Гонят из опилок. Что за биотопливо изобрели наши учёные? | Экология | Общество
Дмитрий Писаренко
Примерное время чтения: 4 минуты
7717
Shutterstock.com
Интерес к биотопливу в мире сейчас огромный — его использование неизменно связывают с экологией и охраной окружающей среды. Как правило, производят его из сои, рапса, кукурузы, тростника или других злаков. Делается это путём ферментации биомассы. Собранную сельхозкультуру подвергают брожению с помощью химикатов или бактерий. В итоге образуется этанол и другие виды спиртов или же газообразное топливо.
Однако в последнее время звучат голоса скептиков: дескать, производство биотоплива экологически нецелесообразно, поскольку оно наносит ущерб климату больший, чем тот, которого удаётся избежать за счёт отказа от сжигания ископаемых углеводородов.
Причина, в первую очередь, в вырубке лесов под плантации.
В России давно применяется технология производства биомассы (а затем и биотоплива) из отходов лесной промышленности — опилок, стружки, коры, щепы, остатков древесины. Их спрессовывают и получают пеллеты и брикеты, которые затем сжигают в котельных и электрогенераторах. Но у технологии есть ряд недостатков. Например, такая биомасса имеет низкую энергетическую плотность. Учёные из МФТИ и Объединённого института высоких температур РАН предлагают своё решение.
В чём суть метода?
Исследователи подвергают древесную биомассу термической обработке при отсутствии или незначительном содержании кислорода. Печь заполняют спрессованными брикетами из древесных отходов, а сверху засыпают толстым слоем минерального наполнителя. Это может быть специальная глина, тальк или мел. Компоненты химически устойчивы и относительно недороги. Затем реактор нагревают до 200-300°C, и отходы древесины, разлагаясь на более простые молекулы, постепенно превращаются в подобие угля.
Приблизительно так в недрах нашей планеты на протяжении миллионов лет из погибших растений формировался каменный и бурый уголь.
«При такой технологии можно получать биотопливо весьма высокого качества, с энергетическими характеристиками близкими к углю, — говорит один из авторов исследования, доктор технических наук Борис Кичатов. — По сути своей метод прост. Для производства не требуется больших капитальных затрат. Это важно для предприятий малого и среднего бизнеса. Установки, использующие подобную технологию, можно размещать в местах, где непосредственно идёт заготовка древесины. В настоящий момент отходы, образующиеся при вырубке лесов (пни, ветви деревьев), как правило, сжигают, а порой просто выбрасывают. В последнем случае они становятся источником для развития болезней и вредителей лесов. Технология, которую мы предлагаем, позволит создавать относительно небольшие производства».
Ещё одно важное достоинство нового вида биотоплива: его сжигание не будет приводить к дополнительным выбросам углекислого газа в атмосферу.
Кроме того, технология в качестве побочных продуктов даёт весьма ценные химические соединения. Они пригодятся в других отраслях промышленности.
На что ещё делать ставку?
Несмотря на большие запасы нефти, газа и угля, Россия пытается развивать у себя производство топлива из растительного сырья. В первую очередь, конечно, из отходов всё той же древесины. (Справедливости ради скажем, что обычные дрова — это тоже вид биотоплива).
«У России огромный потенциал для развития этого сектора энергетики, — считает директор ООО „Лесная сертификация“ Павел Трушевский. — По экспертным данным, в стране в том или ином виде образуется до 80 млн кубометров древесного сырья в год. Это порубочные остатки на делянках, древесина, оставленная на корню, щепа, опилки. Поэтому Россия — очень интересный рынок для производства биотоплива. Причём начать стоит с внутреннего рынка. У нас много котельных, которые находятся где-то в лесных районах и при этом работают на дорогом мазуте.
Например, с угля на древесное биотопливо планируют перевести в ближайшее время Байкальскаую ТЭЦ в Иркутской области. Местные власти подсчитали и поняли, что это будет выгоднее, чем переход на газ. Кстати, биогаз (то есть газ, получаемый в результате брожения биомассы) — второй по перспективам вид биотоплива в нашей стране. Ставку нужно делать на отходы сельского хозяйства, в том числе жизнедеятельности домашних животных — навоз, помёт…
Что касается выращивания рапса, кукурузы или тем более тростника, тут эксперты проявляют сдержанность. К чему создавать новые плантации, если 45% территории России покрыто лесами и их возобновляемый потенциал почти не используется?
В принципе, гнать этиловый спирт много из чего можно, но какова будет цена вопроса? Недавно химики из МГУ предложили технологию получения этанола из грибов.
Их в наших лесах тоже видимо-невидимо. Но не нужно быть семи пядей во лбу, чтобы понять: себестоимость такого биотоплива будет куда выше, чем полученного из древесины.
биотопливоальтернативные виды топлива
Следующий материал
Самое интересное в соцсетях
Новости СМИ2
ученые разработали коллайдер для производства биотоплива из опилок — Будущее на vc.ru
{«id»:13846,»url»:»\/distributions\/13846\/click?bit=1&hash=e55e48eddda4bc21e41e05a579a7c4f6ff93370a18f4e2b72bfdc3218ac40104″,»title»:»\u0412\u0435\u043d\u0447\u0443\u0440\u043d\u044b\u0439 \u0438\u043d\u0432\u0435\u0441\u0442\u043e\u0440 \u043e\u0431 \u0430\u043a\u0442\u0443\u0430\u043b\u044c\u043d\u044b\u0445 \u043f\u0440\u043e\u0431\u043b\u0435\u043c\u0430\u0445 \u0444\u0430\u0443\u043d\u0434\u0435\u0440\u043e\u0432 \u0438 \u0438\u043d\u0432\u0435\u0441\u0442\u043e\u0440\u043e\u0432″,»buttonText»:»»,»imageUuid»:»»,»isPaidAndBannersEnabled»:false}
Во всем мире использование биотоплива рассматривается как альтернатива традиционным источникам энергии.
Научная команда Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна (СПбГУПТД) разработала коллайдер, который перерабатывает опилки в твердое топливо в виде брикетов. Производство позволяет решать вопрос с утилизацией отходов в лесной промышленности и снижает уровень углекислого газа в атмосфере.
74 просмотров
Возобновляемые источники энергии играют все большую роль на мировом топливном рынке как неистощимые и экологически устойчивые. При этом горючее из древесины занимает особое место — его использование практически не оказывает негативного влияния на окружающую среду. К тому же в деревообрабатывающей промышленности образуются огромные объемы невостребованных отходов: опилки, щепки, стружки.
Как правило, древесные остатки сжигаются или складируются в отвалах. Однако в последние двадцать лет в мире стали широко применять опилки для изготовления твердого биотоплива второго поколения — пеллет (топливных гранул) и брикетов. Для экопроизводства необходимо оборудование с высокой энергоемкостью, поэтому одна из актуальных задач для российского лесопромышленного комплекса — создание и реализация инновационной технологии глубокой переработки древесных отходов.
В этих целях ученые из СПбГУПТД разработали коллайдер, который измельчает древесину до порошкообразного состояния. В трубе диаметром 1020 мм и длиной 110 м опилки влажностью 30 % разгоняются, подсушиваются, разрушаются и превращаются в древесную муку влажностью всего 0–2 %. Далее полученное сырье попадает в экструдер — машину для непрерывной переработки.
В этих целях ученые из СПбГУПТД разработали коллайдер, который измельчает древесину до порошкообразного состояния. В трубе диаметром 1020 мм и длиной 110 м опилки влажностью 30 % разгоняются, подсушиваются, разрушаются и превращаются в древесную муку влажностью всего 0–2 %. Далее полученное сырье попадает в экструдер — машину для непрерывной переработки.
«В час оборудование выпускает 3 тонны такого сухого материала. Затем эту муку мы отправляем в экструдер, который формирует однородный расплав и придает ему форму брикета. Далее брикет можно подвергнуть торрефикации или карбонизации, и превратить в древесный уголь, получив еще один наукоемкий продукт»,
— рассказал один из авторов разработки, профессор Высшей школы технологии и энергетики СПбГУПТД Эдуард Аким. 
Формовка в виде брикетов имеет высокую плотность (1300 кг/м³) и обеспечивает низкое содержание влаги, что позволяет им выделять в несколько раз больше тепла, чем аналогу — пеллетам (600-800 кг/м³). Такое биотопливо можно адаптировать к двигателям разных конструкций, для отопления котельных и на производствах.
По словам профессора, массовое производство биотоплива и применение его в коммунальном хозяйстве позволит перевести лесной сектор на углеродную нейтральность и снизить вредные выбросы в атмосферу.
«Переход к низкоуглеродной экономике — один из важнейших вызовов для человечества. Наша задача состоит в том, чтобы сократить углеродный след и остановить глобальное изменение климата. Лесной сектор может раньше других перейти на углеродную нейтральность. В этом плане он имеет фантастические возможности», — добавил Эдуард Аким.
Тестирование коллайдера проходило на деревообрабатывающем заводе в поселке Качуг Иркутской области.
Сейчас по технологии ученых брикеты уже производит Шелеховский завод и еще ряд предприятий России. Ежегодно завод перерабатывает 100 000 м3 круглого леса, образуя большое количество отходов, которое теперь используется для выпуска биотоплива. Часть брикетов остается на заводе для отопления цехов, а часть отправляется на экспорт.
Биотопливо из опилок | RNZ
Создание жидкого топлива из опилок для замены обычных нефтепродуктов — мечта группы исследователей из Scion.
Добавить в плейлистПлейлист
- Скачать в формате Ogg
- Скачать в формате MP3
- Воспроизведение Ogg в браузере
- Воспроизведение MP3 в браузере
Будущее бензина и дизельного топлива за деревом?
Пол Беннетт и Ферран де Мигель Меркадер в лаборатории пиролиза в Scion, где древесина превращается в пиролизное масло при высоких температурах.
Фото: РНЗ/Элисон Балланс
Subscribe to Our Changing World for free on Apple Podcasts , Spotify , Stitcher , RadioPublic
or wherever you listen к вашим подкастамПиролизное масло можно превратить в биотопливо для замены бензина и дизельного топлива на нефтяной основе. Фото: РНЗ/Элисон Балланс
В лаборатории пиролиза в кампусе Scion в Роторуа происходит «волшебный трюк» по преобразованию древесной биомассы в биотопливо.
Этот процесс происходит в больших чанах из нержавеющей стали в отсутствие кислорода, и он прост, но эффективен. Начинается с расщепления древесины на мелкие кусочки.
«Мы очень быстро нагреваем древесину примерно до 450°C, — говорит Пол Беннетт.
«Он испаряется в течение одной-двух секунд, а затем мы улавливаем пары».
Эти пары затем быстро гасятся или охлаждаются до комнатной температуры, что превращает пар в жидкость.
Эта термическая обработка очень эффективна – каждый килограмм древесины превращается в 700 граммов масла. Другими продуктами процесса являются уголь и газ, которые можно использовать для получения энергии для работы завода.
Ферран де Мигель говорит, что одна из привлекательных сторон «превращения дерева в масло» заключается в том, что это значительно облегчает передвижение.
«Если у вас где-то лежит большая куча опилок, вы можете превратить их в дизельное топливо, а затем просто переместить как жидкость. .. и это намного дешевле транспортировать».
Пол говорит, что, хотя можно было бы использовать отходы лесного хозяйства или вырубку с сосновых плантаций, он считает, что более эффективным сценарием был бы «энергетический лес — специальный лес для получения энергии».
Такие леса могут стать частью программы «Миллиард деревьев», которая будет действовать с 2018 по 2027 год.
Древесные гранулы, прошедшие процесс торрефикации, сгорают более эффективно и могут использоваться вместо угля в промышленных котлах. Фото: РНЗ/Элисон Балланс
Пиролизное масло может стать универсальным биотопливом, которое можно использовать в существующем оборудовании. В Соединенных Штатах, например, его сжигают в промышленных котлах для производства тепла.
Пол говорит, что его больше интересует преобразование нефти в транспортное топливо, такое как дизельное топливо и бензин, для замены существующих продуктов на основе нефти.
Он говорит, что это потребует работы с существующими нефтеперерабатывающими заводами для переработки продуктов. Он предполагает сценарий, при котором пиролизные заводы размещаются рядом с лесами, которые являются их источником древесины, а полученное топливо отправляется на переработку на нефтеперерабатывающий завод.
Торрефикация представляет собой аналогичный процесс, при котором используются более низкие температуры в течение более длительного периода времени для преобразования древесины в энергоемкое топливо, которое может заменить уголь или древесные гранулы.
Компания Scion подготовила «Дорожную карту биотоплива Новой Зеландии», в которой рассматриваются возможные сценарии производства и использования биотоплива в Новой Зеландии.
Последние новости из журнала «Наш меняющийся мир»
для быстрого доступа ко всем вашим любимым программам
Подпишитесь на «Наш меняющийся мир»
Исследователи: опилки — новая волна возобновляемых источников энергии
Контакты для СМИ: Кристин Джиллетт, 978-934-2209 или [email protected] and Nancy Cicco, 978-934-4944 или [email protected]
LOWELL, Mass. — Министерство энергетики США предоставило трехлетний грант в размере 1 млн долларов группе исследователей под руководством профессор машиностроения Университета Массачусетса в Лоуэлле, который работает над разработкой возобновляемых топливных добавок из опилок и других побочных продуктов древесины.
«Добавки, полученные из устойчивого сырья, помогут компенсировать использование традиционных ископаемых видов топлива в двигателях внутреннего сгорания в легковых и грузовых автомобилях, а также в паровых турбинах для выработки электроэнергии», — сказал Хантер Мак, ассистент UMass Lowell.
профессор машиностроения, возглавляющий команду, в которую входят исследователи из академических институтов и промышленности. «Цель нашей лаборатории — повысить энергоэффективность, сократить выбросы и определить другие потенциальные экологичные виды топлива и химикаты будущего».
В этом проекте термин «добавка» не обязательно означает «в небольших количествах» и не предназначен для работы в качестве усилителя мощности двигателя.
«Точно так же, как неэтилированный бензин, которым вы заправляете свой автомобиль, который может содержать до 10% этанола по объему, присадка предназначена для смешивания с традиционным топливом на нефтяной основе, таким как дизельное топливо, чтобы заменить часть дизельного топлива чем-то возобновляемым и помочь сократить углеродный след автомобиля», — сказал Мак, житель Арлингтона. «Эта смесь биотоплива будет обеспечивать такие же характеристики двигателя, но, надеюсь, ее будет проще и экологичнее производить».
Помимо Мака, исследователями UMass Lowell, участвующими в проекте, являются ассистент профессора химического машиностроения Си-Ву Вонг и аспиранты Мартия Шахсаван и Мохаммад Мороватиян.
«Мы сосредоточены на транспорте, потому что транспортный сектор очень сильно зависит от топлива на основе нефти», — сказал Вонг, житель Берлингтона.
Проект является частью инициативы Co-Optima Министерства энергетики США по разработке инновационных топлив и двигателей, которые работают вместе, чтобы максимизировать производительность автомобиля и экономию топлива.
«Министерство энергетики хочет совместно оптимизировать двигатели и топливо, чтобы обеспечить более чистый, эффективный и устойчивый транспортный сектор», — сказал Мак.
Проект, возглавляемый UMass Lowell, также включает партнеров из Университета штата Мэн и компании Mainstream Engineering Corp., базирующейся во Флориде, и был выбран Министерством энергетики этой осенью в рамках общенациональных инвестиций в размере 80 миллионов долларов США для поддержки исследований передовых автомобильных технологий на ранних стадиях. это может «обеспечить более доступную мобильность, укрепить внутреннюю энергетическую безопасность, снизить зависимость страны от иностранных источников важнейших материалов и ускорить экономический рост США».
Опилки — это всего лишь один из видов древесной биомассы, используемой в исследованиях. «Древесная биомасса» относится к лесным деревьям и древесным растениям, а также к их побочным продуктам производства и обработки древесины, которые не подходят для покупки или продажи и не имеют существующего местного рынка. Лесопилки и другие предприятия лесной промышленности «имеют много остаточной биомассы, которую необходимо утилизировать, поэтому мы предлагаем способ превратить ее во что-то полезное и даже прибыльное», — сказал Мак.
Древесные отходы строительной отрасли могут пригодиться в будущем, но пока команда не может их использовать.
«Мы применяем точную технологию химических реакций в процессе производства добавок, поэтому важен состав сырья», — сказал Мак. «В строительной древесине могут быть смешаны другие химические вещества, например те, которые используются в обработанных под давлением пиломатериалах, и это изменит ход реакции. Так что, по крайней мере, в краткосрочной перспективе мы сосредоточимся исключительно на опилках, которые представляют собой четко определенный поток биомассы».
Вонг сказал, что имеется достаточно древесных отходов биомассы, чтобы сделать процесс экономически жизнеспособным. Он сказал, что бумажная промышленность в целом находится в упадке, и одним из экономических преимуществ этого проекта является то, что он может предоставить бумажной промышленности новый источник дохода для ее опилок – в данном случае для производства биотоплива, биополимеров и другие продукты биологического происхождения.
«Это направление, в котором изучается деревообрабатывающая промышленность Новой Англии, и именно в этом направлении движется Министерство энергетики», — сказал Вонг.
UMass Lowell — национальный исследовательский университет, расположенный в динамично развивающемся кампусе в самом центре мирового сообщества. Университет предлагает своим более чем 18 000 студентов степени бакалавра, магистра и доктора в области бизнеса, образования, инженерии, изобразительного искусства, здравоохранения, гуманитарных, естественных и социальных наук.