Войти
Биотопливо второго поколения, также известное как продвинутое биотопливо, - это топливо, которое можно изготовлены из различных видов непищевой биомассы. Биомасса в этом контексте означает растительные материалы и отходы животноводства, используемые в первую очередь в качестве источника топлива.
биотопливо первого поколения производится из сахаров и растительных масел, содержащихся в пищевых культурах, с использованием стандартных технологий обработки. Биотопливо второго поколения производится из разного сырья, поэтому для извлечения из него полезной энергии может потребоваться другая технология. Сырье второго поколения включает лигноцеллюлозную биомассу или древесные культуры, сельскохозяйственные остатки или отходы, а также специальные непищевые энергетические культуры, выращиваемые на маргинальных землях, непригодных для производства продуктов питания.
Термин «биотопливо второго поколения» используется в широком смысле для описания как «продвинутой» технологии, используемой для переработки исходного сырья в биотопливо, так и использования непродовольственных культур, биомассы и отходов в качестве исходного сырья для «стандартного» биотоплива. технологии обработки, если они подходят. Это вызывает значительную путаницу. Поэтому важно проводить различие между сырьем второго поколения и технологиями переработки биотоплива второго поколения.
Развитие биотоплива второго поколения стало стимулом, поскольку дилемма еда против топлива, касающаяся риска перенаправления сельскохозяйственных угодий или сельскохозяйственных культур для производства биотоплива в ущерб из продовольственного снабжения. Биотопливо и цены на продукты питания полемика включает в себя широкие взгляды, и это давно, противоречивый в литературе.
Технологии биотоплива второго поколения были разработаны для обеспечения возможности использования непродовольственного сырья для биотоплива из-за опасений по поводу продовольственной безопасности, вызванных использованием продовольственных культур для производства биотоплива первого поколения. Перенаправление съедобной пищевой биомассы для производства биотоплива теоретически может привести к конкуренции с продуктами питания и землепользованием для производства продовольственных культур.
биоэтанол первого поколения получают путем ферментации сахаров растительного происхождения до этанола с использованием процесса, аналогичного используемому в пиво и виноделие (см. ферментация этанола ). Это требует использования пищевых и кормовых культур, таких как сахарный тростник, кукуруза, пшеница и сахарная свекла. Беспокойство вызывает то, что если эти продовольственные культуры будут использоваться для производства биотоплива, в некоторых странах могут вырасти цены на продовольствие и возникнет дефицит. Кукуруза, пшеница и сахарная свекла также могут потребовать значительных сельскохозяйственных вводимых ресурсов в виде удобрений, которые ограничивают сокращение выбросов парниковых газов, которое может быть достигнуто. Биодизель, полученный путем переэтерификации из рапсового масла, пальмового масла или других растительных масел, также считается биотопливом первого поколения.
Целью процессов биотоплива второго поколения является увеличение количества биотоплива, которое можно производить устойчиво за счет использования биомассы, состоящей из остаточных непищевых частей текущие культуры, такие как стебли, листья и шелуха, которые остаются после сбора продовольственных культур, а также другие культуры, которые не используются для для пищевых целей (непродовольственные культуры ), такие как просо, трава, ятрофа, цельнозерновые кукуруза, мискантус и злаки с малым содержанием зерна, а также промышленные отходы, такие как щепа, кожура и мякоть от прессования фруктов и т. Д.
Проблема, которую решают процессы производства биотоплива второго поколения, заключается в извлечении полезного сырья из этой древесной или волокнистой биомассы, где полезные сахара заблокированы лигнином, гемицеллюлозой и целлюлозой. Все растения содержат лигнин, гемицеллюлозу и целлюлозу. Это сложные углеводы (молекулы на основе сахара). Лигноцеллюлозный этанол получают путем освобождения молекул сахара от целлюлозы с использованием ферментов, нагревания паром или другой предварительной обработки. Эти сахара затем можно ферментировать с получением этанола таким же способом, как и при производстве биоэтанола первого поколения. Побочным продуктом этого процесса является лигнин. Лигнин можно сжигать как углеродно-нейтральное топливо для производства тепла и электроэнергии для перерабатывающих предприятий и, возможно, для окружающих домов и предприятий. Термохимические процессы (сжижение) в гидротермальных средах могут производить жидкие нефтесодержащие продукты из широкого спектра сырья, которое может заменить или увеличить количество топлива. Однако эти жидкие продукты не соответствуют стандартам дизельного или биодизельного топлива. Обновление продуктов сжижения с помощью одного или нескольких физических или химических процессов может улучшить их свойства для использования в качестве топлива.
В следующих подразделах описываются основные маршруты второго поколения, которые в настоящее время разрабатываются.
Материалы на основе углерода можно нагревать при высоких температурах в отсутствие (пиролиз) или в присутствии кислорода, воздуха и / или пара (газификация).
Эти термохимические процессы дают смесь газов, включая водород, монооксид углерода, диоксид углерода, метан и другие углеводороды, а также воду. Пиролиз также дает твердый полукокс. Газ можно ферментировать или химически синтезировать в различные виды топлива, включая этанол, синтетическое дизельное топливо, синтетический бензин или реактивное топливо.
Существуют также более низкотемпературные процессы в диапазоне 150–374 ° C, которые производят сахара путем разложения биомассы в воде с добавками или без них.
Технологии газификации хорошо зарекомендовали себя для обычного сырья, такого как уголь и сырая нефть. Технологии газификации второго поколения включают газификацию лесных и сельскохозяйственных отходов, древесных отходов, энергетических культур и черного щелока. Обычно на выходе получается синтез-газ для дальнейшего синтеза, например, продукты Фишера-Тропша, включая дизельное топливо, биометанол, BioDME (диметиловый эфир ), бензин путем каталитической конверсии диметилового эфира или биометана (синтетический природный газ ). Синтез-газ также может использоваться для производства тепла и для выработки механической и электрической энергии с помощью газовых двигателей или газовых турбин.
Пиролиз - хорошо зарекомендовавший себя метод разложения органический материал при повышенных температурах в отсутствие кислорода. При производстве биотоплива второго поколения лесные и сельскохозяйственные остатки, древесные отходы и энергетические культуры могут использоваться в качестве сырья для производства, например, биомасло для мазута. Бионефть обычно требует значительной дополнительной обработки, чтобы сделать ее пригодной в качестве сырья для нефтепереработки, чтобы заменить сырую нефть.
Торрефикация - это форма пиролиза при температурах, обычно в диапазоне 200–320 ° C. Сырье и выход такие же, как для пиролиза.
Гидротермальное сжижение - это процесс, аналогичный пиролизу, в котором могут обрабатываться влажные материалы. Процесс обычно происходит при умеренных температурах до 400 ° C и давлении выше атмосферного. Способность обрабатывать широкий спектр материалов делает гидротермальное сжижение жизнеспособным для производства топлива и сырья для химической промышленности.
Химические и биологические процессы, которые в настоящее время используются в других приложениях, адаптируются для биотоплива второго поколения. В биохимических процессах обычно используется предварительная обработка для ускорения процесса гидролиза, при котором отделяются лигнин, гемицеллюлоза и целлюлоза. После разделения этих ингредиентов фракции целлюлозы могут быть ферментированы в спирты.
Сырье - это энергетические культуры, сельскохозяйственные и лесные отходы, пищевая промышленность и муниципальные биоотходы и другая биомасса, содержащая сахара. Продукция включает спирты (например, этанол и бутанол ) и другие углеводороды для использования на транспорте.
Следующие ниже виды биотоплива второго поколения находятся в стадии разработки, хотя большинство или все эти виды биотоплива синтезируются из промежуточных продуктов, таких как синтез-газ, с использованием методов, идентичных процессам с использованием обычного сырья., биотопливо первого и второго поколения. Отличительной чертой является технология, используемая для производства промежуточного продукта, а не конечного продукта.
Процесс производства жидкого топлива из газа (обычно синтез-газа) называется процессом преобразования газа в жидкость (GtL). Когда биомасса является источником производства газа, процесс также называется преобразование биомассы в жидкости (BTL).
Процесс Фишера-Тропша (FT) представляет собой процесс преобразования газа в жидкость (GtL). Когда биомасса является источником производства газа, процесс также называется преобразованием биомассы в жидкости (BTL). Недостатком этого процесса являются большие затраты энергии на синтез FT и, следовательно, процесс еще не является экономичным.
Чтобы квалифицироваться как сырье второго поколения, источник не должен подходить для потребления человеком. Сырье для биотоплива второго поколения включает специально выращенные непищевые энергетические культуры, культивируемые непищевые масла, сельскохозяйственные и бытовые отходы, отработанные масла и водоросли. Тем не менее, зерновые и сахарные культуры также используются в качестве сырья для технологий переработки второго поколения. При оценке пригодности разработки биомассы в качестве сырья для производства энергии необходимо учитывать землепользование, существующие отрасли производства биомассы и соответствующие технологии преобразования.
Растения производятся из лигнина, гемицеллюлоза и целлюлоза ; Технология второго поколения использует один, два или все эти компоненты. Обычные лигноцеллюлозные энергетические культуры включают пшеницу солому, Arundo donax, Miscanthus spp., Низкорослый поросль тополь и иву. Однако каждая из них предлагает разные возможности, и ни одна культура не может считаться «лучшей» или «худшей».
Твердые бытовые отходы включают очень широкий спектр материалов, и все отходы возникновение увеличивается. В Великобритании инициативы по переработке сокращают долю отходов, идущих прямо на утилизацию, и уровень переработки увеличивается с каждым годом. Однако остаются значительные возможности для преобразования этих отходов в топливо посредством газификации или пиролиза.
Зеленые отходы, такие как лесные остатки или сад или парк отходы могут использоваться для производства биотоплива разными способами. Примеры включают биогаз, улавливаемый из биоразлагаемых зеленых отходов, и газификацию или гидролиз в синтез-газ для дальнейшей переработки в биотопливо посредством каталитических процессов.
Черный щелок, отработанный варочный щелок от крафт-процесса, содержащий концентрированный лигнин и гемицеллюлозу, может быть газифицирован с очень высокой эффективностью преобразования и потенциалом восстановления парниковых газов для производства синтез-газа для дальнейшего синтеза в например биометанол или BioDME.
Выход сырого таллового масла в процессе находится в диапазоне 30-50 кг / т целлюлозы.
Лигноцеллюлозное биотопливо снижает выбросы парниковых газов на 60–90% по сравнению с ископаемой нефтью (Börjesson.P. Et al. 2013. Dagens och framtidens hållbara biodrivmedel), что находится на одном уровне с лучшими из существующих видов биотоплива первого поколения, где типичные лучшие значения в настоящее время составляют 60–80%. В 2010 году средняя экономия биотоплива, используемого в ЕС, составила 60% (Hamelinck.C. И др., 2013 г. Прогресс в области возобновляемой энергии и устойчивость биотоплива, Отчет для Европейской комиссии). В 2013 году 70% биотоплива, используемого в Швеции, сократило выбросы на 66% или выше. (Energimyndigheten 2014. Hållbara biodrivmedel och flytande biobränslen 2013).
Действующий завод по производству лигноцеллюлозного этанола находится в Канаде и управляется Iogen Corporation. Этот демонстрационный завод производит около 700 000 литров биоэтанола в год. Строится коммерческий завод. Многие дополнительные установки по производству лигноцеллюлозного этанола были предложены в Северной Америке и во всем мире.
Шведская специализированная целлюлозная фабрика Domsjö Fabriker в Örnsköldsvik, Швеция разрабатывает биоперерабатывающий завод с использованием технологии Chemrec черного щелока газификации. После ввода в эксплуатацию в 2015 году завод по переработке биомассы будет производить 140 000 тонн биометанола или 100 000 тонн BioDME в год, заменяя 2% импорта дизельного топлива Швецией для транспортных целей. В мае 2012 года выяснилось, что Домшё вышел из проекта, фактически убив усилия.
В Великобритании такие компании, как INEOS Bio и British Airways, разрабатывают современные заводы по переработке биотоплива, которые должны быть построены к 2013 и 2014 годам соответственно. Прогнозы NNFCC предполагают, что при благоприятных экономических условиях и значительном улучшении поддержки политики NNFCC сможет обеспечить до 4,3% транспортного топлива Великобритании к 2020 году и сэкономить 3,2 миллиона тонн CO. 2 ежегодно, эквивалентно снятию с дороги почти миллиона автомобилей.
Хельсинки, Финляндия, 1 февраля 2012 г. - UPM инвестирует в завод по переработке биотоплива, производящий биотопливо из сырого таллового масла в Лаппеенранте, Финляндия. Инвестиции в промышленном масштабе являются первыми в своем роде во всем мире. Завод биопереработки будет производить около 100 000 тонн современного биодизеля второго поколения для транспорта. Строительство завода по биопереработке начнется летом 2012 года на заводе UPM в Каукасе и будет завершено в 2014 году. Общий объем инвестиций UPM составит около 150 миллионов евро.
Калгари, Альберта, 30 апреля 2012 года - Iogen Energy Corporation согласовала новый план со своими совладельцами Royal Dutch Shell и Iogen Corporation по переориентации своей стратегии и деятельности. Shell продолжает изучать множество способов найти коммерческое решение для производства передового биотоплива в промышленных масштабах, но компания НЕ будет реализовывать находящийся в стадии разработки проект по строительству крупномасштабного завода по производству целлюлозного этанола на юге Манитобы.
В Индии индийские нефтяные компании согласились построить семь нефтеперерабатывающих заводов второго поколения по всей стране. В строительстве биотопливных заводов 2G будут участвовать компании Indian Oil Corporation (IOCL), HPCL и BPCL. В мае 2018 года правительство Индии обнародовало политику в области биотоплива, в соответствии с которой сумма в 5000 крор индийских рупий была выделена на создание биоперерабатывающих заводов 2G. Индийские компании по сбыту нефти строили 12 нефтеперерабатывающих заводов с капитальными затратами в 10 000 крор индийских рупий.
Портал по возобновляемым источникам энергии 