Биотопливо: принцип действия и способ производства своими руками

0

2132

22.12.2015

Сегодня многие начинают осознавать, что сжигание ископаемого топлива когда-нибудь заведет человечество в тупик. Вместе с тем, выработка энергии из возобновляемых источников пока не может покрыть все нужды экономики. А что, если обратиться к опыту наших предков и воспользоваться топливом биологического происхождения. Ведь еще в древнем Китае умели добывать биогаз из природного сырья. Это горючее ничем не уступает по своим физическим свойствам другим видам топлива. Так давайте же разберемся, как можно выработать биотопливо своими руками.

Использование биотоплива в мире

Способы изготовления своими руками

Существует множество вариантов производства биотоплива в домашних условиях. Эти варианты мы и рассмотрим.

Биотопливо из навоза

Биотопливо из навоза получается путем брожения органических отходов. Смесь помещается в специальный герметичный бункер на длительный срок. В результате испарения жидкости, выделяется газ, которым и можно воспользоваться при обогреве жилых помещений или для приготовления пищи и жидкое удобрение, которое является основой экологического земледелия.

Продукция, которая выращивается с использованием таких удобрений, является экологически чистой и ее продажная стоимость возрастает по сравнению с продуктами выращенными с использованием пестицидов и других химических удобрений.

Производство биогаза

Вторым продуктом, который мы получаем в результате брожения навоза, является газ.

Для получения газа из этого сырья используется:

• навоз;
• птичий помет;
• стоки туалета;
• пищевые отходы;
• растительная масса;

Все сырье должно быть измельчено, иначе трубы, предназначенные для вывода отработанного сырья, могут засориться.

Получить газ можно и в домашних условиях. Для этого, необходимо приобрести газонепроницаемую емкость. Эта емкость должна быть герметичной, так как воздух не должен контактировать с полученным газом.

Затем необходимо поместить сырье (навоз) внутрь этой емкости, немного нагреть и подождать 5 дней. Затем, полученный газ собрать в емкость и применять по своему усмотрению. Устройство по изготовлению биогаза можно собрать самостоятельно, а можно приобрести у фирмы, специализирующейся по продаже этого оборудования.

Уголь для создания биогаза

Для создания биотоплива может пригодиться и древесный уголь, тот самый уголь, без которого нам не обойтись на природе при жарке овощей и шашлыка. Его можно приобрести в магазине, а можно и сделать самому.

Уголь в домашних условиях можно изготовить 2 способами:

• в бочке;
• в яме;

Рассмотрим каждый способ по отдельности. И после этого вы сможете делать уголь самостоятельно.

Для изготовления древесного угля в бочке вам понадобится, собственно говоря, бочка объемом 200 литров. Внизу бочки делаем штуцер для нагнетания кислорода. Затем в бочке разводим костер, постепенно добавляя поленья.

Когда бочка будет наполовину наполнена дровами, начинаем нагнетать кислород. Для этого, можно воспользоваться пылесосом. После этого, количество дыма уменьшится, а огонь будет гореть лучше. Когда поленья немного прогорят, необходимо закрыть бочку крышкой, а имеющиеся щели замазать мокрой глиной или землей. Ожидаем до полного остывания бочки и древесный уголь готов.

Для изготовления угля в яме нам необходимо выкопать яму, диаметр которой будет равен 0,8 м со скошенными стенками, и разжечь в ней костер. Но прежде, чем разжигать костер, возьмите достаточное количество поленьев, сушняка, веток деревьев из которых вы будете получать уголь.

Дрова в костер укладывайте плотно и постепенно по слоям, один за другим. Дождитесь полного выжигания дров (на это уйдет порядка 3 часов), далее накрывайте поленья мхом или сухими листьями, присыпьте землей и все хорошенько утрамбуйте. Спустя 2 дня уголь будет готов.

Рапсовое биотопливо

Из семян рапса поступивших в маслобойню получают масло и шрот. Далее, это масло поступает в специальную установку, где в результате различных химических реакций из рапсового масла получают метиловый эфир – биодизель.

Перед использованием, его необходимо профильтровать. Этот вид дизеля отличается лучшей воспламеняемостью по сравнению с обычным дизельным топливом.

Что оказывает влияние на изготовление биотоплива?

Что имеет решающее значение для тех, кто задался целью изготовить биотопливо своими руками в домашних условиях – так это, главным образом, окружающая среда. Ведь, чем выше температура, тем успешнее будут проистекать необходимые химические реакции, посредством которых будет выделяться газ. Это стало основной причиной того, что первое оборудование, которое производило биотопливо в домашних условиях, было сконструировано и запущено в работу в регионе с теплым климатом. Однако и в холодных условиях вполне возможно произвести биологическое топливо. Просто для этого придется принять меры по утеплению конструкции установки или внесения в ее конструкцию устройств для принудительного обогрева рабочей камеры, например, горячей водой. Кроме того, на создание агрегата может оказать влияние само сырье, которое должно эффективно и быстро разлагаться, содержать в себе много жидкости. В нем должны отсутствовать чистящие средства и другие препараты, которые сильно замедляют процесс разложения, так убивают анаэробные бактерии, осуществляющие процесс ферментации.

Разновидности и преимущества

На сегодняшний день, существует 3 вида биотоплива:

• жидкое;
• твердое;
• газообразное;

Жидкое биотопливо

Является самым обсуждаемым видом. Ведь жизнь современного человека зависит от нефти, без нее человечество не сможет выжить, а нефть является ископаемым ресурсом и в какой-то момент ее запасы иссякнут.

Жидкое биотопливо способно заменить этот ископаемый ресурс.

К жидкому биотопливу относятся:

• спирты (этанол, метанол, бутанол),
• биодизель,
• биомазут,
• эфиры;

Твердое

В основном к нему относится древесина (отходы деревообработки и топливные гранулы, брикеты). Источником для их получения служат как правило, леса, где растут трава, кустарники и деревья.

Газообразное топливо

Относятся биогаз, водород.

Также, биотопливо можно классифицировать по поколениям. Существуют биотоплива 1, 2, 3 и 4 поколений:

1. К 1 поколению относится биотопливо, полученное в результате переработки сельхоз растений в биодизель и этанол.
2. 2 поколение – биотопливо, полученное от отходов продуктов питания.
3. К 3 поколению биотоплива относится биотопливо, полученное при использовании внедренных технологий в результате разрушения биомасс.
4. 4 поколение биотоплива производится на землях непригодных для занятия сельским хозяйством и без разрушения биомасс.

Еще одной классификацией биотоплива является деление биотоплива на первичное и вторичное. К первичному биотопливу относится биотопливо, которое не прошло обработку. К вторичному – обработанное. Вторичное биотопливо подвергается разнообразным изменениям перед использованием и может быть в твердой, жидкой и газообразной формах.

Преимущества

Преимущества биотоплива следующие:

1. Мобильность. Биотопливо обладает возможностью производиться в любом уголке света вне зависимости от климатических условий и рельефа, потому что этот вид топлива может производиться из различных органических соединений.
2. Возобновляемость. Так как биотопливо получается из разнообразных органических соединений растительного или животного происхождения, например, навоз, то его количество не иссякнет.
3. Экологичность. Это более чистый вид топлива и при сгорании выбрасывает меньше вредных веществ в воздух, чем ископаемое топливо.
4. Забота об окружающей среде. Производство биотоплива решает проблемы связанные с утилизацией мусора.

Что такое биотопливо

Энергия, скрывающаяся в растительной массе, является практически неиссякаемой, ведь ее источником служит наше солнце. Растения умеют использовать энергию солнца, перерабатывая ее для своего роста. В свою очередь, животные и птицы получают энергию, питаясь биомассой, при этом производят продукты жизнедеятельности. По определению, биотопливо — это горючее, получаемое из сырья растительного или животного происхождения, а также отходов жизнедеятельности и различных производств, связанных с обработкой биомассы.

Современные технологии позволяют получать биотопливо в трех видах: твердом, жидком и газообразном. Твердое горючее мы встречаем в жизни наиболее часто в виде пеллет и различных брикетов, получаемых методом прессования. Жидкое топливо – биодизель – в странах постсоветского пространства пока еще редкость, это обусловлено наличием большого количества ископаемых углеводородов по приемлемой цене. В то время как получать жидкое биотопливо из растительного масла достаточно дорого и технологически сложно.

Производство горючего биогаза гораздо проще и дешевле, вследствие чего набирает все большую популярность. Владельцы животноводческих и птицеферм все чаще задумываются о приобретении биогазовой установки, ведь в их распоряжении имеется огромное количество помета и навоза, что как нельзя лучше подходят для этой цели.

Перечислять здесь все виды растительного сырья для переработки в топливо, его источники и технологию производства нет смысла. Нас интересуют только те виды биотоплива, которые можно успешно получать в домашних условиях, не вкладывая больших денежных средств. Вот они:

• биогаз, извлекаемый из продуктов жизнедеятельности домашних животных и птицы;
• брикеты из различных отходов растительного происхождения;
• древесный уголь.

Конечно, если очень постараться, то можно самостоятельно изготовить и пеллеты, и экодизель, и даже экобензин. Подобными вещами люди занимаются в качестве хобби, затрачивая на это годы своей жизни и зачастую немалые средства. Для широкого круга пользователей такие непростые технологии малодоступны, а потому рассматривать их мы не будем.

Использование

Биотопливо для каминов

Установка традиционных каминов требует наличия дымоходов. Зачастую, этого нельзя сделать в обычных квартирах. И тут на помощь приходят биокамины со специальным биотопливом для них. Биотопливо для каминов состоит смеси этанола с примесями. Перед розжигом, его заливают в специальный металлический блок и зажигают специальной длинной спичкой.

При сгорании, оно выделяет углекислый газ в безопасном количестве и воду, что способствует увлажнению воздуха в помещении и не является опасным для человека. Однако, следует соблюдать определенную технику безопасности, чтобы использование биокаминов и биотоплива было безопасно.

А именно:

1. Нельзя добавлять биотопливо в пламя, это приведет к пожару. Его следует добавлять только в остывшую горелку.
2. Разжигать камин стоит только специальной зажигалкой или длинной спичкой.
3. Для хранения биотоплива следует использовать упаковку производителя и не переливать в другую тару.
4. Если жидкость для биокаминов пролилась, то необходимо тщательно вытереть пол и проветрить помещение и лишь после этого приступить к розжигу камина.

Во время горения биотоплива для каминов, вы можете наслаждаться видом красивых и ровных язычков пламени, которое внешне не отличается от пламени горящих дров.

Биотопливо для каминов может выпускаться в виде геля. В составе этого геля присутствует морская соль, которая придает звук горению — потрескивание, характерное горению поленьев.

Главные особенности биотоплива:

1. При сгорании, биотопливо выделяет очень малое количество сажи.
2. Пламя в биокамине имеет оранжевого оттенка, поэтому в биотопливо добавляют специальные присадки, которые придают оранжевую естественность пламени.
3. Биотопливо можно и лучше применять в керосиновой лампе, так как он не выделяет копоти и запаха, характерного сгоранию керосина.

Биотопливо для каминов бывает 3 основных видов:

1. Биодизель (получено из различных масел либо отходов переработки пищевой промышленности).
2. Биоэтанол ( как правило, применяется для биокаминов в виде бесцветной жидкости без запаха).
3. Биогаз (газ полученный из прошедших специальную обработку отходов мусора).

При выборе биотоплива для каминов, следует помнить, что биотопливо должно иметь сертификаты качества научно-исследовательских учреждений.

Биотопливо для парников

Конский навоз способен быстро разгорается до 60 градусов, затем остыть до 33–38 градусов и поддерживать столь высокую температуру в течение 2,5–3 месяцев.

Отопление теплицы газом в условиях мирового кризиса является делом дорогостоящим. Именно поэтому, люди все чаще обращаются к возобновляемым источникам энергии.

Одним из самых лучших видов биотоплива для теплицы является конский навоз.

У навоза крупного рогатого скота температура нагрева меньше, в связи с большей плотностью и влажностью. Поэтому, для ускорения разогрева, в него добавляют опилки, сухой лист и прочие материалы, увеличивающие рыхлость навоза.

Растительными видами биотоплива для теплиц считаются:

1. Солома. Для получения биотоплива, солому смешивают с минерально-азотным комплексом удобрений. Однако, она обладает способностью лишь краткосрочного обогрева.
2. Опилки. Этот вид биотоплива мало распространен в качестве биотоплива для теплиц, так как при контактировании с водой они выделяют формальдегиды, которые отравляют водные источники.
3. Кора.
4. Листья деревьев. Как правило, листья деревьев смешивают с навозом, соломой, травой. Чтобы биотопливо из листьев разогрелось, в него необходимо добавить азотный комплекс удобрений.
5. Трава.
6. Льняная костра.
7. Отходы хлопчатобумажной промышленности.

Для получения качественного биотоплива для парника, необходимо смешивать конский навоз с соломой или с коровьим навозом в пропорции 50/50, конский навоз с пищевыми отходами или корой или опилками в соотношении 70/30 или же коровий навоз с опилками или древесным листом в таком же соотношении 70/30.

Внимание! Мощность обогрева биотоплива мала, поэтому этот вид топлива не подходит для обогрева больших парников, где свободно может ходить человек, его лучше использовать в качестве подогрева заглубленных парников.

Биотопливо для автомобилей

Альтернативным видом топлива для автомобилей является биотопливо.

Существуют следующие виды биотоплива для автомобилей:

• биоэтанол;
• биометанол;
• биобутанол;
• биодизель;

В некоторых странах уже началось использование биотоплива, смешенного с бензином.

Самым популярным видом биотоплива, которое используется у автомобилей, является этанол. Этот вид газа получается путем переработки продуктов, содержащих много сахара или крахмала, таких как сахарный тростник, кукуруза, картофель, сахарная свекла или ячмень, и смешивается с бензином в соотношении 10%э танола к 90% бензина.

Следующим по популярности, является биодизель. Он получается путем переработки растений в составе которых есть много масла (соя, рапс или подсолнух). Получение этого вида топлива более затратно.

Для этого необходимо вырастить растения, потом собрать и переработать в качественный продукт и в короткие сроки реализовать, так как биодизель годен в течение 3 месяцев, а затем он начнет разлагаться. Все это требует больших материальных затрат. В повседневной жизни, биодизель применяется в разведенном виде с бензином.

Использование биотоплива в топливной системе автомобиля, способствует поддержанию системы автомобиля в чистоте, так как при сгорании этанол растворяет гарь, а это, в свою очередь, увеличивает расход топлива автомобиля примерно на 6%.

Биотопливо своими руками: особенности производства, плюсы и минусы самостоятельного изготовления

Интересуетесь информацией, как сделать биотопливо своими руками и на сколько это возможно? Тогда читайте ниже о том, что такое биотопливо, из какого сырья его можно получить, и какие для этого используются технологии.

Вопросы обеспечения своего личного домашнего хозяйства необходимыми для его функционирования энергетическими ресурсами – это проблема, которая в той или иной степени остроты встаёт перед любым собственником. Нередко сложности заключаются даже в невозможности подвести соответствующие коммуникации, например, в отсутствии газораспределительных сетей в районе проживания. Но все ж, если рассматривать все в комплексе, то основные проблемы – это высокие тарифы на энергоносители, которые нередко ставят под вопрос рентабельность приусадебного хозяйства. К сожалению, даже падение цен на основные источники энергии на мировом рынке никоим образом не отражаются на конечном потребителе – тарифы остаются на прежнем уровне и даже имеют тенденцию к росту.

Биотопливо своими руками

Естественно, в такой ситуации все больше хозяев начинает задумываться о возможностях использования альтернативных источников энергии. В частности, много разговором сейчас идёт про биотопливо – высококалорийные энергоносители (жидкие, твердые или газообразные), которые получают путем переработки сырья, нередко в буквальном смысле слова «валяющегося под ногами». В частности, многих интересует вопрос, насколько реально изготовить такое биотопливо своими руками, в условиях небольшого частного хозяйства.

Мнений по этому поводу немало, вплоть до таких, что наладить подобное мини-производство – буквально «пара пустяков». Можно ли верить столь оптимистическим заверениям? Скорее всего, нет – любое биотопливо потребует и специального, часто – весьма дорогостоящего оборудования, и необходимых знаний, и навыков, и постоянного источника сырья. Давайте разбираться подробнее…

Что такое биотопливо и из чего оно получается?

Практически все добываемые на планете энергоносители являются продуктом многолетней естественной переработки органики. Сложные биохимические процессы, происходившие в наслоениях отживших растений и в останках животных, под влиянием внешних факторов (температуры, давления) с течением времени приводили к образованию залежей угля, нефтеносных пластов, к скоплению горючих газов в толще грунтов. Именно эти природные ископаемые и являются по сей день основными энергоносителями, используемыми человеком.

Добыча энергоносителей часто проводится в самых экстремальных условиях

Проблема в том, что все эти ресурсы — небезграничные, и их количество год от года уменьшается. Восстановления их практически не происходит (на это требуются многие миллионы лет). Все они, в подавляющем большинстве, залегают на больших глубинах, часто в труднодоступных местах (в арктических областях или на морских шельфах), их добыча требует применения сложных технологий, а плюс к этому немалую сложность представляют еще и вопросы транспортировки.

Одним словом, подобные проблемы, очевидно, будут лишь нарастать со временем, и человечеству ничего не остается, как рассматривать возможности альтернативных источников энергии. В качестве одного из наиболее перспективных направлений в настоящее время рассматривают биоэнергетику.

В самом деле, законы биохимии не меняются, органика – возобновляемый вид сырья, так почему бы искусственно, в короткие сроки, не провести те самые процессы получения энергоносителей? Мало того, в качестве сырья можно использовать ведь не только специально выращиваемые культуры, но и разнообразные биологические и технологические отходы, попутно решая вопрос их утилизации.

Сырье для производства биотоплива часто буквально валяется под ногами

В таблице ниже схематично представлены основные направления в производстве и попутном использовании биологического топлива. Надо сказать, что подобные подходы могут применяться как в больших масштабах, так и в достаточно изолированных, автономных системах, например, средних или малых сельскохозяйственных комплексах.

Некоторые страны с развитой агротехнической инфраструктурой возводят производство биотопливо в ранг глобальных национальных программ. Яркий пример – Бразилия, где внедрение технологий производства альтернативных видов топлива идет «семимильными шагами», и вполне вероятно, что это страна вскорости сможет претендовать на звание одного из крупнейших поставщиков подобных энергоносителей.

В Бразилии и многих других странах колонки с биотопливом уже никого не удивляют

Однако, вернемся в «родные края». В наших условиях тоже вполне возможно производить практически любые виды биологического топлива, используя при этом или специально выращиваемое для этих целей сырье, или же применяя технологии переработки отходов сельскохозяйственного, пищевого производства, лесозаготовок или деревообрабатывающей промышленности. В частности, можно рассмотреть процесс создания жидкого биотоплива (биодизель) и твердого (топливные пеллеты).

Цены на топливные блоки и биотопливо для биокаминов

Топливные блоки и биотопливо для биокаминов

Производство биодизеля

Достоинства биодизеля и основы его производства

Можно ли дизельное топливо — солярку, продукт, полученные путем ректификации, то есть прямой перегонки нефти, получить из растительного сырья? Оказывается, вполне, так как по молекулярной структуре растительные и животные масла весьма схожи с классическим дизтопливом.

Это, по сути, те же «длинные» углеводородные молекулы, но только не в свободном линейном состоянии, а связанные в «триады» поперечным каркасом из жирных кислот – глицерина. Значит, чтобы из масла выделить именно энергетическую сгораемую составляющую, нужно очистить его от глицерина. В этом то и состоит технологический процесс получения биодизеля.

Биодизель из разных сортов масла

В итоге должна получиться желтая (с возможным оттеночным разнообразием) жидкость, не имеющая того специфического запаха, который свойственен привычной солярке. Тем не менее, это готовое топливо, которое можно применять как в чистом виде, так и в качестве присадки к «классическому» дизтопливу. Интересно, что обычные дизельные двигатели не нуждаются ни в какой доработке при переходе даже на чистый биодизель.

(Чаще все же, из-за высокой температуры порога замерзания, биодизель применяют в смеси с обычной соляркой, и получаемое топливо обычно обозначается буквенным символом «В» с числом, которое показывает процентное соотношение биологической составляющей топлива от общего объема. Например, наиболее распространенное топливо «В20» — 20% биодизеля и 80 % солярки).

Вместе с тем, такое биологическое топливо, не отставая по своей калорийности, даже во многом отличается от продукта нефтепереработки в лучшую сторону:

• Такое топливо обладает выраженные смазывающим эффектом, что существенно продлевает жизнь деталям дизельного двигателя.
• В таком топливе практически не содержится серы, которая и окисляет моторное масло, быстро выводя его из состояния пригодности, и «съедает» резиновые уплотнители, и просто чрезвычайно вредна для окружающей среды, куда попадает в результате выхлопа.
• Точка воспламенения биодизеля – значительно выше, чем у обычной солярки (около 150 °С). А это означает, что биологическое топливо намного безопаснее и в хранении, и в транспортировке, и в использовании. Токсичность такого топлива — намного ниже, чем полученного от нефтеперегонки.
• Одним из базовых показателей дизельного топлива является «цетановое число», показывающее способность горячего к воспламенению при компрессии. Чем оно выше, тем качественнее топливо, тем плавнее работает двигатель и меньше изнашиваются его детали. Если для обычного дизтоплива этот показатель начинается от 40 – 42, то для биодизеля цетановое число ниже 51 и не встречается (кстати, по европейским стандартам качества цетановое число в любом дизтопливе, применяемом на территории Евросоюза, должно быть доведено не ниже, чем до 51).

К недостаткам биодизеля можно отнести более высокую температуру начала кристаллизации (обычно такое топливо требует предварительного разогрева) и сравнительно небольшой срок возможного хранения готового продукта (обычно – до 3 месяцев).

В качестве сырья для производства в промышленных масштабах технического растительного масла, а затем – биодизеля, используются высокоурожайные маслосодержащие культуры – например, подсолнечник, соя, кукуруза.

Продукты для производства технических растительных масел — сырья для выработки биодизеля

Особое внимание у аграриев в последнее время стал завоевать рапс, из-за своей чрезвычайно высокой урожайности, неприхотливости, а кроме того, он из всех перечисленных культур в гораздо меньшей степени истощает почву.

Одна из наиболее перспективных технических культур — рапс

Однако, тенденции развития производства биодизеля таковы, что считается нецелесообразным занимать под него ценные посевные площади, которые могут быть больше востребованы в продовольственных целях. Наиболее перспективным направлением становятся фермы по выращиванию зеленых водорослей особых пород, которые чрезвычайно быстро растут и дают отменный по энергетическому содержанию билогический материал.

От зеленых водорослей — к полноценному топливу

При создании определенных условий для роста и жизнедеятельности водорослей в искусственных водоемах (биореакторах), они активно накапливают растительные жиры и сахара, которые затем в процессе переработки становятся исходным продуктом для получения горючего углеводорода. По большому счету, высоким по цене является только само по себе оборудование, а водорослям для активного роста нужны лишь вода, солнечный свет и углекислый газ.

Так будут выглядеть заводы по производству биодизеля из зеленых водорослей

Применяют для производства биодизеля и другие масла – пальмовое, кокосовое, а также животные жиры, как правило – в виде отходов перерабатывающей или пищевой промышленности.

В чем же заключается процесс «отрыва» углеводородной цепочки от ненужной глицериновой основы? Нужно просто заменить это плотное связующее другим, более химически активным и летучим. В качестве такого реагента оптимально подходит метиловый спирт (метанол). Он сам по себе является высокогорючим веществом и даже в ряде случаев может применяться в качестве совершенно отдельного вида топлива, поэтому никак не понизит свойств биодизеля.

Химический процесс вытеснения глицериновой составляющей (в научной литературе эта процедура называется перэтерификацией) должен пойти и сам по себе, но он не является необратимым – вещество может переходить как в необходимое состояние, так и вновь в исходное. Для того чтобы избежать подобной нестабильности и чтобы ускорить процесс применяется катализатор. В его качестве чаще всего используют щелочи (NaOH или КОН). Для максимальной равномерности обменного процесса обрабатываемую смесь подвергают постоянному перемешиванию и подогреву до температуры порядка 50 градусов.

Обычно, в зависимости от объемов и качества исходных продуктов, процесс может идти от 1 до 10 часов. В итоге смесь должна дать выраженное расслоение. В верхней части реактора (сосуда, где происходил процесс) остаётся легкая фракция – собственно, сам биодизель. В нижней – выраженная плотная масса – глицериновая составляющая.

Расслоение состава после перэтерификации

Теперь осталось отделить биодизель, подвернуть его очистке от излишков метанола и от остатков катализатора. Оставшуюся глицериновую фракцию также подвергают процессу очистки, так как сам по себе глицерин является весьма ценным продуктом с широкой сферой применения.

Мнение эксперта: Масальский А.В.

Редактор категории «строительство» на портале Stroyday.ru. Специалист по инженерным системам и водоотведению.

Оптимальной дозировкой компонентов считается такая: для переработки тонны растительного масла потребуется 111 кг метилового спирта и порядка 12 кг катализатора – гидроксида натрия или калия. При соблюдении технологии процесса на выходе должно получиться примерно 970 кг (или 1110 литров) готового очищенного биодизеля и 153 килограмма глицерина.

Можно, конечно, расписать сложную химическую формулу, но она вряд ли что скажет полезного читателю. Лучше привести наглядную блок-схему производственного процесса, чтобы стало понятно, насколько непросто качественно провести все операции.

Блок-схема стандартного производственного процесса по выпуску биодизеля

Растительное масло или отжимается на месте, или поступает в готовом виде, или же применяются жировые отходы пищевого производства. После процесса очистки – поступает в переэтерификационные реакторы. Туда же, по своему каналу, поступает подготовленная смесь катализатора и реагента – метанола. Далее, следуют технологические циклы разделения фракций и их многоступенчатой очистки. В итоге биодизель и очищенный глицерин поступают как конечный продукт на склад, а извлеченные излишки метанола возвращаются для повторного использования.

А можно ли производить самостоятельно?

Казалось бы, все просто и понятно, но это в продуманной технологической линии. А вот можно ли изготовить биодизель самостоятельно?

1. Во-первых, нужно сразу четко осознать, что этот организация такого мини-производства будет лишь в том случае оправдана, если существует надежный и практически неиссякаемый источник сырья – растительных или животных жиров нужной степени очистки. Например, если есть возможность на пищевых предприятиях или в учреждениях общественного питания за очень невысокую сумму скупать остатки использованного масла. Производить масло самостоятельно выращивая для этого соответствующие культуры или приобретая семена для отжима – в масштабах личного хозяйства такая перспектива даже не должна рассматриваться, так как дело буде заведомо убыточным.

2. Следующий важный аспект – немалые сложности работы с химическими компонентами.

• Щелочные составы — очень гигроскопичны, моментально впитывают влагу, то есть их хранение становится немалой проблемой. Это еще и с учетом того, что гидроксиды натрия и калия, — чрезвычайно «агрессивные» вещества, и легко вступают в реакцию с большинством металлов. Стало быть, хранить их можно будет только в нержавеющей или стеклянной посуде, или полипропиленовой таре.
• Немало проблем создаст и метанол. Прежде всего нужно постоянно помнить о его высочайшей токсичности – отравление таким спиртом нередко заканчивается летальным исходом. (Особое внимание, если в доме есть люди с пристрастием к спиртному – метанол по виду и запаху мало отличается от этилового, «винного» спирта). Все работы с метанолом должны проводиться с обязательной защитой органов дыхания, глаз, кожи, слизистых.

Конечно, реакцию можно провести и с более безопасным этиловым спиртом, но в итоге горючее получается более плотное и вязкое, его качество для заправки двигателей – существенно ниже.

• Кустарным способом, «на глаз», очень непросто соблюсти правильную дозировку исходных компонентов и определить их качество.

— Обычно исходят из того, что указанного выше соотношения метанола и масла для нормального протекания реакции может оказаться недостаточным – во многом это зависит от биохимического состава приобретенного сырья. Поэтому метанол всегда добавляется в избыточном количестве, примерно 1 : 4 в объемном соотношении к маслу. Точнее вычислить без лабораторных исследований, увы, невозможно.

— Ранее не зря упоминалось, что сырье должно быть определенной степени «чистоты» — если применять наобум любые полученные жировые или масляные отходы, можно не только не получить нужного биодизеля на выходе, но и серьезно «запороть» оборудование. Например, если в масле содержится слишком много воды, то она попросту разрушит катализатор, процесс выйдет из-под контроля, и в реакторе вместо ожидаемого биодизеля начнет образовываться мыло (так называемая сапонификация). Мало того, если при этом применялся NаОН, то, скорее всего, можно будет «поймать глоп» — мыло быстро густеет и заполняет собой весь объем реактора, полностью поглощая собой непрореагировавшее масло.

На предприятиях для удаления излишков воды применяют специальные осушающие агенты, которые затем, после обработки, выводятся с помощью фильтрации. Удалить воду в домашних условиях можно, конечно, обычным предварительным нагревом масла до 110 ÷ 120 градусов – вода должна при этом выпариться и улетучиться. Однако, нагревание масла нередко приводит и к другой «неприятности» – к повышению концентрации свободных жирных кислот. Об этом – следующий пункт.

— Второе уязвимое место исходного сырья – это концентрация свободных жирных кислот (FFА) – есть определенные технологические ограничения на их содержание. Такой недостаток – повышенная концентрация FFA, обычно свойственен отходам пищевого производства, то есть маслам, подвергнутым уже тепловой обработке, так как сами по себе эти кислоты – продукт термического разложения масел. При реакции с катализатором FFA переходят в воду и мыло, об опасности которых уже упоминалось выше. На технологических линиях этот вопрос решается проведением анализов поступающего сырья и выработки соответствующей рецептуры по оптимальному процентному содержанию катализатора.

Итак, масло для переработки должно содержать минимальное количество воды и FFA. Но в домашних условиях провести необходимое лабораторное исследование – вряд ли представляется возможным. То есть, производитель весьма сильно рискует и качеством продукции, и сохранностью собственного оборудования.

3. Третий «блок проблем» – необходимое для процесса оборудование. Хотя в сети встречаются описания и фотографии самостоятельно изготовленных «линий» по производству биодизеля, назвать их удачными, удобными и т.п. – не получается.

К сожалению, кустарные аппараты еще очень далеки от совершенства

Можно отдать дань уважения авторам за оригинальность, за использование самых неожиданных деталей и узлов, например, старых стиральных машин или холодильников, за интересные решения проблем разделения и очистки конечного продукта, но все же претендовать на какую-то «прорывную» модель установки, рекомендованную к самостоятельному изготовлению, нельзя.

Видео — Пример самодельной установки для получения биодизеля

Одним из самых сложных и трудоемких процессов является отделение глицеринсодержащей фракции от биодизеля, а затем – проведение очистки горючего от остатков мыла, щелочной составляющей, излишков метанола. Кстати, метанол – очень недешевое сырье, и просто выпаривать его в атмосферу — крайне нерентабельно. Значит, при его повышенной летучести, необходимы специальные очистные герметичные камеры, позволяющие без потерь провести процесс перегонки.

Мыльную составляющую отделяют путем отстаивания, водной промывки с последующей фильтрацией и выпариванием излишков. Для удаления щелочей используют подкисленные составы (например, уксусной кислоты).

Некоторые домашние мастера предпочитают установку специальной аэрационной колонны, в которой биодизель проходит отстаивание и с помощью искусственно созданных компрессором воздушных пузырьков очищается от химических примесей. Подобный пример приведен в продолжении видеосюжета:

Видео — Как сделать биодизель

Одним словом, говорить о высокой (или хотя бы какой-нибудь) рентабельности подобного кустарного производства – вряд ли приходится. Производительность подобных установок – невысока, невозможно организовать непрерывный цикл, самодельная аппаратура требует практически постоянного контроля со стороны человека. Да и качество получаемого биодизеля проконтролировать сложно. То есть, для нужд личного хозяйства, для заправки собственной машины (на свой страх и риск) это применить можно, но не станет ли подобное топливо дороже обычной солярки?

А если рассматривать организацию производства биотоплива, как собственное дело, то в этом случае не обойтись без приобретения специальных технологических установок.

Вниманию заинтересованных людей представлено немало моделей мини-линий по производству биодизеля

Если задаться целью, то будет не так сложно подобрать необходимый производственный мини-комплекс, оптимально подходящий к имеющейся в распоряжении площади. На интернет-площадках представлено немало подобных технологических установок, различающихся по потребляемой мощности, производительности, степени автоматизации, количеству необходимых для обслуживания операторов, и, конечно, по стоимости оборудования. Производство линий по выработке биодизеля освоили и отечественные, и европейские компании.

Видео: автоматизированная модульная линия по выпуску биодизеля

Твердое биотопливо — пеллеты

В последнее время очень много ходит различных слухов или даже своеобразных «легенд» о том, что одним из наиболее перспективных и высокорентабельных видов малого бизнеса может стать производство топливных пеллет – особого вида биологического топлива. Давайте внимательнее глянем на достоинства твердого гранулированного топлива и на процесс его получения.

Для чего и как производят топливные пеллеты

Лесозаготовки, деревообрабатывающие предприятия, сельскохозяйственные комплексы, некоторые другие производственные линии обязательно выдают, помимо основной продукции, очень большое количество древесных или иных растительных отходов, которые, казалось бы, уже не имеют никакой практической ценности. Еще не так давно они попросту сжигались, выбрасывая дым в атмосферу, или даже бесхозяйственно разлагались огромными «терриконами». Но ведь в них заложен огромный энергетический потенциал! Если эти отходы привести в состояние, удобное для использования в виде топлива, то, наряду с решением проблемы утилизации, можно ещё и прибыль получить! Именно на этих принципах и базируется производство твердого биотоплива – пеллет.

Пеллеты чрезвычайно удобны в хранении, транспортировке, использовании

По сути – это спрессованные гранулы цилиндрической формы, имеющие диаметр от 4 ÷ 5 и до 9 ÷ 10 мм, и длину примерно 15 ÷ 50 мм. Такая форма выпуска очень удобна – гранулы легко фасуются в мешки, их несложно транспортировать, они отлично подходят для автоматической подачи топлива в твёрдотопливные котлы, например, с помощью шнекового загрузчика.

Котлы на пеллетах имеют возможность автоматической подачи топлива из бункера

Пеллеты прессуются и из отходов натуральной древесины, и из коры, веток, хвои, сухих листьев и других побочных продуктов лесозаготовок. Получают их из соломы, лузги, жмыха, а в некоторых случаях сырьем служит даже куриный помет. На производстве пеллет пускают торф – именно в такой форме у него достигается максимальная теплоотдача при сгорании.

Производить пеллеты можно из самых разных материалов

Безусловно, разное сырье дает и различные характеристики получаемых пеллет – по их энергоотдаче, зольности (количеству остающегося несгораемого компонента), влажности, плотности, цене. Чем выше качество, тем меньше хлопот с отопительными приборами, тем выше КПД системы отопления.

Некоторые пеллеты можно использовать не только в виде топлива, но и как удобрение или состав для мульчирования почвы. Тем не менее основное их предназначение, безусловно – топливо для котлов, и здесь у них немало выраженных преимуществ перед другими видами твердого топлива. Так, например, это абсолютно чистый вид топлива с точки зрения экологии. В процессе производства пеллет не используется никаких химических добавок или формовочных смесей.

Виды пеллет и описание

Мнение эксперта: Масальский А.В.

Редактор категории «строительство» на портале Stroyday.ru. Специалист по инженерным системам и водоотведению.

По своей удельной калорийности (в объемном отношении) пеллеты оставляют позади все виды дров и угля. Хранение же такого топлива не требует больших площадей или создания каких-либо особых условий. В спрессованной древесине, в отличие от опилок, никогда не начинается процессов гниения или прения, так что риска самовоспламенения такого биотоплива нет.

Теперь – к вопросу производства пеллет. По сути, весь цикл просто и понятно изображен на схеме (показано сельскохозяйственное сырье, но в равной мере это относится и к любым древесным отходам):

«Краткий курс» по производству пеллет

В первую очередь отходы проходят стадию дробления (обычно до размеров щепы до 50 мм длиной и 2 ÷ 3 мм толщиной). Затем следует процедура сушки – необходимо, чтобы остаточная влажность не превышала 12%. Если есть необходимость, то щепу дробят в еще более мелкую фракцию, доводя ее состояние почти до уровня древесной муки. Оптимальным считается, если размер частиц, поступающих на линию прессования пеллет, будет в пределах 4 мм.

Прежде чем сырье попадет в грануляторы, его слегка пропаривают или кратковременно погружают в воду. И, наконец, на линии прессовки пеллет эта «древесная мука» продавливается через калибровочные отверстия специальной матрицы, имеющие конусную форму. Такая конфигурация каналов способствует максимальному сжатию измельченной древесины с, естественно, резким ее нагревом. При этом имеющееся в любой целлюлозосодержащей структуре вещество лигнин надежно «склеивает» все мельчайшие частицы, создавая очень плотную и прочную гранулу.

Формирование пеллет в цилиндрической матрице

На выходе из матрицы полученные «колбаски» срезаются специальным ножом, что дает цилиндрические гранулы нужной длины. Они поступают в бункер, а оттуда – в приемник готовых пеллет. По сути, осталось только охладить готовые гранулы и расфасовать по мешкам.

Схема работы аппарата с плоской матрицей

Матрицы могут быть цилиндрическими или плоскими. Первые — более производительные, используются в основном в мощных промышленных установках. На небольших грануляторах, которые чаще используются в индивидуальном хозяйстве, обычно устанавливаются плоские.

Видео: небольшое производство по переработке древесных отходов в пеллеты

А как быть «частному собственнику»?

Итак, все, казалось бы, просто. Но эта «простота» — для налаженного производства, а стоит ли затевать такой процесс самому?

1. Прежде всего, нужно очень внимательно «осмотреться» с точки зрения источника сырья для частного производства.

• Если поблизости есть какой-либо деревообрабатывающий комбинат (крупная мастерская), и там по «смешным» ценам или даже бесплатно, в порядке самовывоза, можно на постоянной основе получать готовые опилки – то стоит попробовать. Скорее всего, все первоначальные затраты будут вскорости оправданы – появится возможность не только полностью обеспечить себя гранулированным биотопливом, но и реализовать излишки.

Если удалось найти такого поставщика — то дело пойдет!
Вполне понятно, что весьма выгодным будет наличие пеллетной линии, если хозяин сам занимается вопросами деревообработки, и опилки в хозяйстве, как говорится, «не переводятся».

• Хуже, если доступны только крупные отходы древесины – в этом случае придётся продумывать вопрос ее дробления, а это уже лишние расходы и на оборудование, и на электроэнергию.
• Если же расчет строится из волюнтаристских предположениях – «что найду, то и переработаю», то, скорее всего, ничего путного не получится. Оборудование для гранулирования стоит недешево, и вряд ли когда-нибудь себя при таком подходе оправдает.

При оценке возможностей получения сырья нужно оценивать и породу древесины. Вряд ли стоит связываться с тополем или ивой – мало того, что и сама древесина низкокалорийная, она еще и плохо спекается в гранулы из-за низкого содержания лигнина. Не слишком удачным выбором станет и липа. А вот опилки от хвойных пород по причине повышенного содержания смол подходят все без исключения.

2. Следующий важный вопрос – это проблема оборудования.

Собственно, особых проблем-то с этим и нет – в продаже представлено немало установок различной мощности и производительности, отечественной, европейской или китайской сборки. Назвать их дешевыми – наверное, нельзя. Какие из них лучше или хуже – тоже судить сложно, лучше на эту тему покопаться в форумах интернета.

Аппарат по производству пеллет заводской сборки

Там же, на форумах, можно отыскать предложения мастеров, которые занимаются изготовлением грануляторов на заказ. У них есть наработанные схемы, собственные чертежи, опыт сборки и наладки установок. Возможно, что и по цене такой аппарат окажется намного привлекательнее, нежели заводской.

Видео: модель гранулятора с неподвижной плоской матрицей на 4 кВт

А вот насчет самостоятельного изготовления – вопрос весьма спорный. Прежде всего, готовых чертежей таких изделий добыть практически невозможно – разве, что скопировать с собранного аппарата. Мастера, которые освоили производства подобных установок, вряд ли будут делиться всеми нюансами конструкции и сборки.

Вторая сложность – подвижные и стационарные детали в грануляционной камере испытывают огромные нагрузки, и без соответствующих знаний сопромата и прикладной механики правильно рассчитать их — практически невозможно. Делать «на глаз» — не получится.

Главные детали гранулятора — матрица и дробящие ролики

Основные детали – матрицу и дробящие ролики, можно приобрести в готовом виде. Но исполнить сам корпус, смонтировать его на станине, установить электропривод, продумать систему передач с нужным передаточным числом, точно подогнать все детали и узлы – здесь нужны незаурядные способности слесаря, механика, фрезеровщика, токаря…

Конечно, если есть полная уверенность в своих силах, то можно попробовать – в интернете встречаются примеры, в которых домашние мастера хвастают своими удачами. Мало того, некоторым даже удается уйти от обычных схем и изменить конструкцию, сделав ее проще, но без потери возможностей установки.

Возможно, предлагаемое ниже видео для кого-нибудь и станет отправной точкой в разработке и изготовлении собственного пеллетного гранулятора:

Видео: как устроен компактный аппарат для гранулирования пеллет

В завершение можно отметить следующее.

В масштабах одной публикации просто невозможно даже вкратце пройтись по всем современным методам изготовления биотоплива. Так, заслуживают отдельных статей вопросы выработки и использования биогаза из отходов животноводства, производства биоэтанола из растительного сырья. Если у читателя есть интересная информация по этим вопросам – мы будет рады опубликовать ее на нашем портале. Во всяком случае, эти темы тоже не останутся без рассмотрения.

Следите за обновлениями!

Почему лучше использовать биотопливо?

Биотопливо является альтернативным, возобновляемым источником энергии на земле.

Основные его достоинства следующие:

1. Ценовая доступность позволяет использовать этот вид топлива во всех сферах жизнедеятельности человека.
2. Возобновляемость. Одним из важных преимуществ над бензином является способность биотоплива возобновляться.
3. Биотопливо способствует замедлению глобальных изменений. Его использование уменьшает парниковый эффект (до 65%)
4. У стран-производителей биотоплива, уменьшается зависимость от импорта данного товара.
5. Превосходная заправка для автомобиля.

Преимущества биотоплива

Всем известно, что любое изобретение — это хорошо забытое старое. Так вот биотопливо — далеко не открытие нашего времени, так как его умели производить еще в Древнем Китае. В качестве исходного материала в то время использовали ботву растений, траву, различные отходы и навоз. Преимуществ у такого сырья очень много, так что стоит ознакомиться с основными из них.

Невысокая стоимость

На современном рынке биотопливо по стоимости равно бензину. Но оно более чистое и производит минимум вредных выбросов. При использовании такого топлива можно существенно снизить затраты на техническое обслуживание тех агрегатов, где оно используется.

Возобновляемые источники

Ферментация навоза в устройстве

Как известно, бензин получают из нефти, которая относится к невозобновляемым ресурсам. И, несмотря на то, что запасов нефти хватит еще не на одно десятилетие или даже столетие, она в итоге рано или поздно закончится. В свою очередь, биотопливо изготавливается из такого сырья, как:

• навоз;
• отходы культурных и диких растений;
• сами растения в виде сои, рапса, кукурузы или тростника;
• древесина и прочее.

Все они имеют свойство постоянно возобновляться.

Сокращение выбросов

В период сжигания ископаемое топливо (каменный уголь, природный газ, торф) производит значительное количество углекислого газа, который ученые называют парниковым. Использование нефти и угля повышает температуру атмосферы, что является одной из причин так называемого глобального потепления. Чтобы значительно уменьшить парниковый эффект, следует использовать биотопливо.

Проведенные исследования показали, что биологическое топливо существенно снижает выбросы парниковых газов до 65%.

Как известно из школьного курса ботаники, при выращивании растений из атмосферы частично поглощается оксид углерода, и происходит выделение кислорода в атмосферу. Это делает применение биотоплива еще более привлекательным.