Биотопливо для автомобилей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Бюджетное профессиональное образовательное учреждение Вологодской области «Вологодский строительный колледж»

Дисциплина: Основы проектной деятельности

Контрольная работа

Биотопливо для автомобилей

Выполнил студент группы: 144

Раськин Александр Павлович

Руководитель проекта: Малкова Светлана Леонидовна

Вологда 2016 год

Содержание

1. Биотопливо

2. Основные виды биотоплива

3. Производство биоэтанола

4. Производство биодизеля

5. Забытые виды биотоплива

6. Биотопливо на практике

7. Критика

8. Биотопливо второго поколения

9. Биотопливо третьего поколения

1. Биотопливо

Биотопливо-это топливо из растительного или животного сырья, из продуктов жизнедеятельности организмов или органических промышленных отходов. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга) и газообразное (синтез-газ, биогаз, водород).По данным Росстата, в 2010 году российский экспорт топлива растительного происхождения составил более 2,7 млн тонн. Россия входит в тройку стран экспортеров топливных пеллет на европейском рынке. Всего около 20 % произведённых биотоплив потребляется в России.Потенциальное производство в России биогаза -- до 72 млрд мі в год. Потенциально возможное производство из биогаза электроэнергии составляет 151 200 ГВт, тепла -- 169 344 ГВт. В 2012--2013 годах планируется ввести в эксплуатацию более 50 биогазовых электростанций в 27 регионах России. Установленная мощность каждой станций составит от 350 кВт до 10 МВт. Суммарная мощность станций превысит 120 МВт. Общая стоимость проектов составит от 58,5 до 75,8 млрд. рублей. Реализацией данного проекта занимаются ГК "Корпорация «ГазЭнергоСтрой» и Корпорация «БиоГазЭнергоСтрой».

Европейская комиссия поставила задачу использовать к 2020 году альтернативные источники энергии как минимум в 10 % транспортных средств. Есть также промежуточная цель в 5,75 % к 2010 г. В ноябре 2007 в Великобритании было создано Агентство по возобновляемому топливу , которое должно контролировать введение требований к использованию возобновляемого топлива. Председателем комитета стал Эдд Галлахер, бывший исполнительный директор Агентства по окружающей среде. Дебаты по поводу жизнеспособности биотоплива на протяжении 2008 года привели к повторному всестороннему исследованию проблемы комиссией, возглавляемой Галлахером. Было рассмотрено непрямое влияние использования биотоплива на производство пищевых продуктов, разнообразие выращиваемых культур, цены на продовольствие и площадь сельскохозяйственных земель. В отчёте предлагалось снижение динамики внедрения биотоплива до 0,5 % в год. Цель в 5 процентов таким образом должна быть достигнута не ранее чем в 2013/2014 г., на три года позже, чем было изначально предложено. Более того, дальнейшее внедрение должно быть сопряжено с обязательным требованием к компаниям применять новейшие технологии, ориентированные на топливо второго поколения

2. Основные виды биотоплива

биотопливо автомобиль альтернативный энергетика

Самым популярным биотопливом для автомобилей является этанол. Этанол - газ, полученный в ходе переработки и брожения сельскохозяйственных культур. Чаще всего используют кукурузу, и сахарный тростник. Но также в ход идут и картофель, ячмень, сахарная свекла - то есть те продукты, которые содержат много крахмала или сахара что способствует хорошему брожению. В основном этанол смешивают с бензином в соотношении 10% этанол 90% бензин. Эта формула чаще всего встречается в мире, под нее не нужно перерабатывать топливную систему автомобиля. Кажется что 10 % мало - но они играют большую роль в сохранении окружающей среды. Если же этанола 90%, а бензина 10%, тогда нужно менять всю систему. Если вы обладатель гибридного автомобиля - тогда без проблем можете ездить на любом виде топлива. Второе топливо по популярности - биодизель. Его тоже получают путем переработки сельскохозяйственных растений, но не крахмальных или сахарных, а тех которые в большом количестве содержат масла. Например: соя, подсолнух или рапс. Производство биодизеля затратное, чем производство этанола. Надо сначала вложить деньги в растения, собрать переработать и именно переработка больше всего требует затрат. Дело в том, что полученное сырье - масло нужно переэтерифицировать метанолом при температуре 60°С и нормальном давлении для получения качественного продукта. И биодизель хранить нужно не более трех месяцев - дольше - он разлагается. Так же как и этанол, биодизель применяют в смеси с дизельным топливом, тоже в определенном процентном соотношении. Но в применении биодизеля переработки топливной системы не требуется. Конечно эти средства для движения наших автомобилей экологичные и безопасные, но их энергетическая эффективность ниже, чем энергия бензина или дизеля. При этом мощность дизеля снижается, а расход топлива увеличивается. При использовании биотоплива топливная система как бы очищается, из-за спирта, который содержится в биоэтаноле. Этанол растворяет гарь и сажу в системе и поддерживает топливную систему в чистоте. Конечно, из-за этого расход топлива увеличивается, но не намного. Всего на 5-7%. Но будет экономия на том, что не нужно чистить топливную систему, как при использовании нефтяных продуктов.

При использовании биотоплива не будет проблем с образованием гари на свечах, кольца поршней и сами поршни, факельный выход форсунка - распылителя - все это будет чистым. Но обязательно нужно прочистить топливную систему, из-за того что этанол растворит всю грязь со стенок бензобака и когда двигатель заработает - все это пойдет в камеру сгорания через всю топливную систему - она просто сильно засорится. Поэтому, прочистив систему, вы будете уверенны, что не наносите окружающей среде вреда и ваша топливная система будет находиться в идеальной чистоте. И вы сможете продлить срок эксплуатации вашего любимого авто. Биотопливо подходит для использования во всех марках автомобилях. При желании на более современных моделях можно установить специальный адаптер, который будет корректировать топливную смесь - дело в том, что датчики, которые контролируют расход топлива, могут показывать, что нужно дополнительное обогащенные топливной системы - а это увеличивает расход топлива - чего совершенно не нужно. Устанавливая адаптер перед форсункой-распылителем, мы совсем не нарушаем систему автомобиля. Но адаптер довольно полезная штука - он контролирует количество и время подачи топлива в камеру сгорания. В автомобилях более ранних моделей можно использовать биотопливо без адаптера. Они не обладают системой автоматического регулирования качества топлива. Почему в нашей стране нет нормального производства биотоплива? Все просто. Нефтетрейдерам это невыгодно, нет в нас нормальной законодательской и нормативно - правовой базы. Но самое важное это то, что автомобилисты мало проинформированные. Люди в силу своей занятости не успевают следить за всеми направлениями. И поэтому нет спроса конечно, а если нет спроса - нет сбыта.

3. Производство биоэтанола

Как уже говорилось выше, что этанол получают в процессе брожения сахарных и крахмальных сельскохозяйственных растений. Процесс производства почти, такой как производство спирта. С помощью ферментов вещества из растений превращаются в сахар, который сбраживают с помощью дрожжей в брагу. После процесса сбраживания этанол перегоняют с помощью дистилляционной установки и дополнительно очищают в ректификационной установке. В результате всех этих действий получают этанол в вперемешку с водой. Потом нужно обезводить смесь и наконец, полученный чистый этанол можно уже смешивать с бензином. Этанол в смеси с бензином работает как окислитель и как способ увеличения октанового числа. Мировое производство биоэтанола в 2005 составило 36,3 млрд литров, из которых 45 % пришлось на Бразилию и 44,7 % -- на США. Этанол в Бразилии производится преимущественно из сахарного тростника, а в США -- из кукурузы .В январе 2007 года, в своём ежегодном послании Конгрессу Дж. Буш предложил план «20 за 10». План предлагает сократить потребление бензина на 20 % за 10 лет, что позволит сократить потребление нефти на 10 %. 15 % бензина предполагается заменить биотопливом. 19 декабря 2007 года президент США Дж. Буш подписал закон о Энергетической независимости и безопасности .EISA в 2007 предусматривает производство 36 миллиардов галлонов этанола в год к 2022 году. При этом 16 млрд. галлонов этанола будет производиться из целлюлозы -- не пищевого сырья.

4. Производство биодизеля

Для производства биодизеля используются разные виды растительных масел. Процесс производства заключается в том, что нужно уменьшить вязкость масла с помощью спирта. Любое масло состоит с триглицеридов. То есть в составе присутствует глицерин - он и увеличивает вязкость масла. Поэтому нужно нейтрализировать глицерин с помощью спирта. Этот процесс называется трансэтерификацией. В конечном итоге получается чистый биодизель цвета меда, он на вид не должен содержать никаких примесей, а если он слегка мутный - значить там есть вода, которая удаляется в процессе нагревания. В перечень видов биотоплива также входит биометан - газ, получаемый от разных отхода - растений, древесной стружки, соломы, кожуры фруктов и овощей. То есть от второсортного сырья. От прессовки и скопления этих продуктов получают метан - биогаз, который состоит из метана и углекислого газа. Чтоб применить его в автомобилях нужно очистить от углекислого газа. И самым современным видом топлива, которому еще нет практического применения, является топливо с водорослей. Но этот вид еще на этапе разработки. Преимущество такого типа топлива в том, что сырье можно выращивать и в воде и на непригодных для хозяйства участках земли. Биотопливо с водорослей экономически выгодно. Не нужно тратить большие усилия, чтоб вырастить водоросли, а они имеют самые большие показатели по объему топлива после переработки. В современном мире существуют разные виды альтернативного топлива, но они еще широко не применяются. Дело в том, что пока есть обычное топливо, человечество не будет задумываться о будущем. А стоит. Ведь нужно все -- таки, что -- то оставить для своих детей и внуков. Нужно питаться сделать мир чище. И введение в кругооборот биотоплива - один из способов сохранить планету от глобальной катастрофы. Для получения биодизельного топлива используются растительные или животные жиры. Сырьём могут быть рапсовое, соевое, пальмовое, кокосовое масло, или любого другого масла-сырца, а также отходы пищевой промышленности. Разрабатываются технологии производства биодизеля из водорослей.

5. Забытые виды биотоплива

Здесь стоит коснуться древесины, которая может выступать как биотопливо. В первую очередь надо упомянуть скипидарно-спиртовую смесь, которая ещё в 1826 году использовалась в роли топлива. А ведь скипидар получают при пиролизе древесины. Есть отдельные упоминания, что при так называемом «быстром» высокотемпературном пиролизе сконденсирована жидкость, по своим характеристикам алогичная нефти. Стоит вспомнить и прямое применение древесины как горючего для моторов. При сгорании древесины образуется окись углерода, которая и служит в качестве топлива. Во время Второй Мировой, Германией достаточно широко использовались машины с такими моторами, в том числе и легковые. В Советском Союзе так же были созданы газогенераторные автомобили, ЗИС 21, ЗИС 13, а также ГАЗ 42. Работали они на обычных дровяных чурочках. Правда, при замене бензина на газ мощность двигателя падала, скорость движения и грузоподъемность тоже, а одной заправки газогенераторной установки хватало на девяносто километров пробега, но в условиях военного времени при дефиците других видов топлива и в удаленных местах такие автомобили успешно работали. И даже в Москве в военное время ходили автобусы, оснащенные газогенераторными установками. Несмотря на всеобщее распространение бензина и солярки в качестве топлива для ДВС, постоянно идут поиски альтернативных источников получения горючего. И уже существует несколько самых разных видов биотоплива, способного обеспечить работу ДВС в любых условиях. По оценкам Стэндфордского университета во всём мире из сельскохозяйственного оборота выведено 385--472 миллиона гектаров земли. Выращивание на этих землях сырья для производства биотоплив позволит увеличить долю биотоплив до 8 % в мировом энергетическом балансе. На транспорте доля биотоплив может составить от 10 % до 25 %.

6. Биотопливо на практике

Заливать этанол в чистом виде в баки автомобилей категорически нельзя, так как он является сильнейшим растворителем и окислителем. Использование чистого биоэтанола требует переделки автомобиля с установкой деталей на двигатель из нержавеющего металла или пластика. В настоящее время в мире уже разработаны около 40 моделей автомобилей, так называемых Flexible-Fuel Vehicle с совмещенной конструкцией заправки, в баки которых можно заливать бензин и этанол в любом соотношении. Так, в США, на дорогах курсирует более 6 миллионов грузовых и легковых автомобилей, для которых на заправках реализуется специальная смесь Е85, состоящая из 85% биоэтанола и 15% бензина. Присутствие бензина в составе смеси необходимо только для того, чтобы двигатель хорошо заводился в холодное время года. Швеция в продвижении биотоплива в своей стране, пошла еще дальше, так, смесь этанола с бензином должна быть в обязательном порядке на крупных автозаправках, а авто, работающие на этом виде топлива, имеют беспрепятственный бесплатный проезд в центр Стокгольма, при этом их владельцы освобождаются от оплаты за стоянку и платят сниженный автоналог.

На Западе используют смесь Е10, состоящую из 10% биоэтанола и 90% бензина в обычных двигателях, а в Бразилии - 20%, так как считается, что такая добавка не способна повредить двигатель и топливную систему автомобиля. В настоящее время даже самолеты, выпускаемые бразильской компанией Embraer, летают именно на смеси самолетного топлива со спиртом. Чистый бензин продавать в стране для заправки авто запрещено.Согласно статистическим данным, даже незначительная добавка тиоспирта в бензин, эффективно влияет на его сгорание, повышает его октановое число, что существенно снижает токсичность выбросов в атмосферу, также уменьшает риск воспламенения топлива при повреждении топливной системы автомобилей.

7. Критика

· Критики развития биотопливной индустрии заявляют, что растущий спрос на биотопливо вынуждает сельхозпроизводителей сокращать посевные площади под продовольственными культурами и перераспределять их в пользу топливных. Например, при производстве этанола из кормовой кукурузы, барда используется для производства комбикорма для скота и птицы. При производстве биодизеля из сои или рапса жмых используется для производства комбикорма для скота. То есть производство биотоплива создаёт ещё одну стадию переработки сельскохозяйственного сырья.

· По расчётам экономистов из Университета Миннесоты, в результате биотопливного бума число голодающих на планете к 2025 году возрастёт до 1,2 млрд. человек[8].

· Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН в своем отчёте за 2005 год говорит о том, что рост потребления биотоплив может помочь диверсифицировать сельскохозяйственную и лесную деятельность, и улучшить безопасность пищевых продуктов, способствуя экономическому развитию. Производство биотоплив позволит создать в развивающихся странах новые рабочие места, снизить зависимость развивающихся стран от импорта нефти. Кроме этого производство биотоплив позволит вовлечь в оборот ныне не используемые земли. Например, в Мозамбике сельское хозяйство ведётся на 4,3 млн. га из 63,5 млн. га потенциально пригодных земель.

· К 2007 году в США для производства этанола работали 110 ректификационных заводов и строились ещё 73. К концу 2008 американские мощности по производству этанола достигнут 11,4 млрд. галлонов в год. Джордж Буш в обращении к нации в 2008 году призвал к 2017 г. поднять производство биоэтанола до 35 млрд. галлонов в год.

· В «Размышлениях главнокомандующего» Фидель Кастро Рус посвятил критике президента США Джорджa Бушa, который «после совещания с главными американскими автомобилестроителями высказал свою дьявольскую идею о производстве топлива из продуктов питания… Глава империи хвалился тем, что Соединенные Штаты, используя кукурузу в качестве сырья, уже стали первым в мире производителем этанола», -- писал Кастро. И затем, опираясь на цифры и факты, показал, что такой подход обострит проблемы снабжения продовольствием в странах третьего мира, население которых и так часто живёт впроголодь.

· В Индонезии и Малайзии для создания пальмовых плантаций была вырублена немалая часть тропических лесов. То же самое произошло на Борнео и Суматре. Причиной стала гонка за производством биодизеля -- топлива в качестве альтернативы дизельному топливу (рапсовое масло в качестве топлива может использоваться в чистом виде). Невысокая себестоимость и небольшие энергозатраты -- то, что нужно для производства альтернативного топлива из полутехнических масличных культур.

8. Биотопливо второго поколения

Биотопливо второго поколения -- различное топливо, полученное различными методами пиролиза биомассы, или прочие виды топлива, помимо метанола, этанола, биодизеля произведенное из источников сырья «второго поколения».

Источниками сырья для биотоплива второго поколения являются лигно-целлюлозные соединения, остающиеся после того, как пригодные для использования в пищевой промышленности части биологического сырья удаляются. Использование биомассы для производства Биотоплива второго поколения направленно на сокращение количества использованной земли, пригодной для ведения сельского хозяйства. К растениям -- источникам сырья второго поколения относятся:

* Водоросли -- являющиеся простыми организмами, приспособленными к росту в загрязнённой или солёной воде (содержат до двухсот раз больше масла, чем источники первого поколения, таких как соевые бобы);

* Рыжик (растение) -- растущий в ротации с пшеницей и другими зерновыми культурами.

* Ятрофа -- растущее в засушливых почвах, с содержанием масла от 27 до 40 % в зависимости от вида.

Быстрый пиролиз позволяет превратить биомассу в жидкость, которую легче и дешевле транспортировать, хранить и использовать. Из жидкости можно произвести автомобильное топливо, или топливо для электростанций.

Из биотоплив второго поколения, продающихся на рынке, наиболее известны BioOil производства канадской компании Dynamotive и SunDiesel германской компании CHOREN Industries GmbH

По оценкам Германского Энергетического Агентства производство топлив пиролизом биомассы может покрыть 20 % потребностей Германии в автомобильном топливе. К 2030 году, с развитием технологий, пиролиз биомассы может обеспечить 35 % германского потребления автомобильного топлива. Себестоимость производства составит менее €0,80 за литр топлива.

Создана «Пиролизная сеть» -- исследовательская организация, объединяющая исследователей из 15 стран Европы, США и Канады.

Весьма перспективно также использование жидких продуктов пиролиза древесины хвойных пород. Например, смесь 70 % живичного скипидара, 25 % метанола и 5 % ацетона, то есть фракций сухой перегонки смолистой древесины сосны, с успехом может применяться в качестве замены бензина марки А-80. Причём для перегонки применяются отходы дереводобычи: сучья, пень, кора. Выход топливных фракций -- до 100 килограммов с тонны отходов.

9. Биотопливо третьего поколения

Третье поколение биотоплива - это топливо из водорослей. Ценность такой технологии огромна. На планете огромное количество земли, которая не пригодна для выращивания пищевых растений. Именно на ней отлично приживаются водоросли. Необходимо только создать небольшие искусственные пруды или специальные биореакторы закрытого типа. Основывается данная технология на том, что в водорослях в процессе роста накапливаются масла. И ученые обнаружили, что молекулы этих масел имеют схожую структуру с обычной нефтью. Все, что нужно для роста водорослей, это вода, свет, углекислый газ, питательная среда. Причем процесс роста водорослей имеет еще один положительный эффект для человечества: они во время роста потребляют углекислых газ, избавляя планету от парникового эффекта, и насыщают атмосферу кислородом. При переработке водорослей получается топлива в 3,5 раза больше, чем из пальмового масла, в 5 раз больше, чем из сахарного тростника, в 8 раз больше, чем из кукурузы, и в 40 раз больше, чем из сои.

Его источником являются водоросли. Существуют определённые их сорта, содержащие значительное количество растительных жиров, из которых можно сделать тот же самый биодизель. Конечно, чтобы получить биотопливо из водорослей, их надо выращивать, но для этого совсем не требуется занимать посевные площади. Водоросли могут расти в прудах, биореакторах, на морском дне или в специально устроенных заливах, т.е. занимают те участки земной поверхности и морского дна, которые не задействованы в производстве продуктов питания. Так что, биотопливо третьего поколения, хотя и находится еще в стадии отработки технологии производства, надо признать наиболее перспективным.

Биотопливо из опилок или спирт как он есть

1.Этанол или обычный спирт достаточно хорошо известен в истории автомобилестроения. Достаточно сказать, что в свое время Генри Форд организовывал строительство заводов по производству спирта, предназначенного на роль топлива. Сейчас его изготовление широко развернуто в Бразилии, по оценкам экспертов, сорок процентов автотранспорта этой страны используют этанол в чистом виде, шестьдесят процентов - в смеси с бензином. Из чего сегодня делают этанол? Чаще всего сырьем служит сельскохозяйственная продукция, в той же Бразилии, чтобы сделать биоэтанол, применяют сахарный тростник, солому, древесные отходы и другое аналогичное сырье. Из опилок на гидролизном производстве так же можно получить этанол. детонационную стойкость;

1. теплоту сгорания;

2. теплоту испарения.

Из чего бы ни пришлось сделать подобное биотопливо, из опилок или тростника, ему свойственны антидетонационные свойства, они выше, чем у обычного бензина. Благодаря этому можно повысить мощность, двигатель, работающий на этаноле, допускает увеличение степени сжатия. Теплота сгорания спиртовоздушной смеси незначительно отличается от характеристик традиционной топливовоздушной смеси, а за счет хорошей испаряемости спирта обеспечивается лучшее наполнение цилиндров и полное ее сгорание.

Из недостатков этанола стоит отметить его повышенную агрессивность по отношению к некоторым цветным металлам, пластмассам и резине, вследствие чего может возникнуть необходимость частично дорабатывать двигатель. Однако самым главным минусом такого горючего является его гигроскопичность, оно сильно поглощает воду, а затем смесь расслаивается в баке, в результате чего он окажется заполнен в основном водой. Одним из методов борьбы с этим является использование смесей спирта и бензина, до десяти процентов этанола, добавленного в обычный бензин, только улучшают его характеристики. Дополнительно стоит отметить, что производство биоэтанола как топлива, хоть из тех же самых опилок, отличается от производства питьевого спирта. Топливный спирт не пригоден для питья, он имеет явно выраженный сивушный запах и повышенное содержание метанола.2.Метанол, или метиловый спирт, при всех своих достоинствах ядовит. Хотя его можно сделать из отходов, из тех же самых опилок, обычно биометанол не используют в качестве горючего. 3.Биобутанол. Как биотопливо для автомобилей подходит даже в большей степени, чем биоэтанол. Может изготавливаться из биомассы, опилок, и при этом ничем не отличаться от бутанола, полученного по традиционной технологии.

Среди его достоинств необходимо отметить:

· большую энергетическую ценность;

· меньшую агрессивность;

· возможность смешиваться с бензином;

· возможность прямой и полной замены бензина без переделки автомобиля.

Рассматривая спирт как замену бензину, стоит отметить, что плюсы и минусы биотоплива подобного типа достаточно очевидны, и все недостатки при необходимости могут быть успешно устранены. Однако в настоящее время такое биотопливо чаще всего применяется в смеси с обычным бензином, хотя технологии его получения, например из опилок, позволяют полностью реализовывать используемую биомассу и исключить нефть из употребления.

Биоводород -- водород, полученный из биомассы термохимическим, биохимическим или другим способом, например водорослями.

Биогаз -- продукт сбраживания органических отходов (биомассы), представляющий смесь метана и углекислого газа. Разложение биомассы происходит под воздействием бактерий класса метаногенов.

Метан синтезируется после очистки от всевозможных примесей так называемого синтетического природного газа из углеродосодержащего твёрдого топлива, такого как уголь или древесина.

Размещено на Allbest.ru