Защо са необходими биогорива

Замяната на нефт и газ с биогорива на основата на етанол или растителни масла се обсъжда все по-често и на някои места дори преминават от думи към дела. Ехото вече достига до Русия, където засега малцина разбират какво представлява всъщност.

Светът все повече говори за необходимостта от замяна на нефт, въглища и газ с биогорива. Ехото вече достига до Русия, където обаче засега малцина разбират какво представлява всъщност. Понякога в пресата можете да намерите истории за прекрасни вещества, които изобщо не замърсяват околната среда и са по-ефективни от бензина, керосина и дизеловото гориво.

В действителност няма нищо принципно ново в биогоривата. Биогоривата се използват от хиляди години и за мнозина остават единственият източник на топлина и готвене. Основното биогориво беше и си остава дърва за огрев, а тяхната екологичност съвсем не е очевидна - просто трябва да помните за неконтролираното обезлесяване.

Сега обаче думата „биогорива“ рядко означава дърва за огрев. Като правило говорим за повече високотехнологични продукти, получени от селскостопански култури или отпадъци от преработвателни растения и животински суровини. Те имат всичко в ред с възобновяемостта си, ситуацията с вредните емисии е малко по-сложна. Поддръжниците казват, че биогоривата са по-малко замърсяващи, докато противниците твърдят, че изгарянето на биогорива освобождава същите продукти като изгарянето на изкопаеми горива.

Истината, както обикновено, се крие в средата. Всъщност в процеса на изгаряне на двете горива се образуват главно въглероден диоксид, вода и няколко примеси, много от които са вредни: въглероден оксид, азотни оксиди, въглеводороди и др. Най-голямо внимание обикновено се отделя на вредните компоненти на отработените газове и един от виновниците за парниковия ефект - въглероден диоксид.

Едно от основните предимства на биогоривата е намаляването на емисиите на парникови газове. Това обаче не означава, че при изгарянето на биогорива се получава по-малко въглероден диоксид (въпреки че това е възможно). Когато биогоривата се изгарят, въглеродът, който преди това е бил усвоен от растенията, се връща в атмосферата, така че въглеродният баланс на планетата остава непроменен. Изкопаемите горива са различен въпрос: въглеродът в техния състав остава „запазен“ във вътрешността на земята в продължение на милиони години. Когато попадне в атмосферата, концентрацията на въглероден диоксид се повишава.

По отношение на вредните емисии биогоривата превъзхождат донякъде петролните. Повечето изследвания показват, че биогоривата намаляват емисиите на въглероден окис и въглеводороди. Освен това биогоривата практически не съдържат сяра. В същото време емисиите на азотни оксиди леко се увеличават, освен това при непълно изгаряне на много биогорива алдехидите навлизат в атмосферата. Но като цяло по отношение на вредните емисии биогоривата превъзхождат петрола.

Предлага се голямо разнообразие от горива от биомаса. Това е биогаз - метан, получен чрез разлагане на органични остатъци (например тор) от бактерии и твърди горива, но най-вече се говори за биогорива за автомобили: етанол и "биодизел".

Използването на алкохоли като гориво за автомобилни двигатели отдавна не е новост. Разработчиците на първите двигатели с вътрешно горене обърнаха не по-малко внимание на алкохолните двигатели, отколкото на бензиновите. Алкохолите имат високи октанови числа - повече от 100 единици, но калоричността е по-ниска от тази на петролните горива (по време на изгарянето на горивото се отделя по-малко енергия, мощността намалява и разходът на гориво се увеличава).

Началото на мащабно производство на петрол направи използването на алкохол като моторно гориво нерентабилно. Алкохолните горива се превърнаха в нишов продукт: например, метиловият алкохол се използва в мотоциклети за спидвей и много спортни карти. Алкохолното гориво за автомобили е донякъде популярно в Бразилия, където няма големи запаси от петрол, но има идеални условия за отглеждане на захарна тръстика и производство на евтин алкохол от нея.

В допълнение към етанола и метанола се предлага да се използват и други алкохоли като моторни горива. BP и Du Pont залагат на бутанол.

Най-голямо внимание сега се обръща само на етилов алкохол. Във източниците на научни, технически и икономически новини съобщения за планове за изграждане на нови заводи се появяват почти всеки ден. Захарната тръстика не расте в САЩ, така че царевицата трябва да бъде основният източник на биоетанол. Въпросът обаче не се ограничава само до „царицата на полетата“: планира се да се използва всичко - от картофи и пшеница до различни органични отпадъци. Редица държави планират да организират износа на биоетанол за САЩ и други страни, заинтересовани от преминаването към алкохолно гориво. Бразилия планира до 2025 г. да замени до 10% от консумирания в света бензин с тръстиков алкохол.

Бензиновите двигатели обикновено не са подходящи за използване на алкохолни горива, въпреки че промените в дизайна за превръщането им в алкохол са минимални. Често е възможно да се ограничи използването на устойчиви на алкохол материали и инсталирането на елементи за отделяне на кондензацията на вода. В момента много от водещите производители на автомобили произвеждат универсални двигатели, които могат да работят на бензин, алкохол или смеси от тях. Когато се използват смеси от бензин с малко количество алкохол (до 10%), горивото обикновено е подходящо за конвенционални бензинови двигатели.

Карта на действащите (зелени точки) и в процес на изграждане (жълти точки) фабрики за етанол в САЩ.

Трябва да се отбележи, че синтетичният етанол, получен от нефт, като гориво има абсолютно същите свойства като този, получен от растителни суровини, но не осигурява неутралност по отношение на емисиите на въглероден диоксид.

Идеята за използване на растителни масла като горива за дизелови двигатели беше изложена дори когато бяха създадени първите такива двигатели. С развитието на петролните запаси през 20 век обаче горивото от нефт се оказа по-изгодно. В наши дни биодизелът често се отъждествява с рапичното масло, което наистина се е превърнало в основния източник на суровини за биосолари в Европа. Биодизелът обаче може да се получи и от други масла, като слънчоглед, палма или соя, което се прави извън Европа.

Рапични полета в Германия

Важно е да се има предвид, че самите растителни масла не се използват като горива. Всеки "биосолар" е смес от продукти за трансестерификация на растителни масла. Зеленчукът съдържа мазнини - естери на мастни киселини с глицерин. В процеса на получаване на „биосолиар“ глицериновите етери унищожават и заместват глицерина (той се отделя като страничен продукт) с по-прости алкохоли - метанол и по-рядко етанол. В Европа метиловият естер на рапичното масло се превърна в основното гориво за биодизел.

Растителните масла и техните естери, като алкохолите, са агресивни към много материали, традиционно използвани в двигателите и автомобилните горивни системи. През последните години повечето европейски производители произвеждат машини, които позволяват използването на смеси от мазут с "биосолар" в размер на 5-20%, а понякога дори 100% биогориво. Добавянето на до 5% биодизел обикновено се счита за приемливо за всеки двигател, който не може да използва биогориво. Биодизеловото гориво се въвежда доста активно в САЩ, където соевото масло най-често се използва като суровина. Друг обещаващ източник на "биосоляра" са отпадъчните хранителни масла.

В Русия биогоривата за двигатели с вътрешно горене остават екзотика. Това се улеснява както от наличието на значителни запаси от нефт и газ, така и от обективните трудности, свързани с получаването и използването на горива от естествени суровини.

Русия не е Европа, не е САЩ и освен това не е Бразилия. Климатът тук е по-суров и няма да се получи, за да се получи евтин алкохол или масло, като се вземат няколко култури годишно. Климатът също така значително ограничава приложимостта на биогоривата. Например, биодизеловите горива на основата на рапично масло се втвърдяват при температури около -15 ° C, а в някои случаи и по-високи. Това ограничава приложимостта на биодизела в южните райони на страната или летния сезон. Проблемът с втвърдяването съществува за петролното дизелово гориво, но той се решава успешно чрез технологични методи (обезпаразитяване, изсветляване на фракционния състав) или чрез добавяне на депресанти, които ефективно намаляват температурата на леене. За растителните горива такива добавки все още се разработват. Друг проблем е абсорбирането на влага от атмосферата, което при ниски температури застрашава разслояването на горивата, корозията и образуването на лед.

Алкохолът и неговите смеси с бензин не замръзват, но са още по-склонни да абсорбират влагата. На определен етап това може да доведе до разслояване на горивната смес, което е недопустимо. Ситуацията се влошава от факта, че дори ако стратификацията не настъпи веднага, внезапните температурни промени могат да доведат до появата на конденз на вода в горивната система. При ниски температури замръзва и води до запушване на горивопроводи, филтри и др. Влагата също допринася за появата на корозия. По този начин за райони с рязко континентален климат алкохолно-бензиновите смеси може да са неподходящи.

Въпреки гореспоменатите недостатъци, работата по създаването на алкохолни горива в Русия е била и се извършва. Още през 90-те. AvtoVAZ одобри използването на горива, съдържащи до 5% етанол като добавка за повишаване на октана. И през 2004 г. беше приет GOST R 52201-2004 за алкохолни моторни горива "бензаноли", в които делът на етанола е 5-10%. Такива горива обаче никога не са били пускани в широко производство. Естерите, на първо място, MTBE, се оказаха по-привлекателни като добавка за повишаване на октана. Те не са толкова склонни да абсорбират вода, освен това, когато използвате етанол, вероятно ще трябва да се сблъскате с необходимостта да спазвате правилата за циркулация на алкохолни продукти и прословутия EGAIS. Освен това GOST не посочва, че алкохолната добавка трябва непременно да е от биологичен произход, така че производителите вероятно ще предпочетат по-евтиния синтетичен алкохол, получен от петролни суровини.

В Русия все още няма стандарти за биодизелово гориво и те не бързат да го продават на бензиностанциите. Въпреки това Русия не остава встрани от световните тенденции: първо, учените и дизайнерите експериментират с биодизел, и, второ, производството на горива от растителни суровини бавно се подобрява: планира се завод в Армавир в Ростовска област построено от компанията Rusbiodiesel, обаче, първоначално предприятието ще бъде ориентирано към износ.

В национален мащаб пионерите във въвеждането на биогорива най-вероятно ще бъдат големите градове, където изискванията за отработените газове са особено строги. Организирането на производството на биогорива в Русия, дори за износ, също е полезно от гледна точка на развитието на селското стопанство. Вече бумът на етанол в Съединените щати доведе до повишаване на цените на царевицата, а в Югоизточна Азия те са загрижени за обезлесяването на плантациите за производство на палмово масло, което след това се използва за производство на биодизел. Така че Русия може да се възползва от бума на биогоривата, ако желае.