Евгений Панцхава - Биоэнергетика. Мир и Россия. Биогаз. Теория и практика. Монография

Ученым удалось подобрать металлический катализатор, в присутствии которого левулиновая и муравьиная кислота образуют гамма-валеролактон. На первом этапе гамма-валеролактон расщепляется на бутен и углекислый газ.

На втором этапе из бутена получают алкеновые олигомеры. Авторы методики утверждают, что ее использование возможно в промышленных масштабах и не требует особенно сложного оборудования или катализаторов.

Об актуальности исследования говорит то, что до сих пор из биомассы чаще всего получают лишь этанол и другие низшие спирты. Они в больших объемах могут добавляться в бензин, не изменяя свойств и достоинств автомобильного топлива, однако совершенно не могут использоваться как авиатопливо из-за низкой энергоемкости. Кроме того, и для автомобилей спирты могут служить лишь добавкой к акантовому (углеводородному) топливу. А вот углеводороды, производимые из гамма-валеролактона, практически, эквивалентны используемым в современной инфраструктуре (с той разницей, что алканы – углеводороды насыщенного ряда, а алкены – ненасыщенного, и для получения алканов их нужно гидрировать). До сих пор наибольшую проблему для внедрения нового топлива представляла высокая цена гамма-валеролактона, так как методики его получения были дорогими и несовершенными. Теперь ученые работают над созданием более эффективных и простых методик его промышленной выработки. В качестве сырья для получения данного эфира рассматриваются такие биологические объекты, как древесина, стебли и листва кукурузы, прутьевидное просо и другая непищевая биомасса. «Как только будет найден эффективный способ промышленного синтеза гамма-валеролактона, путь к неограниченному получению возобновляемого авиатоплива будет полностью открыт», – заключают авторы работы.

В мире существует три лидера по использованию жидкого моторного биотоплива: Бразилия, США и Европейский Союз. И каждый имеет свои мотивы перевода транспорта с бензина на биодизель или биоэтанол. Бразилия использует этанол из сахарного тростника, чтобы не зависеть от импорта нефти.

В США распространяется этанол из маиса (кукурузы), для того чтобы поддержать местное сельское хозяйство, с одной стороны, а с другой – улучшить состояние окружающей среды.

Европейский Союз, внедряя новые биотопливные технологии, преследует сразу несколько целей: ликвидация зависимости от импорта нефти, предотвращение глобального потепления климата, выполнение обязательств по Киотскому Протоколу, а также развитие сельского хозяйства. В 2010 году ЕС намерен использовать биотопливо в 5,75 % автомашин. К 2020 году эта цифра должна увеличиться до 8 %. Пока доля моторного биотоплива в странах Европейского Союза – порядка 2 %.

Таблица 4-1

Прогнозы ЕС по замене биотоплива

В последнее время начали бурно обсуждать новый вид биотоплива: BtL (Bio-mass-to-Liquid). BtL производят из древесины и отходов деревообработки (промежуточный продукт: син-газ). Преимущество этого вида топлива перед биоэтанолом и биодизелем состоит в том, что, в отличие от упомянутых продуктов, при производстве BtL древесина полностью перерабатывается.

В то же самое время BtL может производиться из любого вида биомассы, к тому же, по заявлению производителей этого топлива, для перевода автомобилей на него не требуется модификация современных двигателей.

По оценке немецких ученых, если BtL займет 20 % рынка ЕС, то в Европе можно уменьшить выбросы CO 2на 200 млн тонн. С другой стороны, в Германии, например, наиболее популярным видом биотоплива остается пока биодизель. В 2004 году немцы произвели 1,1 млн тонн биодизеля (в основном из рапса). 323 тысяч тонн было продано в самой Германии. Для сравнения, потребление обычного дизеля в этой стране составляет 30 млн тонн в год.

Топливные компании (Shell, Total, Neste) и автомобильные гиганты со всего мира (DaimlerChrysler, Volkswagen, Volvo (Ford) открывают программы по переводу автомобилей с традиционного топлива на возобновляемое.

DaimlerChrysler сейчас активно говорит о внедрении в своих автомобилях биотоплива – BtL. Ford недавно заявил о начале продажи в Швеции нового поколения Focus и Focus C-MAX 1.8 в версии FFV на биотопливе. FFV могут ездить как на биоэтаноле, так и на бензине.

General Motors уже продает в Швеции “экологичные” версии моделей Saab и Opel. Обе модели также могут работать на биоэтаноле (который содержит 15 % бензина), на бензине и на смеси этих видов топлива в любой пропорции.

До середины XIX в. человечество использовало в качестве теплоносителя для бытовых и промышленных целей (металлургия, паровые машины и др.) почти исключительно биомассу растений и продукты ее переработки (древесный уголь).

При использовании в качестве энергоносителя газа, нефти и угля возникает ряд проблем, связанных с ограниченными запасами горючих ископаемых, в особенности нефти. Помимо истощения запасов нефти важными проблемами являются перевозка на большие расстояния и хранение всех видов топлив.

В Норвегии применяются передвижные установки на лесосеках, где перерабатываются растительные отходы методом пиролиза. Производительность отдельной установки от 10 до 30 т древесного угля в сутки [4-16]. При пиролизе из 1 т отходов (щепа) получается 280 кг угля, 200 кг смолы пиролиза и около 222 кг газообразного топлива. Газообразное топливо используется для поддержания процесса пиролиза. Смола пиролиза применяется как котельное топливо или подвергается гидрооблагораживанию под давлением водорода для получения бензина и дизельного топлива. Стационарные установки пиролиза могут иметь до 40 печей и рассчитаны на переработку 300–350 тыс. т органических отходов в год [4-16].

В ряде стран (Италия, ФРГ, Аргентина и др.) созданы специальные энергетические плантации быстрорастущих пород древесины и других пород на землях, не пригодных для сельского хозяйства.

Плантации ивы в Швеции на заболоченных землях дают 25 т древесины с 1 га в год. Сбор древесины осуществляется через 2 года специальными комбайнами в зимнее время года, когда заболоченная земля замерзает. С 1 млн. га получается 15 млн. т древесины в виде сухого древесного топлива, что эквивалентно 20 % энергии, необходимой для этой страны [16].

В рамках Западно-Европейской программы развития возобновляемых энергоресурсов в Италии пущен крупный биоэнергетический комплекс, рассчитанный на ежегодную переработку 300 тыс. т быстрорастущей биомассы и органических отходов. Помимо газа и тяжелых остатков будет получено 20 тыс. т жидкого топлива. В Германии имеются большие плантации рапса, из которого получают смазочные масла и дизельное топливо.