Новый европейский исследовательский проект изучает культуры травы, которые могли быть выращены и собраны на непригодных землях, вдали от территорий, используемых для выращивания продовольственных культур.
Трава может быть использован для производства биотоплива. Преимуществом использования травы является то, что она может быть выращена на непригодных землях, которые никак иначе не будут использоваться. «Непригодные земли» является широким определением, признает Сюзанна Барт, научный сотрудник Teagasc, исследовательского центра сельского хозяйства и развития в Карлоу, Ирландия. «Это могут быть почвы в плохом физическом состоянии или подверженные затоплениям, сильной засухи или которые страдают от солевого стресса». Сюзанна Барт координирует финансируемый ЕС исследовательский проект под названием GrassMargins, который тестирует, может ли быть использована трава как биотопливо.
Оптимизация урожая многолетних трав на этих землях будет иметь решающее значение для производства топлива по конкурентоспособной цене. Это также поможет решить вопрос конкуренции за земли, пригодные для продовольственных культур.
Таким образом, травы родом из Европы (растущие и в России), такие как овсяница тростниковая , куринная ножка (также известная как ежа сборная) и вейник проходят испытания, чтобы увидеть, как различные сорта растут в далеко не идеальных словиях. В Ирландии, ученые в основном заинтересованы в переувлажненных почвах или почвах, склонных к затоплениям. В северной Европе, травы должны выдерживать низкие температуры, в то время как устойчивость к соли является проблемой на юге Европы.
Вейник (лат. Calamagrostis) - род травянистых растений семейства Злаки (Poaceae). На территории России и сопредельных стран растут около 50 видов вейника
Это идея для фермеров, предпочитающих полностью использовать свою землю. Затем они могли бы использовать траву в качестве сырья для анаэробных реакторов для получения жидкого топлива или брикетировать её для использования в качестве объекта сжигаемого топлив для производства энергии или тепла. «Это вполне может быть, что один тип травы лучше на определенных непригодных землях, и другой тип на другой. Маловероятно, что один вид травы будет на голову выше конкурентов во всех условиях», говорит ученый проекта Джон Финнан, научный сотрудник и эксперт Teagasc по биоэнергии в Карлоу, Ирландия.Некоторые эксперты видят потенциал в некоторых местных травах и проводят испытания в рамках проекта: «овсяницу довольно легко вырастить, легко собрать, легко косить и паковать. Но, вероятно, её доходность ниже», - говорит Джон Клифтон-Браун из Aberystwyth университета, в Уэльсе, который ведет программу разведения тропической травы *Miscanthus - * растения также называемого слоновая трава, и уже успешно используемую как биотопливо. Он считает, что проект на местных травах может конкурировать с известными видами биотоплива.
Миска́нтус, или ве́ерник (лат. Miscánthus) - род многолетних травянистых растений семейства Злаки (Poaceae).
В рамках проекта также будет испытан мискантус в различных сложных условиях. «Мискантус не местный вид. Оно происходит из Юго-Восточной Азии, так что любит теплые условия, которые мы видим здесь [в Ирландии]», - объясняет Финнан.
Мискантус является хорошим кандидатом с научной точки зрения, согласно мнения эксперта Nicolas Brosse из университета биотоплива Лотарингии, Нанси, Франция. «Мискантус имеет низкую влажность и высокое содержание сахара. Продукт также интересен из-за его высокой производительности, это многолетняя трава, не требующая азот и гербицидов. А сорт * Miscanthus* *x giganteus* [стерильный гибрид] является неинвазивным. Поля Miscanthus также очень хорошее убежище для диких животных, таких как птицы, дикие кабаны, а также и для насекомых».
Тем не менее, он отмечает, что опубликованная урожайность от 15 до 25 тонн с гектара получена на очень плодородных землях, пригодных для выращивания пищи. «Производство Miscanthus на очень больших площадях, где произрастает кукуруза или пшеница, не должно рассматриваться. Одной из целей проекта является производство биомассы, полученной непригодных земель. Но в таком случае, фактическая урожайность может быть ниже». Броссе добавляет: «к фактической урожайности с гектара следует подходить с осторожностью, также необходимо учитывать возможное влияние на водно-болотные угодия и дикие районы.
Результатом проекта, скорее всего, станет несколько альтернативных решений. «Я не думаю, что любой сорт будет доминировать во всех странах, потому что разные культуры лучше всего подходят для разных мест. Я хотел бы сказать, что вся биомасса должна быть местной,» комментирует Брюс Дейл, эксперт по биотопливным культурам в Мичиганском государственном университете в городе Лансинг, штат Мичиган, США. «Я думаю, мы в первую очередь будем использовать растительные остатки, потому что они, вероятно, будут наименее дорогим, а после мы начнем испльзование энергетических культур, таких как Miscanthus. Я думаю, что другие многолетние травы, такие как просо и травы прерии, древесная биомасса, как плакучая ива также преуспела бы в некоторых местах «.
По своим энергетическим характеристикам водоросли значительно превосходят другие источники.
200 тысяч гектаров прудов могут производить топливо, достаточное для годового потребления 5% автомобилей США. 200 тысяч гектаров — это менее 0,1% земель США пригодных для выращивания водорослей.
Однако, водоросли, содержащие большее количество масла, растут медленнее. Например, водоросли, содержащие 80% нефти вырастают раз в 10 дней, в то время как, водоросли, содержащие 30% -3 раза в день.
Производство водорослей привлекательно еще и тем, что в ходе биосинтеза поглощается углекислый газ из атмосферы.
Однако, основная технологическая трудность заключается в том, что водоросли чувствительны к изменению температуры, которая вследствие этого должна поддерживаться на определенном уровне (резкие суточные колебания недопустимы).
Также коммерческому применению водорослей в качестве топлива препятствует на сегодняшний день отсутствие эффективных инструментов для сбора водорослей в больших объемах. Также необходимо определить наиболее эффективные для сбора масла виды.
Технологии выращивания водорослей
Департамент Энергетики США исследовал водоросли с высоким содержанием масла по программе «Aquatic Species Program». Исследователи пришли к выводу, что Калифорния, Гаваи и Нью-Мексико пригодны для промышленного производства водорослей в открытых прудах. В течение 6 лет водоросли выращивались в прудах площадью 1000 м2. Пруд в Нью-Мексико показал высокую эффективность в захвате СО2. Урожайность составила более 50 гр. водорослей с 1 м2 в день.
Кроме выращивания водорослей в открытых прудах существуют технологии выращивания водорослей в малых биореакторах, расположенных вблизи электростанций. Сбросное тепло ТЭЦ способно покрыть до 77 % потребностей в тепле, необходимом для выращивания водорослей. Эта технология не требует жаркого пустынного климата.
Компания BioKing приступила к серийному производству запатентованных биореакторов по разведению водорослей, пригодных к немедленной эксплуатации, которые включают быстрорастущие водоросли с высоким содержанием масла.
Испанские ученые нашли один из видов микроводорослей, которые способны гораздо быстрее размножаться, чем другие биологические собратья при определенном освещении. Если в открытом море каждый кубометр воды приходится до 300 экземпляров водорослей, то исследователи получили 200 млн. экземпляров на тот же кубометр воды.
Микроводоросли растут в пластиковом цилиндре диаметром в 70 см и длиной в 3 м. Водоросли размножаются делением. Они делятся каждые 12 часов, и постепенно вода в цилиндре превращается в зеленую плотную массу. Один раз в день содержимое цилиндра подвергается центрифугированию. Остаток представляет собой практически стопроцентное биотопливо. Насыщенная жирами часть этой массы преобразуется в биодизель, а углеводороды — в этанол.
Разработки биотоплива из водорослей
Корпорация Chevron, один из мировых энергетических гигантов начали исследование возможности использования водорослей в качестве источника энергии для транспорта, в частности, для реактивных самолетов. В ходе исследований будут изучены виды водорослей, которые содержат максимальный процент масел в своем составе, а также разработаны методы культивирования водорослей.
Компания Honeywell, UOP недавно начала
проект по производству военного
реактивного топлива из
водорослевых
и растительных масел.
Компания Green Star Products завершила вторую фазу испытаний демонстрационного завода по производству биодизеля из водорослей в Монтане. Во время второй фазы выбирались оптимальные условия для выращивания водорослей штамма zx-13.
GSPI разработала гибридную систему выращивания водорослей в прудах — Hybrid Algae Production System. Обычные водоросли живут при температуре воды около 30 по Цельсию, zx-13 выживают при температуре около — 44. zx-13 также продемонстрировали хорошую устойчивость к повышенному содержанию солей в воде.
Однако, во второй фазе испытаний GSPI не удалось отработать технологию сбора водорослей. Водоросли созрели раньше, чем ожидалось, и оборудование ещё не было готово. Технология GSPI позволяет собирать водоросли размером более 2 мкрн. Водоросли меньшего размера возвращаются в пруд для дальнейшего выращивания.
На следующем этапе технология GSPI будет испытываться на пруду площадью 100 акров. Ведутся переговоры о размещении 100-акрового пруда в Калифорнии, Миссури и Юте. В дальнейшем возможно увеличить площадь до 500 — 1000 акров.
Крупная энергетическая компания Японии Tokyo Gas Co намерена построить демонстрационный завод, на котором из морских водорослей будут получать электричество. Для работы газовых генераторов на станции будет использоваться метан, выделяемый из мелко изрубленных водорослей.
Для ряда японских префектур, включая столичную, загрязнение побережья водорослями остается серьезной экологической проблемой. Они нередко выделяют при гниении зловонный запах и портят пейзаж.
Между тем новейшая разработка японских специалистов предлагает решить эту проблему с экономической выгодой. Экспериментальная модель завода с газовым электрогенератором, которая уже работает в лаборатории несколько лет, позволяет в день уничтожать до 1 тонны водорослей.
При этом вырабатывается около 9,8 киловатт электроэнергии. Эта пилотная установка позволяет получать около 20-30 куб метров метана в месяц — этого объема достаточно, чтобы ровно на половину сократить месячный расход на электричество средней семьи.
По подсчетам Tokyo Gas, строительство предприятия, в зависимости от производственной мощности, требует от нескольких десятков млн до 200 млн иен.
Испанская фирма Bio-Fuel-Systems планирует не только изготовлять из водорослей горючее, но и снижать уровень двуокиси углерода, который образуется при производстве электроэнергии с использованием органических видов топлива. В 2008 году запланировано строительство подобной установки в районе города Аликанте.
Компании Shell и HR Biopetroleum намерены построить на Гавайских островах опытный завод по получению растительного масла из микроводорослей и его дальнейшей переработке в биотопливо.
Микроводоросли будут выращивать на месте, в специальном открытом бассейне с морской водой. Виды микроводорослей будут отобраны для дальнейшего использования из местных образцов морских организмов, в качестве критерия отбора будут использованы быстрый рост водорослей и максимальный выход растительного масла
Авиационная промышленность также заявила о начале разработок по использованию морских водорослей, в качестве сырья для производства авиационного топлива. Компания Боинг сообщила, что альтернативой биодизелю, произведенному из морских водорослей, в будущем может стать производство авиационного биотоплива.
Согласно документу, никакое биотопливо, которое сегодня производится, не может быть использовано в качестве авиационного топлива. Этанол поглощает воду и разъедает двигатель и топливный провод, в то время как биодизель замерзает при низких температурах (на крейсерской высоте). Кроме того, биотопливо обладает более низкой термической стабильностью, чем обычное реактивное топливо.
Специалисты Боинга считают, что оптимальным сырьем для производства биотоплива станут морские водоросли, из которых получают в 150 — 300 раз больше масла, чем из сои. По их мнению, биотопливо из водорослей — это будущее для авиации. Так, если бы весь флот авиалиний мира по состоянию на 2004 год использовал 100% биотопливо, полученное из морских водорослей, понадобилась бы 322 млрд. литров масла.
Для выращивания этих водорослей необходима земля площадью 3,4 млн. га. В расчете принято, что с одного гектара получается 6 500 литров ежегодно. Для этих целей, возможно, использовать земли, которые не пригодны для выращивания пищевых сельхозкультур.
В современном мире остро стоит вопрос поиска альтернативных источников энергии. Одним из относительно новаторских решений этого вопроса являются из которых производят биотопливо.
К сожалению запасы ископаемого топлива (газа, угля и нефти) с каждым годом становится все меньше и меньше, что в свою очередь влияет на стоимость. К тому же при использовании этих источников энергии мы наносим невосполнимый урон природе, с каждым годом проблема глобального потепления все усугубляется. Ученые всего мира давно занимаются поиском такого топлива, которое помогло бы решить эти масштабные проблемы.
Что такое биотопливо?
– это вид топлива, который производят из сырья, имеющего растительное или животное происхождение. Бывает биотопливо жидкое, твердое и газообразное. Самыми популярными на сегодня является биоэтанол, биодизель, биогаз. Биотопливо уже активно используется в европейских странах и обеспечивает порядка 30% общего спроса.
Какая цель производства биотоплива?
Биотопливо помогает решить такие проблемы:
Уменьшение потребления ископаемого топлива, которое является не возобновляемым ресурсом
Борьба с загрязнением атмосферы и глобальным потеплением
Снижение стоимости топлива.
Самым простым и доступным способом получения является переработка растительной биомассы, получается топливо из растений.
В природе существуют которые по своим качествам и характеристиками идеально подходят для производства топлива.
Энергетические растения должны отвечать таким требованиям:
Энергетические культуры должны отличаться быстрым ростом
Энергетические культуры должны быть не прихотливыми к условиям произрастания и не требовательными в уходе
Растения для биомассы, которая и будет превращена в топливо, должны быть урожайными. Хорошо если урожай можно будет собирать два раза в год.
Энергетические культуры должно быть выгодно и просто выращивать, иначе цена произведенного топлива будет заоблачной.
Какие растения используют для производства биотоплива?
Растение на биомассу можно использовать в первоначальном виде, сжигать части деревьев или растений, перерабатывать их в пеллеты или брикеты для твердотопливных котлов, а можно с помощью химических процессов перерабатывать биомассу в этанол, дизель или газ.
Для производства биоэтанола используют культуры которые содержат сахар или крахмал (картофель, кукуруза, сахарный тростник, сахарная свекла). Технология производства заключается в переработке глюкозы с использованием дрожжей в спирт.
Для производства биодизеля используют такие энергетические культуры, содержащие масло. Это рапс, пальма, подсолнечник. С помощью спирта и щелочи из биомассы таких растений получают жирные кислоты, которые и используют в качестве основы для биодизеля.
Биогаз можно получить из обеих групп культур с помощью бактерий, которые используют биомассу в качестве пищи и в результате своей жизнедеятельности выделяют биогаз.
Исследование на возможность получения качественного и недорого топлива проводились над многими растениями, но далеко не все отвечают требованиям и могут быть использованы в качестве альтернативных источников энергии.
Самыми популярными и часто используемыми растениями для производства топлива являются мискантус растет и используется в США, свитчграс, сахарная свекла популярна в станах Европы, сахарный тростник его активно используют в Бразилии, рапс, кукуруза особо популярна в США и Канаде.
Мискантус - это растение отряда злаковых, многолетнее, травянистое. Мискантус имеет мощную корневую систему, которая уходит в глубь почвы более чем на два метра. Стебель отличается высокой концентрацией лигнина и целлюлозы именно благодаря этому мискантус и выступает как энергетическая культура. Растения на биомассу можно собирать ежегодно. Выращивать мискантус на одном месте можно 15-20 лет. Мискантус хорошо переносит низкие температуры и зимние осадки, но требователен к количеству влаги в грунте. Помимо энергетики мискантус активно используют в целлюлозно- бумажной промышленности.
Свитчграс - ещё одно экзотическое для наших широт растение. Это также злаковое, многолетнее растение. Свитчграс абсолютно не требователен к составу и влажности почвы, но не переносит холодного климата. Свитчграс использовали как кормовую и декоративную культуру и только после исследований проведённых в 1980 году свитчграс стал рассматриваться как энергетическая культура. Состав этого растения очень похож на состав топлива (углерод, водород и кислород). В энергетике из свитчграс производят биогаз и этанол, а также сжигают остатки в не измененном виде в качестве отопления помещения.
Положительной характеристикой свитчграса является его способность расти и давать хороший прирост даже на непригодных почвах, при этом улучшая ее. Свитчграс можно выращивать на таких землях, которые не пригодны для выращивания пищевых культур. Свитчграс мало подвержен вредителями и не требует обработки химикатами.
Ива и тополь также относятся к энергетическим культурам. Из них производят топливные брикеты используемые для отопления. Эти деревья можно выращивать в разных климатических зонах. Они одинаково хорошо переносят и холод, и жару. Не требовательны к почве и месту произрастания. Могут расти даже на неплодородных почвах. Но очень нуждаются во влаге. Пригодны для сбора биомассы в течении 15-20 лет, при этом биомасса возобновляется каждые 3-5 лет.
Есть у биотоплива и обратная сторона. Энергетические культуры занимают немалые площади, что приводит к уменьшению количества посевов пищевых культур, а также приводит к вырубке лесов, что тоже негативно сказывается на экологии.
Ирина Железняк, Собкор интернет-издания
"AtmWood. Дерево-промышленный вестник"
Использование биотоплива, например этанола (этилового спирта) или дизельного топлива (биодизеля), полученного из специально выращенных растений, обычно рассматривают как важный шаг к сокращению выбросов углекислого газа (СО 2) в атмосферу. Конечно, при сжигании биотоплива углекислый газ попадает в атмосферу совершенно так же, как и при сжигании ископаемого топлива (нефти, угля, газа). Разница в том, что образование растительной массы, из которой было получено биотопливо, шло за счет фотосинтеза, то есть процесса, связанного с потреблением СО 2 . Соответственно, использование биотоплива рассматривается как «углерод-нейтральная технология»: сначала атмосферный углерод (в виде СО 2) связывается растениями, а потом выделяется при сжигании веществ, полученных из этих растений. Однако стремительно расширяющееся производство биотоплива во многих местах (прежде всего в тропиках) ведет к уничтожению природных экосистем и утере биологического разнообразия.
Двигатели, работающие на биотопливе, используют энергию солнечного света, запасенную растениями. Энергия ископаемого топлива — это на самом деле тоже когда-то давно (десятки и сотни миллионов лет тому назад) связанная энергия солнечного света, а выделяющийся при сжигании ископаемого топлива углекислый газ когда-то был изъят из атмосферы (и вод океана) растениями и цианобактериями. Казалось бы, биотопливо ничем не отличается от обычного ископаемого топлива. Но разница есть, и определяется она временно й задержкой, лагом между связыванием СО 2 в ходе фотосинтеза и выделением его в процессе сжигания углеродсодержащих веществ. Если этот лаг очень большой (как в случае использования горючих ископаемых), то состав атмосферы мог за это время существенно измениться. Кроме того, если связывание углекислого газа происходило в течение очень длительного времени, то высвобождение происходит очень быстро. В случае же использования биотоплива временно й лаг совсем небольшой: месяцы, годы, для древесных растений — десятилетия. Поэтому биотопливо и называют часто «углерод-нейтральным».
При всех плюсах использования биотоплива быстрое увеличение его производства чревато серьезными опасностями для сохранения дикой природы, особенно в тропиках. В последнем номере журнала Conservation Biology появилась обзорная статья (пока еще только в предварительной, онлайновой версии), посвященная вредным последствиям использования биотоплива. Ее авторы, Марта Грум (Martha A. Groom), работающая в рамках Междисциплинарной программы наук и искусств Вашингтонского университета в Ботелле (США), и ее коллеги Элизабет Грэй и Патрисия Таунсенд, проанализировав большой массив литературы, предложили ряд рекомендаций по тому, как сочетать получение биотоплива с минимизацией отрицательного воздействия на окружающую среду, с сохранением биоразнообразия окружающих природных экосистем.
Так, по мнению Грум и ее коллег, вряд ли заслуживает одобрения принятая во многих странах, и прежде всего в США, практика использования кукурузы как сырья для получения этанола. Культивирование кукурузы само по себе требует большого количества воды, удобрений и пестицидов. В результате, если учесть все затраты на выращивание кукурузы и производства из нее этанола (они ведь тоже связаны с потреблением энергии, со сжиганием топлива), то окажется, что в сумме количество СО 2 , выделяющегося при изготовлении и использования такого биотоплива, почти такое же, как при использовании традиционного ископаемого топлива! Для этанола из кукурузы коэффициент, оценивающий выделение парниковых газов на определенный энергетический выход (в кг СО 2 на мегаджоуль,10 6 джоулей, полученной энергии), равен 81-85. Для сравнения, соответствующий показатель для бензина (из ископаемого топлива) составляет 94, а для обычного дизельного топлива — 83. При использовании сахарного тростника результат уже существенно лучше — 4-12 кг СО 2 /МДж.
Но настоящий положительный скачок наблюдается при переходе к использованию многолетних трав, например одного из видов дикого проса — так называемого проса прутьевидного (Panicum virgatum ), обычного растения высокотравных прерий Северной Америки. Благодаря тому, что значительная часть связанного углерода запасается многолетними травами в их подземных органах, а также накапливается в органическом веществе почвы, территории, занятые этими высокими (порой выше человеческого роста) травами, функционируют как места связывания («стока») атмосферного СО 2 . Показатель эмиссии парниковых газов при получении биотоплива из проса характеризуется отрицательной величиной: -24 кг СО 2 /МДж (то есть СО 2 становится меньше в атмосфере).
Еще лучше удерживает углерод многовидовой растительный покров прерий. Показатель эмиссии парниковых газов в этом случае также отрицательный: -88 кг СО 2 /МДж. Правда, скорость прироста (продуктивность) таких многолетних трав относительно низкая. Поэтому и количество топлива (выраженное в количестве бензина в литрах), которое может быть получено с естественной прерии, составляет всего около 940 л/га. Для проса эта величина достигает уже 2750-5000, для кукурузы — 1135-1900, а для сахарного тростника — 5300-6500 л/га.
Эффективным оказывается и использование быстро растущих деревьев, например разных тополей и ив. В целом ряде районов земного шара, прежде всего в тропиках, широкое внедрение культур, используемых для получения биотоплива, связано с вырубкой лесов. В Индонезии и в Малайзии огромные территории, еще недавно занятые дождевыми тропическими лесами — экосистемами, характеризующимися не только очень высокой первичной продукцией (cм. также: Primary production), но и максимальным видовым разнообразием растений и животных, — превращены теперь в плантации масличной пальмы и других растений, пригодных в качестве сырья для биотоплива. В Бразилии плантации сахарного тростника замещают интереснейшие, также характеризующиеся высоким видовым разнообразием, болотные экосистемы. Особенно интенсивно этот процесс идет в последние годы после подписания соглашения между Бразилией и США о крупных поставках этанола.
Очевидно, что замещая ископаемое топливо и снижая таким образом рост СО 2 в атмосфере, биотопливо на самом деле может угрожать многим природным экосистемам, прежде всего тропическим. Дело, конечно, не в самом биотопливе, а в неразумной, «недружественной по отношению к природе» политике его производства, в уничтожении богатых видами природных экосистем и заменой их крайне упрощенными экосистемами сельскохозяйственных угодий. Большие надежды авторы возлагают на использование в качестве сырья для биотоплива массы микроскопических планктонных водорослей, которые можно выращивать в прудах (порой даже с солоноватой водой) или в специальных биореакторах. Выход полезной продукции на единицу площади при этом значительно выше, чем в случае наземной растительности.
В заключение статьи авторы формулируют ряд рекомендаций, которые надо учитывать, чтобы минимизировать вред, наносимый природным экосистемам при получении биотоплива. В частности, они настаивают на том, чтобы в каждом конкретном случае рассчитывались затраты и выгоды на всех этапах производства и использования того или иного биотоплива в том или ином конкретном месте. Следует также минимизировать площадь, занятую культурами, выращиваемыми для получения биотоплива, стараться использовать для этого брошенные земли, отвалы производства, места свалок и т. п. Предпочтение должно отдаваться многолетним местным растениям. Надо опасаться использования видов, которые могут стать инвазийными (см.: Invasive species), то есть выйдут из-под контроля и станут массовыми в природных сообществах.
В любом случае, необходимо оценить тот риск, который возникает для природных экосистем при культивировании растений, используемых в качестве сырья для биотоплива.
Растёт спрос на биотоплива - горючие жидкости, изготовленные из возобновляемых биологических ресурсов. Один из них - древесина. Можно ли из древесины получать топливо, не уступающее нефтяному?
Первое, что нужно уяснить - это то, что именно бензина или керосина из дерева сделать нельзя. Оно не поддаётся разложению на углеводороды с прямой цепью, из которых главным образом состоят нефтепродукты. Однако это не означает, что из него нельзя получать вещества, способные заменить нефтепродукты.
Некоторые любят табуретовку
Первый в списке, конечно же, спирт. Из древесины можно получать два различных вида спирта. Первый, который так и называется древесным - по-научному метиловый спирт. Это вещество очень похоже на привычный этиловый спирт, как по горючести, так и по запаху и вкусу. Однако метиловый спирт отличается тем, что весьма ядовит, и приём его внутрь может привести к смертельному отравлению. Вместе с тем он является высококачественным моторным топливом, его октановое число даже выше, чем у этилового спирта, и намного выше, чем у обыкновенного бензина.
Технология получения метилового спирта из древесины очень проста. Он получается путём сухой перегонки, или пиролиза. Точнее, он является одной из составных частей жижки - смеси кислородсодержащих органических веществ, отделяющихся от свежевыгнанной древесной смолы. Однако выход полученного таким образом спирта слишком мал, чтобы он мог использоваться в качестве топлива. Это делает подобную технологию получения топлива бесперспективной.
Однако из древесины можно получить и этиловый спирт, в намного больших количествах. Этот спирт - так называемый гидролизный - получается при разложении целлюлозы, основного компонента древесины, с помощью серной кислоты. Вернее, при разложении целлюлозы получаются сахара, которые в свою очередь могут быть переработаны в спирт обычным путём. Этот способ получения этилового спирта весьма распространён в промышленности, именно гидролизным способом получают практически весь технический спирт, применяемый в непищевых целях.
Этиловый спирт может быть использован как непосредственно вместо бензина, так и в качестве присадки к бензину. Путём таких присадок получаются различные сорта биотоплива, популярные, в частности, в таких странах, как Бразилия.
Получение этилового спирта путём гидролиза древесины экономически несколько менее выгодно, чем получение его из различных сельскохозяйственных культур. Однако выгодной стороной такого способа получения биотоплива является то, что он не требует отведения сельскохозяйственных площадей под «топливные» культуры, не дающие пищевых продуктов, а позволяет использовать для его производства территории, задействованные в лесном хозяйстве. Это делает получение биотопливного этанола из древесины достаточно практичной технологией.
И терпентин на что-нибудь полезен
Недостатком этанола как топлива является его низкая теплота сгорания. При использовании в двигателях в чистом виде он даёт или меньшую мощность, или больший расход, чем бензин. Решить эту проблему помогает смешивание спирта с веществами с высокой теплотой сгорания. И не обязательно это продукты из нефти: в качестве такой присадки вполне годится скипидар, или терпентин.
Скипидар - тоже продукт переработки древесины, а если конкретно - хвойной: сосен, елей, лиственниц и других. Он достаточно широко применяется как растворитель, а наиболее очищенные его сорта находят применение в медицине. Однако лесоперерабатывающая промышленность в качестве побочного продукта производит большое количество так называемого сульфатного скипидара - низшего сорта, содержащего ядовитые примеси, не только неприменимого в медицине, но и находит весьма ограниченное применение в химической и лакокрасочной промышленности.
Вместе с тем скипидар из всех продуктов переработки древесины более всего похож на нефтепродукт, точнее - на керосин. Он отличается весьма высокой теплотой сгорания, может использоваться как горючее в керосиновых примусах, лампах, керогазах. Пригоден он и в качестве моторного топлива, правда, непродолжительное время: если его заливать в баки в чистом виде, двигатели вскоре выходят из строя из-за засмоления.
Однако скипидар можно использовать в качестве топлива не в чистом виде, а в качестве присадки к этанолу. Такая присадка не сильно снижает октановое число этилового спирта, но повышает теплоту его сгорания. Ещё одна положительная сторона такой технологии изготовления биотоплива в том, что скипидар денатурирует спирт, делает его непригодным для употребления внутрь в качестве алкоголя. А социальные последствия широкого внедрения неденатурированного спирта в качестве топлива могут стать весьма тяжелыми.
Лигниновые отходы - в доходы!
Такой компонент древесины, как лигнин, считается малополезным. Его применение в промышленности значительно менее широкое, нежели у целлюлозы. Несмотря на то, что он находит применение в производстве строительных материалов и в химической промышленности, чаще его просто сжигают прямо на лесохимпроизводстве. Однако, как выясняется, при пиролизе лигнина можно получить более разнообразные продукты, чем при пиролизе целлюлозы.
Лигнин состоит главным образом из ароматических циклов и коротких прямых углеводородных цепей. Соответственно, при его пиролизе получаются преимущественно углеводороды. Однако, в зависимости от технологии пиролиза, можно получать как продукт с высоким содержанием фенола и родственных ему веществ, так и жидкость, напоминающую нефтепродукты. Эта жидкость также пригодна в качестве присадки к этиловому спирту для получения биотоплива.
Разработаны технологии и установки для пиролиза, которые могут потреблять как лигнин из отвалов, так и неразделённые на лигнин и целлюлозу отходы древесины. Более высокие результаты получаются при смешивании лигнина или древесных отходов с мусором, состоящим из выброшенного пластика или резины: пиролизная жидкость получается более нефтеподобной.
Мирный атом и опилки
Ещё одна технология получения биотоплива из древесины разработана совсем недавно российскими учёными. Она относится к области радиохимии, то есть химических процессов, протекающих под воздействием радиоактивного излучения. В опытах учёных из ИФХЭ им. Фрумкина опилки и другие отходы древесины подвергались одновременному воздействию сильного бета-излучения и сухой перегонки, причём нагревание древесины проводилось именно с помощью сверхсильной радиации. Удивительно, но под воздействием радиации состав продуктов, получаемых при пиролизе, изменился.
В пиролизной жидкости, полученной «радиоактивным» способом, было обнаружено высокое содержание алканов и циклоалканов, то есть углеводородов, содержащихся главным образом в нефти. Эта жидкость получилась значительно легче нефти, сравнимой, скорее, с газоконденсатом. Причём экспертиза подтвердила пригодность этой жидкости для использования в качестве моторного топлива или переработки в высококачественные топлива, такие, как автомобильный бензин. Думаем, что это не заслуживает особого упоминания, но проясним ради успокоения страхов радиофобов: бета-излучение не способно вызывать наведённую радиоактивность, поэтому топливо, получаемое этим способом, безопасно и не проявляет радиоактивных свойств само.
Что пускать в переработку
Понятно, что предпочтительнее использовать для производства биотоплива не цельные стволы деревьев, а отходы переработки древесины, такие, как опилки, щепу, веточки, кору, да и тот же лигнин, который идёт в отвалы и печи. Выход этих отходов с гектара поваленного леса, конечно же, ниже, чем древесины в целом, но не следует забывать, что они получаются в качестве побочного продукта в производственных процессах, которые уже идут на многих предприятиях страны, соответственно, отходы производства дешевы и для их получения не нужно вырубать или засаживать под вырубку дополнительные площади леса.
В любом случае, древесина является ресурсом возобновляемым. Способы восстановления лесных площадей давно известны, а во многих регионах страны наблюдается даже и неконтролируемое зарастание лесом заброшенных сельскохозяйственных земель. Так или иначе, Российская Федерация не относится к странам, где к сбережению леса следует относиться со всем тщанием; площадей нашего леса и его потенциала к самовосстановлению вполне достаточно, чтобы загрузить полностью и лесоперерабатывающую промышленность, и производство биотоплив, и многие другие производства.