Биоводород
Биоводород — водород, полученный из биомассы термохимическим, биохимическим или другим способом, например водорослями.
Метан
Метан синтезируется после очистки от всевозможных примесей так называемого синтетического природного газа из углеродосодержащего твердого топлива, такого как уголь или древесина. Этот экзотермический процесс происходит при температуре от 300 до 450 °C и давлении 1−5 бар в присутствии катализатора. В мире уже имеется несколько введенных в эксплуатацию установок получения метана из древесных отходов.
Биотопливо третьего поколения
Биотопливо третьего поколения — топлива, полученные из водорослей.
Департамент Энергетики США с 1978 года по 1996 года исследовал водоросли с высоким содержанием масла по программе «Aquatic Species Program». Исследователи пришли к выводу, что Калифорния, Гавайи и Нью-Мексико пригодны для промышленного производства водорослей в открытых прудах. В течение 6 лет водоросли выращивались в прудах площадью 1000 м². Пруд в Нью-Мексико показал высокую эффективность в захвате СО2. Урожайность составила более 50 гр. водорослей с 1 м² в день. 200 тысяч гектаров прудов могут производить топливо, достаточное для годового потребления 5 % автомобилей США. 200 тысяч гектаров — это менее 0,1 % земель США,
пригодных для выращивания водорослей. У технологии ещё остаётся множество проблем. Например, водоросли любят высокую температуру, для их производства хорошо подходит пустынный климат, но требуется некая температурная регуляция при ночных перепадах температур. В конце 1990-х годов технология не попала в промышленное производство из-за низкой стоимости нефти.
Кроме выращивания водорослей в открытых прудах существуют технологии выращивания водорослей в малых биореакторах, расположенных вблизи электростанций. Сбросное тепло ТЭЦ способно покрыть до 77 % потребностей в тепле, необходимом для выращивания водорослей. Эта технология не требует жаркого пустынного климата.
Углеводороды
Ряд микроорганизмов, например Botryococcus braunii, способны накапливать углеводородов до 40 % общего сухого веса. В основном они представлены изопреноидными углеводородами.
Критика
Критики развития биотопливной индустрии заявляют, что растущий спрос на биотопливо вынуждает сельхозпроизводителей сокращать посевные площади под продовольственными культурами и перераспределять их в пользу топливных. Например, при производстве этанола из кормовой кукурузы, барда используется для производства комбикорма для скота и птицы. При производстве биодизеля из сои или рапса жмых используется для производства комбикорма для скота. То есть производство биотоплива создаёт ещё одну стадию переработки сельскохозяйственного сырья.
По расчётам экономистов из Университета Миннесоты, в результате биотопливного бума число голодающих на планете к 2025 году возрастёт до 1,2 млрд человек.
Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (FAO) в своем отчете за 2005 год говорит о том, что рост потребления биотоплив может помочь диверсифицировать сельскохозяйственную и лесную
деятельность, и улучшить безопасность пищевых продуктов, способствуя экономическому развитию. Производство биотоплив позволит создать в развивающихся странах новые рабочие места, снизить зависимость развивающихся стран от импорта нефти. Кроме этого производство биотоплив позволит вовлечь в оборот ныне не используемые земли. Например, в Мозамбике сельское хозяйство ведётся на 4,3 млн га из 63,5 млн га потенциально пригодных земель.
К 2007 году в США для производства этанола работали 110 ректификационных заводов и строились ещё 73. К концу 2008 американские мощности по производству этанола достигнут 11,4 млрд. галлонов в год. Джордж Буш в обращении к нации в 2008 году призвал к 2017 г. поднять производство биоэтанола до 35 млрд галлонов в год.[9]
Для одной заправки этанолом джипа (100 л) требуется около 450 фунтов кукурузы. Это пропитание одного человека «третьего мира» в течение почти года. Таким образом, в случае реализации планов администрации США по расширению производства биотоплива, в 2017 году только для американских автомобилей потребуется продуктов, достаточных для пропитания более чем миллиарду людей.[10]
В «Размышлениях главнокомандующего» (28.03.2007) Фидель Кастро Рус[11] посвятил критике президента США Джорджa Бушa, который «после совещания с главными американскими автомобилестроителями высказал свою дьявольскую идею о производстве топлива из продуктов питания… Глава империи хвалился тем, что Соединенные Штаты, используя кукурузу в качестве сырья, уже стали первым в мире производителем этанола», — писал Кастро. И затем, опираясь на цифры и факты, показал, что такой подход обострит проблемы снабжения продовольствием в странах третьего мира, население которых и так часто живет впроголодь.
В Индонезии и Малайзии для создания пальмовых плантаций была вырублена немалая часть тропических лесов. То же самое произошло на Борнео и Суматре. Причиной стала гонка за производством биодизеля — топлива в качестве альтернативы дизельному топливу (рапсовое масло в качестве топлива может использоваться в чистом виде). Невысокая себестоимость и небольшие энергозатраты — то, что нужно для производства альтернативного топлива из полутехнических масличных культур.
Распространение
По оценкам Worldwatch Institute в 2007 году во всём мире было произведено 54 миллиарда литров биотоплив, что составляет 1,5 % от мирового потребления жидких топлив. Производство этанола составило 46 миллиардов литров. США и Бразилия производят 95 % мирового объёма этанола.
В 2010 году мировое производство жидких биотоплив выросло до 105 миллиардов литров, что составляет 2,7 % от мирового потребления топлива на дорожном транспорте. В 2010 году было произведено 86 миллиардов литров этанола и 19 миллиардов литров биодизеля. Доля США и Бразилии в мировом производстве этанола снизилась до 90 %[12].
Биотопливо в Европе
Европейская комиссия поставила задачу использовать к 2020 году альтернативные источники энергии как минимум в 10 % транспортных средств. Есть также промежуточная цель в 5,75 % к 2010 г.
В ноябре 2007 в Великобритании было создано Агентство по возобновляемому топливу (англ. Renewable Fuels Agency), которое должно контролировать введение требований к использованию возобновляемого топлива. Председателем комитета стал Эд Галлахер (Ed Gallaher), бывший исполнительный директор Агентства по окружающей среде.
Дебаты по поводу жизнеспособности биотоплива на протяжении 2008 года привели к повторному всестороннему исследованию проблемы комиссией, возглавляемой Галлахером. Было рассмотрено непрямое влияние использования биотоплива на производство пищевых продуктов, разнообразие выращиваемых культур, цены на продовольствие и площадь сель-
скохозяйственных земель. В отчете предлагалось снижение динамики внедрения биотоплива до 0,5 % в год. Цель в 5 процентов таким образом должна быть достигнута не ранее чем в 2013/2014 г., на три года позже, чем было изначально предложено. Более того, дальнейшее внедрение должно быть сопряжено с обязательным требованием к компаниям применять новейшие технологии, ориентированные на топливо второго поколения[13].
C 1 апреля 2011 года на более чем 300 шведских заправочных станциях можно приобрести новый дизель. Швеция стала первой страной в мире, где можно заправлять машины эко-дизелем, сделанным на основе масла шведских сосен. «Это хороший пример того, как можно использовать многие ценные составляющие леса и как наше „зеленое золото“ может дать и больше рабочих мест и лучше климат» — министр сельского хозяйства страны Эскиль Эрландссон/Eskil Erlandsson[14].
8 марта 2013 года был выполнен первый коммерческий трансатлантический авиарейс на биотопливе. Рейс выполнил самолет Боинг-777-200 авиакомпании KLM по маршруту Амстердам - Нью-Йорк.
Биотопливо в России
По данным Росстата, в 2010 году российский экспорт топлива растительного происхождения (в том числе солома, жмых, щепа и древесина) составил более 2,7 млн тонн. Россия входит в тройку стран экспортеров топливных пеллет на европейском рынке. Всего около 20 % произведённых биотоплив потребляется в России[15]. Потенциальное производство в России биогаза — до 72 млрд м³ в год. Потенциально возможное производство из биогаза электроэнергии составляет 151 200 ГВт, тепла — 169 344 ГВт.
В 2012—2013 годах планируется ввести в эксплуатацию более 50 биогазовых электростанций в 27 регионах России. Установленная мощность каждой станций составит от 350 кВт до 10 МВт. Суммарная мощность станций превысит 120 МВт. Общая стоимость проектов составит от 58,5 до 75,8 млрд рублей (в зависимости от параметров оценки). Реализацией данного проекта занимаются ГК "Корпорация «ГазЭнергоСтрой» и Корпорация «БиоГазЭнергоСтрой».
Экономический эффект
По оценкам Merrill Lynch прекращение производства биотоплива приведёт к росту цен на нефть и бензин на 15 %[16].
Потенциал
По оценкам Стэндфордского университета во всём мире из сельскохозяйственного оборота выведено 385—472 миллиона гектаров земли. Выращивание на этих землях сырья для производства биотоплив позволит увеличить долю биотоплив до 8 % в мировом энергетическом балансе. На транспорте доля биотоплив может составить от 10 % до 25 %[17].
Стандарты
1 января 2009 года в России введен в действие ГОСТ Р 52808-2007 «Нетрадиционные технологии. Энергетика биоотходов. Термины и определения». Приказ N 424-ст о введении стандарта был утвержден Ростехрегулированием 27 декабря 2007 года.
Стандарт разработан Лабораторией возобновляемых источников энергии географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова и устанавливает термины и определения основных понятий в области биотоплива, с упором на жидкие и газообразные виды топлива.
В Европе с 1 января 2010 года действует единый стандарт на биотопливо EN-PLUS.
Будущее биотоплива
Николай Дзись-Войнаровский высказывает на Slon.ru свое мнение относительно будущего био-топлива. Мнение весьма интересное и достойное внимания.
Использование биотоплива на транспорте вырастет с нынешних 2% до 27% к 2050 году, сообщило Международное энергетическое агентство (МЭА). Грубо говоря, 1 из 4 литров, заправляемых в баки, будет добыт не из недр земли, а получен переработкой биомассы. Это должно снизить выбросы углекислого газа в атмосферу. Конечно, при сжигании биотоплива тоже образуется углекислый газ, но он сразу же поглощается плантациями зерновых или сахарного тростника, которые растут, поглощая парниковый газ из атмосферы, а затем перерабатываются в топливный спирт. Таким образом, цикл замыкается. Кроме того, человечество станет меньше зависеть от залежей нефти, расположенных на конкретных территориях, что хорошо и для экономики, и для сохранения мира на Земле. Ну и, теоретически, должна упасть цена на топливо: сейчас «биобензин» Е85 (с долей этилового спирта в 85%) стоит в США примерно на четверть дешевле обыкновенного бензина. Правда, для езды на Е85 нужен доработанный автомобиль. К сожалению, в картине этой экологической идиллии есть большие белые пятна, о которых авторы докладов предпочитают говорить вскользь. Сейчас под биотопливо засеяно чуть более полпроцента сельскохозяйственных земель в мире. И тем не менее, биотопливный бум, когда фермеры переключаются с выращивания зерна в пищу и корм скоту на зерно для биотоплива (на которое правительство США выделяет субсидии), считается одной из причин подорожания продовольствия в мире. Если доля биотоплива на транспорте увеличится так, как предсказывает МЭА, то под топливный спирт придется засеять 9% сельхозземель. В агентстве понимают, что это из разряда фантастики, поэтому прогнозируют: через 40 лет под биотопливо засеют лишь 2% сельхозземель, а остальное «зеленое» топливо научатся получать из целлюлозы и органических отходов. Вторая непонятная вещь с биотопливом – это непредсказуемые колебания цены. В Бразилии, где перевод авто на спирт был госпрограммой, и около половины машин могут на нем ездить, цены на «зеленый» бензин взлетают после ураганов, уничтожающих плантации тростника. Автовладельцы в такие времена переходят на обычное топливо. Кроме того, для террористов поджог гигантского кукурузного поля будет более простой операцией, чем подрыв вышки или трубопровода, потому что размеры поля намного больше и охранять его труднее.
В России уже несколько лет собираются построить завод по переработке отходов древесного производства в топливный спирт, но ни биотоплива, ни автомобилей, дооборудованных под его использование, пока нет. Может, оно и правильно.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Расходы на создание биотоплива из метанола, биогаза начинают постепенно снижаться, а это дает возможность подобным проектам развиваться. Крупнейшие финские компании Fortum Oil и Gas всерьез задумались о производстве дизельного топлива, основу которого составят растительные и животные жиры, обработанные водородом. Также финны планируют выпуск оборудования для заводов, производящих биотопливо и продажу этого альтернативного источника энергии за рубеж. Конечно, процесс может затянуться на 5-10 лет, но сокращение производства углеводородного топлива неизбежно, а значит, спрос на биотопливо вскоре даст о себе знать. Остается надеяться, что лет через 20-30, отправляясь, скажем на отдых в Черногории, мы сможем пользоваться биотопливом, которое позволит не только значительно сэкономить, но и спасет нашу планету от экологической катастрофы.
Список литературы
1.http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B8%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B8%D0%B2%D0%BE
2. http://www.facepla.net/index.php/content-info/755-biofuels-review
3. http://www.infprom.ru/biotopl/vveden
4. http://www.scienceforum.ru/2013/pdf/6594.pdf
5. http://rusecounion.ru/enef_31711
6. http://www.auditenergy.ru/biofuel.html
7. http://vegetarian.ru/news/detail.php?ID=4980
8. http://www.zelife.ru/ekoplanet/altenergy/173-biofuels/10070-bbrp.html
9. http://www.ambafrance-ru.org/
10. http://finam.info/news/biotoplivo-budushee-mirovoy-energosistemi/
11. http://techvesti.ru/node/1293
12.http://www.km.ru/nauka/2011/09/29/issledovaniya-rossiiskikh-i-zarubezhnykh-uchenykh/uchenye-budut-poluchat-biotoplivo
Приложения
Рис. 1 - Пеллеты, как вид биотоплива
Рис. 2 - Биоэтанол