Комп’ютерра Навіщо потрібні біопалива
Про заміну нафти та газу на біопаливо на основі етанолу або рослинних олій говорять все частіше, а де-не-де навіть переходять від слів до справи. Відлуння вже доходять і до України, де поки що мало хто розуміє, що ж це таке насправді.
У світі дедалі більше говорять про необхідність заміни нафти, вугілля та газу на біопаливо. Відлуння вже доходять і до України, де, втім, поки що мало хто розуміє, що ж це таке насправді. У пресі іноді можна зустріти розповіді про чудові речовини, які зовсім не забруднюють навколишнє середовище і більш ефективні, ніж бензин, гас і дизельне паливо.
Насправді, нічого принципово нового в біопаливах немає. Біопаливо використовувалися тисячоліттями і для багатьох залишаються єдиним джерелом тепла та засобом приготування їжі. Головним біопаливом були і залишаються дрова, причому їх екологічність зовсім не очевидна - достатньо згадати про неконтрольовану вирубку лісів.
Втім, тепер під словом "біопалива" рідко мають на увазі дрова. Йдеться, як правило, про більш високотехнологічні продукти, що отримуються з сільськогосподарських культур або відходів переробки рослинної та тваринної сировини. З відновлюваністю у них все гаразд, трохи складніше справа зі шкідливими викидами. Прихильники кажуть, що біопалива менше забруднюють атмосферу, а противники заперечують, що при згорянні біопалив виділяються ті ж продукти, що і при спалюванні палива.
Істина ж, як водиться, лежить посередині. Дійсно, у процесі згоряння і тих, і інших палив утворюються, головним чином, вуглекислий газ, вода та кілька домішок, багато з яких є шкідливими: моноксид вуглецю, оксиди азоту, вуглеводні тощо. Найбільша увага зазвичай приділяється шкідливимкомпонентам вихлопу та одному з винуватців парникового ефекту – вуглекислому газу.
Однією з головних переваг біопалив називають скорочення викидів парникових газів. Це, однак, не означає, що при згорянні біопалив утворюється менше діоксиду вуглецю (хоча і таке можливе). При згорянні біопалива в атмосферу повертається вуглець, який раніше поглинули рослини, тому вуглецевий баланс планети залишається незмінним. Копалини палива - зовсім інша справа: вуглець у їх складі мільйони років залишався "законсервованим" у земних надрах. Коли він потрапляє до атмосфери, концентрація вуглекислого газу підвищується.
Що стосується шкідливих викидів, біопалива дещо виграють у нафтових. Більшість досліджень показують, що біопалива забезпечують зниження викидів моноксиду вуглецю та вуглеводнів. Крім того, біопалива практично не містять сірки. Разом з тим дещо збільшується викид оксидів азоту, до того ж, при неповному згорянні багатьох біопалив в атмосферу потрапляють альдегіди. Але загалом за рівнем шкідливих вихлопів біопалива виграють у нафтових.
Видів палив з біомаси пропонується безліч. Це і біогаз - метан, що отримується за рахунок розкладання органічних залишків (наприклад, гною) бактеріями, і тверді палива, але найбільше йдеться про біопаливи для автомобілів: етанол і "біодизель".
Використання спиртів як паливо для автомобільних двигунів - давно не новина. Розробники перших двигунів внутрішнього згоряння приділяли спиртовим двигунам не менше уваги, ніж бензиновим. Спирти мають високі октанові числа – понад 100 одиниць, але меншу порівняно з нафтовими паливами теплоту згоряння (при згорянні палива виділяється менше енергії, потужність падає, а витрата паливазбільшується).
Початок великомасштабного видобутку нафти зробило застосування спирту як моторне паливо невигідним. Спиртові палива стали нішевим продуктом: наприклад, на метиловому спирті працюють двигуни мотоциклів для спідвею та багатьох спортивних карт. Спиртове автомобільне пальне користується певною популярністю в Бразилії, де немає великих запасів нафти, але є ідеальні умови для вирощування цукрової тростини і виробництва з нього дешевого спирту.
Крім етанолу і метанолу, як моторне паливо пропонується використовувати й інші спирти. Компанії BP та Du Pont роблять ставку на бутанол.
Найбільша увага зараз приділяється саме етиловому спирту. У стрічках науково-технічних та економічних новин повідомлення про плани будівництва нових заводів з'являються чи не щодня. У США цукрова тростина не росте, тому головним джерелом біоетанолу має стати кукурудза. "Царицею полів" справа, втім, не обмежується: у хід планується пустити все - від картоплі та пшениці до різних органічних відходів. Ряд країн планують налагодити експорт біоетанолу до США та інших держав, зацікавлених у переході на спиртове пальне. Бразилія планує до 2025 р. замінити тростинним спиртом до 10% бензину, що споживається у світі.
Бензинові двигуни, в загальному випадку, не підходять для використання спиртового палива, хоча конструктивні зміни для переведення їх на спирт мінімальні. Часто вдається обмежитись використанням стійких до спиртів матеріалів та встановленням елементів для відділення водяного конденсату. В даний час багато провідних автовиробників випускають універсальні двигуни, здатні працювати на бензині, спирті або їх сумішах. При використанні сумішей бензину з невеликою кількістюспирту (до 10%) паливо зазвичай підходить і для звичайних бензинових двигунів.
Карта працюючих (зелені точки) і заводів з виробництва етанолу в США, що будуються (жовті точки).
Потрібно відзначити, що синтетичний етанол, що отримується з нафти, як паливо має такі самі властивості, як і отриманий з рослинної сировини, але не забезпечує нейтральності в плані викидів вуглекислоти.
Ідея використати рослинні олії як палив для дизельних двигунів була висунута ще при створенні перших таких моторів. Однак із освоєнням нафтових запасів у XX столітті вигіднішим виявилося паливо з нафти. Зараз біодизельне паливо часто ототожнюють із ріпаковою олією, яка справді стала основним сировинним джерелом "біосоляри" в Європі. Однак біодизельне паливо можна отримувати і з інших олій, наприклад, соняшникової, пальмової або соєвої, що роблять за межами Європи.
Ріпакові поля в Німеччині
Важливо мати на увазі, що самі по собі рослинні олії як паливо не використовуються. Будь-яка "біосоляра" є сумішшю продуктів переетерифікації рослинних олій. У рослинному містяться жири - ефіри жирних кислот із гліцерином. У процесі отримання "біосоляри" ефіри гліцерину руйнують і замінюють гліцерин (він виділяється як побічний продукт) більш прості спирти - метанол і, рідше, етанол. У Європі основним біодизельним паливом став метиловий ефір ріпакової олії.
Рослинні олії та їх ефіри, як і спирти, відрізняються агресивністю до багатьох матеріалів, що традиційно використовуються в двигунах та паливній системі автомобілів. В останні роки більшість європейських виробників випускають машини, що допускають використання сумішей нафтового палива з "біосолярою"кількості 5-20%, інколи ж і 100% біопалива. Додавання біодизельного компонента у кількості до 5% зазвичай вважається прийнятним для будь-яких двигунів, неадаптованих до біопалива. Досить активно біодизельне паливо впроваджується і в США, де як сировину використовують найчастіше соєву олію. Ще одне перспективне джерело "біосоляри" - відпрацьовані харчові олії.
В Україні біопалива для двигунів внутрішнього згоряння залишаються екзотикою. Цьому сприяє як наявність значних запасів нафти та газу, так і об'єктивні труднощі, пов'язані з отриманням та використанням палив із природної сировини.
Україна – це не Європа, не США та, тим більше, не Бразилія. Тут суворіший клімат, і отримувати дешевий спирт або олію, знімаючи по кілька врожаїв на рік, не вийде. Клімат помітно обмежує і застосовність біопалив. Наприклад, біодизельні палива на основі ріпакової олії застигають при температурах близько -15 ° С, а в ряді випадків і вище. Це обмежує застосування біодизеля південними регіонами країни або літнім часом року. Проблема застигання існує і для нафтового дизельного палива, але вона успішно вирішується технологічними методами (депарафінізація, полегшення фракційного складу) або додаванням депресорних присадок ефективно знижують температуру застигання. Для рослинного палива такі присадки ще тільки розробляються. Інша проблема - поглинання вологи з атмосфери, що при низьких температурах загрожує розшаруванням палива, корозією та утворенням льоду.
Спирт та його суміші з бензином не замерзають, проте ще більше схильні до поглинання вологи. На певному етапі це може призвести до розшарування паливної суміші, що є неприпустимим. Ситуація посилюється тим, що навіть якщо одразу розшарування не відбудеться, різкі перепади температуриможуть призвести до появи паливної системи водяного конденсату. При низьких температурах він замерзає і призводить до забивання паливопроводів, фільтрів та ін Волога також сприяє появі корозії. Таким чином, для районів із різко континентальним кліматом спирто-бензинові суміші можуть виявитися непридатними.
Незважаючи на згадані недоліки, робота зі створення спиртових палив в Україні велася і ведеться. Ще в 1990-ті роки. "АвтоВАЗ" схвалив використання палив, що містять до 5% етанолу як добавку, що підвищує октанове число. А в 2004 р. був прийнятий ДЕРЖСТАНДАРТ Р 52201-2004 на спиртовмісні моторні палива "бензаноли", в яких частка етанолу становить 5-10%. Втім, такі палива так і не були запущені у широке виробництво. Як октанопідвищуюча добавка привабливішими виявилися ефіри, перш за все, МТБЕ. Вони не такі схильні до поглинання води, до того ж, при використанні етанолу напевно доведеться зіткнутися з необхідністю дотримуватися правил обороту продукції, що містить спирт, і сумно відомої ЕДАІС. До того ж, ГОСТ не вказує, що спиртова добавка обов'язково має бути біологічного походження, тому виробники напевно віддадуть перевагу більш дешевому синтетичному спирту, що отримується з нафтової сировини.
Стандартів на біодизельне паливо в Україні поки немає, і продавати його на заправках не поспішають. Тим не менш, осторонь світових тенденцій Україна не залишається: по-перше, з біодизелем експериментують вчені та конструктори, а, по-друге, виробництво палива з рослинної сировини потихеньку налагоджується: завод в Армавірі в Ростовській області планує побудувати компанія "Русбіодизель" , Щоправда, спрямоване підприємство спочатку на експорт.
Усередині країни піонерами з впровадження біопалив, мабуть,стануть великі міста, де особливо суворі вимоги до вихлопу автотранспорту. Організація виробництва біопалив в Україні, хай навіть на експорт, корисна і з погляду розвитку сільського господарства. Вже зараз етанольний бум у США призвів до зростання цін на кукурудзу, а у південно-східній Азії стурбовані вирубуванням лісів під плантації для виробництва пальмової олії, з якої потім роблять біодизельне паливо. Тож вигоду з буму на біопаливо за бажання зможуть отримати і в Україні.