Перспективы применения биотоплива для автомобилей в Молдове

 

Технологический лицей ОРТ им. Б.З. Герцля

Реферат по экологии

Тема:«Перспективы применения биотоплива для автомобилей в Молдове»

Выполнила: Александра

Преподаватель: Ирина Ивановна

Кишинев 2010

Перспективы применения биотопливо для автомобилей в Молдове

биотопливо автомобиль

Вся история развития человечества связана с получением и использованием энергии. С древнейших времен люди научились использовать различные виды топлива для обогрева жилища и приготовления еды. В более поздние периоды тепловую энергию использовали для изготовления из меди, бронзы, железа и других металлов предметов быта, инструментов, оружия, а сейчас и для передвижения по суше, в воздухе и в море.

Аналогом топлива является биотопливо. Биотопливо получают из биологического сырья. Биотопливо, получаемое из растений, не нарушает установившийся на планете баланс углекислого газа. Современное биотопливо - это энергичный ответ человечества на экологические вызовы 21 века. Бензин заменяем этиловым спиртом, получаемым из растительного сырья. Дизельное топливо заменяют биодизелем, полученным из растительных жиров. Для человека биотопливо более безвредно, чем выхлопы автомобилей, работающих на традиционном топливе.

Биотопливо классифицируют по его агрегатному состоянию: жидкоебиотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, солома и пр.) и газообразное (биогаз, водород).

Твердое биотопливо

Дрова - древнейшее топливо, используемое человечеством. После того как, в соответствии с греческим мифом, Прометей похитил у богов огонь и дал его людям, биотопливо согревало пещеры, в которых жили наши древние предки, на огне они готовили пищу. И сегодня древесина служит основным топливом в очагах двух миллиардов жителей бедных стран и горит в каминах состоятельной части общества. В настоящее время для производства дров или биомассы выращивают энергетические леса, состоящие из быстрооборачиваемых растений. Из-за значительного роста цен на нефть население африканских стран сокращает потребление нефтяных топлив, и увеличивает использование дров, что приводит к уничтожению лесов. Например, Кения сократила потребление керосина для бытовых нужд с 389 тысяч тонн в 2005 году до 329 тысяч тонн в 2007. Энергоносители биологического происхождения (главным образом навоз и т. п.) брикетируются, сушатся и сжигаются в каминах жилых домов и топках тепловых электростанций, вырабатывая дешёвое электричество, используемое в бытовых и производственных нуждах. В последнее время разработаны методы непосредственного получения электричества с помощью специальных бактерий при сбраживании биологических отходов. Древесные отходы прессуют в пеллеты, которые имеют форму цилиндрических или сферических гранул диаметром 8 - 23 мм и длиной 10 - 30 мм. Также кроме пеллет отходы прессуют в топливные брикеты. Отходы биологического происхождения - необработанные или с минимальной степенью подготовки к сжиганию: опилки, щепа, кора, лузга, шелуха, солома и т.д. Сжигание древесины - экологичный вариант энергетики с «нулевыми» выбросами: в атмосферу выделяется столько диоксида углерода, сколько его было усвоено растениями при накоплении фи-томассы. Часто также: Топливный торф, твердые бытовые отходы и т.д

Топливные гранулы (пеллеты) получают из торфа, древесных отходов и отходов сельского хозяйства. Пеллеты представляют собой прессованные цилиндры диаметром 4-10 мм, длиной 2-5 см, переработанные из высушенных остатков отходов лесоперерабатывающего производства: древесные опилки, стружка, кора, сучки, ветки и т.д. Содержание энергии в одном килограмме древесных гранул соответствует 0,5 литра жидкого топлива. Кроме экономического эффекта, использование пеллет способствует снижению вредных выбросов в атмосферу.

Пеллеты являются энергетически стабильным, безотходным и экологическим видом топлива. Эти качества позволяют полностью автоматизировать процесс потребления древесных гранул, что привело к появлению нового рынка бытовых и промышленных котельных на гранулах во многих странах, особенно в США, Канаде, Великобритании, Скандинавии, центральной Европе и Италии. Применение топливных гранул в Европе признано и поддерживается международными экологическими фондами (NEFCO, SIDA и др.) и общественными организациями (Зеленые и др.). Использование биотоплива возведено в ранг национальных приоритетов многими странами.

В странах с хорошо развитым уровнем технологии переработки древесины степень использования древесных отходов в качестве топлива очень высока. Например, в США этот показатель составляет 70%, в Канаде - 65%, в Германии - 62%, в Швеции - 51%, в Финляндии - 53%. Планируется, что к 2010 году Европа будет потреблять за счет возобновляемых источников энергии 82 млн. тонн нефтяного эквивалента. При этом доля биотоплива будет составлять 74% общего вклада.

Таким образом - рост потребителей альтернативного топлива из различных стран имеет устойчивую тенденцию к ежегодному увеличению и, соответственно, производство пеллет в ближайшее время будет вносить значительный вклад в мировую стратегию возобновляемых источников.

Газообразное биотопливо

Биогаз - продукт сбраживания органических отходов (биомассы), представляющий смесь метана и углекислого газа. Разложение биомассы происходит под воздействием бактерий класса метаногенов.

Биоводород - водород, полученный из биомассы термохимическим, биохимическим или другим способом, например водорослями.

Жидкое биотопливо

Биоэтанол - cахарный тростник - сырьё для производства этанола

Мировое производство биоэтанола в 2005 составило 36,3 млрд литров, из которых 45 % пришлось на Бразилию и 44,7 % - на США. Этанол в Бразилии производится преимущественно из сахарного тростника, а в США из кукурузы.

Этанол является менее «энергоплотным» источником энергии чем бензин; пробег машин работающих на Е85 (смесь 85 % этанола и 15 % бензина; буква «Е» от английского Еthanol) на единицу объёма топлива составляет примерно 75 % от пробега стандартных машин. Обычные машины не могут работать на Е85, хотя двигатели внутреннего сгорания прекрасно работают на Е10 (некоторые источники утверждают, что можно использовать даже Е15). На «настоящем» этаноле могут работать только т. н. «Flex-Fuel» машины (русского перевода пока нет). Эти автомобили также могут работать на обычном бензине (небольшая добавка этанола всё же требуется) или на произвольной смеси того и другого. Бразилия является лидером в производстве и использовании биоэтанола из сахарного тростника в качестве топлива. Автозаправки в Бразилии предлагают на выбор Е20 (или Е25) под видом обычного бензина, или «acool», азеотроп этанола (96 % С2Н5ОН и 4 % воды; выше концентрацию этанола невозможно получить путём обычной дистилляции). Пользуясь тем, что этанол дешевле бензина, недобросовестные заправщики разбавляют Е20 азеотропом, так что его концентрация может негласно доходить до 40 %. Переделать обычную машину в «flex-fuel» можно, но экономически нецелесообразно.

Биометанол образуется путём промышленного культивирования и биотехнологической конверсии морского фитопланктона. Для этого создаются специальные искусственные водоёмы на морском побережье.

В результате происходит метановое брожение биомассы и далее осуществляется гидроксилирование метана с получением метанола. Сырьём являются микроскопические водоросли. Данная технология достаточно перспективна и отличается немалыми преимуществами. Так, используемый фитопланктон довольно продуктивен. Для производства не нужно почти ничего: не эксплуатируются плодородные земли, не вырабатывается пресная вода. В общем, экономически проект весьма выгоден и не идёт в разрез с экологическими требованиями.

Бутанол - это вид жидких энергоносителей, который представляет собой бесцветную жидкость. Уже сейчас бутанол получает широкое распространение в промышленности. История этого вещества началась в начале двадцатого века. Для создания продукта была применена бактерия Clostridiaacetobutylicum. В середине века бутанол производят и из нефти, но сейчас это не имеет смысла и бутанол вновь становится биотопливом. Вещество обладает многими важными преимуществами. Так, бутанол не является источником возникновения коррозии. Кстати, вполне совместим с традиционными источниками энергии, его можно смешивать с бензином. Также бутанол применяют для производства водорода. Существуют и другие способы его создания. В качестве сырья используются такие привычные культуры как сахарный тростник, свекла, кукуруза и прочие.

Диметиловый эфир - пальмовое масло - сырьё для производства биодизеля

Диметиловый эфир (ДМЭ) - C2H6O.

Может производиться как из угля, природного газа, так и из биомассы. Большое количество диметилового эфира производится из отходов целлюлозо-бумажного производства. Сжижается при небольшом давлении.

Диметиловый эфир - экологически чистое топливо без содержания серы, содержание оксидов азота в выхлопных газах на 90 % меньше, чем у бензина. Применение диметилового эфира не требует специальных фильтров, но необходима переделка систем питания (установка газобалонного оборудования, корректировка смесеобразования) и зажигания двигателя. Без переделки возможно применение на автомобилях с LPG-двигателями при 30 % содержании в топливе.

В июле 2006 года Национальная Комиссия Развития и Реформ (NDRC) (Китай) приняла стандарт использования диметилового эфира в качестве топлива. Китайское правительство будет поддерживать развитие диметилового эфира, как возможную альтернативу дизельному топливу. В ближайшие 5 лет Китай планирует производить 5-10 млн тонн диметилового эфира в год.

Департамент транспорта и связи Москвы подготовил проект постановления городского правительства «О расширении применения диметилового эфира и других альтернативных видов моторного топлива».

Автомобили с двигателями, работающими на диметиловом эфире разрабатывают KAMAZ, Volvo, Nissan и китайская компания SAIC Motor.

Биодизель - топливо на основе жиров животного, растительного и микробного происхождения, а также продуктов их этерификации.

Для получения биодизельного топлива используются растительные или животные жиры. Сырьём могут быть рапсовое, соевое, пальмовое, кокосовое масло, или любого другого масла-сырца, а также отходы пищевой промышленности. Разрабатываются технологии производства биодизеля из водорослей.

Биодизель

Технологии получения дизельного топлива из растительных масел (соевого, пальмового, рапсового, подсолнечного). В Европе подобная технология была запатентована уже в 2001 году, имеются примеры ее промышленного использования. Стоимость топлива, полученного таким способом, в разы ниже. Оно также имеет массу других положительных отличий. Одним из них является высокая смазывающая способность, что продлевает срок службы двигателя. Топливо на основе природных компонентов чистое, в почве или воде оно подвергается полному биологическому распаду за 1 месяц и не наносит при этом вреда окружающей среде. Биодизель обладает изначально высоким цетановым числом - 56-58%, а его температура воспламенения - 100°С, что снижает его взрыво- и пожароопасность по сравнению с нефтепродуктами и во многом облегчает его транспортировку. Как и обычное дизельное топливо, биодизель производят для разных температурных режимов. В Германии например, существуют три марки - "летняя" (от 0°С и выше), "осень-весна" (до -10°С) и "зимняя" (до -20°С). При производстве зимних и осенних сортов часто применяют присадки, созданные специально для биодизеля.

Массовому применению биодизеля в качестве самостоятельного топлива для дизельных моторов мешает пока только возникающая для некоторых моделей необходимость внесения изменений в их конструкцию. Тем не менее, Евросоюз планирует к 2010 году увеличить долю ДТ, полученного из растительных компонентов, до 5,75%, всячески стимулирует внедрение технологий получения биодизеля, создает законодательную и экономическую базу для дальнейшего развития экологически чистых видов топлива. Безусловно, биодизель - оптимальный заменитель существующим видам топлива на основе нефти и газа. Что касается традиционного синтетического ДТ, то, по наиболее смелым прогнозам специалистов, к середине текущего века его доля не будет превышать 40-45% от всего мирового объема производства.

Влияние биодизеля на окружающую среду

Биодизель, как показали опыты, при попадании в воду не причиняет вреда растениям и животным. Кроме того, он подвергается практически полному биологическому распаду: в почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99% биодизеля, что позволяет говорить о минимизации загрязнения рек и озер.

Сокращение выбросов СО2. При сгорании биодизеля выделяется такое же количество углекислого газа, которое было потреблено из атмосферы растением, послужившим сырьем для производства масла. Биодизель в сравнении с обычным дизельным топливом почти не содержит серы.

Достаточно высокая температура воспламенения биодизеля (выше 100 °C) позволяет назвать этот вид биотоплива относительно безопасным веществом.

Предложение для Молдовы

Молдова расположена на крайнем юго-западе Восточно-Европейской равнины и занимает бо?льшую часть междуречья Днестра и Прута, а также узкую полосу левобережья Днестра в его среднем и нижнем течении. Не имея выхода к морю, страна географически тяготеет к причерноморскому региону, при этом у Молдавии есть выход к Дунаю (протяжённость береговой линии - 600 м). Площадь страны составляет 33,7 тыс. км². Поверхность Молдавии представляет собой холмистую равнину, расчленённую речными долинами.

Есть 2 причины, по которым производство биотоплива имеет отрицательные последствия в особенности для Молдовы. Выращивание большого количества масличных культур вытеснит пищевые культуры. Учитывая маленькую площадь Молдовы, это отрицательно сказалось бы на нашей стране. Так же, если посмотреть на диаграмму можно сделать вывод, что традиционные масличные культуры - не самые продуктивные или эффективные источники растительного масла. Поэтому я предлагаю, микроводоросли.

«На одном акре земельных угодий можно вырастить кукурузу, которой хватит на производство около 18 галлонов горючего в год», - говорит ГленКерц (директор компании ValcentProducts ). - «Акр пальмовой плантации даст пальмовое масло для производства 700-800 галлонов биотоплива в год, а ферма на основе биореакторов за год произведет липидное сырье для изготовления до 20 тыс. галлонов топлива». Более того, свойства жиров можно варьировать изменением состава культуральной среды в зависимости от того, какой вид горючего планируется производить.

Биотопливо ускоряет глобальное потепление

Ученые выяснили, что перевод диких земель в пахотные земли, на которых выращивается сырье для производства биотоплива, значительно увеличивает объемы выбросов парниковых газов.

Результаты двух недавних исследований показали: почти все виды биотоплива являются причиной больших объемов выбросов парниковых газов, чем традиционное топливо, если учитывать объемы выбросов, которые происходят в процессе изготовления этого самого «зеленого» топлива. Результаты исследований, проведенных учеными из США, были опубликованы в журнале Science.

В ходе исследований специалисты впервые попытались подробно изучить, как повлиял на объемы выбросов перевод диких земель по всему миру в пахотные земли, на которых выращивается сырье для производства биотоплива. По словам ученых, разрушение натуральных экосистем - будь то леса в тропиках или луга в Южной Америке - не только влечет за собой выбросы парниковых газов в атмосферу, когда территории выжигаются и вспахиваются, но и лишает планету «естественных губок», которые поглощают углекислый газ. Пахотные земли абсорбируют гораздо меньше углекислого газа, чем тропические леса и даже кустарники.

Вывод авторов обеих работ одинаков: объемы выбросов парниковых газов значительно растут вне зависимости от того, какой вид экосистемы уничтожается - тропический лес или кустарниковые заросли. Кроме того, по словам ученых, в мировом масштабе производство почти всех видов биотоплива так или иначе влечет за собой «очистку» все новых и новых земель.

Руководитель одного из исследований Тимоти Серчингер отмечает, что если учесть все эти факторы, то можно с уверенностью заявить: биотопливо, которое испольуют или планируют использовать люди, вызовет значительное увеличение объемов выбросов парниковых газов. Автор другой работы, Джозеф Фарджионе, согласен с коллегой и считает, что использование биотоплива не только не остановит климатические изменения, но и ускорит их.

Это еще раз подтверждает то, что водоросли самый лучший вариант для производства биотоплива.

Биодизель из водорослей

В настоящее время разработаны фотобиореакторы с наращиваемой производительностью, которые применяются для производства биодизельного топлива и других биопродуктов из масла, производимого водорослями, на основе запатентованных технологий. Технологии не требует высоких капиталовложений и адаптирована к расширению производственных мощностей, и, кроме того, может давать огромные выходы биодизельного топлива из масла, производимого водорослями. Водоросли могут находиться внутри разработанной системы фотобиореакторов непрерывного действия всего 3,5 часа, после чего они могут быть собраны и пущены в переработку.

Микроводоросли

• Микроводоросли растут в течение всего года и имеют короткий жизненный цикл;
• Микроводоросли - самые быстрорастущие растения на Земле - они растут в 100 раз быстрее, чем деревья. Обычно масса микроводорослейза сутки удваивается;
• Для микроводорослей требуется легкодоступное сырье: солнечный свет, вода, диоксид углерод и питательные вещества (P и N- микродозы фосфорных и азотных удобрений.);
• Из микроводорослей можно получать множество природных продуктов: пигментов, белков, энзим, сахаров, жиров, аминокислот, витаминов…
• Существует более 30000 видов микроводорослей;
• Их можно выращивать и в неблагоприятных условиях, например, в пустынях и соленой воде

Основные преимущества этого уникального запатентованного биореактора:

• В реакторе максимально используется свет, что значительно увеличивает его производительность.
• Экономия пространства. Реактор может быть установлен вертикально, как в помещении, так и за его пределами.
• Реактор значительно снижает трудозатраты и устраняет сложности в обслуживании.
• Система может работать в течение длительных периодов времени без разрушения культуры.
• Удобная система самоочистки может значительно снизить загрязнение.
• Реакторы представляют собой закрытые, управляемые, автоматизированные системы непрерывного действия, что позволяет поддерживать гигиену культур более легким способом. Экологические параметры системы также легко поддаются управлению.
• Размер реактора не ограничен
• В системе не может происходить отравление кислородом. Система автоматически освобождает весь кислород.
• Реактор стимулирует быстрый рост водорослей.

Экономические характеристики

• Простой расчет показывает, что система является высокорентабельной и позволяет вернуть затраченные инвестиции в течение первых одного или двух лет.
• В зависимости от вида водорослей и района / условий выращивания наши селекционные водоросли производят от 40% до 60% липидов/масел от веса.
• Пользующиеся высоким спросом протеины, а также жмых и карбогидраты могут быть также проданы и, тем самым, принести дополнительную прибыль.
• Жмых водорослей продается (по состоянию на март 2007 года) по цене от 1 до 3 Евро за кг. (от 1,53 до 4,06 долларов США за 2,2 фунта)
• Переработка одной тонны двуокиси углерода (CO2) приносит прибыль в 7,40 Евро (10 долларов США).

Пример:

Рассмотрим, что можно получить из одной тонны сухих водорослей:

% масла = 450 кг водорослевого масла

% жмыха = 550 кг высокоценного жмыха

Простой расчет показывает:

кг водорослевого масла = 450 литров биодизеля0,65 Евро (0,88 доллара США) (расчетная продажная цена биодизеля) =292,50 Евро (396,29 долларов США)

кг (1210 фунтов) жмыха x 1,50 Евро (2,03 доллара США) (в среднем) =825,00 (1115,35 долларов США)

тонна сухих водорослей приносит в день суммарную прибыль =

,50 Евро (1513,99 долларов США) в день + плата за переработку CO2

Средний годовой доход фото-биореакторов разных размеров:

Годовой доход установки по переработке

тонны в день = Евро 407,887.50 (595 852,91 долларов США) + плата за переработку CO2

Годовой доход установки по переработке 25 тонн в день = Евро 10,197,187.50 (13 814 947,85 долларов США) + плата за переработку CO2

Годовой доход установки по переработке 50 тонн в день = Евро 20,394,375.00 (27 633 481,52 долларов США) + плата за переработку CO2

Годовой доход установки по переработке 100 тонн в день = Евро 40,788,750.00 (55 261 871,29 долларов США) + плата за переработку CO2

Фото-биореакторы различных типоразмеров

Полностью готовый автоматизированный фото-биореактор производительностью в 1 тонну сухой биомассы в день:

• 25 трубок диаметром O900 мм (35,44 дюймов) x 12 м высотой (39,37 футов)
• Газопромывная колонна
• Насосы
• Центрифуга
• Селекционные водоросли
• Установка в базовом блоке 10 x 10 метров (32,81 x 32,81 футов)
• Потребляемое в процессе электричество - 0,5-1 киловатт-час на трубку
• Дизельный/биодизельный генератор для производства электричества - поставляется дополнительно
• Стоимость: 580 000 Евро

Полностью готовый автоматизированный фото-биореактор производительностью в 25 тонн сухой биомассы в день:

• 625 трубок диаметром O900 мм (35,44 дюймов) x 12 м высотой (39,37 футов)
• Газопромывная колонна
• Насосы
• Центрифуга
• Селекционные водоросли
• Установка в базовом блоке 50 x 50 метров (164 x 164 футов)
• Потребляемое в процессе электричество - 0,5-1 киловатт-час на трубку
• Дизельный/биодизельный генератор для производства электричества - поставляется дополнительно
• Стоимость: 5 миллионов Евро
• Полностью готовый автоматизированный фото-биореактор производительностью в 50 тонн сухой биомассы в день:
• 1250 трубок диаметром O900 мм (35,44 дюймов) x 12 м высотой (39,37 футов)
• Газопромывная колонна
• Насосы
• Центрифуга
• Селекционные водоросли
• Установка в базовом блоке 100 x 100 метров (328 x 328 футов)
• Потребляемое в процессе электричество - 0,5-1 киловатт-час на трубку
• Дизельный/биодизельный генератор для производства электричества - поставляется дополнительно
• Стоимость: 7 миллионов Евро
• Полностью готовый автоматизированный фото-биореактор производительностью в 100 тонн сухой биомассы в день:
• 2500 трубок диаметром O900 мм (35,44 дюймов) x 12 м высотой (39,37 футов)
• Установка в базовом блоке 200 x 200 метров (656 x 656 футов)
• Газопромывная колонна
• Насосы
• Центрифуга
• Селекционные водоросли
• Потребляемое в процессе электричество - 0,5-1 киловатт-час на трубку
• Дизельный/биодизельный генератор для производства электричества - поставляется дополнительно
• Стоимость: 12 миллионов Евро

Вывод:

Приведенные выше аргументы доказывают, что самым выгодным и полезным биотопливом является биодизель из микроводорослей.

Технологический лицей ОРТ им. Б.З. Герцля Реферат по экологии Тема:«Перспективы применения биотоп

Больше работ по теме: