Технология производства биотоплива

Как производят биотопливо?

Дата публикации: 8 декабря 2014

Биотопливо относится к альтернативным источникам энергии. Впрочем, к подобным источникам относят любые, которые не являются производными от классических ископаемых углеводородов – природного газа и нефти. Фактически даже древесина, которую человечество использует столетиями для получения тепловой энергии, по этой классификации является альтернативным вариантом.

Альтернативные источники энергии отличаются экологичностью и возобновляемостью, а в некоторых случаях и бесконечностью, как, к примеру, солнечная энергия или энергия движения воздушных масс. Биотопливо относится к возобновляемым и экологически чистым источникам энергии. Оно представляет собой продукт биологического происхождения, твердый, жидкий или газообразный. Изготовление и применение биотоплива на базе собственного хозяйства позволяет получить автономию от покупных энергетических источников, а заодно и решить проблему утилизации разнообразных органических отходов, начиная от содержимого выгребной ямы и заканчивая сорняками, удаленными с грядок.

В использовании биологического топлива есть свои минусы и одним из них является высокая стоимость, которую требует производство биотоплива. При решении организовать получение энергии из биосырья, необходимо просчитать, сколько средств уйдет на строительство завода по производству топлива, сколько будет стоить оборудование, сколько можно будет иметь прибыли, и какова будет экономия потребителей при использовании биотоплива. Практика показывает, что завод, выпускающий биотопливо, довольно рентабелен, если налажен сбыт продукции потребителям.

Производство топливных гранул (пеллет)

Пеллеты, топливные гранулы, как и топливные брикеты, производятся из опилок, других древесных отходов, шелухи подсолнечника, соломы. Растительная масса помещается в биоустановки, то есть емкости, где происходит измельчение. Получается практически мука из отходов растительного производства. Эта масса поступает в сушилку, где выпаривается жидкость. Именно этот процесс подготавливает массу к качественной прессовке.

В прессе-грануляторе при сжатии растительной муки повышается температура массы. В растительных частицах содержится лигнин, по составу схожий со смолой. Он растапливается и склеивает высушенные частички растений, получаются гранулы того размера, который задан при настройке оборудования.

Для гранулирования используют специальные пресс-формы, так называемые кольцевые штампы. Они вращаются с помощью роторных вальцов, и при вращении растительная масса поступает в круглые отверстия пресс-формы, то есть в фильеры. Схема аппарата напоминает обычную мясорубку с ножом, который снаружи срезает цилиндрики гранул.

Это простое описание технологии, которое завершается охлаждением и упаковкой. Объем одной упаковки минимум 2 кг, но каждый завод, как правило, продает гранулы и врассыпную, это удобно покупателям – промышленным предприятиям.

Производство топливных брикетов

Технология изготовления топливных брикетов во многом напоминает производство пеллет. Различие в форме готового продукта. Отходы сельскохозяйственного и деревообрабатывающего производства также мелко рубятся и при высоком давлении прессуются.

Некоторые виды сырья для производства брикетов необходимо нагревать до очень высокой температуры – до 350 градусов. В древесном сырье очень много лигнина, поэтому прессование идет отлично. При использовании однолетних растений лигнина не хватает, поэтому производство топливных брикетов из соломы идет с добавлением связующих веществ.

При высокой температуре больше всего оплавляется поверхность брикетов, что делает их прочными. Это очень важно, так как транспортировка может существенно травмировать биотопливо.

Цилиндрические брикеты получают с помощью ударных механизмов, длина производимых брикетов может быть бесконечна, нарезка на куски производится по желанию. Различают цельные брикеты и брикеты с отверстием внутри. Плотность прессовки очень высока, близка к каменному углю. Объем произведенного брикета в 10 раз меньше, чем объем первоначального сырья, взятого для производства.

Производство биогаза

Биогаз, как биотопливо, очень ценный продукт, который существенно удешевляет обычное топливо и делает его экологически более безопасным и чистым. Процесс производства биогаза – это создание условий, в которых без доступа воздуха идет разложение биологических отходов при помощи биобактерий.

Производство биотоплива — биогаза требует специального устройства. Первый этап – измельчение сырья. Определенное количество соломы, шелухи, опилок и пр. поступает в реактор, то есть резервуар, в котором оно нагревается. К этому резервуару идет специальный загрузчик, иногда используется насосная установка. Все оборудование серьезно утеплено для сохранения температуры внутри. Измельчение и периодическое перемешивание осуществляется вмонтированными миксерами. Изготавливается установка из железобетона, иногда используется сталь со специальным устойчивым покрытием.

Внутри реактора создается питательная для бактерий среда, то есть туда помещаются растительные отходы производства. А вырабатывают бактерии биогаз. Итак, для производства биологического газа требуется растительное сырье, тепло (до +38 градусов), и перемешивание миксером. Образующийся газ поступает в газгольдер, там он очищается и затем транспортируется к котлу потребителя или на электрогенератор. Доступ воздуха в реактор перекрыт, поэтому никакой опасности взрыва не существует.

Описание технологии с использованием птичьего помета или навоза несколько отличается, оно включает дополнительную фазу фильтрации.

Производство биоэтанола

Промышленная технология получения биоэтанола предполагает переработку растительного сырья, которое очень похоже на производство обычного спирта. Первая стадия процесса – подготовка сырья, его измельчение. Главное условие для гарантии успешного получения биоэтанола – высокое содержание крахмалов в сырье. Именно поэтому для биоэтанола лучше всего подходят злаковые культуры. После измельчения сырье подвергается ферментации, то есть крахмалы расщепляются при взаимодействии с дрожжами. Получается спирт, в отходы идут сивушные масла и барда. Последняя используется в изготовлении кормов.

Качество производства биоэтанола и сходного с ним биобутанола постепенно повышается, так как ученые выводят все новые виды бактерий, которые улучшают и удешевляют процесс производства. Преимущество такого биотоплива – легкость хранения, не требуется специальное оборудование для транспортировки, так как биоэтанол не смешивается с водой.

Производство биодизеля

Мини-завод по производству биодизеля

Биодизель производится также из растительного сырья при помощи реакции переэтерификации. Растительное масло или жир под воздействием катализатора превращается в эфир метила. Производство биодизеля предполагает использование масел рапса, сои и некоторых других растений. Основная задача технологов в этом процессе – правильно подобрать катализатор. Тогда реакция идет быстрее и на выходе получается качественный биодизель. На данный момент уже освоена технология получения биодизеля не только из соломы, но и из древесного сырья, из опилок и щепы.

На крупных заводах применяется самая современная технология производства биодизеля, в корне отличающаяся от домашних способов. Вместо устаревших рекуперации и мойки топлива водой применяется струйная гидродинамическая кавитация, ультразвуковая, высокочастотная и полностью управляемая. Современные установки могут производить до 16 тысяч литров биотоплива в час! Гидродинамическая кавитация в прошлом служила только военным, и теперь нашла свое мирное применение в производстве биодизеля.

В отдельный вид биотоплива на сегодняшний день выделяется дизель из водорослей, то есть топливо третьего поколения. Для производства используют биоустановки — биореакторы, в которые в качестве питательной среды помещается двуокись углерода. Особый вид водорослей богат маслами, из которых и производится биотопливо.

Эволюция биогазовых систем:

Из чего же гнать бензин, как не из опилок…

Бензин из древесных отходов. Мобильные установки в контейнерах

Из органических отходов, в частности, отходов лесопиления и деревообработки, которые даже сегодня перерабатываются далеко не в полном объеме, вполне можно производить не только твердое топливо в виде пеллет и брикетов, но и жидкое биотопливо, идентичное бензину или дизельному топливу.

В 2013 году был опубликован общий обзор технологий и существующих производств жидкого биотоплива. Что нового произошло в этой сфере за минувшие шесть лет?

Представляем успешные научные исследования и действующие модели европейского проекта BIOGO, в котором участвуют такие гранды европейской науки, как Фраунгофер-институт микротехники и микросистем (IMM)2, и 12 научных групп из семи стран Евросоюза. Электроэнергии, получаемой из альтернативных источников (ветра, солнца, воды и др.), абсолютно недостаточно, для того чтобы в ближайшей перспективе можно было отказаться от традиционных невозобновляемых источников энергии: угля, нефтепродуктов и газа. В лучшем случае за счет возобновляемых источников энергии можно будет обеспечить энергопотребление автотранспорта с электрическими и гибридными двигателями, используя для этого водородные топливные элементы. Актуально и постепенное вытеснение бензина жидким биотопливом.

А сырье для такого топлива буквально лежит под ногами – в лесу: это лесосечные остатки, сучья, ветки, кора. Все то, что до сих пор не перерабатывается в промышленных объемах в России, да и во многих других странах. «Это сырье не нужно специально выращивать, в отличие от зерновых для получения биоэтанола и других сельскохозяйственных растений, применяемых для производства биодизеля, поэтому никакой конкуренции с производителями пищевой продукции. К тому же оно климатически нейтрально, а его переработка и использование полностью поддерживается решениями Парижского соглашения Рамочной конвенции ООН по изменению климата 2015 года», – говорит координатор ЕС-проекта из Фраунгофер-института микротехники и микросистем Гюнтер Кольб.

Важнейшая цель проекта BIOGO – децентрализация производства топлива. В отличие от нефти, которую необходимо с месторождений транспортировать на перерабатывающий завод, откуда потом доставлять потребителю готовую продукцию, жидкое биотопливо можно производить децентрализованно, рядом с сырьевой базой, и на месте использовать готовый продукт для заправки, например, технологического автотранспорта. Именно для этого в рамках ЕС-проекта разработан мобильный мини-завод в контейнерном исполнении, который может работать абсолютно автономно, прямо в лесу, на деляне.

Прототип такого мини-завода сегодня представлен на территории Фраунгофер-института. Это результат четырех лет интенсивной работы ученых. Все оборудование для получения из древесных отходов высококачественного биобензина вмещается в стандартный 40-футовый контейнер размером 12 х 3 х 3 м. Принцип его работы следующий: в первой фазе процесса по технологии итальянской компании Spike Renewables из древесных отходов после пиролиза получается пиролизное масло. Во второй фазе пиролизное масло в специальном микрореакторе высокого давления при нагреве с подачей воздуха и водяного пара преобразуется в синтез-газ. А затем в другом микрореакторе из синтез-газа производится метанол, от которого потом отделяется азот. Процесс оптимизирован, и на выходе получается синтетический бензин, по химическому составу идентичный нефтяному бензину. Для ускорения химических процессов применяются специальные катализаторы. Раньше приходилось использовалось большой объем благородных металлов и редкоземельных элементов для получения необходимых катализаторов, что обуславливало их довольно высокую стоимость. Британская фирма Teer Coatings Ltd разработала для проекта BIOGO высокопродуктивные ресурсосберегающие нанокатализаторы на основе использования мельчайших групп каталитически активных субстанций на поверхности.

Одной из сложнейших задач для ученых стало размещение комплекса оборудования в относительно маленьком контейнере с обеспечением общей и пожарной безопасности и удобства обслуживания. Ноу-хау специалистов Фраунгофер-института и их парт­неров из австрийской компании Microinnova Engineering позволило найти решение – в контейнере даже осталось место для установки довольно больших реакторов. В ближайшее время разработчики прототипа намерены увеличить производительность мини-завода до 1000 л биобензина в сутки.

Значит ли это, что скоро можно будет заправлять автомобиль не на АЗС, а в лесу, из контейнера? «Конечно нет, – отвечает г-н Кольб. – Все зависит от цен на нефть и политической воли государственных деятелей стран мира. При сегодняшних ценах на нефть и нефтепродукты биобензин абсолютно неконкурентоспособен. Но если будут приняты серьезные меры, направленные на отказ от невозобновляемых источников энергии в пользу возобновляемых: введены налоговые льготы и субсидии на производство жидкого биотоплива и в то же время увеличение налогов на традиционные виды топлива, – ситуация может в корне измениться. Однако уже сейчас технологию производства биобензина из органических отходов в небольших объемах при наличии дешевого сырья можно использовать децентрализованно, для обеспечения топливом местного автопарка. Биобензин подойдет и в качестве добавки к классическому бензину, как сейчас во многих странах применяют биодизель».

Теперь о проекте BIOGO. Он предусматривает создание полностью интегрированного производства жидкого биотоплива с использованием новых гетерогенных нанокатализаторов и устойчивых ресурсов. Производство будет интегрировано с вспомогательными функциями инновационной технологии микрореакторов, разработанной в рамках проекта. BIOGO использует особые свойства нанокатализаторов для повышения эффективности производства за счет интенсификации и тем самым предлагает решение некоторых проблем, стоящих сегодня перед нефтехимической промышленностью Европы. Проект предусматривает разработку и производство в промышленных масштабах высокотехнологичных наноразмерных катализаторов преобразования биоресурсов в жидкое топливо.

Проект направлен на разработку и демонстрацию технологии преобразования таких возобновляемых источников энергии, как пиролизные масла и биогаз, в синтез-газ для последующего каталитического превращения в биотопливо и продукты химической платформы; применяемые каталитические составы должны характеризоваться минимальными содержаниями оксидов редкоземельных металлов и драгоценных металлов.

Основные технические цели BIOGO:

• разработка новых конструкций, маршрутов подготовки и методов нанесения нанокатализаторов на инновационные микроструктурные реакторы;
• проектирование и разработка нанокатализаторов, предназначенных для совместного или парного реформирования биогазовых и пиролизных масел, высокоэффективного мелкосерийного производства метанола, эффективной и экономичной конверсии метанола в бензин, гидрирования биомасел до химических веществ класса дизтоплива с увеличением их выхода;
• интегрирование цепочки технологических процессов в мини-заводы для производства бензина из органического сырья в виде различных отходов.

А что предлагают российские разработчики подобных технологий? Среди довольно большого количества предложений по переработке органических отходов в жидкое биотопливо можно выделить мобильную малотоннажную установку модульной конструкции от ООО «ТРИВИМ Лтд» из города ядерщиков Сарова. В качестве сырья подходят древесные отходы и отходы растениеводства. Технология аналогична вышеописанной немецкой:

• измельчение, сушка и газификация сырья с получением генераторного газа, а затем синтез-газа;
• преобразование синтез-газа с помощью катализаторов в смесь углеводородов;
• получение из углеводородной смеси соответствующих ГОСТу дизтоплива, низкооктанового бензина и парафинов.

При сжигании газообразной фракции предусмотрено генерирование тепловой и электрической энергии.

К большому сожалению, в обозримом будущем в России вряд ли найдут применение такие разработки. Если производители твердого биотоплива вот уже второе десятилетие не видят от государства почти никакого внимания и поддержки за исключением мелких «подачек» в виде компенсации части тарифа на железнодорожные перевозки при экспорте пеллет, а древесная биомасса даже не упоминается в документах федерального уровня, касающихся возобновляемых источников энергии, то что говорить о жидком биотопливе, производство которого угрожает интересам российских нефтяных магнатов и примкнувших к ним?

Справка

Биобензин (синтетический бензин) производили в промышленном масштабе еще в 30–40-е годы прошлого века. В Германии газифицировали ископаемые угли и из синтез-газа по методу Фишера-Тропша получали бензин. Сырьем может служить и твердая биомасса, в том числе древесина.

У биобензина очень большие преимущества перед обычным бензином: при его сжигании не образуются канцерогенные вещества, а также соединения серы, азота и тяжелых металлов. В настоящее время биобензин не производится ввиду высокой себестоимости. Однако в годы Второй мировой войны в Германии синтетический бензин использовали из-за недостатка сырья для нефтяного бензина.

Как производить биотопливо в домашних условиях

На морских и материковых просторах нашей планеты произрастает огромное количество биомассы. При этом человечество использует очень малую долю энергии, что содержится в этой растительной массе, предпочитая сжигать углеводороды. Но времена меняются и ранее никому не нужные отходы становятся сырьем для производства различных видов биотоплива. В продаже появились различные евродрова, пеллеты и брикеты, изготовленные из таких отходов. Однако, если дома есть подходящие условия, то почему бы и не сделать биотопливо своими руками? В данном материале будет рассказано, из чего и как можно изготавливать горючее в домашних условиях.

Что такое биотопливо?

Энергия, скрывающаяся в растительной массе, является практически неиссякаемой, ведь ее источником служит наше солнце. Растения умеют использовать энергию солнца, перерабатывая ее для своего роста. В свою очередь, животные и птицы получают энергию, питаясь биомассой, при этом производят продукты жизнедеятельности. По определению, биотопливо — это горючее, получаемое из сырья растительного или животного происхождения, а также отходов жизнедеятельности и различных производств, связанных с обработкой биомассы.

Современные технологии позволяют получать биотопливо в трех видах: твердом, жидком и газообразном. Твердое горючее мы встречаем в жизни наиболее часто в виде пеллет и различных брикетов, получаемых методом прессования. Жидкое топливо – биодизель – в странах постсоветского пространства пока еще редкость, это обусловлено наличием большого количества ископаемых углеводородов по приемлемой цене. В то время как получать жидкое биотопливо из растительного масла достаточно дорого и технологически сложно.

Производство горючего биогаза гораздо проще и дешевле, вследствие чего набирает все большую популярность. Владельцы животноводческих и птицеферм все чаще задумываются о приобретении биогазовой установки, ведь в их распоряжении имеется огромное количество помета и навоза, что как нельзя лучше подходят для этой цели.

Перечислять здесь все виды растительного сырья для переработки в топливо, его источники и технологию производства нет смысла. Нас интересуют только те виды биотоплива, которые можно успешно получать в домашних условиях, не вкладывая больших денежных средств. Вот они:

• биогаз, извлекаемый из продуктов жизнедеятельности домашних животных и птицы;
• брикеты из различных отходов растительного происхождения;
• древесный уголь.

Конечно, если очень постараться, то можно самостоятельно изготовить и пеллеты, и экодизель, и даже экобензин. Подобными вещами люди занимаются в качестве хобби, затрачивая на это годы своей жизни и зачастую немалые средства. Для широкого круга пользователей такие непростые технологии малодоступны, а потому рассматривать их мы не будем.

Получение биогаза в домашних условиях

Горючий газ, выделяемый из навоза и прочих подобных видов сырья, в основном состоит из того же метана, которым мы привыкли пользоваться ежедневно у себя на кухне. Доля метана в биогазе составляет от 50 до 70% в зависимости от качества сырья и эффективности технологического процесса. Остальные химические соединения в составе газа – негорючие, это двуокись углерода и сероводород. Именно благодаря последнему весь процесс сопровождается хорошо нам знакомым запахом.

Газообразное биотопливо — это горючее вещество, выделяющееся в результате химической реакции брожения органических отходов без присутствия кислорода. Поэтому основным элементом технологического оборудования является закрытая цилиндрическая емкость (реактор) большой вместительности, желательно не менее 1 м3.

Многие домашние умельцы применяют для этой цели обычные пластмассовые или железные бочки. Это вполне допустимо, реакция будет происходить и в таких сосудах. Только газа будет выделяться немного, как результат это несоразмерно с затраченным временем и трудом. Минимальная вместительность реактора должна составлять хотя бы 600 л.

Чтобы процесс протекал максимально быстро и эффективно, по технологии содержимое реактора надо постоянно подогревать до температуры 35—40 ºС. В домашних условиях это не всегда возможно, да и влечет за собой затраты энергоносителей. Выход следующий: емкость, из которой происходит получение биотоплива, лучше установить в достаточно глубокой яме, сделанной в земле. В идеале дно и стены ямы выполняются из бетона, а верхняя выступающая часть реактора на зиму утепляется. Как это правильно сделано, показано на рисунке:

Общая конструкция установки, позволяющей вырабатывать биотопливо из навоза, содержит следующие элементы (см. схему ниже):

• реактор – сосуд из металла цилиндрической формы;
• загрузочный бункер для заполнения реактора субстратом (смесью сырья с водой);
• люк для обслуживания;
• наружная емкость – водяной затвор для поддержания необходимого давления в реакторе;
• труба для выгрузки отработанного материала;
• патрубок с краном для подачи биогаза.

Примечание. Для улучшения брожения субстрата рекомендуется добавить в конструкцию шнек наподобие строительного миксера. Он устанавливается по центру бака, а наружу через уплотнение выводится рукоятка для периодического перемешивания содержимого.

Технологический процесс выполняется следующим образом. Вначале отходы жизнедеятельности нужно обязательно измельчить. Крупность фракции не должна превышать 10 мм, это обеспечит хорошее проникновение бактериям, вызывающим брожение. Затем сырье заливается водой и тщательно перемешивается. Количество воды – ориентировочно 0.7 л на каждый килограмм навоза. Получается субстрат, из него добывается биотопливо в домашних условиях.

Субстратом заполняют емкость через бункер, который потом герметично закрывается. По мере возможности содержимое надо перемешивать. По прошествии нескольких дней начинает выделяться горючий газ, его нужно периодически откачивать, чтобы давление внутри бака не поднималось. Это приведет к замедлению реакции и вытеснению содержимого обратно в загрузочный бункер. Для откачивания газа применяют компрессор и обычный баллон для пропана. Подробное описание установки и технологии производства можно изучить, просмотрев видео:

Нельзя сказать, что выделение биогаза из различных видов навоза и помета – простое дело. Домашним умельцам приходится идти путем проб и ошибок: то горючего выделяется слишком мало, то реакция не идет и так далее. Надо понимать, что для достижения успеха потребуется немало труда и терпения, а количества топлива вряд ли хватит для обогрева дома. Тем не менее, для работы газовой колонки и кухонной плиты его будет вполне достаточно, что уже большой плюс. Как эти приборы функционируют на биогазе, показано на видео:

Изготовление брикет

Наладить дома производство биотоплива из опилок, соломы и других отходов несколько проще. Из оборудования понадобится лишь ручной пресс, сделанный специально для этой цели. Его можно приобрести в готовом виде, заказать мастерам либо, при наличии соответствующих навыков, изготовить самостоятельно. Пресс заводской готовности стоит немало денег, поэтому последний вариант обойдется вам дешевле всего.

Производство брикет начинается с приготовления смеси. В качестве сырья используются опилки, шелуха семечек, солома и даже размоченная макулатура. Конечно, такое топливо может и так чудесно сгореть в печи или твердотопливном котле, но из-за низкой насыпной плотности придется слишком часто производить загрузку топки. Готовое твердое биотопливо из соломы или опилок будет гореть гораздо дольше.

Смесь состоит из сырья, воды и глины, служащей связующим веществом. Солому или бумагу необходимо предварительно измельчить, затем смешать с глиной в пропорции 10:1 (на 10 кг отходов 1 кг глины) и водой. Количество воды надо подбирать таким, чтобы обеспечить равномерное перемешивание и способность смеси к формованию. Не стоит добавлять в раствор много глины, не забывайте, что она останется в вашем котле в виде золы.

Смесью наполняется специальная форма, потом она кладется под пресс. После прессования готовый брикет аккуратно вынимается и раскладывается сушиться на солнце. Увидеть операцию прессования можно на видео:

Получение древесного угля

Древесные угли представляют интерес для домовладельцев как топливо, используемое в домашних мангалах и барбекю. Не секрет, что покупать подобный уголь в магазине достаточно дорого, в то время как дома его можно выжечь бесплатно, только затратив свое время. Кстати говоря, сжигать его в твердотопливных котлах или печах бессмысленно, гораздо проще заложить в топку обычные дрова.

Выжигают уголь из древесины 2 способами:

Для первого способа требуется обычная стальная бочка на 200 л и бытовой пылесос. Последний послужит для нагнетания воздуха, поэтому в нижней части бочки должен быть врезан патрубок для его подключения. На дне емкости разводят огонь, затем заполняют ее дровами до половины и включают пылесос. Затем древесины накладывают доверху, закрывают ее крышкой и замазывают глиной. Когда все прогорит и бочка остынет, производится сортировка с целью отделить древесные угли от золы.

Похожим образом древесина обжигается в яме. Последняя выкапывается 0.8 м в диаметре и не более 0.6 м в глубину. Дно ямы утрамбовывается, после чего в ней разводят костер и послойно накладывают дрова длиной до 30 см. Наполнение происходит по мере обжигания предыдущего слоя, процесс длится около 3 часов. В конце яма накрывается ветками и мхом, а сверху присыпается землей. Через 2 дня покрытие можно снимать и выбирать угли.

Заключение

Современные технологии позволяют получать горючее из различных видов биомассы, в некоторых приморских странах даже производят биотопливо из водорослей. Но на данный момент рядовому домовладельцу доступны лишь описанные способы, остальные обойдутся слишком дорого. Проще и дешевле всего делать брикеты, особенно когда в доме установлен твердотопливный котел.

Производство биотоплива: возможные источники сырья и технология

И нефть, и газ считаются невосполнимыми ресурсами, поскольку восстановление их запасов занимает целые геологические эпохи. Сегодня мы исследуем те возможности, к которым начинают присматриваться основные потребители энергоресурсов: производство биотоплива из древесных отходов, растительного сырья и даже канализационных стоков.

На фото — пеллеты, вид биотоплива из древесины, завоевывающий популярность в нашей стране.

Что это такое

Если коротко — это та органика, которая:

1. Обходится дешево;
2. Может гореть с выделением большого количества тепла.

В эту категорию попадают самые разные вещества:

• Жидкое биотопливо представлено этиловым, бутиловым и метиловым спиртами, диметиловым эфиром и биодизелем — горючими органическими жирами.

Полезно: название происходит от основного потребителя — дизельных двигателей.

Дизель способен работать на жирах так же, как двигатель внутреннего сгорания — на спиртах, горючих газах и эфире.

Собственно, правильное название дизтоплива — соляровое масло. При нормальном давлении и комнатной температуре добиться его воспламенения довольно трудно.

• Твердое биотопливо — это и привычные нам дрова, и пеллеты — топливные гранулы из опилок, и торфяные брикеты, и даже солома и щепа.
• Газообразные виды биотоплива — метан, водород и так называемый биогаз — смесь метана и CO2, выделяемая при брожении органических отходов.

В этих цистернах органические отходы превращаются бактериями в биогаз.

Зачем это нужно

Старая пословица «пока гром не грянет, мужик не перекрестится» исчерпывающе описывает ситуацию с использованием ископаемых энергоресурсов нынешней цивилизацией. Добыча и переработка нефти обеспечивает сверхприбыли, отказываться от которых во имя туманных идей экологии и светлого будущего никто не спешит.

Автомобили так же, как и сто лет назад, жгут литрами бензин; ТЭЦ работают на мазуте; все перспективные разработки в области разработки альтернативных источников энергии скупаются крупными корпорациями и ложатся под сукно; проекты, которые не удается купить, всеми силами дискредитируются.

Однако не нужно быть семи пядей во лбу, чтобы понять, что нефтяное изобилие продлится недолго. Мировые запасы нефти закончатся в ближайшие полвека, и человечество столкнется с неизбежным энергетическим голодом.

Выходы из предсказуемого тупика очевидны:

Использование для получения энергии восполнимых ресурсов — геотермальной энергии, солнца (см. солнечное отопление) и ветра. Идея хороша; но есть несколько «но».

Энергетические установки всех соответствующих типов очень дороги; ветряки и гелиосистемы, кроме того, занимают огромные площади, а их эффективность непредсказуема — все определяется погодой.

Кроме того, накопленную энергию трудно, условно говоря, взять с собой в дорогу: существующие аккумуляторы при разумной массе обеспечивают автомобилям слишком маленький пробег, несопоставимый с традиционными машинами на бензине.

Пейзаж, типичный для Германии, где государственная стратегия развития предусматривает использование энергии из экологически чистых источников.

Поиск альтернативных источников высокопотенциальной энергии. Самым глобальным из доступных общественности является проект строящегося во Франции ИТЭР — экспериментального термоядерного реактора.

Однако пока что термоядерная энергетика не может решить базовую проблему: расходы энергии на удержание плазмы в магнитной ловушке почти не уступают полезному выходу существующих прототипов реакторов.

Открытия в области холодного термоядерного синтеза успешно закиданы банановой кожурой под взмахи дирижерской палочки нефтяных корпораций.

Другие альтернативные источники энергии, периодически упоминающиеся в прессе, пока что далеки от практического воплощения — то ли из-за сознательной информационной блокады, то ли из-за инертности мышления государственных структур. Причем не только российских.
Третий путь не означает никаких революций в технологии и, соответственно, в экономике. Автомобили по-прежнему используют дизеля и двигатели внутреннего сгорания; ТЭЦ так же коптят небо.

Но в топках и цилиндрах горит топливо, воспроизводство которого занимает не миллионы лет, а считанные годы — продукты переработки растительного и животного сырья.

Грех спорить: жечь лес в топке — варварство. Хорошая новость — в том, что многие виды деревьев растут очень быстро.

Темпы внедрения

Какова динамика производства биотоплива? Как растет его потребление?

В 2007 году суммарный объем произведенного во всем мире жидкого биотоплива составил 54 миллиарда литров. Если оценивать литраж потребления, впрочем, цифры не выглядят столь уж внушительно: это всего 1,5 процента от общего потребления жидкого горючего всех типов.

Любопытно, что на тот момент большей частью произведенного биотоплива был этанол: 46 миллиардов литров. Крупнейшие производители — США и Бразилия. На их долю пришлось 95% мирового производства.

К 2010 году, однако, доля этих стран снизилась до 90%, а общее производство жидкого биотоплива выросло до 105 миллиардов литров. 86 из них — этиловый спирт, остальное — биодизель.

Европа ставит целью к 2020 году перевести на альтернативные источники энергии 10% транспорта. В Швеции существует три сотни заправок, где можно заправлять дизельные машины… сосновым маслом. 8 марта 2013 годы был выполнен первый трансатлантический авиарейс на биотопливе.

Россия

Приведем голые факты без какой-либо их оценки.

• Экспорт Россией биотоплива (прежде всего соломы, жмыха и щепы) на 2010 год составил 2,7 миллиона тонн. При этом в стране потреблялось всего 20% от произведенного биотоплива всех типов.
• К концу 2013 года в России планируется запустить 50 электростанций на биогазе. Суммарная мощность всех, однако, составит всего 120 мегаватт.

Для сравнения — печально прославившаяся электростанция Фукусима в Японии на момент аварии имела суммарную мощность шести энергоблоков в 4,7 гигаватта.

Общую тенденцию показывает график. Собственно, у человечества просто нет альтернатив.

Оборотная сторона

Разумеется, ни одно явление в современном мире не может быть только позитивным или негативным. В чем подвох в случае биотоплива?

Теневая сторона его производства касается, прежде всего, использования растительного сырья.

Огромные площади, занятые так называемыми энергетическими (предназначенными для сжигания) лесами, кукурузой для производства этанола, рапсом, из которого выжимают масло для дизелей, отнимаются у производителей пищевой продукции.

По оценке экспертов, общее количество голодающих в мире в ближайшее десятилетие возрастет до 1,2 миллиарда человек именно из-за растущего спроса на биотопливо.

Нюанс: производство метана, водорода и биогаза из отходов — тот редкий случай, когда ни экологии, ни экономике стран — производителей не наносится никакого вреда.

Безвестный художник очень наглядно показал пользу от переработки биологических отходов.

Методы производства

Давайте полюбопытствуем, как производятся наиболее популярные виды топлива из растительного сырья. Перечислить все применяющиеся технологии в рамках одной статьи нереально, поэтому затронем самых ходовые типы горючего.

Пеллеты

Так называются топливные гранулы из прессованных опилок, которые позволяют автоматизировать подачу топлива в котел и дают при сгорании несколько больше тепла по сравнению с дровами.

Их производство не требует сложного оборудования; однако строить мини-завод по их изготовлению своими руками явно не стоит. При устоявшемся уровне цен на пеллеты и на необработанную топливную древесину производство может окупить себя только при больших объемах.

Как работает установка по производству биотоплива этого типа?

1. Бревно очищаются от коры на окорочном станке.
2. Щепорубочная машина превращает их в мелкую щепу.
3. Молотковая мельница превращает щепу в мельчайшие опилки.
4. Опилки просеиваются, неразмолотая щепа удаляется.
5. Барабанная сушилка удаляет из опилок лишнюю влагу.
6. Наконец, пресс превращает их в гранулы.
7. Физико-химические изменения, делающие гранулы прочными, происходят при их охлаждении. Негранулированные опилки отсеиваются и отправляются на повторную переработку.

Более популярно, однако, производство пеллет не по полному циклу, а из готовой щепы или опилок.

Отходы деревообработки — оптимальное сырье для производства пеллет.

Биодизель

Что это такое — мы уже упоминали в начале статьи. Как работает завод по производству биотоплива из обычного растительного масла?

Суть производства — в удалении из растительного жира молекул глицерина, придающего ему недопустимую в двигателях вязкость, и замещение его молекулами спирта. Правильное название этого процесса — этерификация.

Инструкция по изготовлению биодизеля примерно такова:

1. Масло (льняное, подсолнечное, рапсовое — это безразлично) смешивается со спиртом (этиловым или метиловым) и катализатором — соответственно этиловым или метиловым эфиром. Смесь тщательно перемешивается.
2. Отстоявшаяся смесь расслаивается. В верхней части емкости остается собственно биодизель — текучая жидкость цвета меда, снизу более вязкий и темный глицерин. Между ними — слой готового к применению жидкого мыла, которое тоже можно использовать.
3. Последний этап — осушение (в растительном масле довольно велико содержание воды). Для этого в биодизель добавляется сульфат магния, поглощающий воду; затем он отфильтровывается обычным тонким механическим фильтром.

Цена получившегося продукта определяется, прежде всего, себестоимостью растительного сырья. Закупать растительное масло ради производства дизтоплива – идея, по меньшей мере, странная уже потому, что соляровое масло стоит куда дешевле.

Полезно: биодизель более химически агрессивен по сравнению с соляровым маслом. Он сокращает ресурс сальников, резиновых прокладок, довольно быстро забивает топливные фильтры и уже поэтому является источником энергии, скажем так, неоднозначным.

Схема производства биодизеля из рапса по полному циклу.

Биоэтанол

Оборудование для производства биотоплива этого типа представляет собой весьма производительный и эффективный… самогонный аппарат. Сама технология производства мало изменилась за последние десятилетия, разве что ассортимент сырья заметно расширился.

Знаменитый Остап Бендер говорил измученным сухим законом американцам, что гнать самогон можно даже из обыкновенной табуретки, и предлагал поделиться рецептом табуретовки.

Из чего производят этанол для технических нужд без малого век спустя после описанной в «Двенадцати стульях» эпопеи?

• Большая часть биоэтанола производится, как уже говорилось, в Бразилии — из сахарного тростника и в США — из кукурузы. Очевидно, уроки Остапа запомнились и нашли применение в государственном масштабе.
• Клубни маниока, растения, которое в больших количествах выращивают Китай, Тайланд и Нигерия — тоже очень перспективное сырье. Главное его достоинство — простота и технологичность производства, а раз так — то и дешевизна.

Если верить Википедии, стоимость производства из маниоки спирта, соответствующего по топливной эффективности баррелю (159 литров) нефти — всего 35 долларов. Баррель сырой нефти на мировом рынке стоит примерно втрое дороже.

Производимый из этих клубней спирт намного дешевле сырой нефти

Наконец, целлюлоза, получаемая из опилок, соломы и прочих отходов древесно-растительного происхождения — источник биоэтанола почти неисчерпаемый.

Однако из-за относительной сложности производства в настоящее время он считается экономически неоправданным.

Что же, подождем дальнейшего роста цен на нефть. Возможно, в обозримом будущем и правда представится возможность заправить машину табуретовкой…

Что с технологией производства биотоплива в домашних условиях?

Ну что вы, в самом деле, после указа 1985 года в нашей стране даже спрашивать про такое смешно…

• Измельченное растительное сырье с добавкой дрожжей проходит процесс брожения, в результате чего получается брага с содержанием спирта не больше 15 процентов. При большей концентрации дрожжевые бактерии гибнут.
• Отфильтрованная брага проходит ректификацию: нагревается в ограниченном объеме. При этом легкие фракции (прежде всего этанол) возгоняются первыми. Затем спиртовые пары конденсируются в непрерывно охлаждаемом змеевике (или аналогичном по функциональности устройстве).

При промышленных объемах вместо традиционных дрожжей применяются продукты биоинженерии — искусственные ферменты глюкамилаза или амилосубтин.

Технология со времен Остапа не изменилась.

Если вы обдумываете идею перевести свою машину на другой вид топлива — лучше учесть, что без адаптации серийный ДВС может гарантированно работать на спирто-бензиновой смеси, содержащей не больше 10 процентов спирта. Впрочем, встречаются свидетельства беспроблемной работы двигателей и при соотношении 40/60.

Заключение

Возможно, дополнительную полезную информацию вы сможете извлечь из видео в конце статьи. Успехов!

Технология и оборудование для производства биотоплива

Вряд ли когда-либо биотопливо потеряет свою актуальность, ведь это не только экологически чистый продукт, но и экономия по всем параметрам. Многие предприниматели задумывались над тем, чтобы открыть своё небольшое дело в данном направлении. Если вы один из них, то должны правильно выбрать оборудование для производства биотоплива, ведь именно от техники зависит большая часть успеха. Тут нет ничего сложного, хотя на поиск и покупку может уйти достаточно большое количество времени.

Оборудование для производства биотоплива

большое количество видов данного продукта сгорания. Например, гранулы, брикеты различной формы, древесный уголь и щепа, а также дрова. Итак, давайте поговорим о технике, которую предстоит купить. Во-первых, это цепной разобщитель брёвен, с которого начинается технологическая линия, далее идёт рубочная машина, позволяющая получить мелкую фракцию.

В это же время от древесины отделяется кора, так как её в качестве топлива использовать не предполагается. Нам также не обойтись и без теплогенератора, с помощью которого будет осуществляться сушка. Что касается сушилки, то тут у нас есть возможность выбора между барабанной и ленточной. Для окончательного измельчения используется дробилка (молотковая мельница). Из оборудования остаётся приобрести пресс-формы и шнековые смесители для увеличения влаги в сырье.

Твердое биотопливо: производство и технология

Можно сказать, что капиталовложения будут относительно небольшими, так как процесс простой и не занимает много времени. В это же время технологическая линия довольно серьёзная и габаритная.

Всего есть 6 этапов производства, это: измельчение, сушка, окончательное измельчение, водоподготовка, прессование и охлаждение. Каждый из пунктов должен выполняться квалифицированными специалистами.

Измельчение осуществляется в дробилках до получения фракции 25 х 25 х 2, хотя можно немного и меньше. Сушка, как было отмечено выше, может осуществляться в ленточных и барабанных сушилках.

Вторые менее дорогостоящие, но с пониженной безопасностью. По окончании процесса влажность должна быть в пределах 8-12%. Следующий этап — доизмельчение до фракции 4 мм и подача на водоподготовку. Шнековые смесители подают пар, поэтому сырьё с влажностью менее 8% насыщается водой для улучшенного прессования.

Основное оборудование

В сердце всего производства лежит пресс, который и является самым дорогостоящим оборудованием. Всего есть два варианта. Это купить пресс с круглой или плоской матрицей. Каждый из видов обладает своими преимуществами и недостатками. Принцип работы, по сути, ничем не отличается.

Сырье подвергается смятию и через специальные отверстия в матрице продавливается, а затем обрезается ножами. Данная установка по производству биотоплива выполняется из самых твёрдых материалов и сплавов, это касается как корпуса, так и всей рабочей части. Зачастую используется закалённая износостойкая сталь.

Это обусловлено тем, что температура во время работы агрегата повышается примерно в 3 раза и достигает 100 градусов по Цельсию, если она превышает отметку в 120, то качество изделия значительно падает из-за протекающих в нём необратимых процессов.

Немного полезной информации

Не стоит упускать из виду такой важный этап производства, как охлаждение. Для этого могут быть использованы специальные холодильники или обдувные устройства.

Если вы планируете заниматься таким бизнесом всерьёз, то рекомендуется установить системы очистки готовых гранул от пыли, что улучшает их качество. Далее идёт расфасовка продукции. Сегодня большую популярность получают топливные брикеты, которые изготавливаются из отходов аграрной деятельности.

Это и шелуха от подсолнухов, гречихи и многое другое. Технология тут гораздо проще, нежели вышеописанная. Сам по себе процесс заключается в том, что сырье сжимается на прессе (поршневом, шнековом).

Такой станок для производства биотоплива можно использовать и для гранулирования. К примеру, шнековый пресс имеет небольшой вес и работает постоянно, в то время как поршневой носит циклический характер, но цена на него на порядок меньше.

Заключение

Вот мы и поговорили о том, какое необходимо оборудование для производства биотоплива. Помимо этого, вкратце была рассмотрена и технология. По большому счёту, процессы гранулирования и брикетирования между собой схожи. Что будете использовать вы, зависит только от количества доступных средств. Если их достаточно, то можно наладить выпуск как гранул, так и брикетов, что поможет на порядок быстрее окупить вложения в бизнес.

В любом случае, в России производство биотоплива находится только в процессе развития, и рынок еще не насыщен подобными предложениями. Следовательно, это отличная возможность заработать неплохие деньги, тем более что это очень перспективное направление. Особенно если учесть тот факт, что когда закончится нефть и газ, это будет основным видом топлива.

Источники:

http://altenergiya.ru/bio/kak-proizvodyat-biotoplivo.html
http://lesprominform.ru/jarticles.html?id=5459
http://cotlix.com/kak-proizvodit-biotoplivo-v-domashnix-usloviyax
http://stroim24.info/proizvodstvo-biotopliva-vozmozhnye-istochniki-syr-ya-i-tehnologiya/
http://businessman.ru/new-texnologiya-i-oborudovanie-dlya-proizvodstva-biotopliva.html