Как сделать биотопливо для автомобиля
Биотопливо для авто. Топливо XXI века?
Дата публикации: 6 октября 2020
До сих пор не утихают споры между сторонниками «зеленых», считающих биотопливо топливом будущего и учеными, имеющими более пессимистический взгляд на использование этого продукта в народном хозяйстве. Однако ряд проектов по использованию биотоплива как в энергетической, так и автомобильной отрасли, внесли свои коррективы в этом противостоянии и доказали эффективность его применения.
Биоэтанол – самое распространенное биотопливо для авто
Данный продукт представляет собой один из видов жидкого биологического топлива. По сути, данное биотопливо — это спирт, изготавливаемый из сельскохозяйственной продукции, например, из кукурузы или сахарного тростника. Эти виды растений содержат в себе крахмал и сахар, что и позволяет получить по специальной технологии топливный этанол, содержащий в своем составе метанол и сивушные масла. Данный спирт не пригоден для питья и может быть использован только в технических целях.
Основная часть производства биоэтанола в мире приходится на Бразилию, также крупными поставщиками являются страны Северной и Южной Америки. В соответствии с государственными программами таких стран, как США и Канада, по увеличению объемов производства биоэтанола, в ближайшее время ожидается их лидерство на биотопливном рынке.
Европейский союз также стремится к росту потребления возобновляемого топлива, и закон регламентирует его долю в общем объеме автомобильного топлива в размере до 6%. А в Германии, Франции, Италии и Испании ведутся работы по увеличению производительности предприятий по производству биоэтанола.
На африканском рынке превалирует ЮАР. Такие страны, как Индия и Китай целенаправленно стремятся увеличить долю такого топлива до 5%.
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 (FFV), 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 биоспирта 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.
Биобутанол
Бутиловый спирт, как правило, получают из сахарного тростника и сахарной свеклы, маниоки и пшеницы, а также из целлюлозы – отходов деревообрабатывающей промышленности, щепок и опилок. Этот биотопливо имеет высокую энергетическую ценность, на 95-98% выше, чем у бензина и может использоваться как самостоятельный источник энергии, так и в смеси с бензином. Его можно добавлять и к бензину, уже смешанному с этанолом.
Преимущества биобутанола заключается в том, что он легко смешивается с бензином, причем его можно добавлять в более высоких объемах при эксплуатации авто, имеющих стандартный двигатель.
Биодизель
Для производства используются в основном, жирные масла, иногда – эфирные. Масла вырабатывают из таких культур, как рапс и соя. Считается, что наиболее перспективное направление производства биодизеля – это использование водорослей.
Биологический дизель может применяться как 100% источник тепла, так в смеси с дизельным топливом – полученным в нефтехимической промышленности. В любом случае такое биотопливо не наносит вреда окружающей среде, так как он безвреден. Обычно топливная смесь состоит из 80% солярки и 20% биодизеля. Недостатком является увеличение расхода солярки при снижении мощности двигателя, низкий срок хранения и агрессивное влияние топлива на резиновые детали, а также отложение воска при работе автосредства при низких температурах.
Биогаз
Видео-ролик о том, как делают биодизель :
Производство биотоплива из водорослей, опилок и рапса
Любому водителю далеко не все равно, что льется в бак его машины. Во многих случаях именно некачественное топливо приводит к серьезным проблемам с автомобилем. Поэтому вполне понятен интерес ко всему, что связано с бензином, соляркой и прочими видами топлива. А как следствие этого – к альтернативным видам горючего для ДВС, одним из которых является биотопливо.
Что это такое, и из чего делают биотопливо?
Все ресурсы, которые есть на Земле, условно можно поделить на возобновляемые и не возобновляемые. Уголь, нефть, металл, в природе не восстанавливаются, а вот дрова, кукуруза, навоз могут быть получены вновь и вновь. Все, что растет или является отходами переработки такого сырья – источники возобновляемой энергии. Вот из этих биоресурсов люди ещё с давних пор получали нужное для своего существования, в том числе и биотопливо.
Биотопливо первого поколения
Однако и между собой отдельные его виды различаются, скажем так, по значимости источников сырья для биотоплива. Связано это с используемыми ресурсами. Например, чтобы получить биотопливо из рапса, его надо сначала вырастить, а уж потом отправить семена на переработку. Для выращивания такой культуры занимается посевная площадь, и фактически речь идет о выборе приоритетов – а чего мы хотим иметь, продукты питания или биотопливо. Кроме того, получение биомассы, идущей на производство биотоплива, связано с использованием специализированных удобрений, что наносит определённый вред земле и окружающей природе. Такой вид сырья относится к первому поколению.
Второе поколение
Однако биотопливо можно получить из иных источников, таких как отходы других производств. Его делают, например, из опилок, а также остатков стеблей, шелухи, остающейся после обработки зерновых, и многого другого. Все это дает так называемое биотопливо второго поколения, для которого не требуется специально выращивать сырье, а сделать его можно из отходов других производств.
Третье поколение
Следующим этапом развития стало биотопливо третьего поколения. 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.
Двигатель на биотопливе – немного истории и его варианты
Это для нас сегодня бензин и солярка являются единственными видами топлива, на которых работает всем нам привычный двигатель. Но надо отметить, что далеко не всегда было именно так. На заре своего существования, для ДВС как топливо применялось всё, что только подходило – масло, спирт, эфир, газ, дрова и т.д.
Поэтому должно быть достаточно интересно вспомнить о биотопливе, которое использовалось раньше. В этом случае стоит особо отметить:
Биотопливо из опилок или спирт как он есть
Биотопливо подобного типа наиболее известно, и по-видимому, это один из первых вариантов горючего, которое потреблял двигатель. Среди различных его видов стоит отметить биоэтанол, биометанол и биобутанол.
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. Чем же он так хорош, что это вызывает его всеобщее использование?
Здесь надо обратить внимание на:
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:
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.
Биодизель, или как сделать биотопливо
Это другой, не менее известный вид горючего. Он заменяет солярку, а не бензин. Производят его из растительного масла. Сырье в различных районах земного шара может быть разное: рапсовое, пальмовое, кокосовое, соевое масло, водоросли и т.д. Биотопливо подобного типа изготавливается достаточно просто, вплоть до того, что существуют самодельные установки, позволяющие производить биотопливо в домашних условиях.
Технология его получения такова – масло смешивается в определенных пропорциях со спиртом и щелочью, в результате образуется биодизель и высвобождается глицерин, который может использоваться для каких-то других целей. Так что при наличии источников растительного масла, в том числе и его остатков после кулинарной обработки пищи, вполне возможно сделать биотопливо своими руками.
Достоинством биодизеля является отсутствие серы в составе выхлопных газов, и как следствие этого то, что такое биотопливо не теряет смазочных свойств, благодаря чему двигатель может служить гораздо дольше. Надо отметить, что вредного воздействия от такого топлива на окружающую природу нет. К недостаткам биодизеля стоит отнести необходимость его подогрева в холодное время года и то, что он не хранится более трех месяцев.
Наиболее оптимальным признано его использование в смеси с обычной соляркой, выпускаются несколько разновидностей такого топлива, обозначаемых буквой В, а цифры рядом говорят о содержании биодизеля в составе топлива. Например, В5 означает содержание в нем пяти процентов биодизеля и девяноста пяти процентов солярки.
Газ как вид автомобильного топлива
Хотя, как и обычный природный газ или пропан-бутан, биогаз может использоваться как топливо, но это скорее вариант для стационарных двигателей, установленных в местах, где много отходов животноводства и сельского хозяйства.
Непривычные, экзотические и 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.
» alt=»»>
Как производить биотопливо в домашних условиях
На морских и материковых просторах нашей планеты произрастает огромное количество биомассы. При этом человечество использует очень малую долю энергии, что содержится в этой растительной массе, предпочитая сжигать углеводороды. Но времена меняются и ранее никому не нужные отходы становятся сырьем для производства различных видов биотоплива. В продаже появились различные евродрова, пеллеты и брикеты, изготовленные из таких отходов. Однако, если дома есть подходящие условия, то почему бы и не сделать биотопливо своими руками? В данном материале будет рассказано, из чего и как можно изготавливать горючее в домашних условиях.
Что такое биотопливо?
Энергия, скрывающаяся в растительной массе, является практически неиссякаемой, ведь ее источником служит наше солнце. Растения умеют использовать энергию солнца, перерабатывая ее для своего роста. В свою очередь, животные и птицы получают энергию, питаясь биомассой, при этом производят продукты жизнедеятельности. По определению, биотопливо — это горючее, получаемое из сырья растительного или животного происхождения, а также отходов жизнедеятельности и различных производств, связанных с обработкой биомассы.
Современные технологии позволяют получать биотопливо в трех видах: твердом, жидком и газообразном. Твердое горючее мы встречаем в жизни наиболее часто в виде пеллет и различных брикетов, получаемых методом прессования. Жидкое топливо – биодизель – в странах постсоветского пространства пока еще редкость, это обусловлено наличием большого количества ископаемых углеводородов по приемлемой цене. В то время как получать жидкое биотопливо из растительного масла достаточно дорого и технологически сложно.
Производство горючего биогаза гораздо проще и дешевле, вследствие чего набирает все большую популярность. Владельцы животноводческих и птицеферм все чаще задумываются о приобретении биогазовой установки, ведь в их распоряжении имеется огромное количество помета и навоза, что как нельзя лучше подходят для этой цели.
Перечислять здесь все виды растительного сырья для переработки в топливо, его источники и технологию производства нет смысла. Нас интересуют только те виды биотоплива, которые можно успешно получать в домашних условиях, не вкладывая больших денежных средств. Вот они:
Конечно, если очень постараться, то можно самостоятельно изготовить и пеллеты, и экодизель, и даже экобензин. Подобными вещами люди занимаются в качестве хобби, затрачивая на это годы своей жизни и зачастую немалые средства. Для широкого круга пользователей такие непростые технологии малодоступны, а потому рассматривать их мы не будем.
Получение биогаза в домашних условиях
Горючий газ, выделяемый из навоза и прочих подобных видов сырья, в основном состоит из того же метана, которым мы привыкли пользоваться ежедневно у себя на кухне. Доля метана в биогазе составляет от 50 до 70% в зависимости от качества сырья и эффективности технологического процесса. Остальные химические соединения в составе газа – негорючие, это двуокись углерода и сероводород. Именно благодаря последнему весь процесс сопровождается хорошо нам знакомым запахом.
Газообразное биотопливо — это горючее вещество, выделяющееся в результате химической реакции брожения органических отходов без присутствия кислорода. Поэтому основным элементом технологического оборудования является закрытая цилиндрическая емкость (реактор) большой вместительности, желательно не менее 1 м3.
Многие домашние умельцы применяют для этой цели обычные пластмассовые или железные бочки. Это вполне допустимо, реакция будет происходить и в таких сосудах. Только газа будет выделяться немного, как результат это несоразмерно с затраченным временем и трудом. Минимальная вместительность реактора должна составлять хотя бы 600 л.
Чтобы процесс протекал максимально быстро и эффективно, по технологии содержимое реактора надо постоянно подогревать до температуры 35—40 ºС. В домашних условиях это не всегда возможно, да и влечет за собой затраты энергоносителей. Выход следующий: емкость, из которой происходит получение биотоплива, лучше установить в достаточно глубокой яме, сделанной в земле. В идеале дно и стены ямы выполняются из бетона, а верхняя выступающая часть реактора на зиму утепляется. Как это правильно сделано, показано на рисунке:
Общая конструкция установки, позволяющей вырабатывать биотопливо из навоза, содержит следующие элементы (см. схему ниже):
Примечание. Для улучшения брожения субстрата рекомендуется добавить в конструкцию шнек наподобие строительного миксера. Он устанавливается по центру бака, а наружу через уплотнение выводится рукоятка для периодического перемешивания содержимого.
Технологический процесс выполняется следующим образом. Вначале отходы жизнедеятельности нужно обязательно измельчить. Крупность фракции не должна превышать 10 мм, это обеспечит хорошее проникновение бактериям, вызывающим брожение. Затем сырье заливается водой и тщательно перемешивается. Количество воды – ориентировочно 0.7 л на каждый килограмм навоза. Получается субстрат, из него добывается биотопливо в домашних условиях.
Субстратом заполняют емкость через бункер, который потом герметично закрывается. По мере возможности содержимое надо перемешивать. По прошествии нескольких дней начинает выделяться горючий газ, его нужно периодически откачивать, чтобы давление внутри бака не поднималось. Это приведет к замедлению реакции и вытеснению содержимого обратно в загрузочный бункер. Для откачивания газа применяют компрессор и обычный баллон для пропана. Подробное описание установки и технологии производства можно изучить, просмотрев видео:
Нельзя сказать, что выделение биогаза из различных видов навоза и помета – простое дело. Домашним умельцам приходится идти путем проб и ошибок: то горючего выделяется слишком мало, то реакция не идет и так далее. Надо понимать, что для достижения успеха потребуется немало труда и терпения, а количества топлива вряд ли хватит для обогрева дома. Тем не менее, для работы газовой колонки и кухонной плиты его будет вполне достаточно, что уже большой плюс. Как эти приборы функционируют на биогазе, показано на видео:
Изготовление брикет
Наладить дома производство биотоплива из опилок, соломы и других отходов несколько проще. Из оборудования понадобится лишь ручной пресс, сделанный специально для этой цели. Его можно приобрести в готовом виде, заказать мастерам либо, при наличии соответствующих навыков, изготовить самостоятельно. Пресс заводской готовности стоит немало денег, поэтому последний вариант обойдется вам дешевле всего.
Производство брикет начинается с приготовления смеси. В качестве сырья используются опилки, шелуха семечек, солома и даже размоченная макулатура. Конечно, такое топливо может и так чудесно сгореть в печи или твердотопливном котле, но из-за низкой насыпной плотности придется слишком часто производить загрузку топки. Готовое твердое биотопливо из соломы или опилок будет гореть гораздо дольше.
Смесь состоит из сырья, воды и глины, служащей связующим веществом. Солому или бумагу необходимо предварительно измельчить, затем смешать с глиной в пропорции 10:1 (на 10 кг отходов 1 кг глины) и водой. Количество воды надо подбирать таким, чтобы обеспечить равномерное перемешивание и способность смеси к формованию. Не стоит добавлять в раствор много глины, не забывайте, что она останется в вашем котле в виде золы.
Смесью наполняется специальная форма, потом она кладется под пресс. После прессования готовый брикет аккуратно вынимается и раскладывается сушиться на солнце. Увидеть операцию прессования можно на видео:
Получение древесного угля
Древесные угли представляют интерес для домовладельцев как топливо, используемое в домашних мангалах и барбекю. Не секрет, что покупать подобный уголь в магазине достаточно дорого, в то время как дома его можно выжечь бесплатно, только затратив свое время. Кстати говоря, сжигать его в твердотопливных котлах или печах бессмысленно, гораздо проще заложить в топку обычные дрова.
Выжигают уголь из древесины 2 способами:
Для первого способа требуется обычная стальная бочка на 200 л и бытовой пылесос. Последний послужит для нагнетания воздуха, поэтому в нижней части бочки должен быть врезан патрубок для его подключения. На дне емкости разводят огонь, затем заполняют ее дровами до половины и включают пылесос. Затем древесины накладывают доверху, закрывают ее крышкой и замазывают глиной. Когда все прогорит и бочка остынет, производится сортировка с целью отделить древесные угли от золы.
Похожим образом древесина обжигается в яме. Последняя выкапывается 0.8 м в диаметре и не более 0.6 м в глубину. Дно ямы утрамбовывается, после чего в ней разводят костер и послойно накладывают дрова длиной до 30 см. Наполнение происходит по мере обжигания предыдущего слоя, процесс длится около 3 часов. В конце яма накрывается ветками и мхом, а сверху присыпается землей. Через 2 дня покрытие можно снимать и выбирать угли.
Заключение
Современные технологии позволяют получать горючее из различных видов биомассы, в некоторых приморских странах даже производят биотопливо из водорослей. Но на данный момент рядовому домовладельцу доступны лишь описанные способы, остальные обойдутся слишком дорого. Проще и дешевле всего делать брикеты, особенно когда в доме установлен твердотопливный котел.