Растительные масла

За последние годы ученые и инженеры создали несколько технологий производства биотоплива, некоторые из которых сегодня применяются на практике. Как правило, сырьем для их производства служат соя, рапс, подсолнечник, кукуруза, арахис, кунжут и многие другие быстрорастущие злаки, чья биомасса ферментируется при помощи химикатов или бактерий и трансформируется в этанол и другие виды спиртов.

Биодизель — биологическое топливо, имеющее потребительские свойства, аналогичные дизельному. Для производства могут использоваться также отработанные масла и некондиционные, которые нельзя по каким-либо причинам использовать для питания человека.

Принцип переработки заключается в проведении химической реакции растительных масел или жиров биологического происхождения с метанолом или щелочью при повышенной температуре с последующим фильтрованием с целью получения биодизеля. Главное преимущество биодизеля — это то что его производят из ресурсов, которые достаточно быстро восстанавливаются. На сегодняшний день биодизель — это главный прорыв в сфере альтернативных топлив. Он безопасен, безвреден, эффективен и чист. При попадании в воду он не причиняет вреда водной флоре и фауне. При применении биодизеля на речных и морских судах можно сущетсвенно минимизировать загрязнение водных ресурсов планеты. Он достаточно прост в приготовлении и использовании, что нельзя сказать о других топливах. Объемы производства биодизеля в мире растут с каждым годом. В Европе лидером производства биодизеля является Германия.

Растительные масла, как топливо характеризуются более высокой энергетической плотностью в сравнении со спиртами, но эксплуатационные качества у них хуже, чем у спиртов. В частности, существенным недостатком является высокая вязкость и большая склонность к образованию нагара. Поэтому предпочтительнее использовать растительные масла в смеси с дизельным топливом. Смесь масла с дизелем называют биодизельной смесью или биодитом.

Биоэтанол — самое распространённое биотопливо из тех, что производятся промышленным способом. Ежегодно в мире выпускается свыше 70 миллионов тонн этого горючего на растительной основе, и объёмы его производства каждый год увеличиваются. Чаще всего биоэтанол применяют в качестве компонента различных моторных масел. В Америке сегодня вырабатывается порядка трети бензина с содержанием биоэтанола. Его применение значительно снижает уровень токсичности выхлопных газов.

Биодизель, с биологической точки зрения, безвредное топливо. Специалисты считают, что его можно было бы активнее использовать в качестве горючего для морских и речных судов — попадая в воду, биодизель не наносит ущерба для флоры и фауны океанов, морей и рек. Топливо в этой среде практически полностью распадается (за месяц до 99%) — налицо минимизация загрязнения водных ресурсов Земли.

Во многих странах (например, в США и Бразилии) производство биоэтанола поощряется национальными программами, также такие субъекты экономики субсидируются и пользуются налоговыми льготами. В Америке постепенно отходят от производства биоэтанола из зернового сырья, делая упор на целлюлозосодержащие источники (древесину).

Сахар или крахмал являются основой для производства бутилового спирта (бутанола) первого поколения. Целлюлозу растений в качестве сырья используют для изготовления биобутанола второго поколения. В основном биобутанол сегодня используют как промышленный растворитель. Большую его часть производит Америка (свыше 200 миллионов галлонов из 350-миллионного объёма мирового рынка).

Некоторое время назад исследователи свойств биотоплива установили, что биобутанол был бы более эффективным в использовании в качестве компонента моторных масел, нежели биоэтанол, — у этого горючего низкое давление паров и поэтому оно без проблем смешивается с бензином. Биобутанол более транспортабелен — его можно поставлять, используя трубопроводы, тогда как для перемещения биоэтанола требуются специальные цистерны либо речные (морские) танкеры. Проблема в больших энергозатратах при производстве биобутанола. Но специалисты уже провели ряд успешных экспериментов, позволивших значительно увеличить выход горючего в производственном процессе.

Биодизель в Германии дешевле солярки

Исходный компонент другого вида биотоплива — биодизеля — масла рапса, сои, пальмы, подсолнечника, льна и других масличных растений. Современные западные учёные разрабатывают технологии производства биодизеля с использованием генномодифицированных организмов, а также водорослей. Страны Евросоюза считают биодизель основным возобновляемым жидким биотопливом. По прогнозам аналитиков, мировые объёмы его производства к 2020 году при сохраняющихся темпах составят 100 миллионов тонн в год. Европейский лидер по выпуску биодизеля — Германия, на долю этой страны приходится до 5 миллионов тонн топлива ежегодно. И биотопливо у немцев дешевле солярки: его производство субсидирует федеральный бюджет.

В США биодизель изготавливают в основном из соевого масла. На долю сои как сырья приходится около трети мирового объёма производства биодизеля, остальное — рапсовое и пальмовое масла. Идёт постоянный процесс по поиску более дешёвого сырья — для изготовления биодизеля уже также используют ятрофу, рыжик, клещевину... А вот так называемая бионефть представляет собой растительное топливо и содержит спирты и другие компоненты, но не углеводороды, поэтому название «бионефть» достаточно условно. Вещество получают путём безкислородного нагревания сырья (это может быть древесная щепа или мелассная барда — отходы сахароварения).

В перспективе использование в качестве сырья для производства бионефти разного рода бытовых отходов, на выходе дающих продукт, по своим свойствам не уступающий настоящей, природной нефти. Над подобным проектом, в частности, сегодня активно работает Министерство энергетики США.

В качестве сырья — любая биомасса

Как моторное топливо растительные масла в мире используют уже давно. Чаще всего в ход идёт рапсовое масло — эта культура самая продуктивная. На втором месте из растительных масел по частоте использования — подсолнечное масло, на третьем — соевое. Новый перспективный сырьевой источник — водоросли: в них содержится до 40% масел от общей массы, и они более продуктивны, нежели «земные» растения.

Мировой лидер по использованию растительных масел (чаще из рапса) как моторного топлива — Германия. Американцы предпочитают применять в качестве биотоплива соевое масло. Растительные масла энергетически плотнее спиртов, но более вязкие, в связи с чем их лучше смешивать с дизтопливом. Такая смесь называется биодит.

Biofuel-to-Liquid (BTL) считается инновационной, самой современной и наиболее перспективной технологией, при помощи которой производят жидкое биотопливо. BTL стали применять только в начале XXI века, в её разработке приняли участие такие концерны, как «Шелл», «Даймлер», «Фольксваген».

В качестве сырья можно брать практически любую твёрдую биомассу — древесную щепу, солому, отходы агропромышленного комплекса... В процессе производства биотоплива подобным способом применяется низкотемпературный пиролиз (безкислородное нагревание). Получаемая в результате этой и следующих за ней операций жидкость, по оценкам специалистов, в будущем может полностью заменить горючее, на котором сегодня ездят современные автомобили. Это доказывают опыты, проведённые в концерне «Фольксваген».

У нового топлива в сравнении с бензином наполовину меньше выбросов в атмосферу. Правда, пока производство BTL обходится дороже, чем выпуск дизельного топлива. Но учёные убеждены, что это проблема временная — достаточно только усовершенствовать технологию.