Тверде біопаливо є одним з напрямків вирішення енергетичної проблеми, що нависла над людством. Це цікавий і перспективний напрямок чекає свого розвитку. Для того, щоб зрозуміти, які ж перспективи дає людям використання твердого біопалива, давайте розглянемо цю тему докладніше.
Що таке біопаливо?
Почнемо з визначень. Отже, біопаливо - це, як нескладно здогадатися, паливо біологічного, тобто тваринного або рослинного походження. За великим рахунком, традиційні енергоресурси, такі як природний газ, кам'яне вугілля і нафту також є біопаливом - переробленими за мільйони років в глибині земних надр останками викопних рослин і тварин. Різниця, причому істотна полягає в восполнима ресурсів.
Для формування нафти, кам'яного вугілля або природного газу потрібно період часу, на порядки (тобто в десятки, сотні і тисячі разів) перевищує всю тривалість людської історії. Тому необхідно зробити важливе застереження: біопаливо - це паливо біологічного походження, що утворюється в ході життєвого циклу організму, або за який можна порівняти з ним період.
Крім того, біопаливо повинне мати достатню енергоефективністю для того, щоб служити енергоресурсом. Уважний читач запитає: хіба паливо не є енергоресурсом, так би мовити, за замовчуванням? Виявляється, немає. Для того, щоб вважатися енергоресурсом, паливо повинне в процесі використання виділяти більше енергії, ніж витрачено на його виробництво.
Як зворотний приклад можна згадати синтетичний бензин, який використовували нацистською Німеччиною під час Другої Світової війни для заправки літаків і танків з карбюраторними двигунами. Використання палива з малої енергоефективністю може вирішити певні завдання в короткочасному періоді, однак у довгостроковій перспективі його використання є тупиковим.
За пару сотень років активного використання людство вже встигло витратити енергоресурси, на накопичення яких були витрачені сотні і тисячі століть. Природно, таке витрачання природних запасів не може тривати нескінченно, постало питання про хоча б частковий перехід енергетики на восполнима паливо. У процесі пошуків шляхів вирішення енергетичної проблеми, погляди вчених звернулися в сторону біопалива.
види біопалива
Найпершим біопаливом, що використовувалися людьми (хоча люди навряд чи знали саме слово «біопаливо», коли тільки починали використовувати цей ресурс) були ... звичайні дрова.
Так, як не парадоксально звучить, але однією з нинішніх перспектив розвитку біоенергетики є повернення до самих витоків. Свого часу, від дров як масового виду палива відмовилися з двох причин:
- По-перше, енергетична цінність дров порівняно невелика. При звичайному спалюванні в горінні бере участь тільки частина маси дров, решта осідає у вигляді сажі. Це, крім іншого, робить необхідним періодичну чистку топки нагрівального приладу, що використовує дрова в якості палива. Перша причина відмови від дров багато в чому вирішується використанням принципу двоступеневого спалювання або піролізу.
В ході першого етапу, тверде біопаливо (дрова, тирса, пеллети та т.д.) спочатку піддаються термічному впливу з малим доступом кисню - піролізу. В ході піролізу паливо виділяє горючий газ. Другим етапом здійснюється звичайне спалювання газу при достатньому припливі кисню, зазвичай з примусовим нагнітанням.
Двоступеневий піроліз дозволяє спалювати паливо практично повністю, витягуючи з палива максимум енергії, що також вирішувало проблему чищення топки. А ось з другим пунктом все набагато складніше.
- По-друге, дрова володіють тривалим часом поповнення. Звичайно, на заповнення деревини не потрібно мільйонів років, але для динамічної сучасної енергетики 5-10 років, які потрібні для перетворення насіння у доросле дерево, все одно є неприпустимо тривалим терміном. Тому пошуки біопалива, придатного для промислового використання, довелося продовжити.
тварина біопаливо
Раз відповідним біопаливом нас не можуть забезпечити рослини (дерева), погляд енергетиків звернувся в сторону тварин. І знову ми маємо справу з поверненням до витоків: тверде біопаливо тваринного походження теж використовується з давніх часів. Знайомтеся, кізяк звичайний.
Кізяк - висохлий гній здавна використовувався в якості палива кочівниками. Мешкали в степах і пустелях кочові народу завжди відчували нестачу деревного палива - з куцого саксаулу, перекотиполя і верблюжої колючки серйозний вогнище не скласти. Зате чого у кочівників завжди було в надлишку, так це гною від незліченних стад, які кочівники гнали від пасовища до пасовища.
Буйволової кізяк багато століть був традиційним паливом будинків Індії. Сушильник кізяка був не менше колоритним і частим героєм індійських легенд, ніж європейський вугляр. А в безлісих провінціях Китаю кізяк для приготування їжі та обігріву сушили на південних стінах будинків.
Сучасне тваринництво виробляє гній в воістину промислових масштабах. Використання цього «вторсировини» в якості палива, крім іншого, вирішить питання його утилізації. Сучасні методи сушіння і обробки дозволяють отримувати з гною тверде біопаливо у вигляді зручних гранул або брикетів, геть позбавлених неприємного запаху. Таке паливо вже зараз використовується для топки твердопаливних котлів, а також печей і камінів.
Паливо з відходів
Гній - не єдиний вид відходів сільгоспвиробництва, який придатний до використання в якості палива. Сучасний агропром у величезних кількостях «виробляє» різноманітні рослинні відходи - лузга, солома, лушпиння тощо Після пресування і гранулювання таке паливо цілком може скласти конкуренцію дров і деревним гранулам.
Крім того, відходу сільгоспвиробництва можна використовувати не тільки безпосередньо. Бродіння, тобто перетворення цукру в спирт за допомогою виділених бактеріями ферментів, також відомо з глибокої давнини. Традиційно бродіння використовувалося при виробництві алкогольних напоїв, але ж спирт є відмінним паливом. Відходи сільського господарства якнайкраще підходять в якості «кормової бази» для бактерій, що перетворюють міститься в цих відходах цукор в горючий спирт.
Уже сьогодні одержуваний з відходів кукурудзи біоетанол є поширеним паливом в які не мають доступу до родовищ нафти країнах Південної Америки.
Біопаливо навряд чи зможе коли-небудь повністю замінити традиційні енергоносії, проте напевно послужить значною статтею економії енергоресурсів в світовому масштабі.