Хімія у пошуках альтернативних джерел енергії
Федеральне агентство з освіти та науки РФ
Омський Державний Педагогічний Університет
Кафедра ОХ та МХП
Тема: «Хімія у пошуках альтернативних джерел енергії»
Виконав:студент хіміко-біологічного
факультету гр. 31 хім. Ольхович І. П.
Перевірила:к.п.н., доцент кафедри ОХ та МПХ Терлєєва І. Б.
Зміст
Природний газ. 5
Газовий конденсат. 6
Шахтний метан. 7
Етанол та метанол. 7
Синтетичний бензин. 8
Паливні елементи. 8
Біодизельне паливо. 9
Відпрацьована олія. 10
§2. Використання біомаси як біопаливо. 12
§5. Біоетанол, як паливо та добавка до нього. 24
В даний час можна виділити безліч причин до переходу на АІЕ; це збільшення забруднення навколишнього середовища, порушення теплового балансу атмосфери, що призводить до глобальної зміни клімату, це і дефіцит енергії та обмеженість паливних ресурсів з гостротою демонструють неминучість пошуку нових джерел енергії. Основні причини, що вказують на важливість якнайшвидшого переходу на АІЕ це:
1.Глобально-екологічний:сьогодні загальновідомий і доведений факт згубного впливу на навколишнє середовище традиційних енерговидобувних технологій, їх використання неминуче веде до катастрофічної зміни клімату вже в перших десятиліттях XXI століття.
2.Економічний:перехід на АІЕ дозволить зберегти теплові ресурси для переробки в хімічній та інших галузях промисловості.
У цій роботі я спробую представити основні види альтернативного палива, а також джерела сировини для йогоотримання.
§1. Класифікація та представники АІЕ
Альтернативне паливо (від лат. alter-другий, один з двох), одержують в основному з сировини не нафтового походження, застосовують для скорочення споживання нафти з використанням (після реконструкції) енергоспоживаючих пристроїв, що працюють на нафтовому паливі.
Альтернативні види палива можна класифікувати так:
- за складом: вуглеводнево-кислотні (спирти), ефіри, естери, водневі палива з добавками;
- за агрегатним станом: рідкі, газоподібні, тверді;
- за обсягами використання: повністю, як добавки;
- за джерелами сировини: з вугілля, торфу, сланців, біомаси, пального газу, електроенергії та інші[10].
Розглянемо коротко кожен із найпоширеніших видів альтернативного палива.
Природний газ у більшості країн є найпоширенішим видом альтернативного палива. Природний газ як моторне паливо може застосовуватися як у вигляді компримованого, стисненого до тиску 200 атмосфер, газу, так і у вигляді зрідженого, охолодженого до -160°С газу. Нині найперспективнішим є застосування зрідженого газу (пропан-бутан). У Європі це паливо називається LPG (Liquefied petroleum gas – скраплений бензиновий газ). У той час як стиснутий газ (метан) знаходиться в баках під тиском 200 бар, що само собою становить підвищену небезпеку, LPG зріджується при тиску 6-8 бар.
Використання газових конденсатів як моторне паливо зведено до мінімуму через такі недоліки: шкідливий вплив на центральну нервову систему, неприпустиме іскроутворення в процесі роботи з паливом, зниження потужності двигуна (на 20%), підвищенняпитомої витрати палива [20].
Диметилефір є похідною метанолу, який виходить у процесі синтетичного перетворення газу на рідкий стан. Існують розробки з переобладнання дизельних двигунів під диметилефір. При цьому суттєво покращуються екологічні характеристики двигуна.
На сьогоднішній день у світі споживання диметилефіру становить близько 150 тисяч тонн на рік.
В останні роки розробляються технологічні процеси одержання диметилефіру із синтетичного пального газу, що виробляється з вугілля.
На відміну від зрідженого природного газу, диметилефір менш конкурентоспроможний, в основному через те, що теплотворна здатність на тонну диметилефіру на 45% нижча за теплотворність на тонну зрідженого природного газу. Також для виробництва диметилефіру потрібно не тільки більший рівень попередніх капіталовкладень, а й більший обсяг сировинного газу для виробництва продукту з еквівалентною теплотворною здатністю.
У майбутньому диметилэфир можна як продукту, має обмежені можливості, оскільки виробництво зрідженого газу характеризується значної економією з допомогою масштабів виробництва, нижчим рівнем капітальних витрат і вищою ефективністю процесу виробництва.
Останнім часом до альтернативних видів автомобільних палив стали відносити і шахтний метан, що видобувається з вугільних порід. Так, до 1990 р. у США, Італії, Німеччині та Великій Британії на шахтному метані працювали понад 90 тис. автомобілів. У Великій Британії, наприклад, він широко використовується як моторне паливо для рейсових автобусів у вугільних регіонах країни. Зміст метану у шахтному газі коливається від 1% до 98%. У США за період із 1988по 2000 р. видобуток вугільного метану із спеціальних свердловин зріс від 1 млрд. м 3 до 40 млрд. м 3 і в майбутньому ще подвоїться. Прогнозується, що газовий видобуток метану у вугільних басейнах світу вже найближчим часом становитиме 96-135 млрд. м3. Загальні ресурси метану у вугільних пластах України становлять, за різними джерелами, 48-65 трлн. м3.
Етанол (етиловий спирт), що має високе октанове число і енергетичну цінність, видобувається з відходів деревини і цукрової тростини, забезпечує двигуну високий ККД і низький рівень викидів і особливо популярний у теплих країнах. Так, Бразилія після своєї нафтової кризи 1973 р. активно використовує етанол - країни понад 7 млн. автомобілів заправляються етанолом і ще 9 млн. - його сумішшю з бензином (газохолом). США є другим світовим лідером із масштабного виготовлення етанолу для потреб автотранспорту. Етанол використовується як "чисте" паливо в 21 штаті, а етанол-бензинова суміш складає 10% паливного ринку США і застосовується більш ніж у 100 млн. двигунів. Вартість етанолу в середньому набагато вища за собівартість бензину. Сплеск інтересу для його використання як моторного палива там обумовлений податковими пільгами.
Метанол як моторне паливо має високе октанове число та низьку пожежну небезпеку. Дані обставини забезпечують його широке застосування гоночних автомобілях. Метанол може змішуватися з бензином і служити основою для ефірної добавки - метилтретбутилового ефіру, який в даний час заміщає в США більшу кількість бензину та сирої нафти, ніж інші альтернативні палива разом узяті.
Сировиною для виробництва можуть бути вугілля, природний газ та інші речовини. Найбільш перспективним вважається синтез бензину з природного газу. З 1 м 3синтез-газу одержують 120-180 г синтетичного бензину. За кордоном, на відміну від України, виробництво синтетичних моторних палив із природного газу освоєно у промисловому масштабі. Так, у Новій Зеландії на установці фірми "Мобіл" із попередньо отриманого метанолу щорічно синтезується 570 тис. тонн моторного палива. Проте в даний час синтетичні палива з природного газу в 1,8-3,7 рази (залежно від технології отримання) дорожчі за нафтові. У той самий час розробки з одержання синтетичного бензину з вугілля досить активно ведуться нині Англії [12].