократить выбросы углерода.
Возобновляемое дизельное топливо является эффективным биотопливом из-за его независимости от нефти. По химическому составу он неотличим от дизельного топлива на нефтяной основе. Это означает, что он может питать двигатели сам по себе, без необходимости смешивания с нефтью. Однако федеральное законодательство в отношении альтернативных видов топлива требует, чтобы как минимум один процент любой смеси составлял нефтяное дизельное топливо, поэтому возобновляемое дизельное топливо обозначается как R-9.9 (99 процентов из возобновляемых источников, один процент из нефти). Мало того, что возобновляемое дизельное топливо может само по себе приводить в движение автомобили, оно также снижает выбросы углерода до 85 процентов на галлон.
Биотопливо для автомобилей имеет решающее значение для сокращения выбросов. Какие транспортные средства могут работать на биодизеле и возобновляемом дизельном топливе? Давайте подробнее рассмотрим, какие двигатели работают на двух альтернативных видах топлива и как они помогают сократить выбросы углерода.
1. Транспортные средства, работающие на биодизеле
Почти все двигатели, работающие на дизельном топливе, могут стать автомобилями на биодизельном топливе. Как упоминалось ранее, биодизельное топливо является дополнительным топливом и обычно содержит от 5 до 20 процентов смеси с нефтью. Например, если вы видите топливо под названием B-5, это означает, что топливо содержит пятипроцентную смесь биодизеля. B-20 — это максимальный процент, который вы обычно видите.
В список автомобилей, работающих на биодизеле (B-20), входят:
- Chevrolet Silverado
- GMC Sierra 250 или 3500 HD
- Ford Super Duty F250, 350 и 450
- Ram 35000, 4 и 5500
- Chevrolet Colorado
- GMC Terrain
- Range Rover Vela
- Ford Transit
- Jaguar XE 20D
Биодизель также заправляет местные муниципальные автомобили.
Например, автомобили Чикагского паркового района работают на биодизельном топливе, полученном из отработанного растительного масла. Это топливо представляет собой более чистую альтернативу горению, которая совместима с различными дорожными легковыми автомобилями, а также коммерческими автомобилями и является лучшим вариантом, чем чистое нефтяное топливо. Его способность смешиваться с нефтью делает его быстрым, безопасным и чистым способом сокращения выбросов углерода при переходе от чисто нефтяного топлива.
2. Транспортные средства с возобновляемым дизельным двигателем
Возобновляемое дизельное топливо работает так же, как и биодизельное топливо, поскольку оно может питать любой двигатель, работающий на дизельном топливе. Как мы упоминали ранее, он является заменой нефти и может питать транспортные средства сам по себе без необходимости смешивания. Он совместим с существующей инфраструктурой дизельных двигателей и не замерзает при более низких температурах, как иногда бывает с биодизелем.
Возобновляемое дизельное топливо также одобрено большинством производителей тяжелых грузовиков.
Однако, поскольку это более новый вариант, который существует не так давно, как биодизель, он еще не так широко производится и, следовательно, не так легко доступен для питания легковых автомобилей по всей стране и по всему миру.
Кроме того, он более эффективен в сокращении выбросов в пересчете на галлон, чем биодизель. Возобновляемое дизельное топливо оказало влияние на отрасль коммерческих грузоперевозок, поскольку все больше транспортных компаний переходят на использование в своих автопарках возобновляемого дизельного топлива.
Рост производства возобновляемого дизельного топлива идет полным ходом, но еще многое предстоит сделать, чтобы сделать его более доступным и расширить его использование.
Стандарты на низкоуглеродное топливо помогают возглавить процесс
R-99 становится популярным и используется для питания большего числа транспортных средств благодаря правительственным инициативам, таким как стандарты низкоуглеродного топлива.
В 2011 году штат Калифорния ввел стандарт на топливо с низким содержанием углерода, призванный снизить углеродоемкость транспортного топлива в Калифорнии и предоставить множество альтернатив с низким содержанием углерода, что, в свою очередь, снижает зависимость штата от нефти и улучшает качество воздуха.
За десятилетие, прошедшее с момента введения стандарта топлива с низким содержанием углерода, Калифорния перешла от биодизеля к возобновляемому дизельному топливу. Законодательное собрание штата недавно объявило, что больше не будет покупать нефть или биодизель для государственных транспортных средств и вместо этого перейдет на R99. Сан-Франциско и Окленд входят в число немногих городов штата, которые уже перевели свой автопарк на возобновляемое дизельное топливо.
Согласно одному исследованию, доля возобновляемого дизельного топлива в дорожном транспорте выросла в Калифорнии с 69% в 2018 году до примерно 93% от общего объема в 2020 году. В четвертом квартале 2020 года возобновляемое дизельное топливо выросло до 98% от общего объема природного газа, используемого в качестве транспортного топлива в штате.
Штат Нью-Йорк пытается последовать примеру Калифорнии
В 2019 году Сенат штата Нью-Йорк представил законопроект о собственном стандарте топлива с низким содержанием углерода. Хотя законопроект еще не принят, законодатели надеются, что в конечном итоге он будет подписан. Это не помешало местным муниципалитетам активно сокращать выбросы углекислого газа. Нью-Йорк, что он расширит свои усилия по заправке 13 000 городских автомобилей дизельным топливом из возобновляемых источников.
Влияние стандартов на низкоуглеродное топливо на биотопливо
Введение стандарта на низкоуглеродное топливо в Калифорнии и Нью-Йорке привело к эффекту просачивания, который сделал производство и внедрение дизельного топлива из возобновляемых источников более массовым явлением. Недавно в Южной Калифорнии был построен новый завод по производству возобновляемого дизельного топлива. Нью-Йорк недавно ввел требование о смешивании и находится на пути к расширению использования возобновляемого дизельного топлива за пределами парка транспортных средств Нью-Йорка.