Биотопливо, по сути, это органика, которую можно использовать для получения энергии. Его можно применять традиционным путем, сжигая твердые дрова, древесные пеллеты, и так далее, а можно использовать биогазы или жидкое топливо. Здесь начинается самое интересное, ведь биотопливо применяется, в том числе, в двигателях внутреннего сгорания и способно заменить нефтепродукты. Самые распространенные виды жидкого биотоплива — это биоэтанол и биодизель.
Стоит учитывать, что в подавляющем большинстве речь идет не о простом сборе и использовании биомассы, ее необходимо определенным образом переработать, и уже затем получить тепло и энергию.
Твердое топливо: опилки и подстилки
Твердое биотопливо — это топливные древесные гранулы (пеллеты), которые являются прессованными отходами лесопильных производств и сельского хозяйства, или брикеты — высушенные органические вещества.
Крупнейшими производителями пеллетов являются США, Канада, Россия, ряд стран Европы. Пеллеты делают, например, из торфа, древесины, опилок, щепок, отходов кукурузы, соломы, различных растений, семечек и даже помета. Биомассу измельчают, высушивают, прессуют и сжимают в гранулы.
Сырья для таких пеллетов достаточно — к примеру, на любой птицефабрике на килограмм мяса приходится от 1 до 3 кг грязной подстилки из соломы или опилок. Естественно, недостатка помета птицефабрики тоже не испытывают, как и опилок — деревообрабатывающие производства.
Есть и более экзотические виды сырья. В этом году в Воронежской области, например, запустили производство топливных гранул из камыша. При этом на одном и том же оборудовании можно производить как пеллеты для отопления, так и гранулы из сена и трав для корма животных.
Жидкое: кожура и шелуха
Жидкое топливо — это биоэтанол и биодизель. Биоэтанол — это спирт, получаемый из сахара различных растений. Самое популярное сырье для биоэтанола — это зерно и кукуруза, но топливо могут выпускать и из сахарного тростника, свеклы, картофельных очистков, риса, сорго, проса и даже коры деревьев. В настоящее время ученые всех стран разрабатывают и совершенствуют технологии производства биоэтанола и биодизеля из всех частей растений. В частности, возможно получение биоэтанола из целлюлозы, то есть всех видов соломы.
Этанол первого поколения получают традиционным способом ферментации и сбраживания, в ходе которой микроорганизмы метаболизируют растительный сахар и производят этанол. Из целлюлозосодержащей древесины производят этанол второго поколения путем гидролиза.
Этанол может смешиваться с бензином для увеличения октанового числа и сокращения выбросов угарного газа и других загрязняющих веществ. Например, практически весь бензин в США содержит 10% этанола, и это топливо E10 могут использовать все автовладельцы без каких-либо последствий для своей машины.
Однако бензин с большим содержанием этанола могут применять лишь определенные виды транспорта. В США автомобили старше 2007 года можно заправлять бензином с 15% содержанием спирта. Бензин E85, который содержит от 51 до 83% этанола в зависимости от географии и сезона, в основном продается на Среднем западе США и разрешен только для автомобилей с возможностью выбора вида топлива.
В Бразилии, которая производит больше всех этанола в мире после США, бензин содержит до 27% спирта. Все продаваемые машины в стране могут ездить на любой смеси биотоплива с классическим топливом.
Российские стандарты разрешают добавку в бензин до 10% биоэтанола в качестве присадки для топлива, повышающей его октановое число.
Машина с ароматом картошки фри
Биодизель производится из растительных масел, животных жиров и даже водорослей и переработанных пищевых жиров, его можно использовать в обычных автомобильных двигателях, смешивая с произведенным из нефти дизелем. Наиболее распространена смесь с 20-процентной долей биодизеля, однако в некоторых видах топлива она может доходить и до 100%. У биодизеля, между тем, есть один серьезный недостаток — он быстро становится густым при низкой температуре. Кроме того, многие эксперты также говорят о большем расходе такого топлива.
Биодизель из масла, на котором жарили картофель фри — звучит как фантастика? А между тем это реальность, которая открывает огромные возможности для множества ресторанных сетей по всему миру.
Впервые возможность использования биотоплива с обычным двигателем запатентовала компания Renault в девяностые годы. По свидетельствам использующих или тестирующих машины на таком топливе водителей, выхлопы от автомобилей на биодизеле и пахнут иначе: например, маслом, жареным картофелем или даже семечками.
Одними из крупнейших производителей биоэтанола являются США, Бразилия, Китай, ЕС, Индия, биодизеля — Европа, США, Бразилия, Аргентина, Индонезия.
Биогаз: птицефабрики и свалки
Энергетики применяют также и газообразное биотопливо — смесь метана и углекислоты, полученный при разложении биомассы. Биомассой в данном случае может выступать что угодно — например, крайне перспективным является навоз от животноводческих фабрик, очистки любого пищевого производства, трава.
В Финляндии, например, уже в этом году появится первая автостанция, заправляющая автомобили биогазом, полученном из переработанного навоза. Топливо будут поставлять фермеры, сотрудничающие с крупнейшим производителем молочной продукции, а в подмосковных Люберцах в этом году должна заработать первая установка, получающая электроэнергию из биогаза со свалки — полигона твердых коммунальных отходов.
СМИ сообщали даже, что Государственная дума РФ может законодательно закрепить требование к производствам перерабатывать просроченные товары, а не выбрасывать их. Нововведение, касающееся просроченных товаров, может вступить в силу через два года.
Кроме того, сейчас ученые работают над установками, позволяющими получать биогаз из водорослей и отходов водорослей, а затем направлять его на выработку электроэнергии.
Между тем, пока в России биогаз остается скорее уделом малого и среднего бизнеса, чем крупных компаний: причина — отсутствие субсидий для дорогостоящих биогазовых установок со стороны государства.
Сырьевая экзотика: пиво и агава
Например, израильские ученые разработали технологию выработки топлива из арбузов. Подходят для этого только особенные малайские арбузы, которые выращивают ради семян, а мякоть и корку выбрасывают. Однако ученые смогли ферментировать сок этих арбузов и получить биоэтанол.
Университет нефтяных и энергетических исследований предложили получать биотопливо из медицинских масок и других средств индивидуальной защиты. Как известно, пандемия привела к огромному росту отходов за счет одноразовых средств защиты, и сделала особенно актуальной проблему их утилизации.
По исследованию ученых, нетканый полипропилен, из которого сделаны маски, можно путем пиролиза — химического процесса, проходящего при очень высокой температуре и без доступа кислорода — превратить в топливо. Австралийские ученые предлагают производить биоэтанол из агавы — растения, на основе которого производят текилу. Один гектар агавы может дать 10 тысяч литров топлива в год — это больше, чем отдача от популярных в отрасли кукурузы или сахарного тростника. Кроме того, при выпуске такого топлива используется меньше воды, а выбросы парниковых газов ниже.
Промышленники Австралии также решили проблему неиспользованного и просроченного во время карантина пива, пустив его на биотопливо. Пиво отправили на станцию очистки водосточных вод, где специальные установки переработали напиток в биогаз, использующийся для получения электроэнергии.
Ученые прорабатывают технологии получения биотоплива из микроводорослей с фотобиореакторах, а также путем электробиосинтеза, то есть применения электричества для синтеза биотоплива.
Биотопливо дороже солнца и ветра
По данным Международного энергетического агентства, в 2018 году было произведено 154 млрд тонн биотоплива, при этом в мировых энергопоставках на биотопливо и отходы пришлось 9%. Вместе с тем, если солнечная и ветроэнергетика в мире развивается поистине семимильными шагами, а цены на возобновляемые источники за последнее десятилетие резко упали, биотопливо заметно отстает от других видов ВИЭ.
Первый самолет на смешанном топливе полетел еще в 2008 году, а в 2011-м Атлантику впервые пересек коммерческий лайнер, использовавший исключительно биотопливо. Тогда энтузиасты были уверены, что пройдет несколько лет, и этот вид топлива будет использоваться повсеместно. Однако революции пока не состоялось. По данным Международного энергетического агентства, сейчас на биотопливо приходится лишь малая часть мирового потребления реактивного топлива — менее 0,1%.
Даже если нефть резко подорожает, потребление биотоплива к 2050 году, по прогнозам специалистов, не превысит 14%. По данным BloombergNEF, мировые инвестиции в производство биотоплива в 2019 году составили лишь 500 млн долларов по сравнению с 22,9 млрд долларов в 2007 году. Как отмечает агентство, управление энергетической информации США прогнозирует рост потребления всех видов биотоплива в 2040 году с 7,3% до лишь 9%, если цены на нефть не восстановятся.
В чем причина? Недостаток инвестиций, обусловленный нежеланием вкладываться в разработки, дающие слишком медленную финансовую отдачу. Сказалась и пандемия — падение цен на нефть и снижение спроса на топливо сделали биотопливо не слишком конкурентоспособным.
Кроме того, солнечная и ветроэнергетика упали в цене настолько, что сделали биотопливо менее конкурентоспособным. По данным Bloomberg Green, за десять лет цены на солнечную энергию и наземный ветер снизились на 90% и 70%, и теперь они являются более дешевой формой генерации. Кроме того, подешевели и литий-ионные аккумуляторные батареи.
Будущее биотоплива под вопросом. Несомненно одно — как минимум для небольших видов бизнеса и хозяйств оно все равно остается достаточно перспективным направлением.
