Получаване и приложение на биогорива


Категория на документа: Други


Център за дистанционно обучение

гр. Велико Търново

ПО

Тема: Получаване и приложение на биогорива

Преподавател : Доц. д-р Димитър Якимов

Разработил: Йонко Радославов Радев

Факултетен №: 121431220005

Специалност: "АГРАРНА ИКОНОМИКА"

II курс I семестър, учебна година 2013/2014
Велико Търново
м. 01.2014г.

УВОД

Боигоривото, известно като биологично, екологично или екогоривото, е под формата на течни, твърди и газообразни горива, получени от биологични суровини. Нарастване търсенето на петрол, най-вече за сектор транспорт през следващите 20 години, намаляването на продукцията, следствие на ограничените залежи в Световен мащаб, добивът на суров петрол при експлоатация на трудно достъпни залежи, са част от факторите, които формират стратегическите цели - възобновяеми енергийни източници (биогорива). Все още на биогоривата се гледа като на алтернатива на конвенционалните горива, но в контекста на нарастващите цени на горивата, тяхната практическа изчерпаемост и глобалните цели за намаляване емисиите на парникови газове и опазване на околната среда, поставят биогоривата на една нова позиция - гориво на бъдещето. Повишаването на стойността на петрола доведе до рекордно високи цени на течните горива в цял свят и това не подмина България. Според експертите в бранша при изключително благоприятните условия в страната за отглеждане на рапица, слънчоглед и други маслодайни култури вече е икономически изгодно за автомобилно гориво да се ползва такова, което е произведено от растителни или животински мазнини. Те могат да бъдат смесвани и с петролни продукти. Биогоривата са подходящи за дизелови двигатели. Те са по-евтини и екологично чисти, поради което не се облагат с акциз като петролните горива, а това представлява силен икономически стимул за производството и използването им. Масовото използване на биодизел за транспортните средства по всяка вероятност ще се развива подобно на навлизането на други алтернативни автомобилни горива у нас като пропан-бутана например. Биогоривата се произвеждат от естествено възобновяеми растителни източници и отпадъци от тях, които емитират далеч по-малко парникови газове от горивата на петролна основа. В САЩ и Южна Америка главното биогориво все още е биоетанолът, който се произвежда предимно от култури като царевица и захарна тръстика, докато в Европа биодизел се добива основно от маслодайни култури, най-вече рапица, слънчоглед и соя. Животинските мазнини също могат да се ползват за суровина за производство на биодизел и биогаз. Търсенето на биогорива в цял свят расте и дори има дефицит. Най-бързо се развива пазарът в САЩ. Годишното производство на биодизел там се е увеличило от 1.9 млн. литра през 1999 г. до над 2600 млн. литра през миналата година. Директива на ЕС от 2003 г. постави като цел повишаването на ползването на биогоривата в транспорта. Националните мерки, които трябва да бъдат взети от страните в ЕС, имат за цел да заменят към 2010 г. 5.75%, а към 2020 г. 10% от общия обем фосилни (изкопаеми) горива, използвани в транспорта, с биогорива. Директивата задължава и България рязко да увеличи използването на екогорива след присъединяването за сметка на петролните деривати. В това отношение биодизелът (и на второ място етанолът) ще заместват все по-голяма част от петрогоривата. В последните години в Германия, Австрия, Франция, САЩ, Австралия и други развити страни се прилагат широкообхватни мерки за намаляване на вредните емисии в атмосферата. Когато биодизелът се смесва с петродизел, сместа се бележи с буква и число, например В20. Това означава, че сместа е съставена от 20% биодизел и 80% петродизел. Във Франция всичкото дизелово гориво е В5, в Чехия е В30, в Австралия е В20. Министерството на икономиката и енергетиката препоръчва в България да бъде В30. Фермерите в САЩ, Германия и други държави карат тракторите и другите селскостопански машини с В100, което означава чист биодизел без прибавка на петродизел. Този бизнес в България едва прохожда, но вече предизвиква голям интерес сред земеделските производители, транспортни компании, хлебопекарни и други фирми, чиито производства и услуги са зависими от горивата. Интересът на фермерите е в две посоки. От една страна, да ползват биодизела като алтернативно гориво за зареждане на селскостопанските си машини. Другата е, че имат мотивация за отглеждането на слънчоглед, рапица и други маслодайни култури.

ИЗЛОЖЕНИЕ

Биогоривата се получават в резултат на обработка на биомаса, която от своя страна е възобновяем източник, биогоривата представляват директен заместител на изкопаемите горива в транспортния сектор и могат лесно да бъдат интегрирани в системата за снабдяване с горива. За получаването им се използват растителни мазнини (получени от рапица, соя, слънчоглед и др.), които могат да бъдат преработени и използвани като заместител на дизеловото гориво по два начина: смес на конвенционален дизел и чист биодизел. Захарното цвекло, зърнените култури и други растения, които могат да бъдат подложени на ферментация за производство на алкохол (биоетанол) са използвани като добавка към бензина, като гориво в чист вид или като добавка към бензина след преработка до ЕТБЕ (Етилтретичния бутилов етер) с помощта на изобутан. Бъдещото развитие ще позволи да се произвежда биоетанол от дървесина и слама /целулоза/, който да е също толкова конкурентноспособен. Органичните отпадъци могат да бъдат трансформирани в енергия и използвани като автомобилни горива: отработени мазнини за биодизел, животински изпражнения и органични домакински отпадъци за биогаз и растителни отпадъци за биоетанол. Суровините за производство на биогорива се делят на:
* Енергийни разстения - под енергийни растения се разбират растения, които се
отглеждат изключително за енергийно приложение. Разрешено е отглеждането им върху селскостопански площи, които са изключени от производството на хранителни продукти. Такива разстения са: рапицата, слънчогледа, захарното цвекло, пшеница, ръж, царевица
* Цели житни разстения - цялата надземна част на житните растения /зърно и слама/
* Многогодишни треви - изсъхналата след периода на растеж надземна биомаса на

многогодишните треви може да се използва като гориво. Дървесина от горски насаждиния с кратко сеитбообръщение - В многогодишните цикли на засаждане може да се използва и надземния прираст от биомаса на бързорастящи дървесни видове. Предимството на тази концепция е в относителни ниският разход за отглеждане на културите. Освен това една площ с такива насаждения се засажда веднъж и след това дава няколко реколти. Недостатъкът и тук се крие в продължителното ангажиране на площите.

Въз основа на използваните суровини и технологиите прилагани при преобразуването в биогорива, можем да класифицираме две големи групи: биогорива от първо и биогорива от второ поколение. Технологии, които нормално преработват захар или целулозните части на растения (захарна тръстика, цвекло) в етанол и тези, които преработват маслодайни растения (рапица, слънчоглед, соя и палмово масло) в биодизел са известни като първо поколение технологии. От друга страна, биогорива получени чрез използване на технологии, които превръщат лигнинено- целулозната биомаса (земеделски и горски отпадъци) се наричат биогорива от второ поколение, както и тези получени от напредничави технологии. Тъй като целулозната биомаса е най-силно разпространената на земята, то успешното разработване на жизнеспособни приложения за производство на биогорива от второ поколение би разширило гамата от използвани суровини. Днес най-често използваните биогорива са биодизела и биоетанол а.

Биодизелът се произвежда чрез процес, в който органични растителни масла се комбинират с алкохол - етанол или метанол, при наличието на катализатор за формирането на етилов или метилов Естер от биомаса. За производството на биодизел от масла и мазнини се използват основно три процеса - катализирана с основа трансестерификация на маслото, директно киселинно катализирана трансестерификация на маслото, превръщане на маслото в неговите мастни киселини и след това - в биодизел. Преобладаващата част от произвеждания днес биодизел е посредством катализирана с основа трансестерификация. Причините за предпочитането на този процес са предимно неговата икономичност, протичането му при ниски температури и налягане, и осигуряването на процент на преобразуване до 98%. Процесът трансестерификация
представлява процес на химично взаимодействие на триглицериди (масла/мазнини) с алкохол в присъствие на катализатор, при което се образуват моноалкилни естери или биодизел и суров глицерин. В зависимост от използвания алкохол, биодизелите могат да се разделят на метиловиетилов биодизел. Като катализатор обикновено се използва калиев или натриев хидрокрил. Процесът на алкална катализа най-общо протича през няколко етапа. Първоначално алкохолът се смесва с катализатора, след което тази смес се поставя в затворен съд и към нея се добавя маслото или мазнината. Сместа се поддържа с температура около 70 °С, за да се ускори процесът и да се осъществи реакцията. Препоръчителната продължителност на реакцията е между 1 и 8 часа. След протичането й се обособяват два основни продукта - глицерин и биодизел. Всеки един от тях съдържа съществено количество излишен метанол, използван в реакцията. Глицериновата съставна част е много по-гъста от дизеловата и двете могат да бъдат разделени чрез просто отсипване, благодарение на силата на тежестта. За подходящо се счита и обработване с центрофуга или хидробиолог. След разделяне на глицериновата и дизеловата съставна част една от друга, излишъкът на алкохол във всяка от тях се отстранява посредством изпарение или чрез дестилация. Глицериновият вторичен продукт съдържа неизползван катализатор и сапуни, които се неутрализират с киселина и се изпращат за съхранение във вид на нерафиниран глицерин. След отделянето на глицерина, биодизелът може да се подложи на пречистване чрез внимателно измиване с топла вода, за да се отстранят остатъчните катализатор или сапуни, подсушава се и се складира. В някои процеси тази стъпка не е необходима. Обикновено в края на производствения процес се получава чиста кехлибарено жълта течност с вискозитет, подобен на петролния дизел. В някои системи биодизелът се дестилира в допълнителна стъпка за отстраняване на малки количества цветни частици, като по този начин се произвежда безцветен биодизел. Най-важните аспекти при производството на биодизел за осигуряване безаварийна работа на дизеловите двигатели са завършване на реакцията и отстраняване на глицерина, катализатора, алкохола и на свободните мастни киселини. Всички тези параметри са специфицирани в дизеловия стандарт, чрез който се идентифицират параметрите на чистия биодизел (В100), който трябва да се постигне преди употребата му като чисто гориво или преди да бъде комбиниран с петролен дизел. Европейските стандарти, на които трябва да отговаря произвежданият биодизел и чрез които се гарантира неговото качество, са EN 12142 и EN 14124, като вторият е по-популярен и по-често използван, включително и у нас. Той може да се смеси с конвенционално дизелово гориво или да се използва в чист вид. Заместването на един тон конвенционален дизел с биодизел намалява емисиите от парникови газове с 55%. Екодизелът има малко по-ниска калоричност в сравнение с петродизела - около 88-95%, по-добре смазва двигателя и по-малко замърсява горивната му система. Той изгаря по-чисто, следователно се произвежда повече мощност и се отделя по-малко топлина при работа на двигателя. Биодизелът и конвенционалният дизел могат да се смесват безпроблемно, а той има по-добри смазочни качества и намалява износването на мотора.

Първо поколение етанол се произвежда от захари и нишесте. Извличат се прости захари от микс от подходящи растения и се подлагат на стандартна ферментация, след което сместа се дестилира до етилов алкохол. Скорбялата изисква една допълнителна стъпка, по време на която се превръщат в прости захари посредством ензимен процес при висока температура, което изисква допълнително енергия и оскъпява процеса. Етанолът се смесва с нормален бензин, има по-високо октаново число от него, но отдава около 30% по-малко енергия.

Второ поколение етанол се произвежда посредством преобразуването на лигнинено-целулозна биомаса. За разлика от първо поколение етанол, който се произвежда от захарната или скорбялната част на растението (твърде малък процент от общата му маса), то лигнинено-целулозното преобразуване би направило възможно пълното използване на лигнинено-целулозната маса, която може да се добие от множество различни източници, като отпадъци от земеделска и горка дейност (което води до използване на частите на растенията, които не се използват за храна), както и от бързо растящи видове. Лигнинено-целулозната биомаса е комбинация от полизахариди, които биват конвертирани до захари чрез хидролиза и/или химични процеси; захарите след това се ферментират до етанол с използване на съществуващи технологии. Друг основен подход при преработката на този род сложна биомаса до биогорива включва газификацията на суровината и производството на синтетичен газ - смес от въглероден оксид, водород и други компоненти. След това газът може да бъде превърнат в различни горива, като синтетичен дизел, чрез Фишер-Тропщ синтез. Такова преобразуване на биомасата в течност може да използва като продукт и лигнин, който съставлява около една трета от солидната маса на растението и по този начин да се постигнат по-високи добиви на течна маса, в сравнение с производството на етанол посредством хидролиза. Производството на лигнинено-целулозен етанол и Фишер-Тропш биодизел в по-голямата си част се намират на ниво пилотни и демонстрационни инсталации, но няколко промишлени производства са в процес на изграждане и съществува завод за такъв тип етанол в Сарпборг, Норвегия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Както всички горива така и биогоривата се използват като моторно гориво, като при това се избягват емисиите от парникови газове. Потенциалът за спестяване на въглеродни емисии варира в много широки граници и е в зависимост от процеса на производство на суровини (напр. използването на азотни торове) и изразходваните фосилни горива за производството на суровините и тяхната преработка. Позовавайки се анализ на жизненият цикъл на етанол от захарна тръстика в Бразилия, се достига до извода, че той притежава най-високото спестяване на емисии парникови газове. Това се получава поради факта, че се използват и отпадните продукти за производство на енергия за извършване на производствения процес, както и за когенерация на електричество. Сместа от 25% етанол и бензин (Е25) по изчисления достига намаляване на парниковите газове с 1,87 тона СО2 за всеки кубичен метър етанол. Както споменахме, ползите варират в много широки граници, като етанолът от царевица се характеризира със спестени емисии СО2 от само 130 кг за кубичен метър етанол, което е 15 пъти по-малко от резултатите на етанолът от захарна тръстика. При биодизелът от първо поколение за първенец се счита този произведен от палмово масло, което обаче само на пръв поглед е така, поради факта, че палмовите плантации в югоизточна Азия много често са на мястото на тропически гори, чието изсичане само по себе си води до отделянето на огромни количества СО2 от този естествен резервоар. Биодизелът произведен от слънчоглед се характеризира със спестявания между 60% и 80% , а от соя в рамките на 50% до 70%. Разликите идват от различията в технологиите, както и поради различните природни дадености на регионите, където се произвеждат суровините. На края, но не на последно място по значение се нарежда рапицата, чийто потенциал варира между 40% и 60%. В повечето населени райони транспортът е най-големият източник на прахови частици и емисии от използване на горива, което поставя важният въпрос за общественото здраве. Заместването на конвенционалните горива с биогорива в транспортния сектор има потенциала да намали локалното замърсяване на въздуха по няколко начина. Първо биогоривата произвеждат по-малко прахови частици и летливи органични съединения (ЛОС) отколкото фосилните горива. Второ, в сравнение със своя фосилен конкурент, биодизелът не произвежда никакви серни съединения, докато етанолът ги намалява и двете горива емитират много по-малко СО. Тези два аргумента са двата най-силни по посока на подобрено качество на въздуха. За нещастие обаче, биогоривата и в частност биодизелът, генерират до 70% повече NOx, което може да доведе увеличаване на концентрацията на базирани NO2 вторични прахови замърсители, в зависимост от суровината, което позволява образуването на озон при взаимодействие с ЛОС и други замърсители. За да се оцени обективно влиянието на биогоривата върху локалните параметри на въздуха е нужно те да бъдат сравнени с други конвенционални горива, които широко се използват в транспорта. Много изследвания показват, че преминаването към други вече налични фосилни горива ще доведат до по-добри резултати по отношение на локалното замърсяване на въздуха, отколкото ако се разчита на биодизел. За съжаление спорни са и показателите на биоетанолът. Изследване на правено в САЩ показва, че използването на високопроцентни смеси на бензин с биоетанол води до влошаване на параметрите на въздуха.

Биогоривата са модерни и определено имат бъдеще в транспортния сектор, където в рамките на ЕС се получават около 21% от всички емисии. Би трябвало да си задаваме въпроса в каква степен този тип горива могат да бъдат алтернатива на конвенционалните такива, с оглед на това, че се спестяват емисии, тогава и само тогава, когато не се създават нови площи с обработваеми земи, а се използват вече готовите такива. В дългосрочен план и интензивни усилия в областта на научените изследвания възобновяемите източници на енергия могат да доведат до по-висока степен на независимост по отношение на изкопаемите енергийни източници. Необходимо е Европа да преодолее своята зависимост от изкопаемите горива. Общността трябва да насърчава критериите за устойчивост за биогоривата и на развитието на биогорива от второ и трето поколение в Европейския съюз.

ИЗПОЛЗВАНА ЛИТЕРАТУРА:
1. http://www.eco-energy-bg.eu/



Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Получаване и приложение на биогорива 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.