Как из опилок, пищевых отходов и даже навоза получают энергоресурс под названием биотопливо⁠⁠

Все, что было или будет едой, может стать и топливом. Неважно, где вы сейчас находитесь: в городской квартире, избушке на краю леса или в бунгало на берегу моря — рядом с вами точно есть хотя бы один источник биологического топлива. Главное условие — органическое происхождение сырья.

Биотопливо появилось еще тогда, когда об энергетике никто не задумывался. Люди тысячелетиями грелись у костра и топили печки, и даже успели изобрести автомобили на дровах (первая такая машина появилась в 1900 году). Биотопливо — это горючее из растительного или животного сырья, продуктов жизнедеятельности и органических отходов. Почти как вода, оно имеет три «агрегатных состояния».

Это дрова и все, чем их можно заменить: опилки, кора, солома, щепки, даже ореховая скорлупа и шелуха от семечек. Если все это спрессовать в гранулы, получатся пеллеты: дешевый аналог дров, который оставляет меньше золы и почти не дымит. Твердым биотопливом можно топить печи, а можно сжигать его на тепловых электростанциях и получать электричество.

В мире работают сотни таких станций, несколько есть и в России. Они используются для теплоснабжения небольших городов, сел или отдельных объектов. Количество вырабатываемого на таких станциях электричества зависит от тепловой мощности и составляет десятки мегаватт.

Это спирты, которые используются как добавка к бензину. Самое популярное жидкое биотопливо (и самое распространенное в мире) — биоэтанол, который получают из богатых сахаром и крахмалом культур: кукурузы, сахарной свеклы, картофеля, зерна, сахарного тростника. Есть еще биодизель: основное сырье для него — растительные масла: рапсовое, пальмовое, соевое, кокосовое. Биологический дизель могут смешивать с нефтяным и использовать как самостоятельное топливо.

Есть и другие варианты жидкого биотоплива, например биобензин, который делают из микроводорослей. В 2019 году российские ученые из МГУ и Объединенного института высоких температур РАН представили новую технологию, позволяющую получать биобензин с помощью гидротермального сжижения. Мокрую биомассу нагревают до температуры 370 градусов Цельсия и сжимают под давлением 25 мегапаскалей. В результате получается бионефть, из которой затем выделяют бензиновую фракцию. Преимущество способа в том, что сырье не нужно предварительно сушить, как требовалось ранее, и в бионефть преобразуются все компоненты микроводорослей.

Газообразное биотопливо получают при ферментации (контролируемом гниении) биомассы — органических отходов — гнилых фруктов и овощей, отходов мясо- или рыбопереработки. В специальных биогазовых установках органические вещества разлагаются с помощью микроорганизмов, и образуется биогаз, состоящий из метана и углекислого газа.

В зависимости от требуемых земельных ресурсов и энергоемкости растительное сырье разделяют на поколения:

I поколение — сельскохозяйственные культуры, которые содержат много жиров, крахмала, сахаров и требуют больших площадей для выращивания;II поколение — несъедобные остатки растений: древесина, солома, лузга, содержащие целлюлозу и лигнин;III поколение — водоросли, для выращивания которых не требуется земельных ресурсов.

Там, где дрова всегда были драгоценным ресурсом, люди придумали им дешевую замену — навоз. Отходы пищеварения содержат много простых органических веществ с высокой калорийностью и дают почти столько же энергии, сколько дрова. Главное — как следует их высушить.

Проще всего собрать готовые «лепешки» и на несколько месяцев отправить их в хорошо проветриваемое помещение, где они будут сохнуть и избавляться от запаха. Еще вариант — долго копить навоз, чтобы он спрессовался и стал похож на пластилин, а затем распилить на брикеты — и тоже отправить на просушку. Третий способ — перемешать его с соломой или сеном, слепить кирпичи или лепешки, высушить. Самый технологичный метод приготовления таких брикетов — смешать сырье с растительным наполнителем, загрузить в форму и сжать с помощью пресса.

Высушенный навоз домашнего скота дает почти столько же энергии при сжигании, что и дрова

Делать топливные брикеты можно также из глины, смешанной с бумагой, шелухой, скорлупой, соломой в пропорции 1:10. К этой смеси добавляют немного воды, чтобы получилась густая «каша». Она закладывается в форму и отправляется под пресс, а готовые брикеты потом сушатся на солнце.

Чтобы сделать биогаз, помимо сырья, то есть органических отходов вперемешку с водой, понадобится биореактор, живые бактерии и газгольдер — резервуар, куда поступает и где хранится готовый горючий продукт. Отходы помещаются в биореактор, «бродят», в процессе выделяется биогаз. Все, что перебродило, отправляется в специальный отстойник и затем становится удобрением. Биогаз поступает в газгольдер и оттуда к газовому устройству.

Один из плюсов биотоплива — возобновляемость. Трава всегда растет, а скот всегда ее перерабатывает. Но трава, например для жидкого биотоплива, годится не любая, нужны «энергетические растения» — важные сельскохозяйственные культуры, источник пищи и кормов: сахарная свекла, картофель, зерновые. Для их выращивания требуется земля, вода, удобрения, техника и горючесмазочные материалы.

Растения, из которых делают биотопливо, должны быть неприхотливыми

Чтобы две «ипостаси» сельскохозяйственных растений не конкурировали между собой, производители биотоплива ищут виды, которые станут чисто энергетическими культурами. Успешные кандидаты есть: например неприхотливый южный злак мискантус (его также называют веерник). Он не боится жары и вредителей, нетребователен к почвам и готов расти там, где другие злаки даже колоситься не будут.

Деревья тоже выращивают ради энергетики: на Земле есть целые энергетические леса. Породы деревьев и кустарников в них собраны по «скоростному» принципу: тополь, ива, акация — все они быстро растут. Ученые считают биологическое топливо перспективным, и все-таки ему пока далеко до ископаемого, которое обеспечивает больше 70% от общего мирового потребления энергии. Среди возобновляемых источников энергии биотопливо на последних позициях: здесь преобладает гидроэнергетика (около 15% от мирового производства энергии в 2021 году), далее — ветряная (около 6%), солнечная (около 4%) и биотопливо (около 2%). Чаще всего биотопливо используется для отопления частных домов, гораздо меньшая доля задействована в промышленности и в транспортной отрасли.

Согласны с написанным? Или ваше мнение отличается от мнения редакции? Оставляйте свои комментарии — нам важно знать, что вы думаете.

Другие материалы об энергии и энергетике читайте на сайте журнала Энергия+