Министерство образования и науки Республики Казахстан

Школа «Мурагер» со специализированными классами

Для одаренных детей с обучением на трех языках

Тема: Биотоплива – перспективные решения проблемы в

сельскохозяйственных регионах

Выполнила: Нурмаханова Аружан, ученица 9 класса «А»

Руководитель: Ахметжанова Айнур Мухаметкановна, учитель

географии

Научный руководитель: Ибадуллаева Салтанат Жарылкасыновна,

д.б.н., профессор КГУ имени Қорқыт Ата

Кызылорда, 2016 год

Содержание

Введение....................................................................................................................................3

І. Нетрадиционные источники энергии – биотопливо………………………………...4

1.1 Нетрадиционые источники энергии – биотопливо.........................................................41.2 Классификация биотоплива..............................................................................................5

ІІ. Увеличение потребности биотоплива в современном мире....................................10

2.1 Применение биотоплива и страны лидеры по использованию сырья.........................102.2 Факторы, влияющие на развитие биотоплива................................................................132.3 Сырье для производства биотоплива..............................................................................132.4 Варианты изготовления биотоплива...............................................................................152.5 Оборудование для получения биотоплива.....................................................................16

ІІІ. Перспективы развития биотоплива...........................................................................19

3.1 Обогрев теплиц………………………………………………………………………….193.2 Применение в качестве минеральных удобренй...........................................................213.3 Как топливо для сельскохозяйственной техники..........................................................233.4 Уменьшение числа выбросов в атмосферу в результате использования экологически чистого сырья..........................................................................................................................24

Заключение............................................................................................................................26

Список литератур.................................................................................................................27

ДНЕВНИК НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

На тему: «Биотопливо – перспективные решения проблем в сельскохозяйственных регионах» Нурмаханова Аружан, ученица 9 класса «А» школы «Мурагер»Руководитель: Ахметжанова Айнур МухаметкановнаНаучный руководитель: Ибадуллаева Салтанат Жарылкасыновна,д.н.б., профессор КГУ имени Қорқыт Ата

№п\п

Наименование разделов, перечень разрабатываемых вопросов

Сроки представления руководителю

Контроль

1 Изучение литературы по теменаучной работы.

Май 2016

2 Сбор фактического материала потеме научной работы. Составление картотеки

Май – август 2016

3 Написание введения работы. Сентябрь 20164 Написание 1 главы

теоритической части научной работыСентябрь 2016

5 Написание 2 главы практическойчасти научной работы.

Октябрь 2016

6 Заключение. Октябрь 20167 Презентация научной работы. Ноябрь 2016

Директор школы «Мурагер»: Баймаганбетова З.З.

Аннотация

Тема работы: Биотопливо - перспективные решения проблемы в сельскохозяйственных регионах.Цель работы: Исследование особенностей формирования и перспектив развития биотоплива в сельскохозяйственных регионах. Задачи работы: выявить длительные и среднесрочные тенденции биотоплива, определить основные факторы, лежащие в основе его формирования и возможные перспективы развития;исследовать во взаимосвязи комплекс проблем, определяющих развитие мирового рынка биотоплива – ресурсных, производственных, технологических, сельскохозяйственных, энергетических, социальных и экологичесих; обосновать перспективные направления развития биотопливной отрасли с учетом развития науки и техники;использовать биотопливо на производстве и в быту.Методы исследования: Дедукция, сравнительный анализ Заключение и результаты: В мире и в Казахстане все чаще и острее возникает вопрос нехватки энергоресурсов. Борьба за них становится одним из самых существенных факторов, влияющих на направления развития мировых отношений и развитие глобальной политики. Следовательно, значимость информации о разведанных ресурсах традиционных источников энергии возрастает как с экономической, так и со стратегической точки зрения.

Биотопливо представляет собой альтернативный источник энергии. Проведен сравнительный анализ эффективности использования биотоплива. Приведены методики изготовления биотоплива из самых разных видов органического материала — навоза, растительных отходов, сои, рапса и даже мусора.

Раскрыто основное достоинство биотоплива, которое заключается в том, что оно является экологически чистым, не усугубляет парниковый эффект и очень часто подходит в качестве заменителя природного газа, который наносит большой вред атмосфере.

Андатпа – түйінҰсынылып отырған жұмыс биоотынның ұзақ мерзімдік

тенденцияларын, құрылымдық факторларын, сонымен қатар негізгі ерекшеліктері мен даму мүмкіндіктерін айқындайды. Көмір мен мұнайдың жағылуы температураны жоғарлатып, әлемдік жылыну қаупін туғызады. Парник газдарының әсерін төмендетуде биоотынның маңызы зор. Сонымен қатар өнделген көн, барда және басқа да өсімдік және органикалық қалдықтар ауылшаруашылығында тыңайтқыш ретінде кең қолданыс табуда.

Annotation This work is an attempt to identify the long – term and medium-term trends in biofuels, to identify the main factors underlying its formation and possible future developments. Coal combustion of oil raises the temperature and causes global warming. To reduce the impact 4of greenhouse gas emissions can be used biofuels. In addition, reprocessed manure, bard and other plant and organic waste are used in agriculture as fertilizer in a farm.

Отзыв

на научную работу Нурмахановой Аружан 9 «А» класса выполненную на тему «Биотопливо – перспективные решения проблем в

сельскохозяйственных регионах»

Данная работа является попыткой выявления длительных и среднесрочных тенденции биотопливо, определить основные факторы, лежащие в основе его формирования и возможные перспективы развития. 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.

Экологический эффект от использования биогаза – неоспорим. Его производство предотвращает выбросы в атмосферу метана, провоцирующего развитие парникового эффекта. Кроме того, переработанный навоз, барда и другие растительные и органические отходы находят применение в сельском хозяйстве в качестве удобрений. Это снижает потребность в химических удобрениях, что уменьшает загрязнение грунтовых вод. 

Практическое применение биогаза возможно во всех сферах, где используется обычный природный газ. После обогащения (очистки) биогаза до состояния биометана (полный аналог природного газа с концентрацией метана до 99%) газ может использоваться как моторное топливо, подаваться в общую систему газоснабжения в трубопроводы среднего или низкого давления, использоваться на технологические нужды в качестве полной замены природного газа

РЕЦЕНЗИЯ

на научную работу ученицы 9 «А» класса школы «Мурагер» Нурмахановой Аружан на тему: «Биотопливо - перспективные

решения проблемы в сельскохозяйственных регионах».В последнее время все большее внимание привлекают

нетрадиционные с технической точки зрения  источники энергии: солнечное   излучение, морские приливы и волны и многое другое. Некоторые из них например, ветер — находили широкое применение и в прошлом, а сегодня переживают второе рождение.

Ученица изучила преимущество использования биодизеля и биогаза. Раскрыт экологический эффект от использования биодизеля, который заключается в следующем:- попадание биодизеля в воду не причиняет вреда животному и растительному миру;- в почве и воде биодизель практически полностью распадается за 25-30 дней;- при сгорании биодизеля выделяется точно такой же объем углекислого газа, который был потреблен растениями, являющимися сырьем для его производства, за весь период жизни;- в отличие от классического дизельного топлива, биодизель почти не содержит серы.

Наряду с этим раскрыт экологический эффект от использования биогаза. Практическое применение биогаза возможно во всех сферах, где используется обычный природный газ. Автором изучены и представлены материалы по определению и выбору экологически выгодных видов топлива. Раскрыто значение биотопливного ресурсного потенциала, как совокупности органически взаимосвязанных топливно-биологических ресурсов сельскохозяйственного производства, использование которых позволяет получить не только экономический, но и экологический эффект.

Одним из важных моментов данной научной работы является поиск альтернативных видов биотоплива.

Выводы и практические предложения логически вытекают из выносимых на защиту положений научной работы.

Исходя из выше изложенного, считаю, что автор научной работы проявил большую ответственность при раскытии задачи и целей научного проекта.

Профессор кафедры «Биологии и географии»Кызылординского государственного университетаим. Коркыт Ата, д.б.н. Ибадуллаева С.Ж.

Введение

Цель работы: Исследование особенностей формирования и перспектив развития биотоплива в сельскохозяйственных регионах.

Задачи: -выявить длительные и среднесрочные тенденции биотоплива,

определить основные факторы, лежащие в основе его формирования и возможные перспективы развития;

-исследовать во взаимосвязи комплекс проблем, определяющих развитие мирового рынка биотоплива – ресурсных, производственных, технологических, сельскохозяйственных, энергетических, социальных и экологичесих;

-обосновать перспективные направления развития биотопливной отрасли с учетом развития науки и техники;

-использовать биотопливо на производстве и в быту.Объект исследования: комплекс экономических, технологических,

экологических и социальных процессов и явлений, лежащих в основе формирования рынка биотоплива.

Предмет исследования: биотопливо как система взаимоотношений субъектов мировой энергетической и сельскохозяйственных систем.

Практическая значимость: использование биотоплива – это перспективное направление в энергетике, за которым будущее; использовать биотопливо можно не только в масштабах страны, но и в быту.

В окружающем мире достаточно много источников энергии, которые люди уже обратили себе на пользу. Их можно условно назвать постоянными и временными. К временным относится энергия солнца, ветра, которые хоть и несут достаточно большой потенциал, но имеют временный характер и территориальное зонирование. Экономическая эффективность использования временных источников ставится под сомнение в силу множества факторов, влияющих на конечную стоимость произведенной единицы энергии. К постоянным можно отнести использование естественных природных процессов превращения веществ в природе для производства энергоресурса. К определенным минусам этой технологии относят экономические факторы, которые приводят к скрытой инфляции при использовании данной технологии, и нестабильность плановых показателей работы оборудования, вызванной переменным качеством перерабатываемого сырья.

Нам остается лишь посмотреть на природные процессы под другим углом и использовать ту энергию, которая находится в малом круге оборота веществ в природе, при этом соблюдая баланс, позволяющий нивелировать пагубное влияние на экологию, что приведет к восстановлению ранее нарушенного равновесия.

І. Нетрадиционные источники энергии – биотопливо

1.1 Нетрадиционые источники энергии – биотопливо.В соответствии с обывательской точкой зрения принято считать, что

отправной точкой текущего цикла развития отрасли биотоплива явились 1970-е гг., когда Бразилия, находившаяся в значительной зависимости от внешних поставок нефти, начала успешное производство биоэтанола. Ключевым побуждающим фактором в этот период стал взлет нефтяных цен, стимулированный войной, начавшейся 6 октября 1973 г., а также последующим эмбарго на экспорт нефти в некоторые регионы мира, объявленным арабскими странами 20 октября того же года.

В действительности же, более корректным было бы отметить тот факт, что Бразилия производила биоэтанол из сахарного тростника, как минимум, со времен 2-ой Мировой войны, причем весь последующий период характеризовался значительными темпами роста этой отрасли. Вместе с тем, в 70-е гг. она действительно приблизилась к достижению значимых масштабов.

Другим, исторически сложившимся, рынком биотоплива можно считать США. «Битва» между бензином и этанолом уходит корнями в 1826 год, когда Самуэль Морей использовал спирт для работы первого прототипа двигателя внутреннего сгорания. К 1860 г. тысячи заводов в стране производили 90 млн. галл. (340,7 млн. л) спирта для освещения, приготовления пищи и промышленности, эти показатели не включают спирт, пошедший на прямое пищевое потребление.[3]

В последнее время все большее внимание привлекают нетрадиционные с технической точки зрения  источники энергии: солнечное   излучение, морские приливы и волны и многое другое. Некоторые из них например, ветер — находили широкое применение и в прошлом, а сегодня переживают второе рождение. Одним из "забытых» видов сырья является и биогаз, использовавшийся еще в Древнем Китае и вновь «открытый» в наше время.

Что же такое биогаз? Этим термином обозначают газообразный продукт, получаемый в результате анаэробной, то есть происходящей без доступа воздуха, ферментации (перепревания) органических веществ самого разного происхождения. В любом крестьянском хозяйстве "в течение года собирается значительное количество навоза, ботвы растений, различных отходов. Обычно после разложения их используют как органическое удобрение. Однако мало кто знает, какое количество биогаза и тепла выделяется при ферментации. А ведь эта энергия тоже может сослужить хорошую службу сельским жителям.[1]

Биогаз — смесь газов. Его основные компоненты: метан (CH4 — 55—70% и углекислый газ (СО2] — 28—43%, в также в очень малых количествах другие газы, например — сероводород [H2S].

В среднем 1 кг органического вещества, биологически разложимого на 70%,   производит 0,18 кг метана, 0,32 кг углекислого газа, 0,2 кг воды м 0,3 кг неразложимого остатка.

Поскольку разложение органических отходов происходит за счет деятельности определенных типов бактерий, существенное влияние на него оказывает окружающая среда. Так, количество вырабатываемого газа в значительной степени згвисит от температуры: чем теплее, тем выше скорость и степень  ферментации органического сырье. Именно поэтому, вероятно, первые установки для получения биогаза появились в странах с теплым климатом. Однако  применение  надежной теплоизоляции, а иногда и подогретой воды позволяет освоить строительство генераторов биогаза в районах, где температура зимой опускается до --20°. Существуют определенные требования и к сырью: оно должно быть подходящим для развития бактерий, содержать биологически разлагающееся органическое вещество и в вбльшом количестве воду (90—94%). Желательно, чтобы среда была нейтральной и без веществ, мешающих действию бактерий: например, мыла, стиральных порошков, антибиотиков.[8]

Навоз – наиболее востребованный сегодня вид биотопливо, которое можно получить в домашних условиях. Поэтому, если у вас имеется своя небольшая ферма, то имеет смысл приобрести и установить оборудование для производства биологического топлива, так как оно окупится за несколько лет.

Больше всего тепла можно получить, используя конский навоз. Но его проблематично достать, поэтому можно взять любой другой — овечий, коровий, кроличий и т. д. Как правило, для обогрева домов, теплиц или хозяйственных построек применяются следующие смеси биотоплива на основе навоза:

конский навоз с соломой или торфом; смесь навоза и льняной костры в пропорции 7:3; смесь из навоза и домашнего мусора 4:6; смесь коровьего и конского навоза в пропорции 1:1; коровий навоз и древесные опилки в соотношении 7:3; смесь конского навоза и листвы в пропорции 7:3.

Технология изготовления биотоплива из навоза в домашних условиях основана на процессе брожения, который под воздействием тепла происходит в специальных герметичных бункерах. При этом выпаривается лишняя жидкость, и выделяется биогаз, который успешно можно применять для обогрева помещений и приготовления пищи.

Для получения биогаза можно использовать растительные и хозяйственные отходы, навоз, сточные воды и т. п. В процессе ферментации жидкость в резервуаре имеет тенденцию к разделению на три фракции. Верхняя — корка, образованная из крупных частиц, увлекаемых поднимающимися пузырьками газа, .через некоторое время может стать достаточно твердой и будет мешать выделению биогаза. В средней части

ферментатора скапливается жидкость, а нижняя, грязеобразная фракция выпадает в осадок.

Бактерии наиболее активны в средней зоне. Поэтому содержимое резервуара необходимо периодически перемешивать — хотя бы один раз в сутки, а желательно — до шести раз. Перемешивание может осуществляться с помощью механических приспособлений, гидравлическими средствами (рециркуляция под действием насоса;, под напором пневматической системы (частичная рециркуляция биогаза) или с помощью различных методов самоперемешивания.[1]

1.2Классификация биотопливаСогласно ГОСТР 52808-2007 "Нетрадиционные технологии.

Энергетика биоотходов. Термины и определения", биотопливо – это твердое, жидкое или газообразное топливо, получаемое из биомассы термохимическим или биологическим способом.

Это определение ложится в основу наиболее распространенной и самой простой, для понимания, классификации биотопливных продуктов, а именно – разделению их по агрегатному состоянию. Однако, это не единственная и не претендующая на максимальную полноту описания свойств и применимости различных видов биотоплива, классификация. Специалисты биотопливной отрасли чаще оперируют классификациями биотоплива по поколениям или по способу их производства.[5]

Классификация видов биотоплива по агрегатному состоянию.Твердое биотопливо. Самый распространенный представитель вида –

дрова. Опустив историю возникновения и эволюцию процесса сжигания древесины, отметим, что в настоящее время для производства дров или биомассы используются, так называемые, энергетические леса. В их составе включают быстрорастущие породы древесины, кустарников и трав (ива, тополь, эвкалипт, акация, сахарный тростник, кукуруза и др.). Посадку производят квадратно-гнездовым способом или в шахматном порядке. В междурядьях из деревьев часто высаживают сельскохозяйственные культуры (так называемые, комбинированные посадки). Период ротации энергетического леса (от срезания до срезания) составляет 4-6 лет. Экологические достоинства энергетической биомассы:

- предупреждение эрозии почвы;- при сжигании биомассы, в атмосферу выделяется только CO2, поглощенный при ее росте.

Другим, пока несколько меньше распространенными видом твердого биотоплива, являются древесные топливные гранулы (ДГТ). Это топливный продукт, полученный прессованием древесных отходов (опилок, щепы, коры, некондиционной древесины и др.), соломы, отходов сельского хозяйства (навоза, куриного помета, лузги подсолнечника, ореховой скорлупы,) и другой биомассы.

ДГТ - экологически чистое биотопливо, зольность которого не превышает 3 %.

Упрощенно, процесс производства ДГТ (или, как их еще называют, пеллет) выглядит следующим образом. Биосырье поступает в дробилку, где измельчается до консистенции муки. Данная мука передается в сушилку, а уже из неё — в специальный пресс-гранулятор. Сжатие во время прессовки повышает температуру муки, при этом лигнин, содержащийся в древесине, становится клейким, что позволяет получать на выходе плотные цилиндрики. Готовые гранулы охлаждают, пакуют в стандартную упаковку или доставляют потребителю россыпью. Наиболее распространенное применение пеллет – отопление объектов индивидуального строительства (частные дома, коттеджи), а также небольших производственных помещений. Самый динамично развивающийся рынок потребленияпеллет – страны Европейского Содружества. По разным оценкам, в некоторых странах Европы до 2/3 жилых помещений отапливаются с помощью пеллет. Также необходимо отметить, что в США и европейских странах действует ряд стандартов на топливные гранулы. Ознакомиться с ними Вы можете в нашем разделе «Библиотека».[9]

Также, среди видов твердого биотоплива необходимо упомянуть топливные брикеты (высушенные и брикетированные энергоносители биологического происхождения, например, навоз) и биологические отходы с минимальной степенью подготовки к сжиганию (опилки, щепа, кора, лузга, солома, шелуха и т.д.). В Европетопливные брикеты, наряду с пеллетами, используют для отопления жилых и производственных помещений, а щепу в основном сжигают на крупных теплоэлектростанциях мощностью до нескольких десятков мегаватт.

Жидкое биотопливо весьма перспективный класс биотоплива, основное применение которого – двигатели. Его получают из самых разнообразных растений – от пшеницы и сахарной свеклы, до рапса и отходов деревообработки.

Жидкое, или как его еще называют, моторное биотопливо – вещество, получаемое в ходе переработки растительного сырья (кукурузы, рапса, сахарной свеклы, сахарного тростника), средствами технологий, в основе которых лежит использование естественных биологических процессов (например, брожения).

Биоэтанол. Большая доля мирового производства жидкого (моторного) биотоплива приходится на биоэтанол (этанол, получаемый из сахарного тростника, зерна и сахарной свеклы, а также рапсового метилового эфира из семян рапса).

Причина популярности биоэтанола кроется в экономической эффективности его производства, т.к. при урожайности семян рапса 2-4 т/га с 1 гектара можно получить 1-1,5 тонны биоэтанола и 2-2,5 тонны высококачественных растительных кормов. Характеристики моторного топлива, получаемого из растений, близки к показателям дизельного топлива.

Биометанол– метанол, получаемый посредством биологического преобразования морского фитопланктона. Производство этого вида биотоплива начало зарождаться в конце 70-х, начале 80-х годов, когда несколько европейских стран объединили свои усилия по разработке проекта промышленного культивирования и переработки биомассы фитопланктона. Проектом предусматривалось создание промышленных зон в пустовавших, на тот момент, прибрежных районах. Однако, развития тот проект не получил, чему в большой мере способствовало существенное снижение мировых цен на нефть. Прошли десятилетия… специалисты и компании, занятые в биотопливной отрасли, вновь вернулись к вопросам культивирования фитопланктона и производства метанола. Сейчас данное направление производства биотоплива считается одним из самых перспективных, т.к. отличается от других более высокой выработкой биомассы (до 110 т/га фитопланктона в год), отсутствием серьезных требований к производственной площадке (не требуются плодородные почвы и пресная вода, т.е. процесс не создает конкуренции сельскому хозяйству) и высоким уровнем энергоотдачи (11-14 на стадии получения метана и до 9 на стадии выработки метанола).

Биодизель – вид биотоплива, для производства которого используются жиры растительного, микробного и животного происхождения (а также получаемых из них эфиров). Сырьем для производства биодизеля может выступать пальмовое, рапсовое, соевое и другие масла, отходы пищевой промышленности, а также морские водоросли. Биодизель находит применение в автомобильных двигателях, причем использовать его можно как в чистом виде, так и в виде смесей с традиционном дизельным топливом. Обычно такие смеси маркируют, указывая процентное содержание биодизеля, так в США для обозначения смесей дизельного топлива с биодизелемиспользуется буква B, после которой следует число, означающее процентное вхождение биодизеля (В2 - 2%, В100 - 100 %). Применение таких смесей не требует внесения конструктивных изменений в двигатели.[11]

Газообразное биотопливо (биогаз, биоводород) – продукт, получаемый в результате брожения биомассы или использования иных термо- и биохимических процессов, направленных на ее переработку. Наиболее распространенные вид газообразного биотоплива - биогаз, одной из разновидностей которого являетсябиоводород.

Биогаз – газ, получаемый в ходе брожения биомассы (органических отходов) посредством воздействия различных видов бактерий. Современная технология производства биогаза последовательно используются три вида бактерий, каждый из которых питается продуктами жизнедеятельности предыдущего:

- гидролизные бактерии;- кислотообразующие бактерии;- метанобразующие бактерии.

Перечень сырья, пригодного для получения биогаза, весьма широк. В основном, это органические отходы, такие как фекальные осадки, навоз, птичий помёт, пивная дробина, свекольный жом, трава, бытовые отходы, а также отходы рыбных и забойных производств (кровь, жир, кишки) и т.д. Кроме того, биогаз можно производить из энергетических культур - силосной, а также водорослей. Выход газа может достигать до 350 м³ из 1 тонны отходов и зависит от, собственно, вида сырья и применяемых технологий (из тонны навоза крупного рогатого скота получают до 70 м³ биогаза, до 400 м³ биогаза можно получить из различных видов растений, до 1400 м³ метана получают из жира – это своеобразный «биогазовый рекорд»).[1]

Классификация видов биотопливо по поколениям. Как уже говорилось выше, при классифицировании видов биотоплива по поколениям и технологиям производства, различные специалисты и информационные структуры во многом оперируют одними и теми же входными данными, поэтому наиболее правильный подход является объединение этих двух классификаций.

Биотопливо первого поколения. Биотопливо первого поколения производится из любого сельскохозяйственного сырья посредством применения традиционных технологий (близкие к естественным, биологические и термохимические процессы, такие как брожение). В настоящий момент, вопросы дальнейшего наращивания оборотов производства биотоплива первого поколения вызывает во всем мире ожесточенные дискуссии. К этому виду топлива относятся биоэтанол(производится из сахарного тростника, кукурузы, пшеницы и т.д.) и биодизель (получаемый из масляничных культур – сои, рапса, пальмы, подсолнечника).

Очевидно, что для их производства требуется использование качественных пахотных земель, разнообразная тяжелая сельскохозяйственная техника, а также удобрения и пестициды. Эти факты делают производство биотоплива прямым конкурентом пищевого сектора экономики страны-производителя. С учетом достижения в 2010-2012 годах ценами на продовольствие своего исторического максимума, многие эксперты считают необходимым снижать объемы производства биотоплива первого поколения. С точки зрения редакции нашего портала, связь между ростом цен на продовольствие и производством биотоплива тут весьма сомнительна, но так как приведенное мнение существует и регулярно обсуждается, мы не можем его не "озвучить". Но так как данный материал не носит статуса аналитического, свою точку зрения мы сопроводим лишь одним компетентным мнением, а более глубокое исследование проведем в одной из наших следующих статей... Итак, осенью 2008 года, когда наблюдалось снижение цен на продовольствие вице-президент

Российской биотопливной ассоциации Алексей Аблаев в одной из своих публикаций дал, на наш взгляд, очень верную оценку влияния

производства биотопливо на стоимость продовольствия: «Цены на продовольствие сейчас резко падают вместе с ценами на нефть. Причем производство биотоплива в США и Европе отнюдь не уменьшилось, а увеличилось. Вина производства биотопливо в росте цен - это большой миф, искусственно поддерживаемый нефтяной отраслью. На стоимость продовольствия влияют уровень цен на нефть, увеличивающееся потребление со стороны Индии и Китая. А биотопливо - это третий, четвертый фактор, но никак не первый». Но вернемся к нашей классификации…

Биотопливо второго поколения производятся из не пищевого сырья (отработанные жиры и растительные масла, биомасса деревьев и растений). Технологически производство биотоплива второго поколения представляет собой процесс получения топлива посредством переработки целлюлозы и лигнина, содержащихся в древесной или волокнистой биомассе.

Преимущество такого биотоплива второго поколения заключается в том, что сырье, необходимое для производства (растения) может выращиваться на менее благоустроенных, по сравнению с биотопливом первого поколения, землях. Для их производства требуется минимум техники, удобрений и пестицидов. Основной недостаток производства кроется в свойствах самого сырья - лигноцеллюлоза древесины - сложный полимерный углевод, требующий большего числа химических превращений и, соответственно, энергии для получения из него жидких топлив. Условная эффективность производства энергии из биомассы биотоплив первого и второго поколений одинакова и составляет примерно 50%. Из лигноцеллюлозы растений получают два основных вида топлива: биоэтанол и бионефть. Таким образом, можно сделать вывод, что производство биотоплива второго поколения, в настоящий момент, является очень капиталоемким процессом, т.к. пока соответствующие технологии весьма дороги. Чтобы довести стоимость производства биотоплива второго поколения до уровня рентабельности, всей биотопливной отрасли предстоит пройти большой путь.[12]

Биотопливо третьего поколения производится из водорослей. Перспективность этого направления развития биотопливной отрасли связана со спецификой состава водорослей. По характеристикам, которые могут заинтересовать специалистов биотопливной отрасли, они значительно превосходят растения, средой обитания для которых является суша. Если говорить упрощенно - водоросли «жирнее», так, например, в штамме водорослей содержание жиров составляет от 75 до 85% сухого веса. Выше мы уже упоминали об исключительной эффективности жира, при использовании его для производства биотоплива – «чем больше жира – тем больше выход энергии». Дополнительным преимуществом водорослей является то, что с одной технологической площадки можно собирать до 35 урожаев в год. Также, весьма интересным моментом является тот факт, что если размещать площадки для

культивирования «биотопливных водорослей» ниже сброса тепла ТЭЦ, можно «покрыть» до 77 % потребностей в тепле, необходимом для выращивания водорослей.[7]

ІІ. Увеличение потребности биотоплива в современном мире

2.1 Применение биотоплива и страны лидеры по использованию сырья

По оценкам Worldwatch Institute в 2007 году во всём мире было произведено 54 миллиарда литров биотоплив, что составляет 1,5 % от мирового потребления жидких топлив. Производство этанола составило 46 миллиардовлитров.

США и Бразилия производят 95 % мирового объёма этанола. В Бразилии поиском альтернативного нефти источника топлива занялись в конце 1960-х – начале 1970-х гг. Им стал этанол, получаемый из сахарного тростника. В 1975 г. в стране была принята Национальная программа (Pro-Alcool), направленная на стимулирование использования этанола как топливного заменителя бензина и увеличения его производства. За 10 лет существования программы в отрасль было инвестировано 6,5 млрд долл. США, создано 500 тыс. рабочих мест. Интересен факт, что уже в 1985 г. в Бразилии 2,5 млн. машин использовало чистый этанол, и 80% бензина на заправочных станциях содержало 22% биоэтанола.[6]

Страны ЕС являются крупнейшим мировым производителем и потребителем биодизеля. На их долю приходится около 60% мирового

производства и потребления этого вида топлива. По предварительным оценкам Европейского совета по биодизелю, в 2007 г. производство этого вида топлива в регионе выросло 2,5 раза относительно уровня 2006 г. и превысило 8 млн.т. При этом ожидается, что производство биоэтанола, объемы которого в 2005 г. составили 830 тыс. т., к 2008 г. должно вырасти до 3,7 млн. т. (около 4,5 млрд. литров), или в 4,5 раза.

Надо отметить, что интерес стран ЕС к альтернативным и возобновляемым видам топлива резко вырос после перебоев с поставками нефти в 1973 и 1979 гг.

В Германии, Франции и Италии активизировались научные исследования в данной области, были созданы высокоэффективные, экономичные автомобильные двигатели, работающие на биотопливе.

Крупнейшим потребителем биотоплива в Европе является автотранспорт. 45% производимого биодизеля используют, преимущественно в чистом виде, на грузовом и общественном автотранспорте, 50% – в качестве добавки к традиционному дизельному топливу, оставшиеся 5% – в фермерских хозяйствах.

Европейская комиссия поставила задачу использовать к 2020 году альтернативные источники энергии как минимум в 10 % транспортных средств. Есть также промежуточная цель в 5,75 % к 2010 г.

В ноябре 2007 в Великобритании было создано Агентство по возобновляемому топливу (англ. Renewable Fuels Agency), которое должно контролировать введение требований к использованию возобновляемого топлива. Председателем комитета стал Эд Галлахер (Ed Gallaher), бывший исполнительный директор Агентства по окружающей среде.[8]

Дебаты по поводу жизнеспособности биотоплива на протяжении 2008 года привели к повторному всестороннему исследованию проблемы комиссией, возглавляемой Галлахером. Было рассмотрено непрямое влияние использования биотоплива на производство пищевых продуктов, разнообразие выращиваемых культур, цены на продовольствие и площадь сельскохозяйственных земель. В отчете предлагалось снижение динамики внедрения биотоплива до 0,5 % в год. Цель в 5 процентов таким образом должна быть достигнута не ранее чем в 2013/2014 г., на три года позже, чем было изначально предложено. Более того, дальнейшее внедрение должно быть сопряжено с обязательным требованием к компаниям применять новейшие технологии, ориентированные на топливо второго поколения.

C 1 апреля 2011 года на более чем 300 шведских заправочных станциях можно приобрести новый дизель. Швеция стала первой страной в мире, где можно заправлять машины эко-дизелем, сделанным на основе масла шведских сосен. «Это хороший пример того, как можно использовать многие ценные составляющие леса и как наше „зеленое золото“ может дать и больше рабочих мест и лучше климат» — министр сельского хозяйства страны Эскиль Эрландссон/Eskil Erlandsso.

8 марта 2013 года был выполнен первый коммерческий трансатлантический авиарейс на биотопливе. Рейс выполнил самолет Боинг-777-200 авиакомпании KLM по маршруту Амстердам — Нью-Йорк.[4]

По мнению ученых, в России производство биоэтанола является более реальным, чем биодизеля. Проблема связана с сырьем. Если биоэтанол можно получать практически из любой биомассы, то биодизель является продуктом переработки растительных масел и животных жиров. Современный уровень производства масличных культур в России позволяет удовлетворять лишь продовольственные нужды страны.

По расчетам ученых, Россия, располагающая огромным потенциалом сельскохозяйственных земель (2 место в мире по площади сельхозугодий на душу населения) могла бы обеспечить до 50% потребностей сельского хозяйства в энергоресурсах за счет производства рапсового масла для последующей переработки в биодизельное топливо. В 2005 г. в России рапсом было засеяно 250 тыс. га, в то время как в Германии – 1,5 млн.га. Ресурсы для производства этанола из мелассы и зерна в стране поистине неисчерпаемы, не считая других источников для производства топливного этанола в виде целлюлозы, отходов деревообработки и спиртовой промышленности.

Однако учитывая зарубежный опыт производства биодизельного топлива из рапса и высокие цены на этот вид топлива на внутреннем рынке России, Министерство сельского хозяйства и продовольствия России разработало ведомственную программу производства рапса в РФ, в которой предусмотрено четырехкратное увеличение производства семян этой культуры к 2008 г. (до 1,3 млн. т) за счет расширения посевных площадей до 1 млн.га.

По данным Росстата, в 2010 году российский экспорт топлива растительного происхождения (в том числе солома, жмых, щепа и

древесина) составил более 2,7 млн тонн. Россия входит в тройку стран экспортеров топливных пеллет на европейском рынке.

Всего около 20 % произведённых биотоплив потребляется в России..

Потенциальное производство в России биогаза — до 72 млрд м³ в год. Потенциально возможное производство из биогаза электроэнергии составляет 151 200 ГВт, тепла — 169 344 ГВт.

В 2012—2013 годах был введен в эксплуатацию более 50 биогазовых электростанций в 27 регионах России. Установленная мощность каждой станций составит от 350 кВт до 10 МВт. Суммарная мощность станций превысит 120 МВт. Общая стоимость проектов составит от 58,5 до 75,8 млрд рублей (в зависимости от параметров оценки). Реализацией данного проекта занимаются ГК "Корпорация «ГазЭнергоСтрой» и Корпорация «БиоГазЭнергоСтрой». [7]

Казахстан в этом вопросе имеет конкурентное преимущество. В августе 2007 года в Республике начала работу Казахстанская  биотопливная ассоциация. Основной целью ее деятельности является консолидация организаций, предприятий и предпринимателей, направленная на развитие биотопливной промышленности. В развитых странах биоэтанол, как средство заправки автомобилей, и древесные пеллеты находят все большее применение.

В Республике Казахстан имеются все экономические условия для производства и использования биотоплива, свободные площади для выращивания зерновых и масличных культур, технический и кадровый потенциал, рост внутренней потребности в более дешевых и экологически чистых видах энергии. Процесс все более широкого использования биотоплива в сельскохозяйственном производстве не должен снижать уровень продовольственной безопасности Республики Казахстан, поэтому в качестве сырья будут использоваться растениеводческая продукция технического характера, в том числе пшеница 3-го и 4-го класса. Это позволит произвести около 800 тыс. тонн биотоплива с низкой себестоимостью. Цена такого топлива будет в полтора-два раза дешевле произведенного в Европе биологического топлива.

Как сообщает пресс-служба Минсельхоза, Ассоциация намерена участвовать в разработке нормативно-правовых актов в области производства и оборота биотоплива, определять экономическую эффективность производства альтернативного вида топлива и связанных с ним смежных производств в каждом конкретном регионе страны. Как известно, биотопливо сейчас рассматривается как одна из основных альтернатив бензину и дизелю.[11]

2.2 Факторы, влияющие на развитие биотопливаПоскольку разложение органических отходов происходит за счет

деятельности определенных типов бактерий, существенное влияние на него оказывает окружающая среда. Так, количество вырабатываемого газа в значительной степени зависит от температуры: чем теплее, тем выше

скорость и степень  ферментации органического сырье. Именно поэтому, вероятно, первые установки для получения биогаза появились в странах с теплым климатом. Однако  применение  надежной теплоизоляции, а иногда и подогретой воды позволяет освоить строительство генераторов биогаза в районах, где температура зимой опускается до --20°. Существуют определенные требования и к сырью: оно должно быть подходящим для развития бактерий, содержать биологически разлагающееся органическое вещество и в большом количестве воду (90—94%). Желательно, чтобы среда была нейтральной и без веществ, мешающих действию бактерий: например, мыла, стиральных порошков, антибиотиков.[5]

Для получения биогаза можно использовать растительные и хозяйственные отходы, навоз, сточные воды и т. п. В процессе ферментации жидкость в резервуаре имеет тенденцию к разделению на три фракции. Верхняя — корка, образованная из крупных частиц, увлекаемых поднимающимися пузырьками газа, .через некоторое время может стать достаточно твердой и будет мешать выделению биогаза. В средней части ферментатора скапливается жидкость, а нижняя, грязеобразная фракция выпадает в осадок.

Бактерии наиболее активны в средней зоне. Поэтому содержимое резервуара необходимо периодически перемешивать-хотя бы один раз в сутки, а желательно-до шести раз. Перемешивание может осуществляться с помощью механических приспособлений, гидравлическими средствами (рециркуляция под действием насоса; под напором пневматической системы (частичная рециркуляция биогаза) или с помощью различных методов самоперемешивания.

Перспективы дальнейшего развития биотоплива будет связано со следующими факторами:

ценами на нефть; наличия недорогих видов сырья; правительственной поддержки; технологическими прорывами, которые могли бы снизить стоимость

биотоплива второго поколения; конкуренцией со стороны альтернативных вариантов топлива.

Рост цен на нефть является наиболее важным фактором повышения конкурентоспособности альтернативных видов топлива, включая биотопливо.[12]

2.3 Сырье для производства биотопливаКонский навоз самый лучший по выделению тепла во время гниения.

Во время разложения конского навоза при определенных условиях может быть кратковременно достигнута температура около 60 градусов и спустя некоторое время температура навоза опускается до 33-39 градусов. Такая температура может держаться около трех месяцев.

Конский навоз можно смешивать с любыми другими видами биологических отходов практически в любых пропорциях. Однако не все

могут содержать лошадей для этих целей. Таким образом, этот вид биотопливо доступен не для всех.

Продукты жизнедеятельности других животных тоже хорошее биотопливо для парников, хотя уступают по качеству конскому навозу. Большой рогатый скот, свиньи, кролики, утки, гуси и прочая живность тоже подходят для этих целей.

В силу того, что поголовье большого рогатого скота самое большое, они то и производят навоз в большом количестве. Купить коровий навоз для использования в качестве биотопливо не проблема. Он разлагается с выделением тепла на протяжении трех месяцев и способен поддерживать температуру в теплице или парнике до 20 градусов. Коровий навоз тяжелый разогревается медленно. Его следует использовать в смеси с другими видами биотопливо.[8]

В качестве биотопливо пригодны домовые отходы - кухонные отходы, бумага, тряпье, мусор, зола. Скорость их разложения и температура зависят от соотношения составных частей. Хорошо разлагается мусор, в котором до 30- 40% бумаги и тряпья. После перепревания он приобретает однородный характер и хорошо рассыпается. Можно с успехом применять также отходы хлопчатобумажных, льнотеребильных предприятий, лузгу, костру и другое, так называемое сухое биотопливо, увлажненное перед закладкой в парник горячей водой, а еще лучше навозной жижей. Увлажненный материал перемешивают и рыхло укладывают в кучу высотой до 1 м. Через 3-4 дня это биотопливо разогревается, и им можно набивать парник или теплицу.

Солома один из наиболее распространенных видов биотоплива. В местностях, где выращивают зерновые культуры приобрести солому ржи, пшеницы или овса не проблема. Солома как биотопливо в смеси с минеральными азотными удобрениями быстро разогревается, но также быстро и остывает. Солому использовать есть резон для краткосрочного обогрева. Солома также хорошо греет в смеси с другими отходами.

Отходы деревообрабатывающей промышленности в виде опилок тоже годятся для обогрева парников и теплиц. В некоторых случаях опилки можно купить по символической цене. Опилки, как отходы деревообрабатывающей промышленности, иногда весьма серьезно загрязняют окружающую среду. Под действием атмосферных осадков из опилок выделяются формальдегиды отравляющие водные источники.

Государственные санитарные и экологические службы немилосердно штрафуют предприятия, у которых на территории горы опилок. Иногда деревообрабатывающие предприятия весьма охотно отдают опилки за небольшие деньги всем желающим.  Опилки как биотопливо лучше смешивать с другими отходами. Они разогреваются медленно не больше 20 градусов и греют недолго не более двух месяцев.[1]

Перепревшая кора – в течение почти 120 суток стабильно нагревает грунт до 25 градусов. Кора это один из отходов лесопильного производства.  На больших лесопильных предприятиях этих отходов

достаточно много. Для утилизации коры необходимы большие финансовые затраты предприятий.  В основном транспортные расходы.

Опавшие листья деревьев тоже можно использовать для обогрева парников.  Они греют похуже опилок. Но зато их много и они бесплатные. Их и можно и нужно использовать с другими видами биотоплива: навозом, соломой, травой, опилками. Для быстрого разогрева листьев им необходимо добавлять азотные удобрения.

Трава, отходы от сельскохозяйственных культур, ботва картофеля, прогнившее сено т.п. можно использовать для обогрева парников. Трава не столь эффективна как другие виды. Быстро разогревается и быстро остывает. Ее необходимо использовать в смеси с другими видами биотоплива. Даже такое биотопливо парники разогреет без проблем.[8]

При первичной переработке льна на льнозаводах образуется костра – отходы производства, которые также можно использовать для обогрева теплиц. Поскольку костра составляет до 60% от всего количества льна, ее производят тысячами тонн. Если на льнозаводе не догадались использовать костру для отопления в котельных и других видах производства ее можно применить в отоплении парников.

Отходы хлопчатобумажной промышленности есть возле больших промышленных объектов и доступны не всем. Большие целлюлозно-бумажные предприятия иногда имеют не маленькие проблемы с отходами производства. Поэтому их можно достать почти даром.

2.4 Варианты изготовления биотопливаБиотопливо представляет собой альтернативный источник энергии.

Производить его можно из самых разных видов органического материала — навоза, растительных отходов, сои, рапса и даже мусора. Основное достоинство биотоплива в том, что оно является экологически чистым, не усугубляет парниковый эффект и очень часто подходит в качестве заменителя природного газа, который наносит большой вред атмосфере. Учитывая это, каждый желающий в состоянии приготовить биотопливо в домашних условиях для своих нужд.

Многих сельских жителей или тех, кто имеет загородный дом, интересует вопрос, как создать биотопливо для обогрева и всего того, что требует электроэнергии. Вариантов несколько, поэтому каждый может выбрать тот, который ему подходит лучше всего.[3]

Навоз – наиболее востребованный сегодня вид биотоплива,которое можно получить в домашних условиях. Поэтому, если у вас имеется своя небольшая ферма, то имеет смысл приобрести и установить оборудование для производства биологического топлива, так как оно окупится за несколько лет.Больше всего тепла можно получить, используя конский навоз. Но его проблематично достать, поэтому можно взять любой другой — овечий, коровий, кроличий и т. д. Как правило, для обогрева домов, теплиц или

хозяйственных построек применяются следующие смеси биотоплива на основе навоза:

конский навоз с соломой или торфом; смесь навоза и льняной костры в пропорции 7:3; смесь из навоза и домашнего мусора 4:6; смесь коровьего и конского навоза в пропорции 1:1; коровий навоз и древесные опилки в соотношении 7:3; смесь конского навоза и листвы в пропорции 7:3.

Технология изготовления биотоплива из навоза в домашних условиях основана на процессе брожения, который под воздействием тепла происходит в специальных герметичных бункерах.При этом выпаривается лишняя жидкость, и выделяется биогаз, который успешно можно применять для обогрева помещений и приготовления пищи.Использование древесного угля вовсе не ограничивается отдыхом на природе, жаркой шашлыков и барбекю. Данный природный материал может успешно применяться во многих сферах, например, в кузнечном деле, медицине, для производства пороха, качественной фильтрации питьевой воды, а также для различных домашних нужд.Тот, кому приходилось сталкиваться с приобретением древесного угля, знают, что он стоит немалых денег. Чтобы минимизировать свои траты, можно приготовить сырье самостоятельно. Достаточно просто иметь умелые руки и некоторые знания. Для этих целей можно использовать один из двух методов.[10]

Изготовление угля в яме. На хорошо уплотненное дно ямы укладывают сухую бересту и мелкие ветки, после чего разводят небольшой костер. Когда он хорошо разгорится, следует уложить заранее приготовленные дрова небольших размеров — около 30 сантиметров длиной. При этом они должны располагаться плотно и добавляться постепенно по мере обжига предыдущего слоя. Для полного выжига углей потребуется около 3-х часов.

После этого угли необходимо укрыть мхом, травой и сухими листьями, а также засыпать землей и плотно утрамбовать. После того как уголь хорошо остынет, на что потребуется 2 суток, твердое биотопливо будет готово. По истечении этого времени из ямы убирается земля, а уголь выгребается, просеивается и пакуется в мешки, чтобы использовать его в твердотопливных котлах или для приготовления пищи на костре.Естественно, такое производство биотоплива потребует от вас как материальных, так и физических затрат. Но, во-первых, это будет намного дешевле приобретения готовой продукции. А, во-вторых, все созданное своими руками в домашних условиях доставит моральное удовлетворение.[9]

Приготовления угля в бочке. Получение и применение древесного угля. Для того чтобы приготовить древесный уголь вторым доступным способом, необходимо приобрести толстостенную металлическую бочку емкостью 200 литров. Внизу бочки делается штуцер для принудительного нагнетания воздуха. Часто для этого используется пылесос.

На дне бочки разводится небольшой костер, в который постепенно добавляются чурки. Для того чтобы укладка была более плотной, бочку рекомендуется периодически встряхивать. Подачу воздуха нужно начинать сразу после того, как бочка наполовину своего объема заполнится дровами. После подачи воздуха поленья станут меньше дымить и хорошо начнут гореть. Через некоторое время для продолжения процесса жжения следует закрыть резервуар крышкой, заделать все щели при помощи смеси земли с водой или густого глиняного раствора.

При таком способе получения в домашних условиях биотоплива иногда образуется небольшое количество золы. Поэтому после полного остывания бочки ее необходимо перевернуть, а готовый уголь просеять и расфасовать в мешки.

Несмотря на некоторые моменты, кажущиеся сложными, изготовление биологического топлива своим руками — это реальная возможность. В приморских районах в качестве биотоплива используются водоросли. Низкая себестоимость и солидное содержание углерода в определенные периоды года, а также большое количество сырья, поставляемого океаном или морем, дает возможность рассматривать водоросли как важнейшее средство для производства биологического топлива.[6]

2.5 Оборудование для получения биотопливаСуществует несколько вариантов чтобы получить

биогаз собственными силами. Для начала заметим, что биогаз, исходя из своего названия, имеет природную основу. В его происхождении принимают непосредственное участие три вида бактерий: гидролизные, кислотообразующие и бактерии, способствующие образованию метана. Сырье для газа (допустим, что это будет навоз) обрабатывается анаэробным способом. Раньше этот метод был известен при получении перегноя, которым удобряются поля и огородные участки.[2]

Прекрасный способ получения биогаза в домашних условиях заключается в переработке отходов пищеварительной системы хозяйственного скота.

Для начала необходимо соорудить специальный биогазовый реактор, в котором будет происходить весь процесс брожения. Для начало надо смешайть 3,5 тонны палой листвы и 1,5 тонны навоза. Затем добавляйте воду до 60-70-ти процентной влажности. Данную смесь поместите в подготовленную яму и подогрейте до 35°. Без поступления воздуха, посредством брожения, масса сама прогреется до 70°. Время, которое

займёт брожение, составляет 2 недели. Навес над ямой можно закрепить при помощи противовеса.

Такой способ получения биоэнергии довольно прост, не требует больших финансовых вложений. Он даже, наоборот, способствует экономии денежных средств.На протяжении последних лет цены, как на электроэнергию, так и природный газ ежегодно возрастают на 15 - 30%. Поэтому, сейчас как никогда, биогазовые установки имеют свою актуальность, так как под воздействием мирового финансового кризиса цены еще больше повышаются. Такая установка позволяет извлекать из остающегося в результате жизнедеятельности домашних животных навоза и иных органических отходов немалое количество биогаза, а также получать ценнейшие биологических удобрения.[9]

От пятидесяти до ста кубометров газа можно получить из одной тонны навоза. Биотехнологии, положительно зарекомендовавшие себя на западе, сейчас уже не являются там чем - либо новым. В России при ведении частного фермерского бизнеса биогазовые установки для дома помогут вырабатывать достаточное количество тепла и электричеств.

Биогазовая установка даст возможность пользоваться практически бесплатным теплом и светом не только в жилых, но и в хозяйственных постройках, в теплицах. Эта несложная установка является значительным подспорьем для сельских жителей, содержащих своё хозяйство. Бесплатное сырьё в сельской местности можно найти повсеместно.

В качестве сырья для домашней биогазовой установки используется навоз свиней, навоз крупного рогатого скота, силос, птичий помет, отходы бойни, солодовой осадок, прогнившее зерно, жиры, пищевые отходы, свекольная ботва, водоросли, отходы обработки молока и тому подобное сырьё. Большинство видов сырья между собой можно смешивать. Главное, что в результате получается дешевая и биологически чистая тепловая и электрическая энергия.

Переработка отходов жизнедеятельности на биогазовых установках в домашних условиях дает газ (из которого одновременно можно получить не только электричество и тепло), но и высококачественные биологические удобрения. Выработка из биогаза электричества осуществляются на когенерационных электростанциях. В этом случае для получения 2 - х источников энергии и электрической и тепловой, используется первичный источник энергии – газ.

Главным преимуществом такой электростанции (перед обычными) будет то, что энергия топлива здесь используется с гораздо большей эффективностью. Иначе говоря, когенерационная установка дает возможность эффективно использовать тепловую энергию. А она то, обычно вместе с дымовыми газами, улетучивается в атмосферу. Когенерационные электростанции могут быть турбинными или же поршневыми (более традиционными).[4]

Биогаз – это один из вариантов чистого (в экологическом плане) топлива. Его в свое время предложили российские свиноводы. Они использовали неизбежные в процессе работы свиноферм отходы, а именно навоз и газ. Такие отходы очень практичны для того, чтобы с помощью биогазовых установок в домашних условиях обогревать теплицы. При этом у хозяина дома будет существенная экономия на утилизации отходов.

К плюсам использования биогазовых установок отнесем то, что избыток отходов, получаемых при выращивании растительных культур в сельском хозяйстве, позволяет экономить и природные, и собственные денежные ресурсы. В конечном итоге отходы приносят прибыль. Такая биогазовая энергетика экономически выгодная и надежная альтернатива центральному электроснабжению и магистральному газу. Биогазовая установка – это, в том числе, и независимость от постоянно растущих тарифов, возможность одновременного получения нескольких видов энергии и полное решение актуальной проблемы утилизации органических отходов.[7]

ІІІ. Перспективы развития биотопливо

3.1 Обогрев теплицМногих дачников интересует вопрос — как устроить обогрев теплиц

своими руками. Биологический обогрев основан на фрагментации биотоплива.

Биотопливом может быть навоз, домашний мусор, компосты.Навоз — наиболее популярный вид биотоплива. Большее количество

тепла вы сможете получить используя конский навоз — это наиболее ценное биотопливо. Однако, его очень сложно достать, поэтому можно использовать то, что имеется в наличии — козий, овечий, коровий, кроличий навоз.

Перечислим виды биотоплива в основе которых лежит навоз, который применяется для обогрева весенних теплиц:1. смесь домашнего мусора и коровьего навоза в пропорции 6:4;2. конский навоз с подстилкой из соломы или соломенно — торфяной подстилкой;3. смесь конского навоза и коровьего в пропорции 1:1;4. смесь древесных опилок и коровьего навоза в пропорции 3:7;5. смесь волокнистого торфа с коровьим навозом в пропорции 3:7;6. смесь льняной костры и коровьего навоза в пропорции 3 :7;7. смесь домашнего мусора с конским навозом в любой пропорции;8. смесь конского навоза с козьим или овечьим в любой пропорции;9. смесь листвы и конского навоза в пропорции 3:7;10. смесь козьего, овечьего и кроличьего навоза в любой пропорции.[12]

Вид биотоплива

рНСредняя

влажность, %

Максимальная температура

при "горении". o С

Средняя температура

горения в теплице, o С

Продолжительность "горения", дней

Заводской компост из бытового

мусора

7-8 ДО 50 50-60 30-35 120-180

Бытовой мусор

7-9 35-60 60-65 36-43 80-100

Навоз конский

8-9 65 – 75 60-75 33-38 70-90

Навоз коровий

6-7 75-80 40-52 12-20 75 - 100

Навоз овечий

7-8 65-67 55-60 30-35 90-120

Навоз свиной

6-7 73-77 20-30 14-16 60-70

Древесные опилки

5-6 30-10 30-40 15-20 40-60

Древесная кора

5-7 60-75 40-50 20-25 100-120

Заготавливать биотопливо можно с августа. Хранить биотопливо следует крупными хорошо утрамбованными штабелями, габариты которых 3-4 м на 1,5 — 2 м. Длина может быть произвольной. Располагать штабеля лучше с севера на юг по длинной стороне.

Необходимо утеплять штабеля зимой, чтобы навоз не промерзал. Делают это опилками или торфом, а сверху укрывают соломенными матами. Существует ряд так называемых противоморозных устройств, применяемых в теплице. Это приборы, которые подают сигнал при недопустимом снижении температуры. Обычно с их помощью контролируют температуру теплицы.

Весной, прежде, чем укладывать навоз, необходимо переложить навоз в рыхлый штабель и разогреть. Чтобы это сделать в штабеле делают несколько лунок и наливают туда горячую воду. После штабель укрывают непрозрачной плёнкой или мешковиной и оставляют на 3 — 4 дня. За это время навоз разогревается до температуры 50 — 60о С.

Толщина слоя биотопливо может составлять от 40 до 70 см. Это нужно учитывать при планировании сроков эксплуатации теплицы весной и климатических условий местности. Чем вы раньше начинаете эксплуатировать теплицу тем выше слой биотопливо должен быть. На дно рва кладут более холодный навоз, а сверху и по бокам ямы более горячий. Через несколько дней можно добавить новую порцию, когда прежний слой осядет. Утрамбовывать его ногами не следует — он должен лежать по возможности рыхло. Сверху посыпьте слой земли, компоста или торфа.[5]

Если дачный участок находится далеко от деревни, то не всегда легко приобрести навоз для обогрева, поэтому можно выбрать другой вид биотопливо. Можно использовать энергетически ценный компост из органических отходов. Его достаточно легко готовить на своём участке, и материал для него всегда имеется в наличии. Такой компост можно применять не только для биотопливо, но и в качестве обогащения истощённой почвы.

Компост – продукт из натуральных ингредиентов, поэтому его полезнее применять для растений, чем удобрения созданные химическим путём. Только вот хранить его под открытым небом не следует — все полезные вещества будут вымываться дождём. Такой компост не будет представлять никакой ценности никак биотопливо, ни как удобрение.

Для приготовления компоста следует сделать специальное устройство, учитывая природные условия. Можно приобрести готовые ящики, можно ящики сделать своими руками.

Для этого потребуются деревянные доски, обработанные антисептическим раствором, который не принесёт вреда бактериям, участвующим в приготовлении компоста. Вместо дерева можно использовать бетон, металл или асбестоцемент. Обязательно наличие крышки и боковых вентиляционных отверстий. Компост можно закладывать в течение всего летнего сезона. Внизу он созревает быстрее. Поэтому в конструкции ящика должны предусмотреть доступ нижнему слою. Можно для этого сделать съёмные боковые панели.[10]

Следующий вариант биотопливо, который с успехом заменяет навоз – это растительный перегной. Чтобы его получить, нужно в бочку или ящик засыпать свежескошенную траву, потом добавить в неё пятипроцентный раствор мочевины или любого другого азотного удобрения, накрыть крышкой, придавив крышку грузом. Уже через 10 — 14 дней это растительное биотопливо будет готово к использованию. Этот перегной можно использовать и в качестве подкормки под овощи. Для этого полученный субстрат разбавляют водой один к одному и поливают им растения.

Ещё один вид домашнего биотопливо-это домашний мусор,который в свою очередь должен состоять на 20-40 % из тряпья и бумаги. Разогревается этот вид биотопливо довольно долго, достигает очень высокой температуры, сравнимой с температурой конского навоза. Полученная температура держится тоже довольно долго.[12]

3.2 Применение в качестве минеральных удобренийНавоз – один из доступных видов органических удобрений, который

всегда помогает получить отличный урожай.Навоз способствует развитию почвенных бактерий и

микроорганизмов, которые помогают корням растений получать доступные питательные элементы, благодаря внесению навоза в почве повышается содержание гумуса. При его разложении образуются минеральные вещества, необходимые для нормального развития растений.

При внесении навоза песчаные и супесчаные почвы становятся более связанными, повышается содержание питательных веществ и влаги. Глинистые почвы под воздействием навоза становятся более рыхлыми, их легче обрабатывать, они становятся более проницаемыми для воды и воздуха. Особенность навоза - повышение урожая не только в год внесения в почву, но и в последующие годы. На глинистых почвах навоз разлагается медленно. Его действие после внесения длится 6-7 лет. На супесчаных почвах действие навоза длится около 3-4 лет.[11]

Виды навоза. Наиболее распространенный навоз – коровий, но он плотный и медленно разлагается. Самый хороший навоз – конский. Он - пористый, в нем больше всего питательных веществ, соответственно и норма его расхода меньше. Овечий и козий навозы – сухие, при внесении в почву необходим дополнительный обильный полив.

Свиной навоз содержит много влаги, поэтому практически непригоден для использования на тяжелых почвах, зато его можно использовать на песках и супесях.

Птичий помет - полное быстродействующее удобрение, содержащее азот, фосфор и калий в легкодоступной для растений форме. По содержанию азота самый полезный - куриный помет, смешанный с торфом или перегноем. В нем больше всего сохраняется питательных веществ. Хранить птичий помет необходимо в закрытой таре с отверстиями для проветривания. В свежем виде птичий помет использовать не рекомендуется, растения могут получить ожог. 

Состав и качество навоза зависит от способа хранения, вида животного, его корма и подстилки. Так, при кормлении свиней используют много концентратов, поэтому навоз отличается высоким содержанием азота, а в рационе жвачных животных присутствуют грубые корма — в их навозе больше калия. Навоз лошадей и овец содержит больше органического вещества, азота, фосфора и калия, чем навоз коров и свиней.

На качество навоза влияет количество и вид подстилочного материала. Именно подстилка улучшает его физические свойства. Наиболее ценным подстилочным материалом является торф. Навоз на такой основе содержит меньше калия, но больше общего и аммиачного азота, чем навоз на соломе. Эффективность его значительно выше, особенно на дерново-подзолистых почвах. А вот при использовании в качестве подстилки стружки и опилок получается навоз плохого качества, он содержит мало азота и медленно разлагается.[1]

Способы заготовки. В зависимости от условий хранения навоз получается разного качества. При плотном (или холодном) способе навоз укладывают слоями и уплотняют. Сверху бурт накрывают торфом или соломой. При таком хранении разложение органического вещества происходит очень медленно, навоз становится полуперепревшим через 3-5 месяцев, он содержит значительное количество аммиачного азота.

При рыхлом хранении навоза, без уплотнения (например, в мешках) происходят наибольшие потери органического вещества и азота, качество его значительно снижается. Потери азота при разложении навоза можно сократить добавлением к нему (при укладке в бурты) фосфоритной муки (3% от массы навоза). Такой навозно-фосфоритный компост созревает за 2-3 месяца летом и за 3-4 месяца зимой.

Степени разложения навоза. Качество навоза зависит от продолжительности его хранения. С увеличением срока хранения потери азота и органического вещества возрастают. По степени разложения различают свежий навоз, слаборазложившийся (солома почти полностью сохраняет свой цвет и прочность), полу перепревший (солома темно-коричневого цвета, легко разрывается), перепревший (солома полностью разложилась, навоз имеет вид черной мажущейся массы) и перегной (рыхлая землистая масса). Чем больше степень разложения, тем выше процентное содержание питательных веществ.  

Для подкормки растений, при посадке ягодных (земляника) и овощных (огурцы, томаты) культур используют перепревший навоз (перегной). Его вносят в посадочные ямки или в приствольные круги, используют для мульчирования, как один из компонентов субстрата при культивировании комнатных растений и также как основное удобрение при весенней перекопке почвы.

Коровяк или коровий навоз также можно использовать в жидком виде. В литературе чаще всего упоминается коровяк – раствор коровьего навоза с водой в соотношении 1:10. Для его приготовления, как правило, используют свежий навоз. После разведения коровяк должен постоять не менее 7 дней. В это время часть аммиачного азота испаряется, питательные вещества переходят в раствор, который и используют для подкормки растений, как травянистых, так и древесных (для них концентрация может быть увеличена, например, 1:5).[7]

Правила внесения навоза:

1. Для улучшения физических и химических свойств почвы, при сплошной перекопке осенью наиболее рационально применять навоз в полуперепревшем состоянии. В этом случае до весны он окончательно перепреет и почва будет готова для посадки растений. Не рекомендуется вносить в почву свежий соломистый навоз, так как разложение соломы в почве сопровождается поглощением большого количества азота и фосфора из почвы. Свежий навоз не рекомендуется использовать при выращивании любых растений, так как выделяющийся аммиачный азот может вызвать ожоги корневых волосков и листьев.

2. Ни в коем случае нельзя оставлять навоз на поверхности почвы, это приводит к большим потерям аммиачного азота и снижает его эффективность. На тяжелых почвах глубина заделки навоза – примерно 12-15 см, на легких – на 20-22 см. Если навоза немного, его лучше вносить локально, а не по всей площади (например, в посадочную яму или траншею). 

3. Используя органические удобрения (навоз, птичий помет), соблюдайте нормы внесения. Нитраты накапливаются не только при избытке минеральных, но и органических удобрений. В данном случае поговорка "кашу маслом не испортишь" - не работает. Средняя норма внесения конского и коровьего навоза под основные огородные и цветочные культуры – 6-10 кг/кв.м. Эта доза может меняться в зависимости от исходного плодородия почвы, выращиваемой культуры, периодичности внесения и т.д. Нормы внесения птичьего помета значительно меньше. Для сухого помета - не более 50 г на 1 кв.м. При приготовлении раствора для подкормки 1 часть помета заливают 20-30 частями воды.

4. Наибольший эффект от внесения навоза наблюдается при совместном его использовании с минеральными удобрениями. Дело в том, что питательные вещества, содержащиеся в навозе, становятся доступными для растений только после того, как они с помощью почвенных микроорганизмов будут переработаны до минеральных составляющих. Минеральные удобрения – это своеобразная "скорая помощь" для растений, а навоз и другие органические вещества – скорее долговременные вложения, действие которых рассчитано на несколько лет.[9]

3.3 Как топливо для сельскохозяйственной техникиВесьма и весьма перспективный класс биотоплива, основное

применение которого – двигатели. Его получают из самых разнообразных растений – от пшеницы и сахарной свеклы, до рапса и отходов деревообработки.

Жидкое, или как его еще называют, моторное биотопливо – вещество, получаемое в ходе переработки растительного сырья (кукурузы, рапса, сахарной свеклы, сахарного тростника), средствами технологий, в

основе которых лежит использование  естественных биологических процессов (например, брожения).

Большая доля мирового производства жидкого (моторного) биотоплива приходится на биоэтанол  (этанол, получаемый из сахарного тростника зерна и сахарной свеклы, а также рапсового метилового эфира из семян рапса). Причина популярности биоэтанола кроется в экономической эффективности его производства, т.к. при урожайности семян рапса 2-4 т/га с 1 гектара можно получить 1-1,5 тонны биоэтанола и 2-2,5 тонны высококачественных растительных кормов. [12]

Биометанол– метанол, получаемый посредством биологического преобразования морского фитопланктона. Производство этого вида биотоплива начало зарождаться в конце 70-х, начале 80-х годов, когда несколько европейских стран объединили свои усилия по разработке проекта промышленного культивирования и переработки биомассы фитопланктона. Проектом предусматривалось создание промышленных зон в пустовавших, на тот момент, прибрежных районах. Однако, развития тот проект не получил, чему в большой мере способствовало существенное снижение мировых цен на нефть. Прошли десятилетия… специалисты и компании, занятые вбиотопливной отрасли, вновь вернулись к вопросам культивирования фитопланктона и производства метанола. Сейчас данное направление производства биотоплива считается одним из самых перспективных, т.к. отличается от других более высокой выработкой биомассы (до 110 т/га фитопланктона в год), отсутствием серьезных требований к производственной площадке (не требуются плодородные почвы и пресная вода, т.е. процесс не создает конкуренции сельскому хозяйству) и высоким уровнем энергоотдачи (11-14 на стадии получения метана и до 9 на стадии выработки метанола).

Биодизель – вид биотоплива, для производства которого используются жиры растительного, микробного и животного происхождения (а также получаемых из них эфиров). Сырьем для производства биодизеля может выступать пальмовое, рапсовое, соевое и другие масла, отходы пищевой промышленности, а также морские водоросли. Биодизель находит применение в автомобильных двигателях, причем использовать его можно как в чистом виде, так и в виде смесей с традиционном дизельным топливом. Обычно такие смеси маркируют, указывая процентное содержание биодизеля, так в США для обозначения смесей дизельного топлива с биодизелемиспользуется буква B, после которой следует число, означающее процентное вхождение биодизеля (В2 - 2%, В100 - 100 %). Применение таких смесей не требует внесения конструктивных изменений в двигатели.[4]

Из практико-технических достоинств биодизеля можно выделить следующие:

- полученный в ходе производства биодизеля жмых можно использовать в качестве корма для скота, что позволяет наиболее полно использовать сырьевую биомассу;- производство биодизеля способствует вводу оборот низкокачественных неиспользуемых сельскохозяйственных земель;- биодизель обладает исключительными смазочными характеристиками, несмотря на гораздо меньшее содержание серы, в то время как обычное минеральное дизельное топливо при исключении из состава сернистых соединений теряет смазочные способности. Это преимущество биодизеля определяется его особенным химическим составом и, в частности, содержанием в нём кислорода. Результаты различных независимых исследований влияния биологического дизельного топлива на двигатели показывают, что при использовании биодизеля в серийных, не модернизированных двигателях, срок службы двигателя и топливного насоса увеличивается в среднем не менее чем на 50%.[2]

Высокие показатели значения технико-экономических показателей биодизеля и его неоспоримые экологические преимущества обусловливают постоянный рост в разных странах числа государственных программ (как обязующе-декларативного, так и стимулирующего характера) направленных на увеличение объемов производства и потребления биодизеля.

Производство и использование биодизеля имеет определенную специфику и недостатки, о которых Вы можете узнать в других публикациях на нашем портале. Однако, общемировое производство биодизеля в последние годы только увеличивается, что характеризует данный видбиотоплива как один из наиболее востребованных и перспективных.[6]

3.4 Уменьшение числа выбросов в атмосферу в результате использования экологически чистого сырья

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 при выращивании культур для биотоплива они частично поглощают оксид углерода, что делает систему использования биотоплива ещё более устойчивой.

Производство биоэтанола во всем мире составляет около 40 млрд литров (на 2006г.).

Самый активный «игрок» на рынке производства биоэтанола – Бразилия (48,5% общего объема). Этанол в Бразилии производится из сахарного тростника.

В декабре 2007 года MnCAR (Центр Автомобильных Исследований Миннесоты) опубликовал результаты своих исследований по теме энергоэффективности применения биоэтанола в автомобильном транспорте. Наибольший интерес исследования представляет результат эксплуатации обычных автомобилей. Исследованию подверглись смеси от 2 % до 85 % содержания этанола в бензине.

Для обычных автомобилей с ДВС самой оптимальной оказалась смесь Е30 (30% этанола и 70% бензина). На этой смеси потребление топлива снизилось на 1% (немного, но гораздо важнее экологические показатели) по сравнению с бензином (октановое число 95).[4]

Одной из важнейших характеристик биоэтанола является топливный баланс (соотношение энергии выделяемой топливом к энергетическим затратам на его производство).

В настоящее время, наилучший результат составляет 1,24 (энергия, полученная из этанола, на 24% превышает энергию, затраченную на его производство).

Но это не рекорд… так, например, в Бразилии, багасса сахарного тростника нашла применение в качестве топлива для электростанций. В этих условиях топливный баланс этанола, достигает коэффициента 8 – очень хороший результат! Топливный баланс бензина ощутимо хуже – для его производства требуется большое количество энергии (разведка нефти, её добыча и транспортировка, переработка и доставка). Экологический эффект применениебиоэтанола в качестве топлива - снижение выбросов диоксида углерода (т.н. парниковый газ). Разумеется, сокращение его выброса зависит от многих факторов - используемое растительное сырье, климатическая зона, накладные расходы на выращивание, транспортировку и переработку.

Снижение выбросов CO2 при производстве этанола из зерна по состоянию на 2008 г. в США составляло в среднем 21%. Однако, при модернизации спиртового производства, заключающегося в переводе его на природный газ, возможно снижение выбросов углекислого газа на 29-35%.[1]

Экологический эффект от использования биодизеля доказан достаточно давно и не подвергается сомнению:- попадание биодизеля в воду не причиняет вреда животному и растительному миру;- в почве и воде биодизель практически полностью распадается за 25-30 дней;- при сгорании биодизеля выделяется точно такой же объем углекислого газа, который был потреблен растениями, являющимися сырьем для его производства, за весь период жизни;- в отличие от классического дизельного топлива, биодизель почти не содержит серы.

Экологический эффект от использования биогаза –неоспорим. Его производство предотвращает выбросы в атмосферу метана,

провоцирующего развитие парникового эффекта. Кроме того, переработанный навоз, барда и другие растительные и органические отходы находят применение в сельском хозяйстве в качестве удобрений. Это снижает потребность в химических удобрениях, что уменьшает загрязнение грунтовых вод. Практическое применение биогаза возможно во всех сферах, где используется обычный природный газ. После обогащения (очистки) биогаза до состояния биометана (полный аналог природного газа с концентрацией метана до 99%) газ может использоваться как моторное топливо, подаваться в общую систему газоснабжения в трубопроводы среднего или низкого давления, использоваться на технологические нужды в качестве полной замены природного газа.[3]

Заключение

В мире и в Казахстане все чаще и острее возникает вопрос нехватки энергоресурсов. Борьба за них становится одним из самых существенных факторов, влияющих на направления развития мировых отношений и развитие глобальной политики. Следовательно, значимость информации о разведанных ресурсах традиционных источников энергии возрастает как с экономической, так и со стратегической точки зрения. В сложившихся обстоятельствах на первое место выходит способ получения энергии с помощью нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. Некоторые виды топлива, ныне относящиеся к нетрадиционным источникам энергии, известны достаточно давно, но в силу различных причин не используются. В связи с бурным развитием технологий одним из существенных преимуществ таких нетрадиционных источников энергии является тенденция снижения их цены, а недавнее повышение мировых цен на нефть и природный газ привело к очередному всплеску интереса к развитию технологий с применением, в частности, биологического топлива.

В Республике Казахстан имеются все экономические условия для производства и использования биотоплива, свободные площади для выращивания зерновых и масличных культур, технический и кадровый потенциал, рост внутренней потребности в более дешевых и экологически чистых видах энергии. Процесс все более широкого использования биотоплива в сельскохозяйственном производстве не должен снижать уровень продовольственной безопасности Республики Казахстан, поэтому

в качестве сырья должно использоваться метан получаемый из животного навоза. Это позволит произвести экологически чистое биотопливо с низкой себестоимостью. Цена такого топлива будет в полтора-два раза дешевле произведенного в Европе биологического топлива.

По результатам оценки производства сырья для получения биотоплива за 2005-2010 гг. выявлено, что в Казахстане существует сырьевой потенциал для эффективного производства и использования биотопливных ресурсов в отраслях сельского хозяйства.

Биотопливный ресурсный потенциал определен как совокупность органически взаимосвязанных топливно-биологических ресурсов сельскохозяйственного производства, использование которых позволяет получить не только экономический, но и экологический эффект. Данный вид ресурсного потенциала является частью производственного потенциала, характер использования которого в процессе сельскохозяйственного производства позволяет выделить для основных видов биотоплива целевое назначение, аспекты безопасности, экологические преимущества.

Литература:

1. Сысоев A.M., Исмуратов С.Б., Турдиева З.М. Государственная поддержка инновационной политики агропромышленного комплекса Казахстана [Текст] // Известия Международной академии аграрного образования- 2012. -№13, т. 1 (0,6 п.л.).2. Турдиева З.М. Биотопливо-альтернативный вид топлива как фактор повышения эффективности сельскохозяйственного производства [Текст] // Материалы международной научно-практической конференции «Казахстан в призме евразийской интеграции». — Семей.-2010 (0,2 п.л.).3. Гютт А. Мини-дрова на экспорт и не только// Биоэнергетика. 2007. № 1. - С.55-57. 4. Лотош В. Е. Экология природопользования. - Екатеринбург: Полиграфист, 2001.-540 с. 5. Панцхава Е.С. Биоэнергетика - самостоятельная часть современной энергетики// Биоэнергетика. 2007. - №1. - С. 17-25. 6. Салехов М. Микроорганизмы в производство энергии// Энергетика промышленность России. 2007. -№ 5(81). - С.38. 7. Дубнова О.С. Роль биотоплива в решении глобальных экологических проблем:статья // Сборник статей по материалам XII Международной конференции молодых ученых Российского университета дружбы народов.– 2010. – С.23-27. – 0,5 п.л.8. www.googl.kz9. www.yandex.ru10. www.goinfo.ru

11. http://meta.kz/novosti/kazakhstan/203043-dlja-perekhoda-na-biotoplivo-v kazakhstane.html12. elementy.ru