Биотопливо: как эффективно использовать отходы сельского хозяйства

Рано или поздно невозобновляемые полезные ископаемые, которые сейчас используются в качестве топлива, будут полностью исчерпаны. Поэтому уже сейчас по всему миру внедряются различные технологии, использующие биотопливо. Оно может заменить традиционные источники энергии в большинстве сфер человеческой деятельности, а для его получения достаточно переработать особым образом отходы сельского хозяйства.

Биологическое топливо – новый экологичный вид энергоносителя

Общие положения

Основные понятия

Начнем с определения того, что такое биотопливо. Рассматриваемый вид энергоносителя является полностью органическим и при наличии соответствующего оборудования может использоваться для отопления жилых домов, заправки автомобилей, питания промышленных установок и так далее.

Газообразное, жидкое или твердое биотопливо может производиться из различных сельскохозяйственных растений (например, из рапса), а также продуктов жизнедеятельности животных и человека (биотопливо из навоза). То есть, сырьем для его изготовления служат, как правило, те продукты, которые ранее отправлялись на свалку.

Сырьем для производства биотоплива служит органика

Кроме того, к преимуществам рассматриваемого типа энергоносителей можно отнести их экологичность. При сгорании выделяется намного меньше вредных веществ, влияющих на состояние окружающей природной среды. Это выгодно отличает котлы на биотопливе от отопительного оборудования на солярке или газе, которые славятся своими канцерогенными выхлопами.

Но биологическое топливо имеет и существенные недостатки:

• низкая теплоемкость – жидкое биотопливо, сгорая в теплообменнике, выделяет меньшее количество тепла, чем аналогичный объем бензина или дизельного топлива;
• высокая себестоимость производства – современные технологии еще не позволяют производить биотопливо – жидкое, твердое или газообразное – в промышленных масштабах, потому его цена несколько выше, чем традиционных энергоносителей;
• сильные коррозийные свойства – растительные масла и животные жиры, входящие в состав органических энергоносителей, оказывают сильное разрушительное воздействие на механизмы, что затрудняет их использование в двигателях внутреннего сгорания и других подобных системах.

В настоящее время получение биотоплива с менее агрессивными свойствами и более дешевыми способами является одним из приоритетных направлений научных исследований ученых всего мира. Огромный прогресс в этой области позволяет с уверенностью говорить, что от большинства недостатков этого вида энергоносителей можно будет избавиться в ближайшее время.

Органическое топливо не лишено недостатков

Уже сейчас широко используется биотопливо для теплиц и других агротехнических сооружений. Газ, полученный в результате переработки навоза, или пеллеты применяются для создания комфортного микроклимата, в котором произрастают различные сельскохозяйственные культуры. (См. также статью Отопление теплицы зимой: особенности.)

Обратите внимание!
В отличие от природной нефти и газа, которые добываются только в местах их залегания, биотопливные установки не привязаны к месторождениям и могут быть установлены в любой точке нашей страны.

Поколения биотоплива

Еще на заре исследований, связанных с разработкой энергоносителей из отходов сельского хозяйства, ученые высказывали опасение, что в будущем, когда биологическое топливо получит широкое распространение, могут возникнуть продовольственные проблемы. Это возможно, если сельскохозяйственные культуры (кукуруза, рапс, маис) будут использоваться не по прямому назначению, а для перегонки в топливо.

Чтобы избежать этого, ученые искали другие биотопливные источники энергии. В результате их исследований появилось биотопливо второго поколения и более новые его разновидности.

К ним относятся вещества, получаемые не из самих растений, а из их отходов: листьев, шелухи, корневищ и так далее. Ярким представителем этой разновидности теплоносителя является биотопливо из опилок и навоза – газ, состоящий из метана и углекислоты, который в обиходе носит название «канализационного».

По составу он абсолютно идентичен природному ископаемому метану. После того как из него будут удалены ненужные элементы, он может использоваться с целью получения этанола для печей, отапливающих те или иные сооружения.

На фото – водоросли, из которых производится органическое топливо

Наиболее инновационное биотопливо – презентация которого проходила не так давно – производится из водорослей. Эти подводные растения могут выращиваться в водоемах, которые не подходят для сельскохозяйственных нужд. Боле того, их можно культивировать в так называемых фитобиореакторах.

По мере развития эти организмы образуют молекулярные структуры, напоминающие по своему строению структуру нефти. Биотопливо из водорослей – наиболее перспективная разработка, однако, до ее практического применения еще очень далеко.

Обратите внимание!
К положительным моментам использования водорослей можно отнести и то, что в процессе своей жизнедеятельности они поглощают углекислоту, уменьшая объем парникового газа в атмосфере нашей планеты.

Установка для производства органического энергоносителя из водорослей

Разновидности биотоплива

Биотопливные источники энергии, несмотря на перечисленные в предыдущих разделах недостатки в составе и технологии производства, используются уже сейчас. В некоторых областях человеческой деятельности они заменяют электричество. Существуют даже целые котельные на биотопливе, с помощью которых осуществляется обогрев жилых зданий, помещений коммерческого и производственного назначения.

Сейчас наиболее широко распространены следующие виды биотоплива:

• жидкое;
• твердое.

Остановимся на рассмотрении каждого из них более подробно.

Жидкое

Это тоже один из видов биологического топлива

Одной из наиболее подходящих для производства биологического топлива сельскохозяйственных культур является рапс.

Изготовление энергоносителя происходит по следующей схеме:

• собранный рапс проходит тонкую очистку, в результате которой из него удаляется мусор, почва и другие посторонние элементы;
• после этого растительное сырье измельчается и отжимается до получения жмыха;
• далее происходит этерификация рапсового масла – с помощью специальных кислот и спиртов из этого вещества добываются летучие эфиры;
• в конце осуществляется очистка полученного биодизельного топлива от ненужных примесей масла.

Совет!
Полученное вещество подходит для самостоятельного применения, а также может использоваться как добавка для дизеля, позволяющая снизить вредные выбросы в атмосферу.

Жидкое топливо производится из рапса

Кроме того, широко распространено биотопливо Е-95, которое заменяет традиционный бензин. Этот вид энергоносителя состоит из этилового спирта с добавками, снижающими коррозийное воздействие на металлические и резиновые части двигателей внутреннего сгорания, установленные в автомобилях.

Преимущества биологического бензина состоят в следующем:

• стоимость этого вида топлива ниже традиционного;
• при его использовании увеличивается срок эксплуатации масла и фильтрующих элементов;
• сгорание биотоплива не приводит к образованию на свечах зажигания налета, препятствующего прохождению искры;
• двигатель внутреннего сгорания, работающий на биобензине, не выделяет в атмосферу вредные вещества;
• этанол хуже воспламеняется и не взрывается во время дорожно-транспортных происшествий;
• органический бензин детонирует при меньшей температуре, потому двигатель автомобиля не перегревается в теплое время года.

Органический бензин поможет справиться с экологическими проблемами

Несмотря на перечисленные выше плюсы, жидкое биологическое топливо имеет несколько недостатков, препятствующих его широкому внедрению в хозяйственную деятельность:

При использовании органического бензина двигатели внутреннего сгорания и другое оборудование быстро выходит из строя, так как вещества, входящие в состав природного энергоносителя, вызывают коррозию и портят резиновые прокладки агрегатов. Эффективных способов борьбы с этим явлением пока не найдено.

Для полной замены ископаемого топлива на биологическое необходимо значительно расширить площади сельскохозяйственных угодий, что в настоящее время невозможно. Кроме того, площадь земли, пригодной для выращивания растений, ограничена. Решением проблемы может служить топливо третьего поколения, работы над разработкой которого еще не завершены.

Твердое

Кроме жидкого биотоплива, заслуженное признание среди потребителей по всему миру получили твердые органические энергоносители.

Их особенности состоят в следующем:

Изготавливаются из различного сырья биологического происхождения. Это могут быть как органические отходы жизнедеятельности человека и животных, так и части различных растений.

Суть технологического процесса производства твердого биотоплива состоит в эффективном использовании тех или иных способов расщепления целлюлозы. В настоящее время проводится множество исследований, целью которых является повторение природных процессов расщепления, происходящих в пищеварительном тракте живых организмов.

Для изготовления твердого органического топлива используется так называемая биологическая масса, имеющая определенную консистенцию и пропорции. Готовый продукт получается путем удаления из сырья влаги и последующего прессования.

Разновидности твердого биотоплива

Чаще всего твердый энергоноситель поставляется в следующих формах:

• брикетах;
• пеллетах;
• гранулах.

Самостоятельное производство биологического топлива

Необходимое сырье

Биотопливо своими руками изготовить достаточно просто. Для этого необходимо большое количество навоза и не очень сложное оборудование, которое можно заказать в специализированных фирмах.

Затраты, которые вы понесете на начальном этапе, окупятся в течение нескольких последующих лет. А котельная на биотопливе, обогревающая не только агротехнические и животноводческие помещения, но и жилой дом, позволит существенно сэкономить на оплате коммунальных услуг.

Наиболее подходящим с энергетической точки зрения является конский навоз. Однако не каждое фермерское хозяйство занимается разведением этих животных, потому в установках по производству биогаза могут использоваться отходы жизнедеятельности других животных.

Сырье для самостоятельного изготовления биогаза

В технологическом процессе могут применяться следующие органические смеси:

• отходы жизнедеятельности коней, смешанные с торфом или соломой;
• навоз, перемешанный со стеблями, оставшимися после переработки льна;
• навоз, смешанный с органическими отходами человеческой жизнедеятельности;
• коровий помет, смешанный с конским в соотношении 50/50;
• отходы жизнедеятельности коров, смешанные с опилками;
• навоз коней, перемешанный с опавшей листвой деревьев.

Перед тем как сделать биогаз, сырье необходимо поместить в герметичный бункер, где оно будет подвержено процедуре брожения в течение продолжительного промежутка времени. После этого лишняя жидкость из биологической смеси выпаривается, а образующийся биометан используется для удовлетворения тех или иных хозяйственных нужд.

Самодельная биотопливная установка

Следующая инструкция рассказывает о технологии самостоятельного изготовления агрегата, который может использоваться для производства биологического топлива.

Необходимо проделать следующее:

Прежде всего, вырыть котлован нужного вам размера (зависит от количества имеющегося сырья).

Стены ямы желательно укрепить бетонными кольцами. Это предотвратит осыпание почвы. Стыки следует тщательно герметизировать бетонным раствором с добавлением пластификаторов, исключающих появление протечек, через которые может улетучиться вырабатываемый биогаз.

Сверху конструкция герметично накрывается куполом, в котором проделываются отверстия и устанавливаются трубопроводы, необходимые для подачи газа к потребителям.

Чтобы увеличить эффективность установки, в резервуаре можно смонтировать нагреватели в виде змеевиков, работающих от электричества.

Обратите внимание!
Для использования органического газа необходимо модернизировать отопительное оборудование или реконструировать горелки так, чтобы в камеру сгорания поступало большее количество кислорода.

Установка для получения биогаза

Процесс получения биологического топлива заключается в следующем:

• в резервуар закладывается органическое сырье (подробно его состав рассмотрен в предыдущем разделе);
• также туда необходимо долить воду, увеличив влажность органики до 70%;
• после этого следует включить нагревательный элемент и увеличить температуру навоза до 35 градусов;
• после начала брожения температура смеси повыситься еще больше, в результате чего начнет газ, который и используется для питания тех или иных потребителей.

Органическое топливо для каминов

Помимо биогаза и органического бензина, использование которых еще не сильно распространено, ощутить все прелести применения биотоплива можно уже сейчас. Речь идет о жидкости Planica fanola, которая специально разработана для использования в биокаминах и может применяться без обустройства дымохода и специальной вентиляции.

Сгорая, этот вид топлива не образует гари и дыма, а также не выделяет вредных веществ, которые могут причинить вред организму человека.

Один литр жидкости, подожженный в специальной емкости, устанавливаемой в камине для биотоплива, может гореть в течение как минимум 6 часов с выделением тепла, мощность которого равна 3 кВт энергии. Это почти в два раза больше, чем более распространенные, но менее экологичные дрова.

Органическое топливо для использования в каминах

Вывод

Биологическое топливо – одна из перспективных разработок, все преимущества которой будут по достоинству оценены в будущем. Однако это не мешает вам использовать самостоятельно изготовленное биотопливо для парника или бани. Более подробно об этом вы можете узнать из видео, представленного вашему вниманию ниже.

Понравилась статья? Подписывайтесь на наш канал Яндекс.Дзен