Вероятно, первая мысль, которая приходит вам в голову при слове «биотопливо» — это дешёвое горючее, сделанное кустарным способом из подручных материалов, которое в итоге засорит ваш двигатель и его лучше вообще не рассматривать. Но знаете ли вы, что мы используем биотопливо уже много лет?
Биотопливо — это вид горючего, которое получают непосредственно из природных ресурсов в результате биологических процессов, таких как анаэробное сбраживание и компостирование, без их глубокого изменения. В отличие от ископаемого топлива, где нефть и уголь формируются естественными геологическими процессами в течение миллионов лет и не являются возобновляемыми, биотопливо можно производить постоянно, и не нужно ждать миллионы лет, чтобы воспользоваться его энергетическим потенциалом.
Поскольку оно производится биологическими методами, биотопливо может быть в любом состоянии: твёрдом, жидком и газообразном. Возможно, первым биотопливом в истории человечества были дрова и побочный продукт их сгорания — древесный уголь. По мере развития цивилизации люди обнаружили и другие материалы, способные давать топливо, такие как китовый жир, биогаз, различные растительные масла и тому подобное. Долгое время биотопливо было основным источником энергии, пока не было открыто ископаемое топливо.
Открытие ископаемого топлива как источника энергии привело к быстрому развитию инфраструктуры и технологий, но зависимость от угля и нефти не означала, что о биотопливе полностью забыли. Благодаря современным химическим методам, биотопливо было усовершенствовано и стало более эффективным.
Виды биотоплива
Биотопливо бывает разных форм, и его применение зависит от консистенции и способности гореть, выделяя энергию. Наиболее распространенные виды:
- Этанол — Это самый распространенный тип биотоплива, получаемый путем естественного брожения с использованием ферментов, содержащихся в сахарах и крахмалах. Этанол может заменять традиционное топливо, но его недостаток в меньшей энергоемкости. Следовательно, для производства того же количества энергии, что и у дизеля или бензина, потребуется больший объем. Его можно смешивать с другими видами топлива для получения более экологичного продукта.
- Метанол — В основном производится из природного газа путем анаэробного метаболизма. Этот тип биотоплива высокотоксичен и на сегодняшний день не пригоден для широкого использования. Проводятся дополнительные исследования для снижения его токсичности.
- Биогаз — Биогаз, получаемый в результате анаэробного сбраживания органических веществ, таких как навоз, сельскохозяйственные и пищевые отходы, является источником возобновляемой энергии и имеет очень низкий углеродный след по сравнению с другими видами биотоплива. Он может быть в твердом или газообразном состоянии и иметь различное применение.
- Биоэфиры — Из-за относительно низкой плотности энергии биоэфиры не могут использоваться как самостоятельное топливо, но широко применяются в качестве присадок к топливу, поскольку они оказывают меньшее воздействие на окружающую среду, чем свинцовые присадки.
- Растительное масло — Обычно используемое для жарки растительное масло на определенном этапе может напрямую заменять дизельное топливо в двигателях. Сегодня все больше людей перерабатывают отработанное растительное масло, чтобы получить менее вязкое топливо для своих автомобилей.
- Биодизель — Производится из широкого спектра органических материалов, таких как растительные масла, семена и даже водоросли. Биодизель имеет значительно меньшие выбросы по сравнению с минеральным топливом и является самым распространенным биотопливом в Европе.
- Бутанол — Это спирт, который производится естественным путем и обладает высоким энергетическим потенциалом при правильной обработке.
Применение и преимущества биотоплива
Последние улучшения в составе и производстве биотоплива позволили ему стать частью регулярного потребления. Часто без ведома потребителей, биотопливо, такое как этанол, добавляют в состав бензина и дизельного топлива. Биотопливо помогает снизить количество загрязняющих веществ, образующихся при сжигании ископаемого топлива.
Некоторые из современных способов применения биотоплива включают:
Транспорт — Недавние разработки в технологии биотоплива предоставили обществу возобновляемый источник топлива для транспорта. Биодизель, этанол и растительное масло уже используются в нескольких странах для замены традиционного топлива. Современные тенденции позволяют смешивать биотопливо с минеральным топливом для получения более эффективной смеси с низким уровнем выбросов, которая также помогает защитить двигатель.
Электроэнергия — Как и двигатели внутреннего сгорания, электростанции также нуждаются в нефтяном топливе, но биотопливо постепенно снижает нашу зависимость от продуктов на минеральной основе. Например, биогаз используют фермеры и другие сельскохозяйственные предприятия для обеспечения своих производственных мощностей, что позволяет им утилизировать отходы, не усугубляя проблему управления отходами, с которой сталкивается мир.
Отопление — Обогрев является насущной необходимостью для любого дома, расположенного к северу от экватора. Как и в случае с двигателями, традиционные обогреватели требуют топлива для работы, и биотопливо почти захватило эту нишу благодаря своей более низкой стоимости. Биологически произведенные газы, такие как бутанол и пропанол, часто используются в системах отопления. Некоторые виды биотоплива также применяются для приготовления пищи.
Что касается преимуществ, вот самые значимые из них:
Устойчивость — Современный тренд на поиск и использование возобновляемых источников энергии сосредоточен на биотопливе, потому что, в отличие от ископаемого топлива, его производство не занимает много времени и, при наличии сырья, его можно производить снова и снова.
Разнообразие возможных источников сырья делает биотопливо возобновляемым и устойчивым. Растительные материалы можно высаживать повторно, а при необходимости одни культуры можно заменить другими, если спрос низкий. Растительные материалы не только обеспечивают сырьё для биотоплива, но и помогают очищать воздух посредством фотосинтеза.
Экономичность — Минеральное топливо требует транспортировки от места добычи до нефтеперерабатывающего завода, а оттуда — до заправочных станций. Это не включает затраты на разведку и переработку сырой нефти. Биотопливо можно перерабатывать в том же регионе, где оно произведено, что снижает транспортные и операционные расходы. Биогаз можно использовать на той же ферме, а заводы по производству биодизеля можно строить рядом с плантациями сырья.
Биотопливо также чище традиционного, а значит, оно может лучше сохранять двигатель, снижая затраты на техническое обслуживание транспортных средств. Его способность адаптироваться к любому типу двигателя также повышает рентабельность биотоплива.
Снижение зависимости от ископаемого топлива Как известно, ископаемое топливо добывается из окаменелых останков растений и животных, и, хотя утверждается, что на планете еще много неизвлеченных запасов, они не бесконечны и могут закончиться быстрее, если потребление не уменьшится. Добавление биологически произведенного топлива в общую смесь дает потребителям выбор и снижает зависимость общества от нефти.
Экологичность — Широко признано, что биотопливо чище минерального, хотя на самом деле оно перерабатывает тот же химикат — углеводород — и, следовательно, производит почти такое же количество углеродных выбросов.
Преимущество биотоплива заключается в способе его производства и транспортировки. Возобновляемые источники означают, что один и тот же участок земли можно использовать многократно для производства того же количества сырья, в то время как территория, используемая для добычи ископаемого топлива, больше не может использоваться для чего-либо другого. При производстве биотоплива плодородный слой почвы сохраняется, а значит, землю можно использовать для сельского хозяйства при необходимости.
Поскольку биотопливо можно получать и перерабатывать в одной и той же местности, отпадает необходимость в дальней транспортировке, что снижает углеродные выбросы от перевозок. Это также уменьшает вероятность случайных разливов топлива в окружающей среде. Разливы биотоплива, к тому же, легче очищать, и они оказывают значительно меньшее влияние на экосистему.
Производство биотоплива также использует растения, которые обычно не употребляются в пищу человеком, что стимулирует исследовательские усилия по поиску других растительных материалов, пригодных для производства биотоплива. Побочным положительным эффектом является то, что открываются и другие области их применения (например, лекарственные), расширяя современные знания об экологии Земли.
Готовим собственное топливо
Большое преимущество биотоплива в том, что его действительно можно производить в комфорте вашего собственного дома… или, возможно, за его пределами, на расстоянии нескольких десятков метров. Материалы и оборудование, которые вам понадобятся, легко доступны в местных магазинах, а если нет — их всегда можно найти и заказать через интернет. Самый простой в производстве вид биотоплива, для которого требуется минимальное оборудование, — это биодизель.
Как уже упоминалось, биодизель создается из органического материала, смешанного с катализатором и ферментами. Самодельный биодизель — это продукт реакции растительного масла с метанолом и другим каталитическим соединением, но это не так просто, как кажется. Для его использования потребуется правильное оборудование.
Необходимое оборудование
Первое и самое важное, что вам понадобится для создания биодизеля, — это биодизельный реактор. Его можно заказать через интернет или, если вы хотите быть самодостаточным, построить самостоятельно. В качестве биодизельного реактора можно использовать старый бойлер, насос и несколько сантехнических клапанов, труб и соединителей. Для безопасности реактора также потребуются регулируемые хомуты и силовые кабели для питания всего оборудования.
Соберите реактор, подключив трубки бака к нагревателю, и убедитесь, что все соединения и муфты надежно закреплены. Затем можно протестировать систему на предмет утечек и других проблем. Этот шаг необходим, чтобы избежать задержек при запуске фактического процесса производства биодизеля.
Для небольших партий биодизеля можно использовать пластиковые бутылки из-под воды или пустые 4-литровые бутылки из-под сока, небольшую плиту, старый блендер и несколько старых кастрюль вместо того, чтобы создавать или покупать биодизельный реактор.
Другое необходимое оборудование включает весы и другие измерительные приборы. Создание собственного биодизеля требует точности, и все ингредиенты должны быть тщательно отмерены и взвешены.
Для вашей собственной безопасности обязательно имейте под рукой несколько пар резиновых перчаток и защитных очков. Вы будете работать с химическими веществами, которые могут вызвать негативную реакцию при неосторожном обращении.
Необходимые материалы
Материалы, которые вам понадобятся для производства собственного биодизеля: растительное масло в качестве основного ингредиента, метанол в качестве реакционного соединения и едкий натр (гидроксид натрия) или гидроксид калия в качестве катализатора. Растительное масло можно купить новым, но чтобы сэкономить, можно использовать отработанное растительное масло. Вы можете связаться с местными ресторанами и получить отработанное масло бесплатно или за небольшую плату.
Метанол — это промышленный растворитель на спиртовой основе, иногда используемый в качестве антифриза, поэтому при работе с ним требуется особая осторожность. Едкий натр можно приобрести в супермаркетах, и он должен иметь чистоту не менее 99%. Всегда проверяйте этикетку, чтобы убедиться, что вы покупаете правильное химическое вещество. Если едкий натр недоступен, можно использовать 100% отбеливатель.
Однако предупреждение: поставщики могут запросить удостоверение личности и заявление о цели покупки. Почему? Упомянутые химические вещества также используются для производства нелегальных веществ, и особенно при покупке оптом это определенно вызовет подозрения у властей.
Меры предосторожности
Прежде чем приступить к переработке собственного биодизеля, примите следующие меры предосторожности, чтобы избежать травм и несчастных случаев. Помните, что химические вещества, с которыми вы будете работать, легковоспламеняющиеся и токсичные.
- Наденьте подходящую одежду. При работе с опасными химическими веществами рекомендуется носить одежду с длинными рукавами, джинсы или брюки из плотной ткани, химически стойкие перчатки, фартук и защитные очки.
- Держите поблизости проточную воду, чтобы быстро смыть любые пролитые химикаты.
- Убедитесь, что поблизости нет детей или домашних животных, которые могут случайно контактировать с вашими препаратами.
- Подготовьте респиратор на случай, если при смешивании образуются вредные пары.
Процедура изготовления
Описанные ниже процедуры предназначены для небольших партий биодизеля, которые можно приготовить на кухне или в гараже.
- Подготовьте рабочее место, убрав все лишнее и убедившись, что помещение хорошо проветривается, чтобы избежать накопления паров.
- Отмерьте около 5 граммов едкого натра и смешайте с 220 мл метанола. Поместите смесь в стакан или кувшин и перемешивайте до полного растворения щелочи. На этом этапе можно использовать блендер, но учтите, что после этого его нельзя будет использовать для других целей.
- Полученный раствор — метоксид натрия — является высокоактивным соединением. Отставьте его в сторону.
- Отмерьте примерно 1 литр растительного масла и перелейте его в кастрюлю. Если вы используете отработанное масло, обязательно предварительно профильтруйте его.
- Нагрейте масло до 55 градусов Цельсия. Это может привести к тому, что остатки воды в отработке выкипят паром, оставив вам чистое масло. Нагревание отработанного масла займет больше времени, чем свежего, так как оно уже использовалось для жарки и содержит примеси.
- После нагревания перелейте масло в 4-литровую бутыль из-под сока и добавьте раствор метоксида.
- Плотно закройте бутылку и энергично встряхивайте в течение примерно 5 минут для обеспечения однородности смеси. Отставьте в сторону.
- Через несколько часов жидкость начнет расслаиваться. В верхней части будет биодизель, а в нижней — глицерин. Оставьте смесь примерно на 24 часа.
- Вы заметите существенное изменение цвета, и разделение между глицерином и биодизелем станет хорошо видимым.
- Аккуратно слейте биодизель в другую 4-литровую бутыль, убедившись, что в новый контейнер не попал глицерин.
- После перелива биодизель необходимо промыть и высушить. Это делается путем добавления теплой дистиллированной воды к биодизелю и медленного перемешивания.
- Раствор будет мыльным на ощупь, и вам нужно будет слить мыльную воду, аккуратно наклоняя бутыль. Процесс следует повторить два или три раза, пока вся мыльная жидкость не будет удалена.
- После промывки дайте биодизелю высохнуть. Убедитесь, что бутыль открыта и находится в прохладном, сухом месте. Полное высыхание займет несколько дней, после чего топливо будет готово к использованию.
