Нефть XXI

Первыми начали использовать традиционные сельскохозяйственные культуры с высоким содержанием жиров, крахмала, сахаров. Растительные жиры хорошо перерабатываются в топливо для дизельных двигателей, получившее название биодизель. Растительные крахмалы и сахара перерабатываются в этанол (этиловый спирт), который может использоваться как топливо для карбюраторных двигателей либо самостоятельно, либо как добавка к бензину, повышающая его октановое число. Однако помимо проблем, связанных с ведением интенсивного сельскохозяйственного производства: истощением почв, высокими затратами на их обработку, полив, удобрения и пестициды, изъятие даже части продовольственных культур с рынка пищевых продуктов непосредственно влияет на цену продовольствия для населения. Это сырье относят к первому поколению биотоплив.

Непищевые остатки культивируемых растений, траву и отходы древесины относят ко второму поколению биосырья. Его получение в принципе связано с гораздо меньшим объемом затрат, чем культур первого поколения. Но при этом резко возрастают расходы на его сбор, подготовку и переработку. Такое сырье содержит в основном целлюлозу и лигнин. Его можно непосредственно сжигать (как это традиционно делают с дровами), газифицировать (получая горючие газы), осуществлять пиролиз с получением жидких и газообразных продуктов. Основные недостатки использования второго поколения биосырья – занимаемые для его получения земельные ресурсы и относительно невысокая отдача с единицы площади.

В качестве третьего поколения биосырья рассматривают водоросли. Их производство не требует земельных ресурсов, допускает большую концентрацию биомассы и высокую скорость воспроизводства. Однако при использовании для его производства природных водоемов могут возникнуть серьезные экологические последствия для окружающих природных ландшафтов. Кроме выращивания водорослей в открытых прудах возможно их выращивание в небольших биореакторах, расположенных, например, вблизи электростанций. Сбросное тепло ТЭС способно покрыть более 70 % потребностей в тепле, необходимом для выращивания водорослей.

Ряд европейских стран в настоящее время рассматривает как перспективное направление производство биомассы культивированием фитопланктона в искусственных водоемах, создаваемых на морском побережье. Последующее метановое брожение биомассы и гидроксилирование образующегося метана позволяют получать в качестве биотоплива метанол. Основным доводом в пользу использования микроскопических водорослей является высокая продуктивность фитопланктона, до 100 т/га в год. Кроме того, при этом не используются ни плодородные почвы, ни пресная вода, и нет конкуренции с сельскохозяйственным производством. Поэтому с точки зрения получения энергии данная биосистема имеет существенные экономические преимущества по сравнению с другими способами преобразования солнечной энергии. Однако осуществлению подобных проектов пока не способствует общемировая тенденция снижения цен на нефть.

По своему агрегатному состоянию биотоплива могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Твердые топлива – это традиционные дрова (часто в виде отходов деревообработки), топливные гранулы и пеллеты (прессованные мелкие остатки деревообработки). Жидкие топлива – это спирты (метанол, этанол, бутанол), эфиры, биодизель и биомазут, получаемые из растительного сырья. Наконец, газообразные топлива – это различные газовые смеси, состоящие из метана, оксидов углерода, водорода и других газов, получаемые при термическом разложении биосырья в присутствии кислорода (газификация), без кислорода (пиролиз) или при его сбраживании под воздействием бактерий.

Помимо непосредственно сельскохозяйственных продуктов источниками сырья для получения биотоплива могут быть лигно-целлюлозные соединения, остающиеся после того, как использованы пригодные для пищевой промышленности части биологического сырья. Наряду с биологическими процессами брожения для получения биотоплив применяют термический пиролиз, который позволяет превратить биомассу в жидкость, которую легче и дешевле транспортировать, хранить и использовать. По некоторым оценкам, при ныне существующих технологиях производство топлив пиролизом отходов и бросовой биомассы может покрыть 20 % потребностей Германии в автомобильном топливе. А к 2030 году, по мере технологического развития, ожидается, что пиролиз биомассы сможет обеспечить до 35 % германского потребления автомобильного топлива при себестоимости производства менее 0,80 евро за литр. Возможно также использование жидких продуктов пиролиза древесины хвойных пород. В этом случае для перегонки используются в основном отходы деревообработки: сучья, пни, кора. Выход топливных фракций достигает 100 килограммов с тонны древесных отходов.