Производство биотоплива и его влияние на глобальную продовольственную безопасность. Биотопливо как инновационная перспектива российской энергетики

Ирина Медведкова и Татьяна Трудаева

Понятие «биотопливо» включает в себя три вида топлива, получаемого из биологического сырья: твердое топливо (древесина, отходы деревопереработки, щепа, лузга и т.п.); жидкое топливо, используемое в транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания (этанол, биодизель, метанол); газообразное топливо (синтезированные в ходе переработки биомассы газы). Однако, как правило, при обсуждении этого вопроса, особенно на Западе, под биотопливом традиционно понимают именно жидкое топливо. В настоящей статье также рассматривается именно этот вид топлив а.

Основными видами биотоплива являются биоэтанол и биодизель. Различают два поколения биотоплива. К биотопливу первого поколения (1G) относят биоэтанол, получаемый из традиционного пищевого сырья (сахарной свеклы, тростника, кукурузы, зерновых), биодизель, получаемый из пищевых растительных масел (рапса, пальмового масла и пр.), а также чистые растительные масла. Экономические, экологические и социальные последствия использования биотоплива первого поколения оказались в центре внимания широкой общественности, получили неоднозначную оценку в средствах массовой информации и явились предметом политических дебатов и кампаний гражданского общества.

Биотопливо второго поколения (2G) или «улучшенное биотопливо» получают уже по новым технологиям из непродовольственного биосырья, что позволяет в какой-то степени ослабить общественную обеспокоенность по поводу конверсии продовольствия в топливо, а также роста цен на продовольствие в мире. Сырьем здесь уже выступают отдельные виды специально выращиваемых энергетических растений, отходы деревопереработки и пищевые отходы. Конечный продукт (например, целлюлозный этанол) по своим физическим свойствам является таким же, как производимый по технологии первого поколения, однако продукт 2G считается более приемлемым с точки зрения устойчивого развития, так как обычно его производство предполагает сокращение выбросов парниковых газов и отказ от использования продовольственных культур в качестве сырья. Новым направлением развития биоэнергетики является использование в качестве исходного сырья водорослей. Энергетический выход переработки водорослевой биомассы превосходит любое другое непродовольственное сырье; выращивание водорослей не требует эксплуатации земельных угодий, что позволяет рассматривать водоросли как экологически устойчивое биосырье, не имеющее негативных последствий с точки зрения сохранения биоразнообразия и соответствующего принципам устойчивого развития землепользования. В ряде исследований биотопливо, получаемое из водорослей, называют даже биотопливом не второго, а третьего поколения.

За последние 15 лет производство «зеленого» топлива увеличилось в десятки раз, а его текущий объем превысил 60 млн тонн в год. Все регионы мира участвуют в производстве и потреблении биотоплива (см. график). Международные организации, независимые консультанты и ассоциации производителей биотоплива прогнозируют существенный рост производства и потребления биотоплива в мире к 2020 году. Предполагается, что к 2020 г. около 15% топлива для транспортных средств в мире будет производиться из биологического сырья.

По данным исследовательской компании RNCOS, на долю Бразилии и США приходится 87% мирового производства биотоплива, что в первую очередь обусловлено мощной государственной поддержкой. Эксперты организации ожидают дальнейший рост производства биотоплива в мире, прогнозируя ежегодный 6%-й рост производства биодизеля и 5%-й рост этанола в ближайшем десятилетии. Существенный рост потребления биотоплива ожидается в первую очередь в таких странах, как Индия и Китай. Эксперты ОЭСР и ФАО прогнозируют даже более высокие темпы роста производства биотоплива, ожидая удвоения объемов в ближайшие десять лет. Международная торговля биотопливом в следующем десятилетии преимущественно будет расти за счет экспорта этанола, в основном из Бразилии в США и ЕС. В отношении биодизеля, напротив, не стоит ожидать существенного роста международной торговли из-за активного использования странами технических барьеров, защитных мер, а также из-за увеличения национального производства биодизельного топлива странами-потребителями.

Биотопливо в США

Согласно федеральному Закону 2007 г. и национальному Стандарту по возобновляемым видам топлива, нефтеперегонные заводы в США обязаны применять при производстве бензина 50 млрд л биотоплива. По данным Минсельхоза США, прогнозируемый урожай кукурузы в 2013 г. составит 268 млн т, самый низкий показатель за последние 6 лет (ожидается, что цены превысят 320 долл. США за тонну). Примерно 112,5 млн т кукурузы, или 42% ожидаемого урожая, должно быть использовано для производства этанола. В стране нарастает оппозиция производству возобновляемого биотоплива из кукурузы. Конкуренция скотоводов с производителями этанола за поставки кукурузного зерна приводит к росту цен на зерно и снижению прибыльности производителей мяса. «Оптимизация» производства биотоплива под действием рыночных сил, по данным Министерства энергетики США, уже способствовала снижению объемов на 14% до 824 баррелей в день, что за год составляет 47,7 млрд литров. Однако, по подсчетам Федерального агентства по охране окружающей среды (EPA), отмена этаноловой составляющей в бензине снизит цены на кукурузу лишь на 1%, т.е. свидетельств «жестокого экономического вреда» от применения смешанного бензина не выявлено и оснований для отказа от его применения нет. Существующее законодательство предписывает довести ежегодное производство этанола к 2015 г. до 56,8 млрд л и к 2022 г. – до 136 млрд л; при этом основные перспективы связаны с биотопливом второго поколения.

Биотопливо в Европе

Согласно данным европейского Барометра по биотопливу за 2012 г., зафиксирован 3%-й рост потребления биотоплива в 2011 г. по сравнению с 2010 г., с 13,2 млн тонн нефтяного эквивалента до 13,6 млн тонн. В 2009 г. Европейская Комиссия приняла решение повысить к 2020 г. долю биотоплива для транспорта до 10%. Это должно было снизить зависимость от поставок нефти и газа и одновременно сократить выбросы углекислого газа в атмосферу. Однако обратной стороной медали оказалась проблема выведения сельскохозяйственных площадей из «пищевого» оборота, переработка пищевых масляничных культур на биотопливо. Евросоюз гарантировал высокие субсидии фермерам, которые вложили деньги в оборудование по переработке сельскохозяйственных пищевых культур «на месте». В конце 2012 г. ЕС принял Директиву, ограничивающую долю биотоплива первого поколения (с 10 до 5% к 2020 г.) и поощряющую разработку биотоплива второго поколения. После 2020 г. финансирование со стороны ЕС будет получать только биотопливо, способствующее экономии парниковых газов (должно выделяться минимум на 35% меньше парниковых газов, чем у ископаемого топлива) и производимое из непищевых растений и биомассы. Новая Директива ЕС по возобновляемой энергетике направлена на предотвращение прямого использования лесов, водно-болотных угодий и территорий с высокой ценностью для производства биотоплива.

Биотопливо в Китае

В настоящее время Китай является третьим по величине в мире производителем биотоплива (после США и Бразилии). Этанол, как правило, добавляют в объеме 10% к традиционному топливу. Этанол первоначально производился из зерна, но новые заводы теперь преимущественно используют маниок, сладкий картофель или сорго. Спрос на биодизель в Китае также растет, однако внутреннее производство значительно отстает в масштабе. Растет интерес к производству и использованию биотоплива второго поколения: потребление энергии из возобновляемых источников должно достигнуть 11,4% к 2015 году. Расширение производства биотоплива второго поколения позволит обеспечить рабочими местами до 3 млн человек. Как один из перспективных источников сырья для производства нового биотоплива в Китае рассматриваются водоросли. По оценкам экспертов, Китай может производить к 2020 г. до 12 млн т авиационного биотоплива в год (30% от общего объема потребления реактивного топлива в стране).

Биотопливо в России и Украине

Производство жидкого биотоплива в России пока развито достаточно слабо. Применение моторного жидкого топлива российским транспортом практически отсутствует. Однако достаточно перспективной для России выглядит возможность экспорта биотоплива и биосырья в Европу. Основным источником производства биоэтанола в стране (около 1,5 млрд л ежегодно) пока является пищевое сырье, а именно зерновые, при этом 80% этанола идет на изготовление алкогольных напитков. Перспективной с точки зрения выпуска транспортного топлива выглядит возможность использования в качестве сырья других крахмалосодержащих продуктов: мелассы (отходы сахарного производства), картофеля, сладкого сорго, клубней и зеленой массы топинамбура.

Производство биодизеля в стране началось в 2007 г. с выращивания рапса в промышленных масштабах и изготовления рапсового масла. Однако отсутствие единой программы развития биодизельного топлива в стране в некоторой степени компенсируется созданием отдельных региональных программ. Рассматривается возможность использования биомассы диких видов однолетней травы рыжик (лат. Camelina, Каспийский регион) для производства биодизеля второго поколения.

Украина имеет благоприятные условия для производства биотоплива из выращиваемого сельскохозяйственного сырья. По мнению экспертов, общий объем потенциально производимого «зеленого» дизеля и моторного этанола может достигать 500 тыс т ежегодно, что позволит обеспечить до 60% общей потребности страны в дизтопливе и до 10% в бензине. В Украине с 2013 г. предусмотрено поэтапное увеличение нормативной примеси биоэтанола в моторном бензине, в частности, в 2013-2015 гг. – 5%, а с 2016 г. – не менее 7%.

Потенциальное воздействие применения биотоплива

Рост рынка биотоплива способствует созданию новых рабочих мест и доходов по всей цепочке производства и распределения: от фермеров и биотехнологов до дистрибьютеров. Новые рабочие места, скорейшее восстановление экономик, рост производства, новые инвестиционные возможности – положительные эффекты, отмечаемые исследованиями по изучению потенциальных последствий развития индустрии биотоплива в мире. США ожидают в результате развития индустрии биотоплива к 2022 г. создания 800 тыс новых рабочих мест с общим экономическим эффектом в 148 700 млрд долл. США, что позволит за 12 лет (2010-2022 гг.) сэкономить 350 млрд долл. на сокращении импорта нефти.

Энергетическое партнерство между Европейским союзом и странами Африки открывает путь для сотрудничества по производству возобновляемых источников энергии, включая биотопливо. В ходе реализации совместных проектов предполагается проведение работ по агромелиорации засушливых районов в странах Африки. Развитие рынка биотоплива позволит странам Африки сократить зависимость от импорта минерального топлива и увеличить экспортные доходы. Нехватка продовольствия, засуха и социальная стабильность – вопросы, требующие решений во многих регионах Африки в ближайшей перспективе.

Общественные опасения, связанные с биотопливом

В настоящий момент существует ряд вызывающих тревогу международного сообщества проблем, сопутствующих развитию технологий производства биотоплива:

· изъятие из традиционного сельхозоборота земель под выращивание биотопливных монокультур, что способствует падению плодородия таких земель, сокращению производства пищевого растительного сырья в отдельных странах, росту цен на продовольствие на национальном и глобальном уровне;

· использование для производства биотоплива пищевого сырья (зерновых, кукурузы, сахарной свеклы и тростника, рапса), что может также привести к росту цен на продовольствие в мире и, как следствие, увеличению числа голодающих людей в беднейших странах.

Мировые эксперты однозначно выступают за использование в качестве исходного сырья биомассы второго поколения. Отдельное место занимают экологические проблемы: уничтожение лесных массивов под выращивание быстрорастущих энергетических растений и загрязнение атмосферы выхлопными газами в результате сгорания биотоплива.

Очевидна необходимость разработки и применения стандартов устойчивого развития в области производства и использования биотоплива. Такие стандарты должны охватывать процессы производства и переработки основных энергетических культур и действовать во всех странах-производителях; направлениями реализации этого подхода должны быть единые меры контроля и сертификации. Это позволит в определенной мере защитить уязвимые группы населения в развивающихся и наименее развитых странах, создать равные условия для глобальной торговли биотопливом, повысить социальную приемлемость биотоплива среди потребителей. Однако эти меры не должны препятствовать развитию передовых видов биотоплива, что отвечает интересам энергетической безопасности в мире.

Ирина Медведкова - к.т.н., доцент кафедры торговой политики НИУ ВШЭ
Татьяна Трудаева - к.э.н., доцент кафедры торговой политики НИУ ВШЭ

Аналитические материалы по теме торговля и устойчивое развитие доступны .
Подпишись на рассылку!

Биодизель - это многокомпонентное жидкое топливо, состоящее из метиловых или этиловых эфиров высших ненасыщенных и жирных кислот, получаемых в результате химической реакции, в основном путем этерификации растительных масел (рапсового, соевого, пальмового, подсолнечного, льняного и др.), а также путем переэтерификации жиров (животных и кормовых). В последнее время отрабатываются новые технологии производства биодизеля, такие как обработка растительного сырья генно-модифицированными микроорганизмами (в Калифорнийском университете совместно с компанией LSG, США, разработали генно-модифицированный штамм бактерии E. Coli, обладающий способностью превращать целлюлозу и гемицеллюлозы в биодизель), использование «отработанных» растительных масел, которые собирают в ресторанах и кафе, производство из сырья микробного происхождения и некоторые другие. К примеру, в связи с тем, что ресурсы растительных масел, получаемых из сельскохозяйственных культур, ограниченны, сегодня во всем мире проводятся широкие исследования в сфере использования разных - и имеющихся в природе, и вновь культивированных специальных видов водорослей как перспективного сырья для производства биодизеля.

Биодизель рассматривается в государствах ЕС как основное возобновляемое жидкое биотопливо. Объем его производства растет быстрыми темпами. Объем выпуска биодизеля в мире с 2002 года (1,2 млн т) достиг к 2010 году 18 млн т (в 2009 году - 14 млн т). Согласно прогнозам, при такой тенденции к 2020 году объем производства биодизеля в мире составит 100 млн т в год.

Лидером в изготовлении и использовании биодизеля в Европе является ФРГ - около 3 млн т в 2012 году (в основном из рапса) при технической возможности производства всех заводов 5 млн т в год. Второе место занимает Франция: около 2 млн т в год. Всего в Европе, по аналитическим данным ЕС на 2013 год, в эксплуатации находятся 256 заводов по производству биодизельного топлива. В ЕС с 2008 года, когда неурожай рапса привел к снижению производства биодизеля и, соответственно, росту его импорта, стала актуальной конкуренция европейских и заокеанских производителей этого вида топлива. Производители биодизеля из Аргентины и Индонезии за счет значительных государственных субсидий смогли поставлять его на европейские рынки по цене, которая ниже цены самого сырья (того же пальмового масла). Поэтому в 2012 году в некоторых европейских странах, в частности ФРГ, был принят ряд антидемпинговых законов и повышены импортные пошлины на ввоз биодизеля из этих стран.

В США биодизель получают в основном из соевого масла (оно составляет 30% всего сырья, используемого в мире для производства биодизеля, а рапсовое и пальмовое с незначительным количеством других масел делят остальные 70%). Биодизель в США используется на автотранспорте и как печное топливо. Доля жидкого биотоплива на рынке США составляет более 5%. В связи с тем, что технологии получения перечисленных выше масел высокозатратны, ведутся поиски более дешевых растений. Так, уже успешно начали использовать ятрофу (семейство молочайных), рыжик (семейство капустных).

В последние несколько лет производители биодизеля все больше внимания обращают на клещеви́ну (лат. Rнcinus ), растение семейства молочайных. Это масличное лекарственное и декоративное садовое растение. Из клещевины методом холодного прессования получают касторовое масло, среди растительных масел характеризующееся одним из самых высоких цетановых чисел.

Руководство бразильского агроконцерна Agrakonzern SLG поставило цель производить касторовое масло по новым технологиям себестоимостью $50 США за баррель (для сравнения: баррель соевого масла стоит $170).

Выход биодизеля из различных масличных культур составляет (л/га): из рапса - 1100, из подсолнечника - 690, из сои - 400. В Германии, например, для производства биодизеля используется в основном рапсовое масло. Рапс - неприхотливая культура, и его можно выращивать на выведенных из оборота землях. Он повышает биологическую активность и структуру почвы, очищает ее от азота. Биодизель в ФРГ дешевле обыкновенного дизельного топлива, несмотря на то, что существует налог на биодизельное топливо. Возделывание рапса субсидируется федеральным бюджетом.

Рассмотрим в общих чертах основную на сегодня технологию производства биодизеля методом этерификации растительных масел.

Любое растительное масло - это смесь триглицеридов (эфиров), соединенных с молекулой глицерина с трехатомным спиртом (C 3 H 8 O 3). Именно глицерин придает вязкость и плотность растительному маслу. Для получения биодизеля необходимо удалить глицерин, заместив его спиртом. Этот процесс (химическая реакция образования сложных эфиров при взаимодействии кислот и спиртов) называется этерификацией.

Исходное сырье (масло) подается в блок этерификации, куда одновременно поступают метанол (при соотношении с маслом от 1:4 до 1:20) и раствор катализатора (гидроксиды натрия или калия, либо метилат натрия, составляющие от 0,3 до 1,5% объема всего перерабатываемого сырья) для осуществления процесса этерификации. По окончании процесса в результате отстаивания смесь, полученная в блоке этерификации, разделяется на два слоя: верхний - смесь метиловых эфиров и метанола, нижний - глицерин (с небольшим количеством метанола). Верхний слой направляется в блок отгонки метанола, из которого метанол возвращается в блок этерификации, а оставшийся сырой продукт - метиловый эфир (биодизель) - поступает последовательно в блок промывки и сушильную камеру.

Процесс этерификации длится от 20 мин. до нескольких часов при рабочей температуре 65°С.

Получаемый из нижнего слоя путем отгонки метанола в блок этерификации побочный продукт - сырой глицерин - широко используется в фармацевтической и лакокрасочной промышленности. Кстати, глицерин можно также переработать в биотопливо - биоэтанол с выходом до 95%.

Применяются еще технологии этерификации без катализатора и при суперкритических режимах. В первом варианте вместо катализаторов в этерификационный реактор вводится специальный растворитель: тетрагидрофуран. За счет этого повышается растворимость компонентов в реакторе, снижается до 30°С температура процесса, сокращается до 10 мин. его продолжительность. Смесь четко разделяется на эфирный и глицериновый слой. Отпадает необходимость в промывке и сушке продукта.

Во втором варианте процесс этерификации проводится при высокой - до 400°С - температуре и давлении до 80 атм., что также позволяет обходиться без катализаторов и сокращает продолжительность процесса в реакторе до 5 мин.

У биодизеля (метилового эфира) теплотворная способность в среднем 37,6 МДж/кг и высокое цетановое число (51-58) в сравнении с нефтяным дизтопливом, у которого оно составляет 50-52. А чем выше цетановое число, тем лучше топливо. Биодизель можно использовать как в чистом виде, так и в качестве добавки к дизельному топливу.

Таблица 1. Сравнение основных показателей стандартов
биодизеля в ЕС и дизтоплива в РФ

Биодизель биологически безвреден. При попадании в воду он не причиняет вреда водной флоре и фауне. В воде или почве подвергается почти полному биологическому распаду (до 99% в течение месяца), поэтому при использовании биодизеля на речных и морских судах можно существенно минимизировать загрязнение водных ресурсов планеты. При сгорании биодизеля в атмосферу выбрасывается значительно меньше СО 2 , чем при сгорании обычных видов топлива. Кроме того, преимущества биодизеля перед ними очевидны ввиду низких характеристик продуктов сгорания: монооксида углерода, остаточных частиц, сажи и, что особенно важно, полициклических ароматических углеводородов (известных как канцерогенные вещества). Биодизель в сравнении с минеральным дизтопливом почти не содержит серы (10,0 мг/кг). Поэтому в некоторых государствах на биодизельное топливо переводят муниципальный транспорт, проводятся испытания по использованию биодизеля в качестве авиационного топлива.

У биодизеля хорошие смазочные характеристики. Известно, что дизтопливо при устранении из него сернистых соединений теряет смазочные способности. А вот биодизель, несмотря на малое содержание серы, характеризуется хорошими смазочными свойствами, что обуславливается его химическим составом и содержанием в нем кислорода. За счет этого свойства увеличивается срок службы двигателя: во время работы двигателя одновременно происходит смазка его подвижных частей и топливного насоса.

У биодизеля высокая температура вспышки (выше 100°С), что позволяет называть его более безопасным в сравнении с обычным дизтопливом.

Есть, конечно, у биодизеля и ряд недостатков. Прежде всего это низкая морозоустойчивость, поэтому в холодное время его необходимо прогревать или разбавлять обыкновенным дизтопливом. В неразведенном виде биодизель может повредить резиновые шланги и прокладки, поэтому часто требуется их замена изделиями из более стойких материалов. Биодизель не подлежит длительному хранению. В табл. 1 приведены основные показатели стандартов биодизеля в Европе и нефтяного дизтоплива в России.

Бионефть

Бионефть - это смесь жидких углеводородов и других органических веществ, получаемых из сырья растительного или биологического происхождения. Бионефть - условное название, так как содержание углеводородов в ней всего 5-10%, а остальное - спирты, лигнины, альдегиды и пр. Существуют следующие термические или термохимические способы производства бионефти из растительной биомассы: пиролиз, газификация, парокрекинг, гидрокрекинг.

В результате пиролиза (процесса разложения сырья при нагревании до 450-550°С при отсутствии кислорода) сырье превращается в уголь, а также жидкие и газообразные продукты. При этом жидкие продукты пиролиза могут быть использованы в качестве топлива, которое в последние годы получило название «бионефть», «биомазут» или «пиролизная жидкость». Для увеличения выхода бионефти (до 80% общего объема сухого сырья на входе) применяется так называемый быстрый пиролиз: процесс пиролиза длится несколько секунд при очень высокой температуре - до 1000°С. Теплота сгорания бионефти составляет 16-19 МДж/кг, что значительно ниже теплоты сгорания углеводородного топлива. В Финляндии в этом году финским энергетическим концерном Fortum впервые в мире будет построен завод по производству бионефти из древесной щепы методом пиролиза; производительность предприятия составит 50 тыс. т в год. Для производства бионефти потребуется ежегодно 600 тыс. м 3 древесины. Fortum известен в России по проекту строительства с нуля в г. Нягань (ХМАО - Югра) первой после развала СССР крупной электростанции (Няганской ГРЭС) общей мощностью 1260 МВт.

Бионефть и биоэтанол можно также получать из отходов сахарного производства - мелассной барды.

Биобензин

Биобензин (синтетический бензин) производили в промышленном масштабе еще в 30-40-е годы ХХ века в Германии из синтез-газа (метод Фишера - Тропша) при газификации ископаемых углей. В этом процессе можно также вместо угля использовать твердую биомассу, в том числе древесину. Но в настоящее время такой биобензин не производится, несмотря на то, что у биобензина есть важные экологические преимущества перед обычным бензином, такие как отсутствие соединений серы и азота, а также тяжелых металлов, кроме того, при сжигании биобензина не образуются канцерогенные соединения; главная причина - высокая себестоимость производства.

Растительные масла

Не все знают, что созданный немецким инженером Рудольфом Дизелем в 1897 году первый образец дизельного двигателя работал на растительном (арахисовом) масле.

Растительные масла (теплотворная способность 33-34 МДж/кг) используются в качестве моторного топлива довольно давно; накоплен значительный опыт по использованию подсолнечного, арахисового, соевого, кукурузного, рапсового и других масел. Наиболее широкое применение получило рапсовое масло, поскольку рапс является самой высокопродуктивной из масличных культур (на втором месте по продуктивности подсолнечник, на третьем - соя). Новым перспективным источником сырья для получения топливных масел могут стать водоросли, в которых содержание масла, близкого по составу к известным растительным, доходит до 40% общей массы при значительно большей, чем у последних, продуктивности. Например, при переработке рапса в масло за год с 1 акра пашни можно получить 265 л масла, а при культивировании водорослей с 1 акра водной поверхности - 20 тыс. л масла в год.

Германия является лидером не только в использовании биодизеля, но и в применении растительных масел в качестве моторного топлива (в основном рапсового масла). В США в качестве биотоплива из всех растительных масел используют преимущественно соевое. Масло из семян получают обычным прессованием (или экстракцией), при котором исходное сырье очищают от посторонних примесей, затем смешивают с растворителем - экстрагентом (в качестве которого используют бензин, гексан или этанол) - и перемешивают в течение определенного времени, после чего отделенную от жмыха оставшуюся смесь разделяют на растворитель, который возвращается в блок экстракции, и сырое нерафинированное масло.

Выход масел при использовании технологии прессования составляет 28-29%, а при экстракции - 40-42% по отношению к исходному сырью (при содержании масел в нем 45-50%).

Растительные масла как топливо характеризуются более высокой энергетической плотностью в сравнении со спиртами, но эксплуатационные качества у них хуже, чем у спиртов, в частности: высокая вязкость и большая склонность к образованию нагара. Поэтому предпочтительно использование растительных масел в смеси с дизельным топливом. Смесь рапсового масла с дизельным топливом называют биодизельной смесью, или биодитом.

BTL (Biomass-to-Liquid)

BTL (Biofuel-to-Liquid) - один из видов жидкого биотоплива (теплотворная способность в среднем 33,5 МДж/кг), инновационная технология производства которого была разработана совсем недавно, в 2000-е годы с участием таких компаний с мировым именем, как Shell, Daimler, Volkswagen, и инновационной компании Choren GmbH. Первый завод по производству BTL был построен в немецком Фрайбурге в 2007 году. Сырьевая база производства - более 70 тыс. т отходов деревообрабатывающей промышленности, лесопиления и ландшафтных работ. На сегодня технология BTL считается наиболее перспективной для получения жидкого биотоплива. Для производства BTL подходит любой вид твердой биомассы: древесная щепа, опил, солома, отходы АПК, а также мискантус и другие быстрорастущие плантационные растения, бытовые отходы и многое другое. По-этому производство BTL не нуждается в сырье в виде сельхозпродукции пищевого назначения (зерновые, масличные культуры), в отличие от производства биоэтанола и биодизеля, и таким образом не составляет конкуренцию по сырью пищевой промышленности. Для получения 1 кг BTL необходимо от 5 до 10 кг древесного сырья.

Производство BTL включает в себя комбинацию нескольких давно известных процессов: пиролиза, газификации в потоке при высокой температуре и процессов Фишера - Тропша, или MtG (Methanol-to-Gasoline).

На первой стадии подсушенное сырье (биомасса влажностью до 20%) подвергается низкотемпературному пиролизу при температуре 400-500°С. На выходе получают уголь, кокс и газосодержащую смолу. Смола затем сжигается при температуре выше температуры плавления золы (выше 1400°С) в камере сгорания, и получается газо-образная смесь СО и H 2 . Остатки золы и кокс поступают обратно в камеру сгорания, а газ проходит через скруббер, очищается от хлора и серы, а потом выполняется синтез Фишера - Тропша: при помощи кобальтового катализатора происходит соединение водорода и углерода и после очистки получается конечный продукт: BTL. BTL не содержит ароматических углеводородов и серы, у него высокое октановое число, при его использовании до 90% сокращаются выбросы СО 2 в атмосферу в сравнении с углеводородными видами топлива.

В последние годы во всем мире использование посевных продовольственных культур для производства жидких видов биотоплива считают нерациональным, так как такой вид их использования ведет к повышению цены на продовольствие. По-этому и начали производить жидкое биотопливо так называемого второго поколения: из посевных трав и разных растений, не используемых в пищевой промышленности и возделываемых на не пригодных для основных посевных культур землях, из водорослей, из бытовых отходов, из быстрорастущих плантационных растений, из отходов деревообработки и лесопиления, из соломы. Что касается древесного сырья, то, как уже отмечено выше, в мире существует немало разных технологий получения жидких видов биотоплива из целлюлозосодержащих материалов. Вот только стоимость производства, например, биоэтанола из такого сырья вдвое выше стоимости его производства из зерна... К тому же в ближайшее время вряд ли создадут технологии, которые позволят удешевить процесс. Поэтому будет ли жидкое биотопливо из целлюлозосодержащего сырья конкурентоспособно на рынке, пока сказать трудно.

По мнению автора, в России наибольшей эффективности производства и использования любых видов жидкого биотоплива, полученных из твердой биомассы, можно достигнуть в аграрном секторе. В АПК России ежегодно сжигается свыше 5 млн т дизельного топлива. Только на предприятиях АПК сокращение использования нефтяного дизельного топлива за счет биодизеля на 30% даст ежегодный экономический эффект более 10 млрд руб.

Что же касается древесных отходов, то их, за исключением тех, что используются на гидролизных заводах, лучше направить на производство твердого биотоплива. Недаром в одной из публикаций во влиятельном журнале Science указывается, что прямое сжигание целлюлозосодержащих растений с целью генерации электроэнергии для зарядки аккумуляторов электромобилей обеспечит этим авто более чем на 80% больший пробег, чем при использовании жидкого биотоплива, полученного при переработке этих растений.

Сергей ПЕРЕДЕРИЙ,
Дюссельдорф, Германия,
[email protected]

Формирование современных тенденций мирового рынка биотоплива сопровождается развитием противоречий субъектов на всех уровнях - от групп государств до отдельных хозяйствующих структур и потребителей. При этом экономические, экологические и социальные эффекты от внедрения биотоплива остаются предметом обширных споров. Учитывая тот факт, что стоимость биотоплива по сравнению с традиционными видами топлива несколька высока, во многих случаях более рентабельными в борьбе за уменьшение глобального потепления климата оказываются такие методы, как сокращение энергоемких видов транспорта, повышение эффективности традиционных энергоресурсов, а также охрана и восстановление лесных массивов, поэтому, современное формирование биотопливного рынка - процесс сложный и противоречивый и может стать существенным препятствием дальнейшего развития. И тем не менее рассмотрим все «ЗА» и «ПРОТИВ»

Преимущества биотоплива:

· Мобильность по сравнению с другими альтернативными источниками энергии

В настоящее время у более «радикальных» альтернативных энерготехнологий, таких как солнечная энергетика и ветроэнергетика есть одна большая проблема -- мобильность. Поскольку солнце и ветер не имеют постоянного характера, для обеспечения больших мощностей в таких энерготехнологиях приходится использовать относительно тяжелые аккумуляторные батареи (но с совершенствованием технологий эта проблема постепенно решается). С другой стороны -- биотопливо, его довольно легко транспортировать, оно обладает стабильностью и довольно большой «энергоплотностью», его можно использовать с незначительными модификациями существующих технологий и инфраструктуры.

· Снижение стоимости

В настоящее время на рынке биотопливо стоит столько же, сколько и бензин. Тем не менее в использовании биотоплива больше преимуществ, поскольку это более чистый вид топлива, он производит меньше выбросов при сжигании. Биотопливо можно адаптировать к существующим конструкциям двигателей, которое будет хорошо использоваться в любых условиях. При этом такое топливо лучше для двигателей, оно снижает общие затраты на контроль за загрязнением двигателя и, следовательно, его использование требует меньше затрат на техническое обслуживание. С увеличением спроса на биотопливо есть вероятность, что в будущем оно станет дешевле, а колонки можно будет ставить на уже имеющихся заправках.

· Адаптация к двигателям и их эксплуатация

Обладая отличными смазочными характеристиками, высокой температурой воспламенения, биодизель благоприятно действует на срок службы двигателя. Расчеты показали, что ресурс двигателя при использовании этого вида топлива может увеличиться на 60%! Кроме того, использование биодизеля не вынуждает как-то модернизировать или изменять существующие двигатели, следовательно, он более безопасен.

· Возобновляемые источники

Бензин получают из сырой нефти, которая не относится к возобновляемым ресурсам. Хотя современных запасов ископаемого топлива хватит еще на много лет, они в конечном итоге когда-то закончатся. Биотопливо изготавливается из различного сырья, такого как навоз, отходы сельскохозяйственных культур и растений, выращенных специально для топлива. Это возобновляемые ресурсы которые, вероятно, не закончатся в ближайшее время. Совершенно ясно одно: нефти на земле с каждым годом становится все меньше, а биотопливо может стать новым источником дохода для компаний производителей и новым рычагом влияния для стран.

Извлекаемые запасы ископаемых первичных энергоносителей и ежегодный прирост биомассы (в млрд. т нефтяного эквивалента)

Таблица 3

· Сокращение выбросов парниковых газов

При сжигании ископаемое топливо производит большое количество углекислого газа, который считается парниковым газом и причиной удержания солнечного тепла на планете. Сжигание угля и нефти повышает температуру и вызывает глобальное потепление. Чтобы уменьшить воздействие парниковых газов, можно использовать биотопливо. Исследования показывают, что биотопливо снижает выбросы парниковых газов до 65 процентов. Кроме того выращивание культур для биотоплива частично поглощают оксид углерода, что делает систему использования биотоплива ещё более устойчивой. Биодизель в сравнении с обычным дизельным топливом почти не содержит серы. При попадании в почву или воду он практически полностью разлагается уже через три недели.

· Экономическая безопасность для стран, не обладающих большими запасами топлива

Не каждая страна обладает большими запасами нефти. Импорт нефти оставляет существенную брешь в экономике страны. Если люди начнут склоняться в сторону использования биотоплива, то зависимость от импорта будет снижаться. Благодаря росту производства биотоплива создастся больше рабочих мест, что должно положительно отразиться на экономике страны.

Недостатки биотоплива

· Ограничения региональной пригодности

Растительное сырье для биотоплива, вероятнее всего, будет выращиваться в определенных регионах. Это связано с рядом причин, главная из которых - это то, что некоторые культуры просто лучше растут в одних местах и хуже в других.

При выборе региона для производства растительного сырья надо учитывать:

• § Водопользование - чем меньше воды используется для выращивания сельскохозяйственной культуры, тем лучше, так как вода является ограниченным ресурсом. Особенно это критично в более засушливых местах.
• § Инвазивность - урожай, который убивает местные растения и который трудно контролировать может поставить под угрозу биоразнообразие и серьезно повредить экосистему региона.
• § Удобрения - питательные вещества необходимые для растений. Некоторые растения требуют меньше органических ресурсов, чем другие.
• § Климат - в некоторых местностях просто невозможно выращивать биотопливные культуры, например, в местности с холодным или засушливым климатом.
• · Продовольственная безопасность

Проблема с выращиванием сельскохозяйственных культур для топлива заключается в том, что они займут землю, которую можно было бы использовать для выращивания продуктов питания. В мире с постоянно растущим населением проблема наличия земли для сельскохозяйственных целей становится все более острой.

· Ограничение на изменение землепользования

При очистке земли от местной растительности для выращивания сырья удар по экологии наносится с трех сторон:

разрушается среда обитания животных и микроэкосистемы;

в процессе очистки территории от местной растительности увеличивается потребление энергии, поэтому производство получается очень энергоемким и связано с большим количеством выбросов загрязняющих веществ в процессе обработки;

растет потребление удобрений, которые будут загрязнять почву и через нее водные пути и всю окружающую среду.

Изменения в землепользовании для производства биотоплива имеют значительные недостатки, поэтому для производства биотоплива лучшим решением является использование существующей земли, но это уменьшает количество земли для продовольственных целей.

· Проблемы, связанные с выращивание монокультуры

Конечно, для получения большого количества урожая легче вырастить один вид культуры. Такая практика выращивания одной культуры называется монокультура. Примеры монокультур можно найти по всему миру, выращивание одного вида стало более распространенным в последние 20-30 лет.

Выращивание одного вида урожая изменяет окружающую среду с точки зрения доступной для вредителей пищи. Например, если урожай картофеля поедается определенным вредителем, который может мигрировать только на несколько сотен метров, а картофельные поля разделены кукурузными полями, то появление вредителей на одном картофельном поле не станет проблемой, поскольку вредители не смогут переместиться за пределы одного поля. Однако без кукурузных полей вредитель может легко уничтожить весь урожай.Использование же пестицидов при выращивании монокультуры для борьбы с вредителями неизбежно ведет к выработке у вредителя устойчивости к этим средствам. Как следствие урожай будет страдать.

При обращении к генной инженерии, когда изменяется сама культура и делается устойчивой к вредителям, отпадает необходимость использования пестицидов. Отлично! Но проблема состоит в том, что скорее всего модификации культуры не спасут абсолютно от всех вредителей, и через несколько лет производители столкнуться все с той же проблемой истребления урожая.

Ключ к здоровью культур по всему миру заключается в биоразнообразии, которое означает просто наличие большого количества различных видов растений и животных. Таким образом, если один сорт картофеля приходит в упадок, то существует другой сорт картофеля, который его может заменить. Это особенно важно, когда речь идет о продовольственных культурах.

· Ограничение в составе бензина/дизеля

В современных автомобилях биоэтанол и биодизель могут применяться лишь в составе обычного бензина/дизеля соответственно. И лишь в небольших количествах, не более 10%. Если превысить этот порог, то безвредное для экологии топливо может спокойно навредить топливной системе автомобиля и его двигателю. Высокая вязкость биодизеля не позволяет использовать его в холодное время, поэтому требуется применять смеси, состоящие на 20% из биодизеля и на 80% из солярки (марка В20).

· Конструкция двигателей

Для того, чтобы автомобиль мог ездить на чистом биотопливе, необходим доработанный двигатель и другие топливные магистрали, без этого никак. Бесконтрольное использование биотоплива может привести к поломкам двигателей автомобилей.

· Стоимость биотоплива

На сегодняшний день литр произведенного в России биоэтанола E85 составит 32-33 рубля, а 92-й на некоторых заправках стоит меньше.

· Загрязнение окружающей среды

Некоторые виды биотоплива могут привести к загрязнению окружающей среды опасными веществами, стандартов по которым на сегодняшний день не существует.

· Химический состав

Само по себе биотопливо является сильным растворителем, которое со временем может забить мелкие форсунки инжекторной системы двигателя. Практически в каждую марку биотоплива входит этанол, что делает топливо выражено гигроскопичным веществом, а растворяющаяся в нем влага может вызывать коррозию двигателя. Помимо этого, различные компоненты топлива могут оказывать негативное действие на уплотнители, прокладки и системы подачи топлива.

Такой термин, как «биодизель », большинству понятен чисто интуитивно. Но зачастую при этом происходит определенная путаница. Ничего страшного, но все-таки лучше обойтись без нее и разобраться, что же такое биодизель. Немного теории При работе в его цилиндрах происходит сгорание бензина или дизельного топлива. То и другое является продуктом переработки нефти, запасы которой ограничены, кроме того, при сжигании этих видов горючего образуются вещества, наносящие вред людям и окружающей среде. Одним из вариантов, позволяющим избежать подобного, является применение биодизеля как топлива для двигателей. Надо пояснить, что оно собой представляет. Дело в том, что производство биодизеля основано на использовании животных жиров и растительного масла как исходного сырья. Можно провести простую аналогию – из нефти получают бензин и солярку, из масла или жира возможно получение топлива для работы ДВС.

Небольшое уточнение – в качестве горючего для работы моторов могут применяться разные вещества, например тот же самый спирт, получаемый из опилок, но в данном случае мы рассматриваем топливо именно для дизельных двигателей, а сырьем для биодизеля, так называется этот вид горючего, служат масло или остатки жира.

Как использовать биотопливо?

Что такое биодизель?

По сути дела, растительное масло – это смесь эфиров с глицерином, который придает ему вязкость. Процесс производства биодизеля основан на том, что надо удалить глицерин и заменить его спиртом. Стоит отметить, что недостатком такого топлива является необходимость его подогрева при низких температурах или применения смеси биодизеля и обычной солярки.

Технология производства

Раз мы рассматриваем топливо растительного происхождения, то и технология его изготовления должна охватывать процесс выращивания исходного сырья. Наиболее подходящим для этого считается рапс, как требующий меньших затрат на получение. Хотя сейчас появляются большие перспективы у биодизеля из водорослей. При этом не занимается земля для выращивания культуры на топливо, и величина себестоимости биодизеля будет ниже, чем в других случаях. Так вот, семена (рапс, соя, подсолнечник и т.д.) после проверки качества поступают на маслобойку. Оставшийся после производства масла шрот может быть использован комбикормовой промышленностью, а полученное масло, как предусматривает технология, идет на дальнейшую обработку. Она называется этерификацией, и после ее проведения, метиловых эфиров в составе биодизеля должно содержаться более девяноста шести процентов. Сама технология проста, что делает возможным организацию производства биодизеля в домашних условиях. К маслу добавляется метанол (9:1), и в качестве катализатора – небольшое количество щелочи. Метанол может быть получен из опилок, а также вместо него допускается применять изопропиловый спирт или этанол. Процедура этерификации проходит в условиях повышенной температуры и занимает до нескольких часов. После окончания реакции в емкости наблюдается расслоение жидкости – сверху биодизель, внизу глицерин. Глицерин удаляется (сливается снизу) и может использоваться в качестве сырья в каких-то других процессах. Получившийся биодизель надо очистить, порой вполне достаточно бывает выпаривания, отстаивания и последующей фильтрации. Подробней промышленный процесс производства приведен на видео.

Биодизель в домашних условиях

Существуют и другие варианты установок для производства в домашних условиях биодизеля, изготавливаемые промышленным способом.

Перспективы

Химический процесс получения биодизеля

Преимущества биодизельного топлива

Рентабельность производства биодизеля

Сегодня биотопливо является основной темой для разговоров в транспортных кругах, и не зря. Растительное топливо может производиться практически в любом месте, создается из возобновляемых ресурсов и производит чистые выбросы, в отличие от топлива на основе нефти. Международные тенденции внедрения перспективных автомобильных топлив, направлены на развитие таких видов биотоплива, как этанол на основе кукурузы и биодизель из сои, рапса и пальмового масла.

Но биотопливо не полностью бесплатно. Ряд негативных факторов играют роль в стоимости такого топлива, как с экономической, так и с экологической точки зрения, и биотопливо не всегда выходит, как наиболее приемлемый вариант. Правда, топливо на растительной основе поступает из возобновляемых источников, в то время как ископаемое топливо, в конце концов, закончится. Но существуют многие осложняющие аспекты, из-за которых биотопливо часто достается дорогой ценой.

Многие распространенные сельскохозяйственные культуры могут использоваться для производства биотоплива в некоторых частях мира. Но в других регионах, вырастить то же самое растение было бы невозможно, или очень дорого. Аналогичным образом, использование удобрений, воды и земли, необходимых для производства достаточного количества растительного топлива, может создать значительные проблемы, начиная от повышенного загрязнения, до снижения доступа к продовольствию.

Биотопливо, и процесс его интеграции в повседневное использование, могут быть дорогостоящими. Давайте посмотрим на некоторые недостатки биотоплива, и обретем новый взгляд на него.

1. Региональная пригодность

Сельскохозяйственные культуры для производства топлива ничем не отличаются от прочих растений в плане региональной пригодности. Некоторые растения будут расти лучше в одних регионах, и не смогут расти в других. Ряд наиболее рентабельных культур для производства биотоплива растет в весьма ограниченных климатических условиях. Потребители и производители этого топлива, живущие в странах, где произрастают менее рентабельные культуры, будут вынуждены нести гораздо большие расходы на их выращивание.

Исследователи работают над увеличением урожайности у толерантных к погоде биотопливных культур. Но так же, как апельсины никогда не будут товарной культурой на Чукотке, на Земле всегда существуют регионы, которые просто не смогут поддерживать масштабное производство биотоплива.

2 Использование влаги

Спросите у любого человека, в чем растение нуждается для роста, и он вероятно, отметит две вещи: солнечный свет и воду. Хотя Солнце находится вне полного контроля производителей биотоплива, вода находится среди потенциально серьезных проблем для растительных видов топлива — требования к поливу некоторых культур для производства биотоплива, могли бы оказать сильное влияние на местные водные ресурсы.

Исследование показало, что для того, чтобы произвести достаточное количество этанола на базе кукурузы, спрос на биотопливо уже оказывает отрицательное влияние на запасы пресной воды в Великих Равнинах Юго-Западной и Центральной части США. Центральной проблемой является относительно высокая потребность кукурузы в воде. Исследователи изучают варианты рекомбинантных, менее водопотребляющих культур, и пытаются применять тщательное планирование, определяющее, какие сельскохозяйственные культуры для производства биотоплива, в данной области, могут смягчить эту проблему. Но широкомасштабное производство биотоплива, особенно с помощью кукурузы, в засушливых районах мира, будет поглощать и без того ограниченные водные ресурсы питьевой воды и увеличивать потребности в воде на орошение других культур.

3. Продовольственная Безопасность

Производство биотоплива с использованием продовольственных культур, таких как кукуруза, соя, сорго, имеет потенциал к резкому изменению доступа к продуктам питания. Увеличение предложения и спроса на биотопливо — означает увеличение спроса, например, на кукурузу. Кукуруза становится дороже и это может представлять угрозу для жителей некоторых регионов. Продовольственная безопасность и доступ к недорогим продуктам питания для населения этого региона окажутся под угрозой.

Рост спроса на продукты питания, используемые в качестве биотоплива, может иметь положительный эффект для компаний-производителей сельскохозяйственной продукции, в форме более высоких цен на нее. Но эта цена быстро перекладывается на потребителей. Фермеру-скотоводу, например, возможно, придется заплатить дополнительно несколько долларов за кукурузу, чтобы накормить своих животных. Это непосредственно приведет к более дорогим мясопродуктам в продуктовом магазине. Для миллиардов людей, которые живут лишь на несколько долларов в день, даже небольшое повышение цен на продовольствие может уменьшить их доступ к нормальному питанию.

4. Вырубка леса

Резкое возрастание европейского спроса на биотопливо было обусловлено положениями, направленными на снижение выбросов парниковых газов. Исследователи нашли ответ в виде пальмового масла, относительно легкодоступного сырья в производстве биотоплива, Владельцы плантаций готовили свои земли, чтобы удовлетворить спрос.

И последовал экологический хаос. По некоторым оценкам, расширение индонезийских плантаций, для производства пальмового масла вызвано тем, что подавляющее большинство лесов было вырублено в конце 80-х и 90-х годов. И высокое потребление топлива грузовиками для перемещения пальмового масла, а так же практика выжигания кустарников и торфяников для подготовки сельхозугодий — сделали страны Юго-Восточной Азии одним из ведущих мировых источников выбросов парниковых газов.

Индонезийское пальмовое масло создает большую проблему, в дополнение к прочим недостаткам биотоплива. Региональный характер высокопродуктивных растений для производства пальмового масла означает, что в некоторых частях мира, спрос на биотопливо мотивирует подобные плантации быстро увеличиваться. Но если это не будет сделано с прицелом на экономию ресурсов и сокращения выбросов при производстве растительных видов топлива, такое наращивание производства может привести к повышению экологических проблем, вместо того, чтобы их решать.

5. Использование удобрений

Все растения развиваются лучше, когда применяются удобрения. Но удобрения могут оказать вредное влияние на окружающую среду, а также их применение может означать серьезную угрозу загрязнения для источников пресной воды.

Многие удобрения содержат азот и фосфор. Хотя оба эти химических элемента способствуют быстрому и обильному росту большинства сельскохозяйственных культур, они имеют и оборотную сторону. Чрезмерное или ненадлежащее применение таких удобрений может оставить избыток азота и фосфора в почве, которые затем попадают в подземные воды, а через них в реки, озера и подземные водоносные горизонты. Ничего хорошего ожидать от этого не приходится.

Фосфор участвует в качестве катализатора размножения водорослей — крошечные водяные растения питаются им и быстро размножаются, часто убивает других растения и водных животных, уменьшает количество кислорода в воде или освобождает токсичные химические вещества. Азот в питьевой воде может привести к множеству проблем со здоровьем, в том числе метгемоглобинемию - состояние, которое уменьшает количество кислорода в крови у маленьких детей. Тщательное применение удобрений может помочь предотвратить проблему повсеместного загрязнения окружающей среды, но расширение производства биотоплива для удовлетворения мирового спроса, открывает дверь для большего количества ошибок в этой области.

6. Эффективность использования биотоплива

Это может показаться парадоксальным, но некоторые ученые утверждают, что широкое производство биотоплива дает отрицательные результаты. Они говорят, что при использовании биоэтанола или биодизеля производится меньше энергии, чем затрачивается на их производство, и, тем более, меньше, чем при использовании нефтепродуктов.

Для примера можно взять поле пшеницы, выращиваемой для производства этанола. Оно может дать 400 литров топлива с одного урожая. Но если учесть трактор, который сожжет 300 литров топлива в сезон на обработку этого поля, грузовик для перевозки зерна, сжигающий 20 литров за рейс, и перегонный аппарат, использующий энергию 160 литров топлива, чтобы выполнить перегонку зерна в спирт, является ли производимый этанол по-настоящему экологически чистым, с низким уровнем выбросов топливом? Если добавить в это уравнение и затраты других ресурсов, таких, как многие литры пресной воды, необходимых для роста растений, и количество удобрений, необходимых для поддержания их развития, то становится еще тяжелее считать биотопливо продуктом, реально экономящим энергию и снижающим выбросы углерода.

В 2005 году исследование показало, что использование существующей сельскохозяйственной и производственной технологии, затрачивает от 27 до 118 процентов больше энергии на производство 1 литра биодизеля, чем содержится в нем энергии! В то время как технология, в конечном итоге, может сузить эти коэффициенты «расходы/энергия», энергетические затраты на современное производство биотоплива, являются основным препятствием для его широкого использования.

7. Различное качество биотоплива

Многие сельскохозяйственные культуры для производства биотоплива используются для производства биодизеля. Масло, содержащееся в семенах, выжимается, фильтруется и преобразуется в топливо с помощью химического процесса. Но от того, что разные культуры могут стать биодизелем с помощью этого процесса, в результате топливо может значительно варьироваться по его способности производить энергию. Другими словами, не все сельскохозяйственные культуры для производства биотоплива обладают равными энергетическими возможностями.

Во-первых, есть проблема доходности. Количество растительного масла, которое можно получить с 1 гектара сельскохозяйственных культур, может широко варьироваться — от 40 литров для кукурузы до 1300 литров для пальмового масла. Также, не каждый климатический район подходит для высокой урожайности сельскохозяйственных культур, которые могли бы производить экономически выгодный биодизель.

Во-вторых, маслозаводы производят не одинаковый продукт. Масла из различных культур имеют различную консистенцию. Молекулярные связи в маслах с низким содержанием насыщенных жиров, которые остаются жидкостями при низких температурах, отличаются от масел с высоким содержанием насыщенных жиров, которые часто затвердевают в среднем диапазоне температур.

Это различие оказывает влияние на жизнеспособность масел в качестве топлива. Одно из очевидных соображений — гелеобразование или помутнение. Топливо, которое используется в теплых регионах, было бы не очень полезным в холодном климате. Следовательно, имеет смысл использовать ненасыщенные масла в качестве источника биотоплива.

Но есть и другая сложность, которая возникает в связи с этим выбором. Много ненасыщенных масел имеет нежелательные характеристики. Они оставляют липкие остатки в двигателе при использовании в качестве топлива. Гидрогенизация или насыщение масел водородом, могут смягчить эту проблему, но увеличение такой переработки — означает увеличение затрат.

8. Монокультура

Символами сельскохозяйственных успехов во многих частях мира являются бескрайние поля кукурузы, соевых бобов и пшеницы — одинаковых культур, протянувшиеся, насколько может видеть глаз. К сожалению, эта картина также знак монокультуры, сельскохозяйственной проблемы, которая, очевидно, могла бы стать намного хуже из-за биотоплива.

Монокультура относится к практике выращивания сельскохозяйственных культур, в значительной степени сосредоточенных в одном месте, практически без севооборота. Хотя это является экономически привлекательной практикой, облегчающей труд фермера, зато может иметь серьезные экологические недостатки. Сотни, даже тысячи, гектаров посадок монокультуры, становятся заманчивой мишенью для вредителей растений. Аналогичным образом, питательные вещества, которые откладываются в почву с помощью севооборота, который позволяет «отдохнуть» полям, лежащим под парами, исчезают под интенсивным монокультурным земледелием. Монокультурные хозяйства должны использовать гораздо больше искусственных удобрений, но чем их становится больше, тем выше вероятность загрязнения окружающей среды. Также монокультура увеличивает риск полной потери урожая для фермера в случае массового поражения болезнями и вредителями.

Монокультурная проблема не ограничивается производством биотоплива. Это вопрос, который изучался в течение многих лет в отношении крупномасштабного производства продовольственных культур. Но поскольку многие популярные сельскохозяйственные культуры для производства биотоплива, такие, как кукуруза и соя, также являются и популярными источниками питания для большей части населения в мире, понятно, что проблемы, относящиеся к монокультуре, могут стать намного сложнее, поскольку потребители требуют все больше биотоплива.

9. Генная инженерия для биотопливных культур

Фермеры, выращивающие кукурузу и сою, как потенциальные источники биотоплива, все больше сажают генетически модифицированные версии этих растений. Это не результат селекции, которую фермеры практикуют в течение нескольких лет. Генетически модифицированные сельхозкультуры производятся в лаборатории, устойчивы к гербицидам и вредителям, и дают более высокие урожаи.

В теории, это выглядит, как отличный способ не отставать от спроса на биотопливные культуры. В конце концов, лучшие урожаи будут снижать цены, и давать достаточно кукурузы и соевых бобов для питания и топлива в мире, верно? Но в иногда генетически модифицированные сельскохозяйственные культуры могут получить довольно опасные свойства.

Яркий пример случился в начале 2000-х годов. В ходе первоначальных проверок модифицированного сорта кукурузы, исследователи обнаружили, что сорт, спроектированный отгонять моль, питающуюся кукурузой, давал пыльцу, которая, возможно, могла бы убить личинки бабочки-монарха. Ученые забили тревогу, и дальнейшие тесты подтвердили, что эта пыльца действительно представляет угрозу для бабочек. Кукуруза не попала в массовую продажу, иначе могла бы возникнуть экологическая катастрофа, а бабочки-монархи погибли или мигрировали.

10. Технические проблемы

Пожалуй, один из недостатков биотоплива является наиболее очевидным — оно создано не на основе нефти, поэтому будет действовать по-разному в двигателях , предназначенных для обычного топлива.

Этанол на основе кукурузы, например, имеет более высокую плотность, чем бензин. Топливные форсунки для этанола должны быть больше, чтобы соответствовать по мощности сопоставимому бензиновому двигателю. Алкогольное топливо (в том числе этиловый спирт) может подвергать коррозии или повреждениям некоторые изделия из металла и резиновые уплотнители, используемые в бензиновых двигателях . Преобразование двигателя с одного вида топлива на другой, в некоторых случаях, потребует целый ряд новых прокладок и топливопроводов. И после того, как двигатель заработает, различие в свойствах сгорания между бензином и этанолом означает, что необходимо отрегулировать угол опережения зажигания, чтобы мотор заработал должным образом.

Биодизель не будет выглядеть намного лучше. Благодаря более высокой температуры точки загустевания, чем у дизельного топлива на базе нефти, мотор на биодизеле может быть трудно, если не невозможно запустить в холодную погоду. Проблема еще хуже с чистыми растительными маслами, иногда используемыми в качестве топлива. Водители транспортных средств на таком виде топлива, часто устанавливают дополнительные отопители для топливного бака и топливопроводов, чтобы масло не загустевало. На эту тему есть несколько разработок – в виде двухтопливной системы, сначала работающей на обычном дизтопливе, а потом переходящей на масло, а так же химических добавок, предотвращающих загустевание масла.

В любом случае, требуется много времени и денег, чтобы уравнять биотопливо с топливом на основе нефти, что может отпугнуть потенциальных пользователей биотоплива.