Биотопливо - слово кажется волшебным. Он напоминает пение птиц, ясное голубое небо и всеобщее счастье. Каким-то образом мы можем превратить растения и другие органические материалы во что-то, что будет питать наши автомобили и одновременно спасать планету.
Но это вовсе не волшебство. В этой статье мы собираемся обсудить, что такое биотопливо, чем оно не является и как его получают избиомасса (то есть органического материала растений и животных). Мы также поговорим об обещаниях и компромиссах основных видов биотоплива.
Прежде всего, что такое биотопливо? По данным Министерства энергетики США (DOE), они представляют собой возобновляемое твердое, газообразное или жидкое топливо, полученное из растений и органических материалов, которые могут быть переработаны для производства топлива для питания наших автомобилей и внедорожников, обогрева наших жилых помещений или работы машин. Возобновляемый в этом смысле означает, что мы получаем ресурсы для производства топлива из чего-то, что мы можем легко пополнить за достаточно короткий период времени, например, из растений. Хотя нефть и природный газ также получают из растений, они не являются возобновляемыми, потому что потребуются миллионы лет, чтобы пополнить наши запасы этих ископаемых видов топлива.
На протяжении десятилетий домовладельцы имели возможность использовать твердое топливо, такое как дрова или кукурузные гранулы, хотя в последнее время это стало более популярным способом компенсировать резкие колебания цен на мазут. В транспортных целях наиболее распространенными биотопливами, используемыми сегодня, являютсяэтанол(разновидность спирта, получаемого из крахмала или сахара) ибиодизель (дизельное топливо). топливо на основе масла, жиров или смазок).
Отслеживание производства биотоплива еще не является точной наукой из-за множества методов, используемых для его производства, но данные об общем производстве и потреблении биодизеля и этанола надежны. После небольшого падения в середине 1990-х годов производство этанола в Соединенных Штатах находится на рекордно высоком уровне. Производство биодизельного топлива в Соединенных Штатах резко возросло с 2 миллионов галлонов в 2002 году до 700 миллионов галлонов в 2008 году, по данным Национального совета по биодизелю, американской промышленной торговой ассоциации.
Конечно, альтернативные виды топлива могут быть очень полезными, но как они на самом деле превращают биомассу во что-то полезное?
Методы использования биотоплива
Этанол, иногда называемый зерновым спиртом, производится путем ферментации растительных материалов. Традиционно это означало ферментацию потребляемой части урожая, особенно кукурузы или сахарного тростника.
Большим недостатком этого является то, что он посягает на пищевые ресурсы людей и домашнего скота. Вместо этого новые исследования сосредоточены на использованиицеллюлозной биомассы, которая состоит из несъедобных частей растений, таких как стебли кукурузы]. Процесс включает в себя превращение растительного материала в глюкозу, которую затем можно ферментировать, как и любой другой сахар, с получением этанола. Лигнин, побочный продукт процесса, сжигается для получения энергии, необходимой для завершения процесса.
Хотя биодизель можно использовать в качестве топлива в чистом виде, его обычно комбинируют с бензином. Все автомобили с бензиновым двигателем могут заправляться легкодоступнымгазохолем, смесью 90% бензина и 10% этанола. Автомобили с гибким топливом также могут использовать так называемоетопливо E85, смесь 85-процентного этанола и 15-процентного бензина.
В отличие от этанола, использование биодизеля в Соединенных Штатах началось примерно с 2005 года. Наука, стоящая за ним, также намного новее и немного сложнее. Большинство методов производства биодизеля в США начинаются с соевого масла или отработанного растительного масла, хотя могут использоваться и другие масла и даже водоросли.
По данным Национальной информационной службы устойчивого сельского хозяйства, масло смешивают со спиртом, обычно метанолом или даже этанолом. Катализатор, такой как гидроксид калия или гидроксид натрия (щелок), используется для начала процесса, называемогопереэтерификация, в ходе которого производится биодизельное топливо с глицерином, образующимся в качестве побочного продукта.
Как и этанол, биодизельное топливо обычно комбинируют с топливом на нефтяной основе, что позволяет использовать его во всех автомобилях с дизельным двигателем. Наиболее распространенная смесь называетсяB20, что отражает 20-процентную биодизельную смесь и 80-процентную смесь нефтяного дизельного топлива. Модифицированные автомобили могут использоватьB100или 100-процентное биодизельное топливо, чтобы питать их в пути.
Этанол и биодизель - это два вида топлива, которым приписывают большую славу, но биотопливо представляет собой нечто большее. В следующем разделе мы рассмотрим некоторые другие варианты биотоплива.
Производство биодизеля из отработанного растительного масла
Хотите попрощаться с заправкой? Присоединяйтесь к растущему легиону людей, производящих биодизель в домашних условиях из отработанного растительного масла. Вам понадобится метанол, сильный катализатор (щелочь работает) и множество мер предосторожности. Расходные материалы легко доступны. Об этом процессе написано множество литературы, так что читайте, покупайте припасы, будьте осторожны и приготовьтесь объявить о своей топливной независимости.
Другие виды биотоплива
Биотопливо не ограничивается нашими легковыми и грузовыми автомобилями. В этом разделе мы рассмотрим некоторые новые способы, которыми биотопливо входит в нашу жизнь.
Люди собирались вокруг дров с незапамятных времен. С древесиной легко работать, легко сжигать и легко заменять (во всяком случае, при правильном управлении ресурсами). Что отличается сегодня, так это разработка широкого ассортимента пеллет для дровяных печей. Эти печи также становятся намного более эффективными при сжигании материала. Министерство энергетики США сообщает, что печь на пеллетах мощностью 42 000 БТЕ может обогреть дом площадью 1 300 квадратных футов - эти устройства даже меньше загрязняют окружающую среду и требуют меньшего обслуживания. В то время как древесные гранулы, изготовленные из прессованных опилок, являются наиболее распространенными, некоторые печи также могут использовать топливо из кукурузы, макулатуры, ореховой скорлупы и даже сушеных вишневых косточек.
Несколько менее известная технология использует твердые отходы, такие как навоз от домашнего скота или муниципальные отходы, и улавливает газы, выделяемые в ходе естественного процесса анаэробного разложения. Этотбиогаз содержит большое количество метана, который можно использовать в качестве топлива. На брифинге некоммерческого Института экологических и энергетических исследований в 2010 году сообщалось, что в Соединенных Штатах работает 151 анаэробный реактор (установка, улавливающая биогаз в результате разложения), и все они используют отходы животноводства в качестве основного материала.
Хотя многие заводы по переработке отходов традиционно сжигают биогаз, его все чаще признают еще одной потенциальной частью энергетической головоломки, поскольку мы стремимся найти более постоянное решение для получения энергии.
Многие из разрабатываемых в настоящее время технологий для поддержки внедрения биотоплива идут полным ходом, но могут ли они действительно помочь окружающей среде и обеспечить реалистичное решение наших энергетических потребностей? Как это поможет нам? Мы рассмотрим это в последнем разделе.
Преимущества использования биотоплива
Сегодня перед энергетическими решениями стоит высокая планка: они должны быть более эффективными и спасать планету. Может ли биотопливо действительно спасти положение? Как и следовало ожидать, простого ответа не существует, и, в конечном счете, они являются лишь частью гораздо большей энергетической головоломки.
С экологической точки зрения использование биотоплива не увеличивает выбросы углекислого газа в атмосферу и не способствует глобальному потеплению. Растения поглощают углерод по мере роста и выделяют его при преобразовании в энергию. Точно так же животные потребляют растения, которые они превращают в жиры и отходы (среди прочего), поэтому углерод из растений снова высвобождается, когда эти продукты преобразуются в энергию.
Углерод был заперт внутри угля и других ископаемых видов топлива на протяжении миллионов лет и остается там до тех пор, пока мы не вытащим его из-под земли для сжигания. Хотя углерод внутри этих видов топлива когда-то заполнял воздух, он не был частью нынешнего годового цикла атмосферы.
С политической точки зрения, использование ресурсов, имеющихся в собственной стране, означает меньшую зависимость от иностранных ресурсов, таких как сырая нефть. Заполнение части потребности в этой энергии за счет возобновляемого биотоплива в домашних условиях может иметь большое значение для снижения международной напряженности.
Биотопливо также выгодно для экономики тем, что внутренние ресурсы, необходимые для его использования, находятся в местных сельскохозяйственных и лесных регионах.
На сегодняшний день ни один источник топлива - биотопливо, ископаемое топливо, ветер, солнечная энергия или атомная энергия - не способен удовлетворить все наши энергетические потребности. Однако совершенствование технологий быстро упрощает использование биотоплива и позволяет его развитию способствовать светлому будущему.