Mazda falou de apoiar varios proxectos de investigación que están a desenvolver biocombustibles baseados en algas verdes. No futuro está previsto que comece o seu lanzamento a gran escala.
Os traballos para crear novos combustibles para motores de combustión interna derivados de algas están a ser realizados pola Universidade de Hiroshima e o Instituto de Tecnoloxía de Tokio. Durante a combustión, o combustible emite só o volume de dióxido de carbono que antes era absorbido da atmosfera polas algas durante o crecemento. Debido a isto, o combustible é neutral en canto a emisións nocivas.
Ademais da amigabilidade ambiental, entre as vantaxes dun novo tipo de combustible, destaca a despreocupación das algas, que pode crecer en rexións non adecuadas para outros tipos de agricultura. Non se precisa auga doce para o seu rego. O combustible baseado neles é biodegradable e inofensivo no caso de derrame.
O principal problema do novo biocombustible de algas é o elevado custo de produción en comparación coa gasolina convencional e o gasóleo. Se se pode solucionar, Mazda planea empregar novo combustible sobre o 95 por cento dos coches para o 2030. Isto permitirá seguir producindo coches con ICE ata polo menos os anos 2040.
Xeracións de biocombustibles vexetais
Os materiais vexetais divídense en xeracións.
Materia prima primeira xeración son cultivos cun alto contido en graxas, amidón, azucres. As graxas vexetais son procesadas en biodiésel e os almidóns e os azucres convértense en etanol. Dadas as modificacións indirectas no uso da terra, estas materias primas adoitan facer máis dano ao clima que as que se poden evitar ao non queimar combustibles fósiles. Ademais, a súa retirada do mercado afecta directamente ao prezo dos alimentos. Case todos os biocombustibles modernos de transporte son producidos a partir de materias primas de primeira xeración, o uso de materias primas de segunda xeración está nas primeiras etapas da comercialización ou no proceso de investigación.
Chámanse restos non alimentarios de plantas cultivadas, herba e madeira segunda xeración materias primas. Consegui-lo é moito menos caro que os cultivos de primeira xeración. Estas materias primas conteñen celulosa e lignina. Pode queimarse directamente (como se facía tradicionalmente coa madeira), gasificada (recibindo gases combustibles) e pirolizada. Os principais inconvenientes da segunda xeración de materias primas son os recursos terrestres ocupados e rendementos relativamente baixos por unidade de área.
Terceira xeración materias primas - algas. Non precisan recursos terrestres, poden ter unha gran concentración de biomasa e un alto índice de reprodución.
Biocombustibles de segunda xeración
Biocombustibles de segunda xeración: varios combustibles obtidos por varios métodos de pirólise de biomasa ou outros tipos de combustibles, ademais de metanol, etanol, biodiésel producidos a partir de fontes de materias primas "de segunda xeración".
As fontes de materias primas para os biocombustibles de segunda xeración son compostos ligno-celulósicos que quedan despois de eliminar as partes de materias primas biolóxicas adecuadas para o seu uso na industria alimentaria. O uso de biomasa para a produción de biocombustibles de segunda xeración está dirixido a reducir a cantidade de terra empregada para a agricultura. Plantas: fontes de materias primas de segunda xeración inclúen:
- As algas son organismos simples adaptados para crecer en auga contaminada ou salada (conteñen ata dúascentas veces máis aceite que as fontes da primeira xeración, como a soia),
- Xenxibre (planta) - crecendo en rotación con trigo e outras colleitas,
- Jatropha curcas ou Jatropha: crece en solos áridos, cun contido en aceite de 27 a 40% dependendo da especie.
A pirólise rápida permite converter a biomasa nun líquido máis fácil e máis barato de transportar, almacenar e usar. A partir do líquido é posible producir combustible para automóbiles ou combustible para centrais eléctricas.
Dos biocombustibles de segunda xeración vendidos no mercado, os máis famosos son BioOil producidos pola compañía canadense Dynamotive e a compañía alemá CHOREN Industries GmbH.
Segundo a axencia alemá da enerxía (Deutsche Energie-Agentur GmbH) (coas tecnoloxías actuais), a produción de combustible de pirólise de biomasa pode cubrir o 20% das necesidades de combustible para automóbiles en Alemaña. Para o 2030, co desenvolvemento da tecnoloxía, a pirólise de biomasa pode achegar o 35% do consumo automóbil alemán. O custo de produción será inferior a 0,80 € por litro de combustible.
Creouse a rede de pirólise (PyNe), unha organización de investigación que une investigadores de 15 países de Europa, Estados Unidos e Canadá.
Tamén é moi prometedor o uso de produtos líquidos de pirólise de madeira de coníferas. Por exemplo, unha mestura de 70% de goma de trementina, 25% de metanol e 5% de acetona, é dicir, fraccións de destilación seca de madeira resinosa de piñeiro, pode usarse con éxito como substituto da gasolina A-80. Ademais, para a destilación úsanse residuos da produción de madeira: ramas, tocón, cortiza. O rendemento das fraccións de combustible é de ata 100 quilogramos por tonelada de residuos.
Biocombustibles de terceira xeración
Os biocombustibles de terceira xeración son combustibles derivados das algas.
O Departamento de Enerxía dos Estados Unidos entre 1978 e 1996 estudou as algas altas no programa de especies acuáticas. Os investigadores concluíron que California, Hawaii e Novo México son adecuados para a produción industrial de algas en estanques abertos. Durante 6 anos, as algas cultiváronse en estanques cunha superficie de 1000 m². Charca de Novo México altamente capturada en CO2. A produtividade foi superior a 50 gr. algas con 1 m² por día. 200 mil hectáreas de charcas poden producir combustible suficiente para o consumo anual do 5% dos coches estadounidenses. 200 mil hectáreas - isto é menos do 0,1% da terra estadounidense apta para o cultivo de algas. A tecnoloxía aínda ten moitos problemas. Por exemplo, as algas aman as altas temperaturas, un clima desértico é moi adecuado para a súa produción, pero hai que regular a temperatura para as diferenzas de temperatura nocturna. A finais dos 90, a tecnoloxía non entrou na produción industrial debido ao baixo custo do petróleo.
Ademais de cultivar algas en estanques abertos, hai tecnoloxías para o cultivo de algas en pequenos biorreactores situados preto das centrais eléctricas. A calor residual dunha central térmica pode cubrir ata o 77% da demanda de calor necesaria para o cultivo de algas. Esta tecnoloxía non precisa dun clima deserto quente.
Tipos de biocombustibles
Os biocombustibles divídense en sólidos, líquidos e gasosos. O sólido é a leña tradicional (a miúdo na forma de residuos da fabricación de madeira) e os pelotóns de combustible (prensados pequenos residuos de madeira).
Os combustibles líquidos son alcohois (metanol, etanol, butanol), ésteres, biodiésel e biomasa.
Combustibles gasosos: diversas mesturas de gas con monóxido de carbono, metano, hidróxeno obtidos pola descomposición térmica de materias primas en presenza de osíxeno (gasificación), sen osíxeno (pirólise) ou por fermentación baixo a influencia das bacterias.
Biocombustible sólido
A leña é o combustible máis antigo usado pola humanidade. Na actualidade, no mundo para a produción de leña ou biomasa cultívase bosques enerxéticos, formados por especies de crecemento rápido (álamo, eucalipto, etc.). En Rusia, a madeira e a biomasa son principalmente pasta de madeira, que non é axeitada en calidade para a produción de madeira.
Gránulos e briquetas de combustible: produtos prensados procedentes de residuos de madeira (serrín, patacas de madeira, cortiza, madeira fina e inferior, residuos de tala durante a tala), palla, residuos agrícolas (cáscaras de xirasol, pouca, estrume, excrementos de polo) e outra biomasa. Os gránulos de combustible de madeira chámanse gránulos, teñen a forma de gránulos cilíndricos ou esféricos cun diámetro de 8 a 23 mm e unha lonxitude de 10-30 mm. Na actualidade, en Rusia a produción de pellets e briquetas de combustible é rendible economicamente só con grandes volumes.
As fontes de enerxía de orixe biolóxica (principalmente estrume, etc.) son asadas, secadas e queimadas nas lareiras dos edificios residenciais e fornos das centrais térmicas, xerando electricidade barata.
Residuos de orixe biolóxica: non procesados ou cun grao mínimo de preparación para a queima: serrado, patacas de madeira, cortiza, casca, casca, palla, etc.
Patacas de madeira: producidas por moer madeira fina ou cortar residuos durante a colleita directamente na área de corte ou procesar residuos de madeira na produción mediante trituradoras móbiles ou usando picadoras estacionarias (trituradoras). En Europa, as queixas de madeira son queimadas principalmente en grandes centrais térmicas cunha capacidade de entre unha e varias decenas de megavatios.
Moitas veces tamén: turba de combustible, residuos sólidos municipais, etc.
Bioetanol
A produción mundial de bioetanol en 2015 ascendeu a 98.3 millóns de litros, dos cales 30 foron no Brasil e 56,1 nos Estados Unidos. O etanol en Brasil prodúcese principalmente a partir da cana de azucre e nos Estados Unidos a partir do millo.
En xaneiro de 2007, nunha mensaxe ao Congreso, George W. Bush propuxo un plan de 20 para 10. O plan propuxo reducir o consumo de gasolina nun 20% en 10 anos, o que reduciría o consumo de petróleo nun 10%. O 15% da gasolina debería ser substituído por biocombustible. O 19 de decembro de 2007, o presidente dos Estados Unidos, George W. Bush, asinou a Lei de independencia e seguridade enerxética dos Estados Unidos (EISA de 2007), que pedía producir 36 mil millóns de galóns de etanol ao ano para 2022. Ao mesmo tempo, deberanse producir 16 mil millóns de galóns de etanol a partir de celulosa, non materias primas alimentarias. A aplicación da lei enfrontou moitas dificultades e atrasos, os obxectivos estipulados nela foron revisados repetidamente á baixa.
O etanol é unha fonte de enerxía menos densa que a gasolina, a quilometraxe de coches que circulan E85 (unha mestura de 85% de etanol e 15% de gasolina, a letra "E" do inglés etanol), por unidade de volume de combustible é aproximadamente do 75% da quilometraxe dos coches estándar. Os coches convencionais non poden funcionar no E85, aínda que os motores de combustión interna funcionan moi ben E10 (algunhas fontes afirman que incluso pode usar E15). No etanol "real" só pode funcionar o chamado. Máquinas "Flex-Fuel" (máquinas "flex-fuel"). Estes vehículos tamén poden funcionar con gasolina común (aínda é necesaria unha pequena adición de etanol) ou nunha mestura arbitraria de ambos. Brasil é líder na produción e uso de bioetanol de cana de azucre como combustible. As gasolineiras do Brasil ofrecen unha opción E20 (ou E25) baixo o disfraz de gasolina común, ou "acool", un azeotropo de etanol (96% C2H5OH e 4% de auga, non se pode obter unha concentración de etanol maior por destilación convencional). Aproveitando que o etanol é máis barato que a gasolina, os axentes de combustible sen escrúpulos dilúen o E20 cun azeotropo, de xeito que a súa concentración pode chegar en segredo ao 40%. A conversión dunha máquina convencional en flex-fuel é posible, pero non é viable economicamente.
Produción de etanol celulosa nos EUA
En 2010, a Axencia de Protección Ambiental dos Estados Unidos (EPA) publicou datos sobre a produción de 100 millóns de galóns de etanol celulosa nos Estados Unidos, baseándose en declaracións de dúas empresas. Combustibles de gama e Enerxía do violonchelo. Ambas empresas deixaron as operacións ese mesmo ano sen comezar a produción de combustible.
En abril de 2012, a compañía Azucres azuis produciu os primeiros 20 mil galóns, despois de que cesou esta actividade.
Empresa INEOS Bio en 2012, anunciou o lanzamento da "primeira produción comercial de etanol de celulosa cunha capacidade de 8 millóns de galóns ao ano", pero a EPA non rexistrou ningunha produción real.
En 2013, a EPA atopou produción de etanol de celulosa cero nos Estados Unidos.
En 2014, catro empresas anunciaron o inicio da subministración:
- Procesadores de millo do condado de Quad - xullo de 2014, 2 millóns de galóns ao ano,
- POETA - setembro de 2014, 25 millóns de galóns ao ano,
- Abengoa - outubro de 2014, 25 millóns de galóns ao ano,
- Dupont - Outubro de 2015, 30 millóns de galóns ao ano.
Segundo a EPA para 2015 producíronse 2,2 millóns de galóns, é dicir, o 3,6% do declarado polas catro empresas mencionadas anteriormente.
Abengoa en 2015 declarouse en bancarrota.
A Lei de independencia e seguridade enerxética, aprobada en 2007 polo Congreso dos Estados Unidos, pediu a produción de 3.000 millóns de galóns nos EUA en 2015. Así, a produción real ascendeu só ao 0,073% do obxectivo declarado polo Congreso, a pesar de importantes investimentos e apoio do Estado.
Os críticos sinalan que os intentos sen éxito de comercializar a produción de etanol celulosa nos Estados Unidos comezaron hai máis dun século e repítense aproximadamente cada 20 a 30 anos, e hai exemplos onde a produción superaba o millón de galóns ao ano. Así, por exemplo, alá polo 1910, a compañía Alcohol estándar recibiu alcol procedente de residuos da fabricación de madeira en dúas empresas cunha capacidade de 5.000 e 7.000 galóns ao día. Traballaron durante varios anos.
Biometanol
O cultivo industrial e a conversión biotecnolóxica do fitoplancto mariño aínda non chegaron á fase de comercialización, pero considéranse unha das áreas prometedoras na produción de biocombustibles.
A principios dos anos 80, varios países europeos desenvolveron conxuntamente un proxecto dirixido a crear sistemas industriais empregando zonas desérticas costeiras. A execución deste proxecto viuse obstaculizada polo descenso global dos prezos do petróleo.
A produción de biomasa primaria é posible cultivando fitoplancto en encoros artificiais creados na costa do mar.
Os procesos secundarios son a fermentación de metano da biomasa e a posterior hidroxilación de metano para producir metanol.
Os beneficios potenciais do uso de algas microscópicas son os seguintes:
- alta produtividade do fitoplancto (ata 100 t / ha ao ano),
- nin se utiliza chan fértil nin auga doce na produción,
- o proceso non compite coa produción agrícola,
- a eficiencia enerxética do proceso chega a 14 na fase de produción de metano e 7 na fase de produción de metanol.
Desde o punto de vista da produción de enerxía, este biosistema pode ter vantaxes económicas significativas en comparación con outros métodos de conversión da enerxía solar.
Biobutanol
Butanol-C4H10O é alcohol butílico. Un líquido incoloro cun cheiro característico. É moi utilizado como materia prima química na industria e non se usa como combustible de transporte a escala comercial. Nos Estados Unidos prodúcense 1,39 mil millóns de litros de butanol anualmente por aproximadamente 1,4 millóns de dólares.
O butanol comezou a producirse a principios do século XX empregando bacterias Clostridia acetobutylicum. Nos anos 50, debido á caída do prezo do petróleo, comezou a producirse a partir de produtos petrolíferos.
O butanol non ten propiedades corrosivas e pódese transmitir a través da infraestrutura existente. Pode, pero non ten que mesturarse con combustibles tradicionais. A enerxía do butanol é próxima á enerxía da gasolina. O butanol pódese usar en pilas de combustible e como materia prima para a produción de hidróxeno.
A cana de azucre, a remolacha, o millo, o trigo, a yuca e, no futuro, a celulosa poden ser materias primas para a produción de biobutanol. A tecnoloxía de produción de biobutanol foi desenvolvida por DuPont Biocombustibles. British Foods (ABF), BP e DuPont están a construír unha planta de biobutanol no Reino Unido cunha capacidade de 20 millóns de litros ao ano a partir de diversas materias primas.
Éter dimetílico
Pódese producir tanto a partir de carbón, gas natural como de biomasa.A cantidade de éter dimetílico prodúcese a partir de produción de pasta de papel e residuos. Se licue a baixa presión.
O éter dimetílico é un combustible ecolóxico sen contido en xofre, o contido de óxidos de nitróxeno nos gases de escape é un 90% inferior ao da gasolina. O uso de éter dimetílico non require filtros especiais, pero é necesario alterar os sistemas de subministración de enerxía (instalación de equipos de gas, corrección da formación de mesturas) e aceso do motor. Sen alteración é posible empregar en coches con motores de GLP un contido do 30% en combustible.
En xullo de 2006, a Comisión Nacional de Desenvolvemento e Reforma (NDRC) (China) adoptou un estándar para o uso do éter dimetílico como combustible. O goberno chinés apoiará o desenvolvemento de éter dimetílico como posible alternativa ao diésel. Nos próximos 5 anos, China planea producir 5-10 millóns de toneladas de éter dimetílico ao ano.
O Departamento de Transportes e Comunicacións de Moscova elaborou un proxecto de resolución do goberno da cidade "Sobre a expansión do uso de éter dimetílico e outros tipos alternativos de combustible para motor".
Os coches con motores que funcionan con éter dimetílico son desenvolvidos por KAMAZ, Volvo, Nissan e a compañía chinesa SAIC Motor.
Biodiésel
O biodiésel é un combustible baseado en graxas de orixe animal, vexetal e microbiana, así como produtos da súa esterificación. Para obter biodiésel úsanse graxas vexetais ou animais. As materias primas poden ser de colza, soia, palma, aceite de coco ou calquera outro aceite cru, así como residuos da industria alimentaria. Están a desenvolverse tecnoloxías para a produción de biodiésel a partir de algas.
Gasolina bio
Científicos rusos do Instituto Mixto para Altas Temperaturas (OIVT) da Academia Rusa de Ciencias e da Universidade Estatal de Moscova desenvolveron e probaron con éxito unha planta para converter a biomasa de microalgas en bio-gasolina. O combustible resultante mesturado con gasolina convencional probouse nun motor de dous tempos de combustión interna. O novo desenvolvemento permite procesar de inmediato toda a biomasa de algas, sen secala. Os primeiros intentos de obter bio-gasolina a partir de algas proporcionaron unha etapa de secado, que foi superior no consumo de enerxía á eficiencia enerxética do combustible resultante. Agora este problema está resolto. As microalgas de rápido crecemento procesan moito máis produtivamente a enerxía da luz solar e o dióxido de carbono en biomasa e osíxeno que as plantas terrestres convencionais, polo que a obtención de biocombustibles é moi prometedor.
Metano
O metano sintetízase despois da purificación de todo tipo de impurezas do chamado gas natural sintético procedente de combustibles sólidos que conteñen carbono como o carbón ou a madeira. Este proceso exotérmico prodúcese a unha temperatura de 300 a 450 ° C e unha presión de 1-5 bar en presenza dun catalizador. No mundo xa hai varias plantas encargadas para a produción de metano a partir de residuos de madeira.
Crítica
Os críticos do desenvolvemento da industria de biocombustibles aseguran que a demanda crecente de biocombustibles está obrigando aos agricultores a reducir a superficie que se atopa nos cultivos alimentarios e a redistribuílos a favor dos cultivos de combustible. Por exemplo, na produción de etanol a partir do millo de alimentación, o bardo úsase para producir pensos para gando e aves. Na produción de biodiésel a partir de soia ou colza, a torta úsase para a produción de pensos para animais. É dicir, a produción de biocombustibles crea outra etapa no procesamento de materias primas agrícolas.
- Segundo os economistas da Universidade de Minnesota, como resultado do boom do biocombustible, o número de persoas con fame no planeta aumentará ata 1.225 millóns de persoas ata o 2025.
- A Organización das Nacións Unidas para a Alimentación e a Agricultura (FAO) no seu informe de 2005 di que o aumento do consumo de biocombustibles pode axudar a diversificar as actividades agrícolas e forestais e mellorar a seguridade alimentaria, contribuíndo ao desenvolvemento económico. A produción de biocombustible creará novos empregos nos países en desenvolvemento e reducirá a dependencia dos países en desenvolvemento das importacións de petróleo. Ademais, a produción de biocombustibles permitirá a participación de terreos actualmente sen uso. Por exemplo, en Mozambique, a agricultura realízase en 4,3 millóns de hectáreas de 63,5 millóns de terras potencialmente adecuadas.
- En 2007, os Estados Unidos funcionaban 110 plantas de destilación para producir etanol e outras 73 estaban en construción. A finais de 2008, as capacidades de produción de etanol en Estados Unidos alcanzaron os 11.4 millóns de galóns ao ano. No seu discurso na nación en 2008, George W. Bush pediu aumentar a produción de bioetanol a 35 mil millóns de galóns ao ano en 2017.
- En Pensamentos do comandante en xefe (28/03/2007), Fidel Castro Rus criticou ao presidente estadounidense George W. Bush, quen "tras reunirse con grandes fabricantes de automóbiles estadounidenses expresou a súa idea diabólica de producir combustible a partir de alimentos ... O xefe do imperio se jactou de que Estados Unidos usaba millo. como materia prima, xa se converteron no primeiro produtor mundial de etanol ", escribiu Castro. E logo, baseándose en cifras e feitos, demostrou que un enfoque deste xeito agravaría os problemas do abastecemento de alimentos nos países do terceiro mundo, cuxas poboacións adoitan morr de fame.
- En Indonesia e Malaisia, unha gran parte da selva tropical foi cortada para crear plantacións de palma. O mesmo sucedeu en Borneo e Sumatra. A razón foi a carreira pola produción de biodiesel como alternativa ao gasóleo (o aceite de colza pode usarse como combustible en forma pura). Consumo de baixo custo e baixo consumo de enerxía: o que precisa para a produción de combustibles alternativos a partir de sementes de aceite semi-técnicas.
Opcións de escalado
A bioenerxía é frecuentemente vista como un substituto de combustible fósil potencialmente neutro a escala de carbono. Por exemplo, a Axencia Internacional da Enerxía considera a bioenerxía como unha fonte potencial de máis do 20% de enerxía primaria para o 2050, un informe da Secretaría da UNFCCC estima o potencial de bioenerxía en 800 exaxuais ao ano (EJ / ano), que é significativamente superior ao consumo mundial de enerxía actual. Na actualidade, a humanidade utiliza ao redor de 12 mil millóns de toneladas de biomasa vexetal ao ano (reducindo a biomasa dispoñible para os ecosistemas terrestres nun 23,8%), a súa enerxía química é de só 230 EJ. En 2015 produciuse biocombustible cun contido enerxético total de 60 EJ, o que supón o 10% do requirimento de enerxía primaria. As prácticas agrícolas e forestais existentes non aumentan a produción total de biomasa no planeta, só redistribuíndoa dos ecosistemas naturais a favor das necesidades humanas. Satisfacer o 20-50% da demanda de enerxía debido ao biocombustible suporía un aumento da cantidade de biomasa recibida nas terras agrícolas en 2-3 veces. Xunto a isto, unha poboación crecente necesitará alimentarse. Mentres tanto, o nivel actual de produción agrícola afecta o 75% da superficie terrestre libre de desertos e glaciares, o que leva a unha presión desorbitante sobre os ecosistemas e importantes emisións de CO2 . A capacidade de recibir grandes cantidades de biomasa adicional no futuro é así moi problemática.
“Neutralidade do carbono” da bioenerxía
O concepto de "neutralidade do carbono" de bioenerxía está moi estendido, segundo o cal a produción de enerxía das plantas non leva á adición de CO2 á atmosfera. Os científicos critican este punto de vista, pero está presente en documentos oficiais da Unión Europea. En particular, subliña a directiva sobre o aumento da cota de bioenerxía ao 20% e de biocombustibles no transporte ata o 10% ata 2020. Non obstante, existe un crecente grupo de probas científicas que poñen en dúbida esta tese. As plantas cultivadoras para a produción de biocombustibles significa que a terra debe ser eliminada e liberada doutra vexetación natural que poida extraer carbono da atmosfera. Ademais, moitas etapas do proceso de produción de biocombustibles tamén producen emisións de CO.2. A operación de equipos, o transporte, o procesamento químico de materias primas, a perturbación do chan acompaña inevitablemente de emisións de CO2 á atmosfera. O saldo final nalgúns casos pode ser peor que cando se queiman combustibles fósiles. Outra opción para a bioenerxía inclúe a obtención de enerxía de varios residuos agrícolas, de madeira, etc. Significa a eliminación destes residuos do medio natural, onde durante o transcurso natural dos eventos, o carbono contido, por regra xeral, podería pasar ao chan durante a putrefacción. Pola contra, é liberado á atmosfera cando se queima.
As avaliacións integradas baseadas no ciclo de vida das tecnoloxías de bioenerxía dan unha ampla gama de resultados segundo se teñan en conta ou non cambios directos e indirectos no uso da terra, a posibilidade de obter subprodutos (por exemplo, pensos para o gando), o papel de invernadoiro do óxido nitroso da produción de fertilizantes e outros factores. Segundo Farrell et al (2006), as emisións de biocombustibles procedentes das colleitas son un 13% inferiores ás emisións convencionais de gasolina. Un estudo da Axencia de Protección Ambiental dos Estados Unidos demostra que cun "horizonte" temporal de 30 anos, o biodiésel de gran en comparación cos combustibles convencionais proporciona un rango desde unha redución do 26% ata un aumento das emisións do 34% segundo os presupostos realizados.
Débeda do carbono
O uso de biomasa na industria da enerxía eléctrica supón outro problema para a neutralidade do carbono, o que non é típico para os biocombustibles de transporte. Por regra xeral, neste caso estamos a falar de queima de madeira. CO2 da queima de madeira entra directamente na atmosfera durante o proceso de queima e a súa extracción da atmosfera prodúcese cando as novas árbores medran durante decenas e centos de anos. Esta demora xeralmente chámase "débeda de carbono", para os bosques europeos chega aos douscentos anos. Debido a isto, a "neutralidade do carbono" da madeira como biocombustible non se pode asegurar a curto e medio prazo, mentres tanto, os resultados da modelización climática indican a necesidade dunha rápida redución das emisións. O uso de árbores de crecemento rápido empregando fertilizantes e outros métodos de tecnoloxía agrícola industrial leva á substitución de bosques por plantacións que conteñan moito menos carbono que os ecosistemas naturais. O establecemento de tales plantacións leva á perda de biodiversidade, ao esgotamento dos solos e a outros problemas ambientais similares ás consecuencias da propagación dos monocultivos de gran.
Implicacións do ecosistema
Segundo un estudo publicado na revista Cienciaintroducindo cargas de emisión de CO2 de combustibles fósiles, ignorando as emisións de biocombustibles, levará a un aumento da demanda de biomasa, que para 2065 converterá literalmente todos os bosques naturais, prados e a maioría dos outros ecosistemas en plantacións de biocombustibles. Os bosques están sendo destruídos para os biocombustibles. A crecente demanda de pellets leva á expansión do comercio internacional (principalmente con subministracións a Europa), ameazando os bosques de todo o mundo. Por exemplo, o produtor inglés de electricidade Drax planea recibir a metade das súas capacidades de 4 GW de biocombustibles. Isto significa a necesidade de importar 20 millóns de toneladas de madeira ao ano, o dobre do que se colle no Reino Unido.
Eficiencia enerxética de biocombustibles
A capacidade dos biocombustibles para servir de fonte primaria de enerxía depende da súa rendibilidade enerxética, é dicir, da relación da enerxía útil recibida coa gastada. O balance enerxético do etanol do cereal é discutido en Farrell et al. (2006). Os autores conclúen que a enerxía extraída deste tipo de combustible é significativamente maior que o consumo de enerxía para a súa produción. Pimentel e Patrek, pola súa banda, defenden que o consumo de enerxía é un 29% máis que a enerxía recuperable. A discrepancia está relacionada principalmente coa avaliación do papel dos subprodutos, que, segundo unha avaliación optimista, pode usarse como penso para o gando e reducir a necesidade de produción de soia.
Impacto na seguridade alimentaria
Dado que, a pesar de anos de esforzos e importantes investimentos, a produción de combustible a partir de algas non pode ser eliminada fóra do laboratorio, o biocombustible require a eliminación das terras agrícolas. Segundo o IEA para 2007, a produción anual de 1 EJ de enerxía de biocombustibles de transporte por ano require 14 millóns de hectáreas de terras agrícolas, é dicir, o 1% do combustible para o transporte require o 1% das terras agrícolas.
Distribución
Estimado polo Instituto Worldwatch En 2007 producíronse 54.000 millóns de litros de biocombustibles en todo o mundo, o que representa o 1,5% do consumo mundial de combustible líquido. A produción de etanol totalizou 46 mil millóns de litros. Estados Unidos e Brasil producen o 95% do etanol mundial.
En 2010, a produción mundial de biocombustibles líquidos creceu ata os 105 millóns de litros, o que supón o 2,7% do consumo global de combustible no transporte por estrada. En 2010 producíronse 86 mil millóns de litros de etanol e 19 mil millóns de litros de biodiésel. A porcentaxe de Estados Unidos e Brasil na produción global de etanol caeu ata o 90%.
Máis dun terzo do gran nos Estados Unidos, máis da metade da colza en Europa e case a metade da cana de azucre no Brasil van á produción de biocombustibles (Bureau et al, 2010).
Biocombustibles en Europa
A Comisión Europea marcou o obxectivo de usar fontes de enerxía alternativas en polo menos o 10% dos vehículos ata 2020. Hai tamén un obxectivo provisional do 5,75% ata 2010.
En novembro do 2007, no Reino Unido creouse a Axencia de Combustibles Renovables para supervisar a introdución dos requirimentos de combustible renovable. O comité estivo presidido por Ed Gallaher, un ex-director executivo da Axencia de Medio Ambiente.
O debate sobre a viabilidade dos biocombustibles ao longo do 2008 levou a un segundo estudo completo do problema por unha comisión liderada por Gallagher. Analizáronse os efectos indirectos do uso de biocombustibles na produción de alimentos, a diversidade de cultivos cultivados, os prezos dos alimentos e a superficie agraria. O informe suxeriu reducir a dinámica da introdución de biocombustibles ao 0,5% ao ano. O obxectivo do 5 por cento debería conseguirse non antes que no 2013/2014, tres anos despois do que se propuxo inicialmente. Ademais, a aplicación adicional debería ir acompañada dun requisito obrigatorio para que as empresas apliquen as últimas tecnoloxías centradas no combustible de segunda xeración.
A partir do 1 de abril de 2011, podes mercar un novo motor diésel en máis de 300 gasolineiras suecas. Suecia converteuse no primeiro país do mundo onde é posible reabastecer coches con eco-diésel, fabricados a base de petróleo sueco. "Este é un bo exemplo de como usar os moitos compoñentes valiosos dos bosques e de como o noso" ouro verde "pode proporcionar máis emprego e un clima mellor" - Ministro de Agricultura, Eskil Erlandsson / Eskil Erlandsson.
O 8 de marzo de 2013 completouse o primeiro voo transatlántico comercial de biocombustibles. O voo foi operado por un KLM Boeing 777-200 na ruta Amsterdam - Nova York.
En Finlandia, o combustible de madeira proporciona preto do 25% do consumo de enerxía e é a súa principal fonte e a súa participación está en constante aumento.
A maior central térmica do mundo está actualmente en construción en Bélxica. Poder de abellaque funcionará en virutas de madeira.A súa capacidade eléctrica será de 215 MW e a súa capacidade térmica de 100 MW 107, que subministrará electricidade a 450.000 fogares.
Biocombustible en Rusia
Segundo Rosstat, en 2010, as exportacións rusas de combustibles vexetais (incluíndo palla, pastel de aceite, patacas fritas e madeira) ascenderon a máis de 2,7 millóns de toneladas. Rusia é un dos tres países exportadores de pellets de combustible no mercado europeo. Só preto do 20% dos biocombustibles producidos consúmense en Rusia.
A produción de biogás potencial en Rusia é de ata 72 mil millóns de m³ ao ano. A produción potencial de electricidade a partir de biogás é de 151.200 GW, calor - 169.344 GW.
No período 2012-2013 está previsto que comisionen máis de 50 centrais eléctricas de biogás en 27 rexións de Rusia. A capacidade instalada de cada estación será de 350 kW a 10 MW. A capacidade total das estacións superará os 120 MW. O custo total dos proxectos será de 58,5 a 75,8 mil millóns de rublos (segundo os parámetros de avaliación). A implementación deste proxecto é realizada pola GazEnergoStroy Corporation e a Corporación BioGazEnergoStroy.
Terra abandonada e produción de biocombustibles
Segundo un punto de vista común, as consecuencias negativas do uso de biocombustibles pódense evitar cultivando materias primas para iso nas terras denominadas "abandonadas" ou "abandonadas". Por exemplo, a British Royal Society no seu informe pide decisións políticas deseñadas para cambiar a produción "a terras marxinais con baixa biodiversidade ou terras abandonadas". Nun estudo de Campbell et al 2008, estímase que o potencial bioenerxético mundial das terras abandonadas é inferior ao 8% da demanda de enerxía primaria actual usando 385-472 millóns de hectáreas. A produtividade destas terras recoñécese en 4,3 toneladas por hectárea ao ano, o que é moi inferior ás estimacións anteriores (ata 10 toneladas por hectárea ao ano). Un estudo de Field et al (2008), segundo o cal hai 386 millóns de hectáreas deste tipo, pode servir como exemplo dunha metodoloxía para determinar terras “abandonadas” adecuadas para a produción de biocombustibles. Tódalas terras nas que se cultivaron algunha vez desde 1700 e nas que, segundo as imaxes de satélite, non se cultivan agora, considéranse "abandonadas" se non hai bosques ou asentamentos neles. Ao mesmo tempo, non se intenta valorar o uso que os residentes locais utilizan destes terreos para pasto, recolección, xardinería, etc. Como resultado, o autor dunha revisión de dezasete estudos sobre as potenciais notas de produción de biocarburantes Goeran Berndes, "terreos que adoitan ser son a base da poboación rural. " Algúns autores que escriben sobre o tema da produción de biocombustibles van máis alá ao introducir o concepto de "terra infrautilizada" e incluíndo nesta categoría amplos espazos de pasto en América Latina, África e Asia. Suponse tácitamente que a transición cara a unha agricultura intensiva nestas terras supón un beneficio para os seus habitantes actuais e que o seu estilo de vida actual, desenvolvido pola experiencia de moitas xeracións dos seus antepasados, non ten dereito a continuar. Os defensores do xeito de vida tradicional son criticados por este punto de vista como un acercamento á diversidade cultural da humanidade e o desprezo polos dereitos das comunidades locais. Tamén sinalan a importancia dos coñecementos e prácticas tradicionais que permiten un estilo de vida ambientalmente sostible. Segundo a organización International Lands Coalition, actualmente o 42% de todas as capturas terrestres do mundo están destinadas á produción de biocombustibles. Os seus produtores tenden a clasificar centos de millóns de hectáreas de terras no sur mundial como "abandonadas" e "accesibles para o desenvolvemento", ignorando o feito de que centos de millóns de persoas viven nestas terras e gañan a vida. Moitas veces non se ten en conta o dano á biodiversidade. As capturas son facilitadas polo feito de que estas terras son a miúdo propiedade colectiva de comunidades rurais, cuxos dereitos están baseados en ideas tradicionais locais e non están legalmente formalizadas. Os beneficios para os residentes locais pola creación de emprego adoitan ser insignificantes debido á intensidade de capital dos esquemas de produción aplicados e á mala integración das comunidades locais nestes esquemas. Ademais, o prezo do aluguer e o nivel dos salarios están determinados polo saldo das forzas das partes implicadas nas transaccións e a vantaxe, por regra xeral, está do lado do agronegocio transnacional. Colchester (2011) demostra que o traballo forzado úsase de facto na produción de aceite de palma. Ademais, os postos de traballo prometidos ás comunidades locais como condición para a transferencia de terras a miúdo elimínanse en poucos anos (Ravanera e Gorra 2011). En xeral, a situación de dependencia unilateral dos residentes no rural de gran agroindustria é pouco atractiva para eles. En Brasil, o desexo dos agricultores migrantes de "traballar por si mesmos sen terrateniente" recoñécese como un factor clave na destrución dos bosques amazónicos (dos Santos et al. 2011).
Estándares
1 de xaneiro de 2009 en Rusia GOST R 52808-2007 "Tecnoloxías non tradicionais. Biowaste de enerxía. Termos e definicións. " O 27 de decembro de 2007 foi aprobado pola Rostekhregulirovanie a orde nº 424ª sobre a introdución do estándar.
O estándar foi elaborado polo laboratorio de fontes de enerxía renovables da Facultade de Xeografía da Universidade Estatal de Moscova. MV Lomonosov establece os termos e definicións dos conceptos básicos no campo dos biocombustibles, con énfase nos combustibles líquidos e gasosos.
En Europa, desde o 1 de xaneiro de 2010, está en vigor un estándar único para biocombustibles EN-PLUS.
Control internacional
Un dato interesante é que a Comisión Europea pretende estimular aos países participantes a transferir automóbiles a biocombustibles por importe do 10% do total. Para alcanzar este obxectivo creáronse consellos e comisións especiais e están a traballar en Europa, que animan aos propietarios de automóbiles a reequipar os motores e tamén controlan a calidade dos biocombustibles subministrados aos mercados.
Para preservar o bioequilibrio no planeta Terra, as comisións garanten que aumente o número de plantas que son materias primas para a produción de produtos e que non sexan substituídas por plantas a partir das cales se producen biocombustibles. Ademais, as empresas que producen biocombustibles deben mellorar constantemente a súa tecnoloxía e centrarse na produción de combustible de segunda xeración.
Realidades de combustible en Rusia e no mundo
Os resultados dun traballo tan activo non tardaron en chegar. Por exemplo, a principios da segunda década do século, en Suecia xa operaban 300 gasolineiras, onde podes encher un tanque con biodiésel ecolóxico. Faise a partir do aceite dos famosos piñeiros que crecen en Suecia.
E na primavera de 2013, tivo lugar un evento que se converteu nun punto de inflexión no desenvolvemento de tecnoloxías de produción de combustible para a aviación. Un avión transatlántico alimentado con biocombustible voou de Amsterdam. Este Boeing aterrou con seguridade en Nova York, sentando así as bases para o uso de combustibles ecolóxicos e baratos.
Rusia toma unha posición moi interesante neste proceso. Somos produtores de varios tipos de biocombustibles, ocupamos o terceiro lugar na clasificación dos exportadores de pellets de combustible. Pero dentro do noso país, consumimos menos do 20% do combustible, seguindo a usar especies caras.
27 rexións de Rusia convertéronse en sitios experimentais onde se construíron e lanzaron centrais eléctricas de biogás. Este proxecto custou case 76 mil millóns de rublos, pero o aforro do funcionamento das estacións supera en moitas ocasións estes custos.
Premio de iluminación
Especialmente esperanzadoras son as tecnoloxías para o procesamento de materias primas renovables en biocombustibles e electricidade, así como solucións para a produción de envases de biopolímero. A aplicación destas tecnoloxías permite o seu reciclaxe, é dicir, reciclar nun novo ciclo de creación de produtos (en particular, substratos en pilas de combustible e bioplásticos).
O potencial de uso destas tecnoloxías en Rusia é moi elevado. O seu desenvolvemento e implementación levarán a medio prazo a reducir a dependencia da economía do país dos recursos enerxéticos, produtos e tecnoloxías estranxeiras e a creación de novos mercados.
Efectos
Estimular o desenvolvemento do sector do transporte, aumentar a súa amabilidade ambiental e satisfacer as crecentes necesidades de combustible.
Reducindo a severidade da competencia entre as áreas sembradas técnicas e as de comestibles (debido ao cultivo de microalgas en fitoreactores, reactores acuáticos flotantes de vórtice, encoros abertos).
O desenvolvemento de rexións con condicións socioeconómicas adversas e unha diminución da súa dependencia dos combustibles importados.
Obtención de proteínas, antioxidantes, cores alimentarias e outros produtos útiles de microalgas.
Estimacións de mercado
Para o 2030, a produción global de biocombustibles aumentará ata os 150 millóns de toneladas en equivalente de petróleo, cun índice de crecemento anual do 7-9%. A súa cota alcanzará o 4-6% do combustible total consumido polo sector do transporte. Os biocombustibles de algas poden substituír máis de 70 mil millóns de litros de combustibles fósiles ao ano. En 2020, o mercado de biocombustibles en Rusia pode crecer máis de 1,5 veces, ata a marca de 5 millóns de toneladas ao ano. O prazo probable para a máxima manifestación da tendencia: 2025-2035.
Condutores e barreiras
Políticas ambientais dos países desenvolvidos para minimizar o alcance da contaminación ambiental.
A necesidade de investimentos a gran escala para a construción de plantas de biodiésel, o axuste dos procesos tecnolóxicos.
A dependencia da eficiencia do crecemento das microalgas da intensidade da luz solar (cando se cultiva en auga aberta).
Electricidade de Residuos Orgánicos
Os procesos de utilización e procesamento de residuos pódense combinar coa produción de produtos practicamente significativos e incluso electricidade. Empregando dispositivos especiais (pilas de combustible microbianas (MTE)), foi posible producir electricidade a partir dos residuos directamente, pasando as etapas da produción de biogás e o seu posterior procesamento en electricidade.
As MTE son un sistema bioeléctrico. A eficacia do seu funcionamento depende da actividade metabólica das bacterias que descompoñen compostos orgánicos (residuos) e transfiren electróns a un circuíto eléctrico integrado no mesmo sistema. A maior eficiencia deste tipo de bacterias pódese conseguir englobalas no esquema tecnolóxico das plantas de tratamento de augas residuais que conteñen substancias orgánicas, cuxa rotura libera enerxía.
Xa hai desenvolvementos de laboratorio que permiten o uso de MTE para recargar pilas. Coa ampliación e optimización de solucións tecnolóxicas, será posible proporcionar electricidade ás pequenas empresas. Por exemplo, MTEs de alto rendemento que operan en volumes de decenas a miles de litros proporcionarán enerxía autónoma ás instalacións de tratamento.
Análise estrutural
Previsión da estrutura do mercado global de biocombustibles: 2022 (%)
Electricidade de Residuos Orgánicos
Os procesos de utilización e procesamento de residuos pódense combinar coa produción de produtos practicamente significativos e incluso electricidade. Empregando dispositivos especiais (pilas de combustible microbianas (MTE)), foi posible producir electricidade a partir dos residuos directamente, pasando as etapas da produción de biogás e o seu posterior procesamento en electricidade.
As MTE son un sistema bioeléctrico. A eficacia do seu funcionamento depende da actividade metabólica das bacterias que descompoñen compostos orgánicos (residuos) e transfiren electróns a un circuíto eléctrico integrado no mesmo sistema. A maior eficiencia deste tipo de bacterias pódese conseguir englobalas no esquema tecnolóxico das plantas de tratamento de augas residuais que conteñen substancias orgánicas, cuxa rotura libera enerxía.
Xa hai desenvolvementos de laboratorio que permiten o uso de MTE para recargar pilas. Coa ampliación e optimización de solucións tecnolóxicas, será posible proporcionar electricidade ás pequenas empresas. Por exemplo, MTEs de alto rendemento que operan en volumes de decenas a miles de litros proporcionarán enerxía autónoma ás instalacións de tratamento.
Efectos
Mellorar a simpatía ambiental dos procesos de produción e a eficiencia das empresas, reducindo a súa dependencia de fontes externas de electricidade, reducindo o custo de produción e o gasto de adquisición de tecnoloxías de tratamento.
Mellorar a situación nas rexións con enerxía, aumentando a súa competitividade mediante o uso de MTE.
Posibilidade de produción autónoma de electricidade con fins non intensivos na enerxía (por exemplo, en pequenas explotacións).
Estimacións de mercado
70% - a proporción de residuos que se procesarán mediante métodos de biotecnoloxía aumentará en 2020 en Rusia en comparación con 2012. Na Unión Europea, a proporción de electricidade procedente do biogás será aproximadamente do 8%. O prazo probable para a máxima manifestación da tendencia: 2020-2030.
Condutores e barreiras
Un aumento dos residuos orgánicos e un aumento da demanda de electricidade.
A capacidade de traballar bioreactores como o MTE en varias fontes de enerxía, incluíndo as augas residuais.
Nivel insuficiente de investimento para integrar a MTE en procesos tecnolóxicos, longo período de amortización.
A necesidade de vincular bioreactores aos residuos.
Eficiencia relativamente baixa dos deseños industriais experimentais que funcionan actualmente de bioreactores do tipo MTE.
Análise estrutural
Estudos de sistemas electroquímicos microbianos por tipo: 2012 (%)
Envases de polímeros biodegradables
A distribución xeneralizada dos envases feitos de polímeros sintéticos (bolsas, películas, envases) leva a un empeoramento do problema da contaminación ambiental. Pódese resolver mediante a transición a materiais de envasado a partir de polímeros biodegradables que son rapidamente reciclables e convenientes de usar.
Na maioría dos países desenvolvidos, obsérvase unha tendencia na industria de envases a desprazar pesadamente e longamente (ata varios centos de anos) polímeros sintéticos biodegradables (cun período de reciclaxe de 2-3 meses). O volume anual do seu consumo só en Europa occidental é duns 19 mil toneladas, en América do Norte - 16 mil toneladas. Ao mesmo tempo, segundo varios indicadores, os materiais de envasado de biopolímero aínda quedan por detrás dos tradicionais sintéticos.
As tecnoloxías para a produción de materiais biopolímeros a base de ácido poliláctico a partir de azucre vexetal de cultivos de cereais e remolacha azucre permiten envases con altas características de consumo: flexibles e duradeiros, resistentes á humidade e compostos agresivos, impermeables aos cheiros, con altas propiedades de barreira e ao mesmo tempo que se descompoñen de forma eficiente e rápida. . A mellora das tecnoloxías está dirixida a reducir a súa intensidade material e enerxética.
A segunda xeración de biocombustibles
A complexidade da produción é que require bastante materiais vexetais. E para o cultivo necesítanse terras que, de estar adecuadas, deberían destinarse a cultivo de plantas alimentarias. Polo tanto, as novas tecnoloxías están dirixidas a producir biocombustibles non a partir de toda a planta, senón a partir de residuos doutra produción. Patacas de madeira, palla despois de triturar grans, cáscaras de xirasol, pastel de aceite e pastel de froitas, e incluso estrume e moito máis: isto é o que se converte na materia prima para os biocombustibles de segunda xeración.
Un exemplo sorprendente de biocombustibles de segunda xeración é o gas "residual", é dicir, o biogás composto por dióxido de carbono e metano.Para que o biogás poida utilizarse nos automóbiles, elimínase dióxido de carbono del, como resultado queda un biometano puro. Aproximadamente do mesmo xeito, obtense bioetanol e biodiésel da masa biolóxica.
Como facer biodiésel
Para producir biodiésel é necesario reducir a viscosidade do aceite vexetal. Para iso, elimínase a glicerina e no seu lugar introdúcese alcohol no aceite. Este proceso require varias filtracións para eliminar auga e varias impurezas. Para acelerar o proceso, engádese un catalizador ao aceite. Tamén se engade alcohol á mestura. Para obter éter metílico, engádese metanol ao aceite e engádese etanol para obter éter etílico. Un ácido úsase como catalizador.
Todos os compoñentes son mesturados, entón tómase tempo para exfoliarse. A capa superior do tanque é o biodiésel. A capa do medio é xabón. A capa inferior é glicerina. Todas as capas entran en maior produción. Tanto a glicerina como o xabón son os compostos necesarios na economía nacional. O biodiésel atravesa varias purificacións, é drenado, filtrado.
As cifras desta produción son bastante interesantes: unha tonelada de aceite que interactúa con 110 kg de alcol e 12 quilogramos de catalizador resulta en 1.100 litros de biodiésel e máis de 150 kg de glicerina. O biodiésel ten unha cor amarela ámbar, como un fermoso aceite de xirasol recén espremido, glicerina escura e ata a 38 graos endurece. Un biodiésel de boa calidade non debe conter impurezas, partículas ou suspensións. Para o control de calidade continuo cando se usa biodiésel, hai que comprobar os filtros de combustible para automóbiles.
Produción de bioetanol
A fermentación de materias primas ricas en azucres é a base para a produción de bioetanol. Este proceso é similar a obter alcohol ou a moinshine regular. O almidón de grano convértese en azucre, engádeselle levadura e obtense mazá. O etanol puro obtense separando os produtos da fermentación, isto ocorre en columnas especiais. Despois de varias filtracións, secan, é dicir, elimínase auga.
Pódese engadir bioetanol sen impurezas de auga á gasolina regular. A pureza ecolóxica do bioetanol e o seu mínimo impacto sobre o medio ambiente son moi valorados na industria, ademais, o prezo do biocombustible resultante é moi razoable.