Биотопливо

Категории и виды биотоплив

В мировой практике существуют два совершенно разных подхода к выбору конкретного вида биотопливного сырья. В то время как первый из них предусматривает подбор аналогов, способных заменить ископаемое углеводородное сырье в тех или иных применениях, в основу второго положена задача поиска энергетического применения углеродсодержащим отходам. До настоящего времени не разработаны универсальные технологии, оптимально сочетающие оба принципа.

В таблице ниже представлены характеристики основных технологий энергетического использования биотопливного сырья. Все виды биотоплива можно условно разделить на две категории качества. В первую категорию выделены биотоплива, пригодные для применения в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), т. е. биотоплива «моторного качества». Известно, что качество топлива существенным образом влияет на надежность работы и ресурс двигателя, поэтому действующими стандартами установлены жесткие требования к большому числу физико-химических параметров моторных топлив.

Основные технологии получения биотоплива
Основные технологии получения биотоплива

К биотопливам второй группы относятся продукты переработки органического сырья, которые не могут заменять моторные топлива, но по своим характеристикам соответствуют требованиям, предъявляемым к котельному и печному топливу. При необходимости, биотоплива первой категории могут использоваться в тепловых установках вместо котельного или печного горючего, хотя это и не целесообразно с экономической точки зрения.

Биотоплива второй группы могут находиться в любом из трех возможных исходных агрегатных состояний (твердое, жидкое, газообразное), в то время как моторные биотоплива, в силу специфики принципа работы ДВС, могут быть только в жидком или газообразном состоянии. Это объясняется тем, что перед подачей в камеру сгорания ДВС топливо распыляется и смешивается с воздухом, образуя топливовоздушную смесь, способную воспламениться и практически полностью окислиться за очень короткое время соответствующего такта рабочего цикла. Так, при скорости движении 100 км/ч автомобиля с обычным четырехцилиндровым двигателем время рабочего такта составляет тысячные доли секунды. Очевидно, что частички твердого топлива, даже очень малых размеров, не смогли бы сгорать полностью за такое короткое время.

Подавляющее большинство ДВС для современного автотранспорта автомобилей рассчитано на использование жидкого (бензинового или дизельного) топлива. Поэтому развитие биотопливной энергетики происходит по пути поиска аналогов бензина и дизельного топлива, произведенных с использованием возобновляемого органического сырья. Значительно реже применяется природный или сжиженный газ. В этом случае осуществляют доработку двигателя в заводских условиях или на специальных станциях технического обслуживания. Такие двигатели могут работать как на биогазе, так и на пиролизном газе после соответствующей очистки от нежелательных примесей.

Биотопливными аналогами бензина и дизельного топлива являются, соответственно, спирт (биоэтанол, биопропанол) и биодизельное топливо, в качестве базового компонента которого используют метиловые эфиры жирных кислот (МЭЖК). В чистом виде спирты и МЭЖК обычно не применяют, а добавляют их, соответственно, к бензину или обычному дизельному топливу в разных нормируемых стандартами количествах.

Необходимо отметить одно весьма важное обстоятельство. Как следует из данных, приведенных в таблице выше, в технологиях приготовления жидких биотоплив моторного качества либо используется дорогое сельскохозяйственное сырье традиционно пищевого назначения, либо эти технологии предполагают применение сложного производственного цикла, как это имеет место в случае получения гидролизного биоэтанола из лигноцеллюлозы, или синтетических биотоплив из газообразных продуктов ее пиролиза.