Рефераты. Альтернативные топлива из биомассы

Альтернативные топлива из биомассы

Национальный авиационный университет

Факультет летательных аппаратов

Кафедра Химмотологии

Домашнее задание

по дисциплине

ГСМ и контроль их качества ч.1

Тема:

Альтернативные топлива из биомассы

Выполнила:

Студентка ФЛА 309

Фернандес Медина А.Х.

Руководитель:

к.х.н., доц. Новикова В.Ф.

Киев 2007

Содержание

Вступление

1. Использование энергии биомассы

2. Биотопливо - альтернативный вид топлива

3. Получение моторных топлив из газов газификации растительной биомассы

4. Зарубежный опыт

Вступление

За последнее столетие добыча нефти в мире выросла почти в 20 раз и продолжает расти достаточно быстро. По оценкам специалистов, в течение 40--50 лет запасы углеводородов будут практически исчерпаны. Поэтому во многих странах большое внимание уделяется поиску путей использования энергии, накапливаемой растениями за счет фотосинтеза, для технических потребностей, в частности для замены традиционного жидкого топлива на автотранспорте биотопливом (этанолом и биодизелем). Как известно, биомассой принято обозначать все органические вещества как растительного, так и животного происхождения, источником которых служит ныне существующая биосфера нашей планеты. Биомасса уже давно используется в качестве сырья для производства различного вида топлива, например, горючего газа и этанола (этилового спирта). Ежегодно на Земле при помощи фотосинтеза образуется около 120 млрд. тонн сухого органического вещества, что энергетически эквивалентно более 40 млрд. тонн нефти. Использование биомассы может проводиться в следующих направлениях:

Прямое сжигание - производство биогаза из сельскохозяйственных и бытовых отходов - производство этилового спирта для получения моторного топлива

Таким сырьем служат мусор, пищевые и бытовые отходы, опилки и другие отходы лесной и лесоперерабатывающей индустрии, экскременты сельскохозяйственных животных, солома, излишки зерна и т.п.

По данным Международного Энергетического Агентства (International Energy Agency), за четверть века производство этанола в мире выросло в 8 раз (с 4368 миллионов литров в 1980 году до 32665 миллионов - в 2004), причем особо заметный прирост был зарегистрирован в последние годы, с ростом цен на нефть

Ныне технология позволяет производить 1 литр биодизельного топлива примерно из 1,2 литра соевого масла. Стоимость этого топлива ныне примерно равна стоимости бензина. По производству и потреблению топливного этанола мировым лидером уже более двух десятилетий является Бразилия, где его производство составляет половину мирового, и значительная часть автотранспорта работает на чистом (95%) этаноле либо на смеси этанола (25%) с бензином(75%). Производство биотоплив для двигателей внутреннего сгорания быстро развивается в США и во многих европейских странах (прежде всего в Испании и Франции). Этанол уже стал объектом международной торговли: например, по данным агентства Reuters, Бразилия уже импортирует этот продукт в США, Индию и ряд иных государств. Потенциально этот рынок будет развиваться: только за последние годы законы, ставящие своей целью поощрить перевод автомобилей на биотопливо, приняли Южная Корея, Филиппины, Япония и Мадагаскар.

1. Использование энергии биомассы

Использование энергии биомассы в Украине находится в зачаточном состоянии, хотя условия для ее освоения (особенности климата, потенциал аграрного сектора экономики, наличие рабочей силы) достаточно благоприятны. Поэтому вполне естественным представляется формирование весной текущего года целевой комплексной программы научных исследований НАН Украины «Биомасса как топливное сырье» («Биотоплива»). Насколько можно судить по концепции указанной программы, ее авторы видят единственно возможный путь использования биомассы для автотранспорта -- тот, по которому идут страны-лидеры этого направления (будем называть этот вариант традиционным). В связи с этим возникает вопрос: возможны ли другие варианты использования биомассы для автотранспорта?

В Институте технической теплофизики (ИТТФ) НАН Украины разработаны способ и устройство для энерготехнологической переработки биомассы (древесины, соломы, подсолнечной лузги и др.). В результате такой переработки получают два продукта: горючий газ и древесный уголь (полукокс), который представляет собой практически беззольное высокореакционное твердое топливо. Здесь важно подчеркнуть, что прямое использование биомассы, в частности древесины в наиболее совершенных, современных пылеугольных котлах сопряжено со значительными трудностями, если вообще возможно. Дело в том, что пылевая технология сжигания предусматривает обязательное измельчение топлива до частиц размером ~ 200 мкм, а мельницы, которыми оборудованы пылеугольные энергоблоки, абсолютно непригодны для размола биомассы (например, древесных отходов), но легко справляются с измельчением древесного угля. Кроме того, для стабилизации горения пылеугольного топлива используется «подсветка» факела дефицитным и дорогостоящим природным газом, но его вполне можно заменить дешевым и доступным горючим, который получается при энерготехнологической переработке биомассы по технологии ИТТФ. Из существующих технологий получения топлива из биомассы уплотнением распространены: пеллетирование (гранулирование), брикетирование на прессах и брикетирование экструзионное (с использованием шнеков).

ООО «ЭККО» г. Черкассы, это предприятие, разрабатывающее экструзионные технологии на базе серийных экструдеров, выпускаемых ОАО «Черкассыэлеватормаш», и обратившее своё внимание на экструзионное брикетирование отходов из биомасс.

В основе технологии производства топливных брикетов лежит процесс прессования шнеком отходов (шелухи подсолнечника, гречихи и т.п.) и мелко измельченных отходов древесины (опилок) под высоким давлением при нагревании от 250 до 350С°. Получаемые топливные брикеты не включают в себя никаких связующих веществ, кроме одного натурального - лигнина, содержащегося в клетках растительных отходов. Температура, присутствующая при прессовании, способствует оплавлению поверхности брикетов, которая благодаря этому становится более прочной, что немаловажно для транспортировки брикета.

Интересно сравнить показатели традиционного и альтернативного вариантов. Испытания установки ИТТФ для энерготехнологической переработки биомассы показали, что ее КПД (т.е. отношение теплотворной способности продуктов переработки к теплотворной способности исходного сырья) порядка 90%. Допустим, что КПД превращения биомасса -- биотопливо таков же. Лучшие современные транспортные двигатели внутреннего сгорания имеют КПД не более 40 %. Таким образом, традиционный вариант использования биомассы может обеспечить итоговый КПД не более 36%. Для оценки возможностей альтернативного варианта предположим, что электроэнергия, которая используется в электромобилях, вырабатывается на ТЭЦ с КПД ~ 75%. Поскольку потери энергии в электродвигателе ничтожно малы, КПД альтернативного варианта ~ 67%, т.е. чуть ли не вдвое выше. Что касается экологического аспекта, то, очевидно, сжигание продуктов переработки биомассы в крупных современных котельных установках с мощными системами очистки продуктов сгорания приведет к меньшему загрязнению окружающей среды, чем использование биотоплива в двигателях внутреннего сгорания.

Еще одно безоговорочное преимущество альтернативного варианта при сравнении его с традиционным состоит в том, что «в дело» может идти вся биомасса (например: стебли подсолнечника, кукурузы, ветки деревьев, праздничные елки и т.д.). В традиционном варианте -- лишь относительно небольшая часть биомассы (зерна кукурузы, сои, рапса и т.д.), причем та, которая может быть использована для производства пищевых продуктов для людей.

Весьма выгодно использовать альтернативный вариант использования биомассы в крупных городах, где скапливается большое количество биомассы и имеется много отопительных котлов. Расчеты показывают: если использовать альтернативный вариант для утилизации биомассы, которая скапливается в г. Киеве (древесная часть городского мусора, обрезки деревьев и т.д. -- всего более 24 тыс. м3 в год), то можно практически даром иметь ежегодно доход в размере более 1 млн. долл. При использовании в пылеугольных котлах древесной подсветки по альтернативному варианту можно сократить на 13--15% расход природного газа, который используется угольными электростанциями на подсветку.

2. Биотопливо - альтернативный вид топлива

Соевое, арахисовое, пальмовое, отработанные подсолнечное и оливковое масла (использованные, например, при приготовлении пищи), а также животные жиры. Биодизельное топливо - это экологически чистый вид топлива, альтернативный по отношению к минеральным видам, получаемый из растительных масел, и используемый для замены (экономии) обычного дизельного топлива, это полностью сгорающее альтернативное топливо, которое производится из растительных материалов или биомассы, такой как сахарный тростник или пальмовое масло. Оно может использоваться в дизельных двигателях или смешиваться с обычным дизельным топливом. Сырьем для производства биодизеля могут быть различные растительные масла: рапсовое. С химической точки зрения биодизель представляет собой метиловый эфир. При его производстве, в процессе этерификации, масла и жиры вступают в реакцию с метиловым спиртом и гидроксидом натрия, служащим катализатором, в результате чего образуются жирные кислоты, а также побочные продукты: глицерин и другие.

Биодизель может использоваться в обычных двигателях внутреннего сгорания, как самостоятельно, так и в смеси с обычным дизтопливом, без внесения изменений в конструкцию двигателя.

Обладая примерно одинаковым с минеральным дизельным топливом энергетическим потенциалом, биодизель имеет ряд существенных преимуществ:

· он не токсичен, практически не содержит серы и канцерогенного бензола;

· разлагается в естественных условиях (примерно так же, как сахар);

· обеспечивает значительное снижение вредных выбросов в атмосферу при сжигании, как в двигателях внутреннего сгорания, так и в технологических агрегатах;

· увеличивает октановое число топлива и его смазывающую способность, что существенно увеличивает ресурс двигателя;

Страницы: 1, 2, 3



2012 © Все права защищены
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.