Моторне паливо з місцевої сировини

Серйозний практичний інтерес для Росії представляє таке альтернативне моторне паливо з місцевої сировини, як біогаз ...

Про промисловому використанні на автотранспорті альтернативних моторних палив з місцевих сировинних ресурсів раніше в Росії ніхто серйозно не замислювався. Країна, що володіє найбільшими в світі запасами нафти і газу, могла собі це дозволити. У країнах же, які не мають природних багатств, вже з середини 1980-х були поставлені на облік і запущені у виробництво всі потенційні місцеві джерела альтернативних моторних палив. До числа їх відносяться: біогаз, що утворюється при анаеробному зброджуванні органічних відходів; етанол - продукт спиртового бродіння різноманітних цукрово-і крахмалосодержащих субстратів або гідролізної целюлози; біодизельне паливо, що отримується з маслосодержащих культур - ріпаку, сої, кактусів; а також штучна сира нафта, виробництво якої базується на піролізі осадів стічних вод та інших відходів.
Хоча потенційних джерел для виробництва моторних палив з місцевої сировини досить багато, на практиці коло їх звужується внаслідок географічних, кліматичних, економічних та інших факторів. Харчові культури як потенційну сировину в Росії виключаються з балансу, оскільки є не менш дефіцитними. Технічні сільськогосподарські культури в Росії, на відміну від екваторіальних країн, - сезонне сировину. Їх вирощування вимагає великих земельних площ. Наприклад, для виробництва в США 3,8 млрд. Літрів етанолу потрібно зібрати урожай технічних культур за рік з 2 млн. Га.
У Росії практично відсутня сировинна база для отримання етанолу і біодизельного палива (найбільш ефективними продуцентами для них є представники тропічної і субтропічної флори), а також технологічна і виробнича база для широкого застосування процесу піролізу відходів. Тому їх ринок в Росії обмежений.

ОСНОВНІ сировинне джерело

Опади стічних вод очисних станцій міської каналізації
Залежно від хімічного складу опадів при зброджуванні виділяється від 5 до 15 м3 газу на 1 м3 осаду стічних вод.
За даними Всесоюзного науково-дослідного, конструкторського і проектно-технологічного інституту органічних добрив і торфу на очисних станціях Росії та країн СНД накопичення рідких осадів стічних вод становить 170 млн. М3 / рік. При анаеробному зброджуванні може бути отримано 1,5 млрд. М3 біогазу на рік (1,2 млн. Т. Умовного палива).

Тверді побутові відходи
Для виробництва біогазу з ТПВ подрібнені відходи в метантенке перемішують з каналізаційним осадом з відстійників очисних споруд. Температура маси підвищується до 65-70 ° С. Процес анаеробного зброджування йде протягом 1-2 місяців. За даними зарубіжних фахівців, з 1м3 ТПВ виділяється до 1,5 м3 газів. У своєму складі гази мають до 50% метану, 25% двоокису вуглецю, до 2% водню і азоту. Ця технологія досить широко використовується за кордоном - в США, Німеччині, Японії, Швеції. Загальна кількість біогазу, отриманого з ТПВ, еквівалентно енергії в 37 * 1015 Дж.

Сільське господарство
Концентрація домішок стічних вод на тваринницьких фермах досягає 30000 - 60000 мг / л. Кількість сухих опадів становить не менше 20 млн. Т в рік. Зброджені опади і гній після ферментації, як правило, є знешкоджених і можуть бути використані як добрива. Підрахунки показують, що в сільських місцях виробництво біогазу може вважатися рентабельним при наявності 20 корів, 200 свиней або 3500 курей.

Птахівництво
Для визначення виходу біогазу можна приймати, що в одному типовому пташнику міститься 25 тис. Курей, що дають в день до 5 т посліду, з якого виходить 5000 м3 біогазу.

Тваринництво
З 1 т сухого гною в результаті анаеробного зброджування при оптимальних умовах можна отримати 340 м3 біогазу, або 2,5 м3 на одну голову великої рогатої худоби на добу (900 м3). Парадокс: одна корова на рік, крім молока, дає ще більше 600 л. бензину (в енергетичному еквіваленті). Під час зброджування в гної розвивається мікрофлора, яка послідовно руйнує органічні речовини до кислот, а останні під дією сінтрофних і метаноутворюючих бактерій перетворюються в газоподібні продукти - метан і вуглекислоту. Одночасно при зброджуванні гною забезпечується його дезодорація, дегельмінтизація, знищення здатності насіння бур'янів до схожості і переклад удобрювачів речовин в мінеральну форму. При цьому необхідно відзначити, що технологія отримання біогазу шляхом анаеробного зброджування в метантенках є найбільш економічним способом переробки органічних відходів птахівничих і тваринницьких підприємств в сухе добриво.
Для перерахунку кількості біогазу з птахівничого комплексу на тваринницький можна користуватися наступними умовними одиницями: 1 корова = 4 свині = 250 курей.

Зріджений биометан - нове дешеве паливо з місцевої сировини
Однак створення двигунів автотранспортних засобів, які працюють на газі з низькою теплотою згоряння, як у біогазу, представляє певні труднощі. Тому доцільніше використовувати не біогаз, а одержуваний з нього биометан. Для цього з біогазу видаляють СО2 і інші домішки. Одержуваний газ має однорідний склад (биометан), що містить 90-97% СН4 з теплотою згоряння 35-40 МДж / м3.
Очищення біогазу від двоокису вуглецю може проводитися різними способами. Найбільш поширені: промивка газів через рідкі поглиначі (наприклад, воду), виморожування, адсорбція при низьких температурах.
Біометан, як і інші газові палива, має низьку об'ємну концентрацію енергії. При нормальних умовах теплота згоряння 1 л. биометана становить 33 - 36 кДж, в той час як теплота згоряння 1 л бензину становить 31400 кДж, тобто в 1000 разів більше, ніж у биометана. Тому биометан може застосовуватися в автомобілях як моторне паливо або в компримованому (стислому), або в криогенном (зрідженому) стані.
Про застосування стисненого биометана в якості моторного палива для автомобілів відомо давно. Восени 1946 р застосуванням випробувального пробігу 18 газобалонних автомобілів по маршруту Берлін-Київ-Москва 5 автомобілів працювали на біометані, отриманому шляхом часткової очищення каналізаційного біогазу від СО2 і компримування до 20 МПа. Згодом в ЧССР, США і низці інших країн були проведені випробування автомобілів, переобладнаних для роботи на стислому каналізаційному біометані.
Дослідження по використанню стиснутого биометана, одержуваного з пташиного посліду, проводилися і в СРСР. Для випробувань був створений експериментальний газобалонних автомобіль Москвич-2140. В результаті встановлено, що при роботі на стислому біометані можна отримати такі ж показники, як і на природному газі. Приемистость і максимальна швидкість автомобіля зберігалися на колишньому рівні. Було встановлено підвищення економічності газового автомобіля в порівнянні з бензиновим при малих швидкостях руху.
Біометан має більш високу детонаційну стійкість, що дозволяє знижувати концентрацію шкідливих речовин у відпрацьованих газах і зменшувати кількість відкладень в двигуні. Зважаючи на відсутність рідкої фази масляна плівка з циліндрів двигуна не змивається, знос деталей циліндропоршневої групи зменшується в два рази. Викид токсичних складових скорочується в 3-8 разів. Компанією Volvo реалізується проект переведення міських автобусів р Гетеборга на біогаз (звалища газ). Підтверджено, що при перекладі автотранспорту на біогаз сумарні парникові емісії скоротилися на 90%.
Основним стримуючим фактором широкого застосування стисненого биометана в якості моторного палива, як і компримованого природного газу, є транспортування товстостінних балонів, що становлять до 96% ваги паливної системи. На 100 км шляху для 3-тонної автомашини потрібно більше 30 м3 газу. При тиску 20 МПа в балон місткістю 50 л вміщається до 10 м3 газу, отже, для добового пробігу необхідно мати не менше восьми таких балонів (вага близько 700 кг).
Зменшити обсяг газу майже в 600 разів дозволяє його скраплення. Але до останнього часу не існувало економічно доцільною технології зрідження газоподібного биометана, тому в двигунах внутрішнього згоряння він раніше не застосовувався.
Можна виділити два основних напрямки вирішення цієї проблеми. Одне - створення централізованих виробництв на основі біогенераторних заводів і великих сжіжітельних комплексів. Інше - створення невеликих виробництв на основі біогенераторних і кріогенних установок. Перший напрямок, в силу важкого фінансового стану економіки Росії в найближчому майбутньому навряд чи доречно.
У короткі терміни виробництво СБМ в Росії може бути налагоджено тільки в рамках регіональних програм або локальних проектів, заснованих на використанні каналізаційного газу, відходів тваринництва і птахівництва. Використання зрідженого биометана, в першу чергу, для власного автотранспорту тваринницьких і птахівницьких підприємств, фермерських господарств і сільськогосподарських кооперативів, а також громадського та вантажного міського транспорту може дати істотний економічний ефект.

вартість
Вартість СБМ буде перебувати в межах 2 рублів за літр. Варто також відзначити, що газобалонне обладнання автомобіля, що працює на зрідженому біометані, повністю відповідає обладнанню автомобіля, що працює на зрідженому природному газі.