Большинство исследований по созданию моторного топлива из биомассы направлено на получение этанола из сахарного тростника, зерна в сахарной свеклы, а также метилового эфира из семян рапса. При хорошем урожае рапса с 1 га можно получить 1 т моторного топлива и 2 т высококачественных кормов. Свойства моторного топлива, получаемого из семян рапса, близки к дизельному топливу, однако вредные выбросы при использовании биодизельного топлива снижены. В Чехии производится 700 тыс. т биодизельного топлива в год. Как показывает опыт Чехии и Германии, расширение использования этой технологии при современных цепах на нефть может быть обеспечено только при поддержке государства.
Другой перспективной технологией производства моторного топлива является быстрый пиролиз с выходом 80 % топлива от массы исходного растительного сырья. Это топливо имеет теплотворную способность в размере 50 % от дизельного топлива, оно может храниться, транспортироваться и использоваться в печах, паровых котлах и газотурбинных установках.
Биотопливо может быть разделено на углеводородное топливо, бензин, дизельное топливо и побочные продукты. По данным Р. Вильямса из университета города Принстона (США), возможные объемы получения энергии c l га составляют в ГДж/га: для рапсового метилового эфира - 50; для этанола: из пшеницы - 70, из сахарной свеклы - 135, сахарного тростника - 105; получения этанола путем гидролиза древесины -115; получений этанола путем термохимической газификации древесины —160; получения водорода из древесины путем газификации - 205.
Боли учитывать современную стоимость энергии, то метанол и водород будут стоить дороже, чем углеводородное топливо. Однако если вместо двигателя внутреннего сгорания использовать топливные элементы, которые имеют больший КПД, то водород и метанол будут энергетически выгоднее. Топливные элементы могут работать на водородной смеси, получаемой окислением из моторного топлива, на метаноле и водороде, получаемых из природного газа, а также из угля или биомассы.
Для замены дизельного топливо могут быть использованы различные растительные масла. Рост потребности в растительном сырье для изготовления топлива может повысить доходность сельского хозяйства. Рапсовое масло может быть использовано не только как продукт питания, но и как топливо, а остающиеся выжимки - как ценный корм для скота.
Если использовать для выращивания рапса 10% сельскохозяйственных угодий Дании, то полученное масло способно удовлетворить 25 % потребностей страны в Топливе для пассажирских перевозок.
Для получения топлива из растительного сырья возможны два пути. Один из них предполагает доведение свойств растительных масел до свойств дизельного топлива, а второй - модифицирование дизелей таким образом, чтобы при сгорании сырого масла в них не образовывался вредный для работы нагар.
На автомобильном транспорте первый путь уже реализуется, Топливо "Biodiesel", представляющее собой рапсовый метиловый эфир (RME), уже отпускается на заправочных колонках Германии. Поскольку RME является чрезвычайно агрессивной жидкостью, топливные баки, топливопроводы и другие элементы, соприкасающиеся с ним, должны иметь специальное исполнение Разработка специальных двигателей экономически нецелесообразна, полому на автомобильном транспорте выгоднее использовать RME в обычных дизелях, а не сырое масло в специальных двигателях.
В Германии сейчас работают несколько заводов по переработке рапсового масла, топливо "Biodiesel'' выпускают восемь немецких фирм.
Рапсовое масло и RME отличаются от дизельного топлива температурой кипения. У RME она равна 320 “С, У рапсового масла температура кипения также выше, чем у дизельного топлива. При небольшой нагрузке дизеля (в том числе на холостом ходу) температура поршня снижается, поэтому рапсовое топливо, имеющее повышенную температуру кипения и осевшее на охладившемся поршне, уже не испаряется и не воспламеняется при смешивании с воздухом. Несгоревшее топливо поршневыми кольцами перемещается вниз, попадает в картер, где смешивается со смазочным маслом, в результате чего масло разжижается, в дальнейшем это может привести к выходу дизеля из строя. При использований в качестве топлива репсового масла его попадание в смазочное масло приводит к образованию в картере резиноподобной субстанции, поэтому заменять масло в двигателях, работающих на рапсовом топливе, приходится чаще. Исследователи отмечали также появление катара на распылителях форсунок и поршнях.
Свойства рапсового масла (например, вязкость) отличаются от свойств дизельного топлива, следовательно, при низких температурах его следует подогревать. Ряд свойств рапсового масла приведен в таблице.
Свойства рапсового масла
RME по сравнению с дизельным топливом имеет более низкую теплоту сгорания. Это значит, что при сжигании равных количеств RME и дизельного топлива мощность, развиваемая при использовании рапсового топлива, будет меньше. При одной и той же мощности расход RME будет на 10 % выше (по объему), чем дизельного топлива.
У рапсового масла теплота сгорания также ниже, чем у дизельного топлива. Расход его в большой степени зависит от характеристик двигателя. В специально доработанных двигателях потребление масла такое же, как и дизельного топлива. Если рассматривать двигатели, специально сконструированные для работы на растительных маслах, то расход масла у них значительно ниже, чем дизельного топлива у современных дизелей одинаковой мощности.
RME по характеристикам оказывается значительно ближе к дизельному топливу, поэтому это топливо может применяться в любых типах дизелей при незначительных изменениях конструкции. Из недостатков следует назвать повышенный уровень шума двигателей, работающих на рапсовом масле или RME. Одним из преимуществ топлива на базе рапса является пониженное содержание в выхлопных газах оксидов серы.
Экономическая эффективность производства рапсового масла и RME различна, что связано с возможностью утилизации отходов производства. Рапсовая солома может рассматриваться как дополнительный источник энергии, и жмых и экстракционный остаток могут быть попользованы о качестве компонентов кормов для животных. При производстве RME в качество побочного продукта образуется глицерин. Цена RME в Германии близка к цене дизельного топлива. Рапсовое масло дешевле RME из-за более простой технологии изготовления.
В Дании переделка обычного дизельного двигателя для работы на рапсовом масле обходится примерно в $1500 США. В Германии уже эксплуатируются тысячи таких двигателей, и их число быстро растет. Для заправки маслом функционируют примерно 50 70 заправочных станций.
Рапсовое масло безвредно для человека, оно не загрязняет воду и почву. С одного га может быть получено 3 т семян рапса в 3,9 т соломы. В свою очередь из полученных семян извлекается одна т. масла.
В настоящее время повсеместно проявляется интерес к спиртовым топливам, так как их можно получать на основе возобновляемых источников энергия.
Среди множества спиртов наибольшей ценностью как топливо обладают метиловый (метанол, или древесный спирт) и этиловый (этанол).
Эти спирты можно получать так же из природного газа, нефти, угля. Метанол чаше всего получают в процессе сухой перегонки древесины.
Метанол крайне токсичен и настолько агрессивен по отношению к резине и некоторым пластикам, что в случае его использования на АЗС потребуется полная замена всех уплотнений в емкостях, шлангах и перекачивающих насосах. Процесс получения метанола из природного газа требует довольно высоких затрат энергии.
Российскими учеными определена эффективность комбинированного производства метанола из углей основных месторождений Восточной Сибири и Дальнего Востока. Доказано, что метанол, производимый из углей восточных регионах страны, может конкурировать с жидким моторным топливом.
В некоторых регионах оказывается выгодной переработка в метанол природного газа на месте добычи с последующей транспортировкой метанола по трубопроводу. Этот вариант может оказаться экономически более эффективным, чем вариант трубопроводного транспорта природного газа.
В настоящее время технологии получения и хранения водорода дороги, но уже сейчас можно заправлять электромобили на топливных элементах обычным жидким топливом. А из него уже добывать водород, разлагая водородосодержащую жидкость или газ непосредственно на борту автомобиля.
Лучше всего для этого подходит метанол - тот самый метиловый спирт, который широко применяется в химической промышленности. Его стоимость невелика, а заправляться им можно было бы с помощью сети обычных АЗС. Топливные элементы электромобиля "Zafira Fuel Cell", показанного на Парижском автосалоне 1998 года, питались водородом от бортового реформера метанола.
Этанол довольно широко используется в качестве топлива для автомобилей. В Бразилии успешно реализуют программу по производству в использованию этанола я качестве моторного топлива, употребляя для получения этанола отходы заводов по переработке сахарного тростника.
Этанол обладает важными достоинствами по сравнению с бензином и дизельным топливом. Температура самовоспламенения у этанола выше, чем у бензина, поэтому степень сжатия в цилиндре двигателя может быть увеличена, а это ведет к повышению КПД. Выброс я атмосферу токсичных компонентов у работающего на этаноле двигателя намного меньше, чем у работающего на бензине.
Производство метанола в России возрастает. В Архангельске строится завод по производству метанола из природного газа производительностью 700 тыс. т в год и терминал по его отгрузке.
РАО "Газпром" приобрело в собственность завод азотных удобрений в городе Кохтла-Ярве (Эстония), на котором будет построена установка по производству 300 тыс. т метанола в год.
Метанол является топливом, вполне совместимым с современными Двигателями, и он дешевле этанола, хотя и дороже бензина. Однако экономичность метанола составляет лишь 50 % от экономичности бензина. В связи с этим для него требуются большие топливные баки, а при использовании метанола а обычных автомобильных двигателях возникает проблема холодного запуска.
Основной причиной того, что метанол продолжает оставаться в зоне внимания автомобильной индустрии, является его совместимость с обычными бензиновыми двигателями. Это, с учетом его хорошей транспортируемости современными средствами, делает метанол хорошей альтернативой другим видам топлива. Но препятствиями к его широкому использованию все же являются токсичность и низкая энергетическая эффективность.
На сегодняшнем уровне развития технологий любой выбор топлива требует конкретных уступок. Наиболее вероятный путь, по которому пойдет развитие транспорта в ближайшее десятилетие, - автомобили с "гибкой" системой питания, т. е. допускающие использование нескольких видов топлива. И уже сейчас некоторые автомобильные компании разрабатывают модели, которые могут работать на смеси бензина и метанола в различных пропорциях.
