Всего в мире насчитывается примерно 90 заводов по производству метанола. Темпы роста объемов их выпуска довольно низкие и составляют всего 4% в год.
В мире насчитывается всего 5 перспективных проектов, касающихся биометанола, среди них: BioMCN (Нидерланды, Европа), Smithfield Foods (Юта, США), North Shore Energy Technologies (в перспективе, США), Norin Green (в перспективе, Япония), Atlantic Biomass (в перспективе, США).
% совокупного потребления метилового спирта как в чистом виде, так и в виде его производных приходится на долю транспортных средств. Несмотря на то, что к 2020 году доля биотоплив в транспортном секторе должна превысить 6%, доля биометанола останется довольно низкой - всего 0,2%.
Помимо применения метанола в качестве альтернативы бензина существует технология применения метанола для создания на его базе угольной суспензии которая в США имеет коммерческое наименование "метакол" (methacoal). Такое топливо предлагается как альтернатива мазута широко используемого для отопления зданий (Топочный мазут). Такая суспензия в отличие от водоуглеродного топлива не требует специальных котлов и имеет более высокую энергоемкость. С экологической точки зрения такое топливо имеет меньший "углеродный след", чем традиционные варианты синтетического топлива получаемого из угля с использованием процессов где часть угля сжигается во время производства жидкого топлива.
Биобутанол - (C4Hi0O, бутиловый спирт, бутанол) - бесцветная жидкость с характерным запахом сивушного масла. Бутанол начал производиться в 10-х годах XX века с использованием бактерии Clostridia acetobutylicum. Известны нормальный первичный бутиловый спирт СН3 (СН2) 3ОН, нормальный вторичный бутиловый спирт СН3СН2СН2 (ОН) СН3, изобутиловый спирт (СН3) 2СНСН2ОН, триметилкарбинол (СН3) 3СОН. ядовит.
В промышленности бутанол получают оксосинтезом из пропилена с использованием никель-кобальтовых катализаторов при 130 - 150°C и 20 - 35 Мпа.
Бутанол как и этиловый спирт (этанол) может быть получен:
путем переработки сахара или крахмала с/х растительных культур (биобутанол I поколения);
путем переработки целлюлозы растений (биобутанол II поколения);
путем синтеза химического сырья (бутанол).
Бутанол, произведенный из биомассы, принято называть биобутанолом, хотя он имеет абсолютно те же характеристики, что и бутанол, полученный из нефти (химического сырья).
Широкоиспользуетсяв промышленности. Бутанол не обладает коррозионными свойствами, может передаваться существующей инфраструктурой. Может смешиваться с традиционным топливом. Энергоемкость бутанола близка к энергоемкости бензина. Бутанол может использоваться в топливных элементах, а также как сырье для производства водорода.
Биобутанол по своей сути то же самое, что и биоэтанол, но только более калорийный и менее затратный при производстве. К тому же само производство биобутанола с технической точки зрения значительно проще, чем классического этанола.
Сырье для производства биобутанола:
сахарный тростник;
свекла;
кукуруза;
пшеница;
в будущем - целлюлоза.
При ацетонобутиловом брожении из 1 т картофеля можно получить 25 м водорода, 340 кг бутанола и 110 кг ацетона, то есть с 1 га картофельных плантаций - 875 м3 водорода, 12 т бутанола и 4 т ацетона, а из 1 т стеблей сорго - 30 м3 водорода, 114 кг бутанола и 40 кг ацетона, или с 1 га плантаций сахарного сорго - 900 м3 водорода, 3.4 т бутанола и 1.2 т ацетона.
Преимущества биобутанола перед биоэтанолом:
. Бутанол содержит на 25% больше энергии, чем биоэтанол;
2. Бутанол безопаснее в использовании, поскольку в шесть раз меньше испаряется, чем биоэтанол и в 13,5 раз менее летуч, чем бензин. Это делает бутанол более безопасным при использовании в качестве оксигената и не требует особых изменений пропорций смеси при использовании зимой и летом;
. Бутанол - гораздо менее агрессивное вещество, чем биоэтанол, поэтому может транспортироваться по существующим топливным трубопроводам, тогда как биоэтанол должен транспортироваться железнодорожным или водным транспортом;
. Бутанол можно смешивать с бензином;
. Бутанол может полностью заменять бензин, тогда как биоэтанол может использоваться только как добавка к бензину с максимальным содержанием в смеси не более 85% и только после существенных переделок двигателя. В настоящее время в мире преобладают смеси с 10% содержанием биоэтанола;
. Производство бутанола помогает решить проблемы, связанные с инфраструктурой снабжения водородом;
. Измененный бутанол имеет более высокий выход энергии (10 Вт-ч/г), чем биоэтанол (8 Вт-ч/г);
. При горении бутанол не производит окислов серы или азота, что дает существенную дополнительную выгоду с точки зрения экологии.
Биобутанол более экономичен, чем смесь биоэтанола с бензином, он улучшает топливную эффективность автомобиля и увеличивает пробег на единицу расходуемого топлива.
Россия - крупнейший производитель и экспортер бутанола. За последние пять лет более 60% произведенного в стране бутилового спирта поставлялось потребителям на внешних рынках сбыта. Бутиловые спирты в России выпускают следующие предприятия (указаны в порядке убывания производственных мощностей):
"Салаватнефтеоргсинтез", "Сибур-Химпром", Ангарская НХК, "Невинномысский Азот".
В США ежегодно производится 1,39 млрд литров бутанола приблизительно на $1,4 млрд. Энергия бутанола близка к энергии бензина.
В 2007 году в Великобритании начались продажи биобутанола в качестве добавки к бензину.
Диметиловый эфир (ДМЭ, C2H6O) - экологически чистое топливо без содержания серы, содержание оксидов азота в выхлопных газах на 90% меньше, чем в бензине. Применение ДМЭ не требует специальных фильтров, но необходима переделка систем питания (установка газобалонного оборудования, корректировка смесеобразования) и зажигания двигателя. Без переработки возможно применение на автомобилях с LPG-двигателями при 30% содержании в топливе.
Сырье для производства ДМЭ:
уголь;
природный газ;
биомасса;
отходы целлюлозно-бумажного производства.
В июле 2006 года Национальная Комиссия Развития и Реформ (NDRC) (Китай) приняла стандарт использования диметилового эфира в качестве топлива. Китайское правительство будет поддерживать развитие диметилового эфира, как возможную альтернативу дизтопливу. В ближайшие 5 лет Китай планирует производить 5-10 млн тонн диметилового эфира в год.
Департамент транспорта и связи Москвы подготовил проект постановления городского правительства "О расширении применения диметилового эфира и других альтернативных видов моторного топлива".
Автомобили с двигателями, работающими на диметиловом эфире разрабатывают KAMAZ, Volvo, Nissan и китайская компания SAIC Motor.
Биодизель - относительно новый вид экологически чистого топлива для производства которого используются жиры растительного, микробного и животного происхождения (а также получаемых из них эфиров). Производится биодизель, как правило, из растительного масла и поэтому является возобновляемым источником энергии. Биодизель может использоваться в обычных двигателях внутреннего сгорания без изменения их конструкции. Возможно применение биодизеля как самостоятельного вида топлива, так и в смеси с обычным (минеральным) дизельным топливом.
Сырье для производства биодизеля:
пальмовое, рапсовое, соевое и другие масла;
отходы пищевой промышленности;
морские водоросли.
Наиболее перспективным источником сырья для производства биодизеля являются водоросли. По оценкам Департамента Энергетики США с одного акра (4047м2 ~ 0,4га) земли можно получить 255 литров соевого масла, или 2400 литров пальмового масла. С такой же площади водной поверхности можно производить до 3570 барреля бионефти (1 баррель = 159 литров). По оценкам компании Green Star Products с 1 акра земли можно получить 48 галлонов соевого масла, 140 галлонов масла канолы и 10000 галлонов из водорослей.
Биодизель находит применение в автомобильных двигателях, использовать его можно как в чистом виде, так и в виде смесей с традиционном дизельным топливом. Обычно такие смеси маркируют, указывая процентное содержание биодизеля, так в США для обозначения смесей дизельного топлива с биодизелем используется буква B, после которой следует число, означающее процентное вхождение биодизеля (В2 - 2%, В100 - 100 %). Применение таких смесей не требует внесения конструктивных изменений в двигатели.
Экологический эффект от использования биодизеля:
попадание биодизеля в воду не причиняет вреда животному и растительному миру;
в почве и воде биодизель практически полностью распадается за 25-30 дней;
при сгорании биодизеля выделяется точно такой же объем углекислого газа, который был потреблен растениями, являющимися сырьем для его производства, за весь период жизни;
в отличие от классического дизельного топлива, биодизель почти не содержит серы.
Практико - технические достоинства биодизеля:
полученный в ходе производства биодизеля жмых можно использовать в качестве корма для скота, что позволяет наиболее полно использовать сырьевую биомассу;
производство биодизеля способствует вводу оборот низкокачественных неиспользуемых сельскохозяйственных земель;
биодизель обладает исключительными смазочными характеристиками. Минеральное дизельное топливо при устранении из него сернистых соединений теряет свои смазочные способности. Биодизель, несмотря на значительно меньшее содержание серы, характеризуется хорошими смазочными свойствами, что продлевает срок жизни двигателя. Это вызвано его химическим составом и содержанием в нём кислорода.
Высокое Цетановое число - для биодизеля (метиловый эфир) не менее 51, для минерального дизельного топлива - 42 - 45.
Увеличение срока службы двигателя. При работе двигателя на биодизеле одновременно производится смазка его подвижных частей, в результате которой, как показывают испытания, достигается увеличение срока службы самого двигателя и топливного насоса в среднем на 60%, нет необходимости модернизировать двигатель.
Высокая температура воспламенения. Точка воспламенения для биодизеля превышает 150°С, что делает биогорючее сравнительно безопасным веществом.
Побочный товар производства - глицерин, имеющий широкое применение в промышленности. Очищенный глицерин используют для производства технических моющих средств (например, мыла). После глубокой очистки получают фармакологический глицерин, тонна которого на рынке стоит порядка 1 тыс. Евро. При добавлении фосфорной кислоты к глицерину можно получить фосфорные удобрения.
Недостатки биодизеля:
В холодное время года необходимо подогревать топливо, идущее из топливного бака в топливный насос, или применять смеси 20 % биодизеля и 80 % солярки марки В20.
Долго не хранится (около 3 месяцев) [1].
Газообразное биотопливо - продукт, получаемый в результате брожения биомассы или использования иных термо - и биохимических процессов, направленных на ее переработку. Наиболее распространенные вид газообразного биотоплива - биогаз, одной из разновидностей, которого является биоводород.
Биогаз - газ, получаемый в ходе брожения биомассы (органических отходов) посредством воздействия различных видов бактерий.
Биогаз состоит из метана (55-85%) и углекислого газа (15-45%), плохо растворим в воде, его теплота сгорания составляет от 21 до 27,2 МДж/м3. По теплоте сгорания 1 м3 биогаза эквивалентен: 0,8 м3 природного газа, 0,7 кг мазута, 0,6 кг бензина, 1,5 кг дров (в абсолютно сухом состоянии), 3 кг навозных брикетов.
Выход газа может достигать до 350 м3 из 1 тонны отходов и зависит от, собственно, вида сырья и применяемых технологий (из тонны навоза крупного рогатого скота и свиней получают до 70 м3 биогаза, 1 т куриного помета (при влажности 75%) - до 100 м3 биогаза, до 400 м3 биогаза можно получить из различных видов растений, до 1400 м3 метана получают из жира - это своеобразный "биогазовый рекорд").
В современной технологии производства биогаза последовательно используются три вида бактерий, каждый из которых питается продуктами жизнедеятельности предыдущего:
гидролизные бактерии;
кислотообразующие бактерии;
метанобразующие бактерии.
Сырье для получения биогаза:
органические отходы;
фекальные осадки;
навоз;
птичий помёт;
пивная дробина;
свекольный жом;
трава;
бытовые отходы;
отходы рыбных и забойных производств;
энергетические культуры;
водоросли.
Экологический эффект от использования биогаза
осуществляется санитарная обработка сточных вод (особенно животноводческих и коммунально-бытовых), содержание органических веществ снижается до 10 раз;
анаэробная переработка отходов животноводства, растениеводства и активного ила позволяет получать уже готовые к использованию минеральные удобрения с высоким содержанием азотной и фосфорной составляющей (в отличие от традиционных способов приготовления органических удобрений методами компостирования, при которых теряется до 30-40% азота);
при метановом брожении высокий (80-90%) КПД превращения энергии органических веществ в биогаз;
биогаз с высокой эффективностью может быть использован для получения тепловой и электрической энергии, а также в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания;
биогазовые установки могут быть размещены в любом регионе страны и не требуют строительства дорогостоящих газопроводов и сложной инфраструктуры;
биогазовые установки могут частично или полностью заменить устаревшие региональные котельные и обеспечить электроэнергией и теплом близлежащие деревни, поселки, небольшие города.
Практическое применение биогаза возможно во всех сферах, где используется обычный природный газ. После обогащения (очистки) биогаза до состояния биометана (полный аналог природного газа с концентрацией метана до 99%) газ может использоваться как моторное топливо, подаваться в общую систему газоснабжения в трубопроводы среднего или низкого давления, использоваться на технологические нужды в качестве полной замены природного газа.
Большое количество биогазового топлива производится при переработке ТБО городов: в США - эквивалентно 2 200 000 Гкал, Германии - 3 300 000 Гкал, Японии - 1 400 000 Гкал, Швеции - 1 200 000 Гкал. В Китае около 10 млн "семейных" биогазовых реакторов ежегодно производят более 8 млрд м3 биогаза. Кроме этих установок в Китае работают 600 больших и средних биогазовых станций, которые используют органические отходы животноводства и птицеводства, винных заводов (общий ежегодный объем производства биогаза составляет 220 тыс. м3), 24 тыс. биогазовых очистительных реакторов для обработки отходов городов, а также около 190 биогазовых электростанций с ежегодным производством 3 млн кВт-ч. Биогазовая продукция в Китае оценивается в 7 900 000 Гкал/год.
Биоводород - газообразный вид биотоплива, получаемый совместно с биобутанолом путем бутилового или ацетонобутилового брожения сельскохозяйственных растений.