Биодизель и его производство - это одно из самых перспективных и выгодных направлений для малого бизнеса.

Наличие биологических видов топлива в энергетическом балансе каждой страны становится все более актуальным вопросом в контексте энергетической и экологической безопасности. Поэтому сельское хозяйство играет важную роль источника поставки сырья не только для пищевой промышленности, но и для энергетической отрасли. Учитывая большой аграрный потенциал Украины, можно частично обеспечить себя собственными биоэнергетическими ресурсами, что будет способствовать уменьшению зависимости от импорта энергоносителей и улучшению окружающей среды.

Лучшее понимание рынка биотоплива и перспектив его роста требует рассмотрения базовых характеристик биодизеля и растительных масел, учитывая особенности технологического процесса.

Биодизель - это тип топлива из возобновляемых источников. Его обычно производят из масличных культур, животных жиров, а также в качестве альтернативы используют масляные отходы пищевой промышленности.

В качестве сырья для производства биодизеля чаще всего используют семена рапса. До недавнего времени в севооборотах рапс занимал незначительное место - сеяли его преимущественно на технические нужды для легкой и пищевой промышленности. Сегодня эта культура имеет приоритетное значение прежде всего для сельскохозяйственных предприятий, учитывая высокую рентабельность производства.

Со­няш­ник в Ук­раїні ви­ро­щу­ють для ви­ко­ри­с­тан­ня у про­до­вольчій га­лузі, а ріпак і соя по­тенційно мо­жуть на­бу­ти ши­ро­ко­го технічно­го за­сто­су­ван­ня як си­ро­ви­на для ви­роб­ництва біопа­ли­ва. У 2014 р. ва­ло­вий збір ріпа­ку ста­но­вив близь­ко 2198 тис. т, що на 6,5% мен­ше від до­сяг­ну­то­го рівня в 2013 р., хо­ча це май­же вдвічі більше, ніж у по­пе­редні про­аналізо­вані періоди (рисунок).

Произведенные в Украине семена полностью экспортируются, незначительная их часть остается для внутреннего потребления. Так, в 2014-м экспорт рапса составил 1900 тыс. т, что соответствует около 84,3% общего предложения семян, тогда как внутренняя переработка составила лишь 6,8% (внутреннее потребление - 153 тыс. т) (таблица).

Таким образом, можно сказать, что внутренний спрос на семена рапса незначителен, поскольку для продовольственных целей используется подсолнечник, а для производства биотоплива не создано достаточно условий - экономических, технических, законодательных.

Однако повышение мировых цен на семена масличных культур и растительного масла должно способствовать и в дальнейшем расширению площадей, а также увеличению их валовых сборов. Биодизель производят с помощью химической реакции растительного масла и этанолового или метанолового спирта в процессе этерификации. Метанол распространен в использовании, поскольку сравнительно дешевле этанола (доля в процессе производства составляет 7,5%). При использовании этанола могут возникнуть некоторые трудности с отделением побочной продукции (глицерина) от биодизеля и увеличиться энергетические затраты.

По техническим признакам биодизель характеризуется как метиловый эфир олеиновой кислоты. Рапсовое масло является доминирующим сырьем в Европе для его производства. В США биодизель производят в основном из соевого масла, несмотря на то, что оно присутствует в таком количестве, как все другие растительные масла и жиры вместе взятые. В тропических и субтропических странах выращивают большое количество масличных культур, в частности для производства биодизеля используют пальмовое, кокосовое масло и ятрофу.

Где используют биодизель?

Биодизель без труда можно использовать как смесь с дизельным топливом в современных двигателях. Широкую популярность приобрела смесь биодизеля с долей 20% в дизельном топливе (В20), хотя используют и смеси с более низкой долей биодизеля - 1, 2, 5%. Чистый биодизель (В100) пользуется высоким спросом во многих странах, особенно в Германии. Однако при низких температурах он, как и смесевые топлива, влечет применение специальных антифризных средств безопасности, поскольку топливо расслаивается с образованием слоев льда. Недостатком также является гигроскопичность горючего, то есть его свойство поглощать влагу из атмосферы, что вызывает коррозию элементов топливной системы. Биодизель агрессивен по отношению к резиновым деталям, поэтому некоторые двигатели приходится видоизменять.

В целом, биодизельное топливо безопасно в использовании, поддается биологическому расщеплению. Его применение способствует уменьшению выбросов оксида углерода, углеводородов и других токсичных газов в атмосферу, улучшению смазочного свойства дизельного топлива и повышению цетанового числа к минеральному горючему.
Качество биодизеля должно соответствовать требованиям, которые прописаны стандартами и нормами. Например, в ЕС качество такого вида топлива определяет действующая с ноября 2003 года во всех странах ЕС норма EN 14214, в Германии - DIN EN 14214. Эти нормы являются основополагающими для производителей автомобилей о разрешении на выпуск двигателей, потребляющих биодизель. В Германии этот стандарт входит как техническая база в постановление правительства «О требованиях к топливу и его маркировке». Контроль качества проводится, начиная от производства до реализации, транспортировки и применения. В Германии биодизель можно продавать только того качества, которое соответствует этой норме. Соблюдение требований качества регулярно проверяют соответствующие ведомства федеральных земель. Кроме государственного контроля, в Германии создана Рабочая группа по менеджменту качества биодизеля (нем. Arbeitsgemeinschaft Qualitа..tsmanagement Biodiesel e.V. (AGQM)), члены которой осуществляют пятиступенчатый контроль системы качества биодизеля (на добровольных началах). Из имеющихся около 1900 автозаправочных станций в эту группу входит более 1300, причем качество биодизеля отслеживается от производства до потребления. Требование качества по этой системе даже выше, чем того требуют европейские нормы.

В качестве горючего используют также растительное масло, однако свойства рапсового масла по сравнению с дизельным топливом существенно отличаются, главным образом, высокой вязкостью при низких температурах. Растительное масло нельзя использовать для обычного дизельного двигателя - для этого он требует специального переоборудования или даже замены на так называемый Ельсбетт-двигатель (англ. - Elsbett engine, производное от фамилии инженера-разработчика).

По многим техническим причинам смешивать растительное масло с традиционным горючим сложно. Однако некоторые тропические растительные масла, например кокосовое, которое более насыщено, позволяется смешивать непосредственно с дизтопливом. В тропических регионах есть большой потенциал для использования смеси растительного масла с дизельным топливом без технического переоборудования двигателя. Однако производители двигателей не предоставляют гарантий работы двигателям на растительном масле. Кроме того, развитие современных двигателей ведется в направлении совершенствования систем электронного управления двигателей и регулирования процесса сгорания, которые, как правило, не пригодны для работы на растительном масле.

Как стимулировать производство биотоплива?

Для стимулирования развития производства биотоплива правительства многих стран внедряют механизмы поддержки этого направления и дальнейшего развития отрасли на кратко- или долгосрочной перспективы. Поставленные цели и ожидаемые результаты от применения биологических видов топлива отличаются от страны к стране, но в целом они объединены тройной мотивацией:

Исчерпаемостью нефти и растущей зависимостью страны от ее импорта, а также повышением цен на нефтепродукты;

Ростом выбросов углерода и других вредных веществ как главных факторов изменения климата и равновесия в экосистеме;

Развитием новых рынков для сельского хозяйства.

По нашему мнению, важно определить приоритеты развития биотопливной отрасли и цели государственной политики в этой сфере, что непременно повлияет на разработку и принятие соответствующих законодательных решений и будет способствовать наращиванию производства отдельных видов биотоплива.

Насущная необходимость развивать альтернативные источники энергии внутри страны связана с острыми проблемами современности - высокой зависимостью от импорта энергоносителей, что влияет на нестабильность цен и сказывается на благосостоянии населения страны, а также с обострением экологической ситуации в связи с ежегодным увеличением выбросов вредных веществ в атмосферу.

Поэтому в этом контексте важную роль в развитии биологических видов топлива играет сельское хозяйство, поскольку именно сырье растительного происхождения используют как источник для их производства. В свою очередь, усиление конкуренции за сырьевые ресурсы сельского хозяйства со стороны промышленного производства биотоплива приводит к острым дискуссиям правительств многих стран по диверсификации сельскохозяйственного производства.

О. Ма­кар­чук , канд. экон. на­ук, до­цент, НУБиП Ук­раины

– ЕСЛИ сравнивать биотопливо, которое делали у нас три года назад, и то, что производят сейчас, то разница ощутима, - считает директор КСУП «Коленское» Житковичского района Валентин Карпов. - Тогда ради большей экономии неправильно рассчитали процентное соотношение солярки и рапсового масла. Поэтому техника часто выходила из строя, терялась тяга, увеличивался расход топлива, даже звук мотора был другой, нежели на солярке. Сейчас качество биодизеля заметно выше, но некоторые проблемы остались. Основная - отказы исполнителей от гарантийного ремонта импортной техники, которую заправляем биодизелем с добавлением традиционного топлива. Например, в инструкции к тому же американскому трактору четко прописано, какое топливо должно применяться. Да и кристаллизуется биодизель больше в сильные морозы, что опять-таки решается смешиванием его с обычной соляркой.

По словам Валентина Николаевича, о более частой замене фильтров и моторного масла в связи с заправкой техники биотопливом говорить не приходится, потому как и без того часто проводят плановое ТО, особенно в сезон полевых работ, когда тракторы и комбайны эксплуатируются по десять часов в сутки без выходных. Так что на экономии средств это отрицательно не сказывается, а она между тем существенна. К примеру, в страду тонна дизеля обходилась хозяйствам в пять миллионов рублей, а биотопливо покупали за 3,7 миллиона. И сегодня, несмотря на некоторое его удорожание, оно заметно дешевле обычного. Да и выход из строя тракторов и комбайнов из-за биодизеля, как утверждают специалисты, это миф. Так что его использование определенно выгодно сельскому хозяйству. Если бы не проблемы, пока нерешенные.

Однозначно, переход на стопроцентное применение биотоплива экономически целесообразен, - говорит начальник главного управления механизации Минсельхозпрода Владимир Бурдыко. - Сегодня предприятиям АПК его поставляет концерн «Белнефтехим». Что касается негативного влияния на технику, то здесь причина может быть вовсе не в биодизеле. Ведь этот вид топлива широко применяется в Европе. Возможно, техника должна соответствовать ему, а не наоборот. Здесь не может быть игры в одни ворота, и не аграриев должна заботить эта проблема, а производителей топлива и машин. Считаю, договориться между собой и закрепить это документально должны именно они - «Белнефтехим», как производитель биодизеля, с МТЗ и заводом «Гомсельмаш», которые комплектуют тракторы и комбайны импортными двигателями. А они в свою очередь и дилеры, поставляющие зарубежную технику, - с иностранными компаниями, что ее выпускают. Тогда исчезнут проблемы с отказами в гарантийных ремонтах, а мы будем эффективно применять и биотопливо, качество которого сегодня соответствует всем требованиям, и импортную технику.

Наталья ЕРЕМИЧ, «БН»

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%).

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.

Вопрос экологии при использовании топлива крайне важен. И ближе всего к его решению подошли создатели биодизеля. Это относительно безопасное топливо, которое имеет низкую себестоимость, и может добываться из возобновляемых источников — растений и отходов производства. Именно поэтому его считают шагом в экологически чистое будущее.

Что такое биодизель

Биодизелем называют метиловый эфир. Его получают в результате химической реакции, в основе которой лежат растительные масла и животные жиры. Хотя оно создается из натуральных возобновляемых источников, его физические свойства лишь немногим уступают настоящему дизельному топливу. Мощность двигателя при работе на дизельном топливе лишь на 8% превосходит тот же двигатель на биодизеле.

Для создания подобного топлива можно применять различные растительные масла, здесь практически нет ограничений. Для этого подойдет соевое, подсолнечное, пальмовое и многие другие варианты масел, но оптимальным считается рапсовое. Причиной тому являются не химические свойства, а дешевизна такого ресурса.

Интересно! С одного гектара рапса получают около 1000 литров масла, поэтому его считают оптимальным для производства биодизеля.

Использование биодизеля стремительно повышается с распространением технологии производства. Более 40 стран активно разрабатывают эту идею, ведь простота производства позволяет снизить стоимость топлива, а объем выбросов в окружающую среду существенно снизится.

Преимущества

Преимущества перед другими видами топлива очевидны. Это экологически чистое решение для транспорта, которое производится из восстанавливаемых источников.

Оно обладает рядом достоинств, среди которых:

• минимум токсических отходов при сгорании;
• хорошие смазывающие свойства;
• быстрое разложение топлива при попадании во внешнюю среду;
• простая организация производства;
• низкое выделение углекислого газа при сгорании.

Кроме того, использование биодизеля снижает количество копоти, а выхлопы не имеют неприятного запаха. По смазывающим свойствам он превосходит минеральный дизель, а его разложение во внешней среде сведет к минимуму ее загрязнение при авариях и утечках.

Также существенным достоинством производства является низкая себестоимость одного литра биодизеля. Если не учитывать затраты на установки и прочее, для получения литра жидкости уходит приблизительно 0,3 $ или 20 рублей. Учитывая обильное количество плодородных земель на территории России, а также низкую стоимость сельскохозяйственной продукции, эту цифру можно снизить еще больше.

Простота производства биодизеля приводит к тому, что его можно изготавливать даже в домашних условиях. Для этого необходимо лишь взять соответствующие компоненты, а далее провести ряд манипуляций с ними, что делает биодизель доступным каждому желающему.

Производство в России

Более 40 стран поддерживает производство и распространение подобного вида дизеля. Это чистая энергия биологического типа, для получения которой используются возобновляемые источники энергии. Однако в России это направление не поддерживается на государственном уровне.

В нашей стране не существует каких-либо программ, осуществляющих производство либо популяризацию биодизеля при поддержке государства. Но некоторые регионы продвигают это решение самостоятельно. В основном не из-за экологичности топлива, а из-за огромного толчка, который оно даст сельскохозяйственному производству. В будущем планируется строительство различных заводов по производству биодизеля в России.

Интересно! Около 10 лет назад РЖД также намеревались перейти на такой дизель в тепловозах, но задумку не осуществили.

Слабая интенсивность развития этого направления в России также обусловливается тем, что страна получает большие доходы от добычи энергетического сырья. Поэтому популяризация подобного решения может пошатнуть экономику.

Перспективы развития России в биоиндустрии весьма велики, если государство пойдет в этом направлении. Страна способна производить до 5 миллионов тонн сырья под биодизель ежегодно, в частности рапсовое масло. Из этого около половины может уходить на экспорт, а остальное — использоваться в пределах страны.

Но так как биодизель основывается на этаноле, он подвергается государственному акцизу на спирт . Если этот нюанс не будет скорректирован, то инвестиции в этом направлении не оправдают себя, ведь лишь один акциз превышает затраты на производство в несколько раз.

Биодизель в домашних условиях

Создать биодизель в домашних условиях возможно, хотя и достаточно трудно. Это может быть простым экспериментом либо же попыткой обеспечить себя недорогим топливом самостоятельно. Стоит лишь помнить, что работа ведется с метанолом и щелочью, что крайне опасно для здоровья. Поэтому необходимо соблюдать технику безопасности и использовать защитные средства.

Создание биодизеля заключается в следующих этапах:

Для производства биодизеля используется любое масло, а также щелочь (рекомендуется гидроксид калия или натрия). При готовке нужно использовать катализатор для старта процесса, в роли которого подойдет метанол.

Важно! Если применяется отработанное масло, то нужно устранить примеси посредством фильтрации.

Перед началом необходимо удалить всю воду из жидкости. Для этого нужно нагреть ее до 120°C, чтобы та выкипела. В процессе масло будет создавать брызги, поэтому важно проводить испарение в полупустом контейнере на расстоянии от огня.

Далее к маслу добавляется щелочь и этанол. Доля щелочи зависит от массы рабочего тела и составляет 1%. Так на литр растительного масла приходится около 3,5 грамм щелочи. В процессе этого проводится титрование, в котором определяется количество жирных кислот и необходимая доля щелочи.

Далее проводится трансэтерификация. В процессе этого смесь разогревается до 70°C, что необходимо для ускорения реакции. Допускается разогрев до 80°C, что существенно повышает скорость протекания реакции, но небезопасно для окружающих. Важно закрыть емкость для уменьшения испарения спирта, но обеспечить стравливание давления во избежание взрыва.

В результате сверху плавает биодизель, а под ним размещен глицерин. Различить их просто, ведь из-за разной плотности между ними имеется четкая грань. Глицерин куда темнее топлива и твердеет при температуре ниже 38°C . Удалить его можно дополнительным шлангом.

Полученное топливо не идеально чистое, оно содержит в себе растворенные остатки мыла, возникшие в процессе реакции. В оптимальных условиях при полном испарении воды мыло не возникает, но при самостоятельном приготовлении такая проблема регулярная. Устранить остатки можно несколькими способами, но наиболее эффективный — отстаивание полученного биодизеля. Достаточно оставить топливо на неделю, после чего все примеси опустятся на дно.

Проверить качество получившегося биодизеля можно посредством простого теста кислотности. Необходимо опустить лакмусовую бумажку в жидкость и определить состояние среды. Идеальным показателем является нейтральная кислотность в 7,0.

Производство посредством установок

Если выбирать биодизель как постоянное топливо для своего автомобиля, то для экономии и упрощения процесса производства можно приобрести специальную установку. Она позволяет создавать этот продукт в домашних условиях, максимально приближая их к промышленным. Такой вариант оптимален для длительной экономии, ведь производство топлива без соответствующего оборудования затруднительно, а стоимость решения невысока.

Полученный из таких установок биодизель имеет гораздо лучшие характеристики и чистоту, нежели произведенный в «кустарных» условиях. Он содержит меньшую долю воды, благодаря чему снижается вред двигателю в процессе эксплуатации. Такие установки получают все большую распространенность, считаясь оптимальным выбором при отсутствии доступа к биодизелю.

Здесь описывается производство топлива с отработанного масла и особенности этого процесса. Для лучшего понимания производства биодизеля и его особенностей рекомендуется посмотреть это видео: