Биогорива

1. Обща характеристика на биогоривата

Биогорива първо поколение
Биогоривата първо поколение могат да бъдат използвани в смес с конвенционални горива в по-голямата част от автомобилите и могат да бъдат разпространявани чрез съществуващата инфраструктура. Една част от дизеловите автомобили могат да се движат и със 100 % биодизел. Замяната на една част от дизела или бензина с биогорива е начин транспортният сектор да допринесе за изпълнение на целите, залегнали в протокола от Киото, тъй като промените засягат целия автомобилен парк. От друга страна насърчаването на използването на биогоривата трябва да се приеме като средство за разнобразяване на енергийните източници в транспортния сектор.

Биогорива второ поколение
Биогоривата второ поколение са базирани на нови и обещаващи технологии. Една от технологиите е ензимно третиране на лигноцелулоза, която вече е в напреднал стадий. Вече са въведени в експлоатация три пилотни инсталации в Швеция, Испания и Дания. Другите технологии, използвани за трансформиране на биомасата в течно гориво, са биодизелът по технология Fisher-Tropsch и био-DME (диметил етер). Демонстрационни инсталации функционират в Германия и Швеция.

2. Видове биогорива

• Биодизелът се произвежда при естерификация на растително масло, извлечено от маслодайни култури, преди всичко рапица, соя, слънчоглед и палми. Естерификацията се състои в трансформация на молекулите на растителното масло в молекули, подобни на дизеловите въглеводороди – скъп процес, който прави цената на биодизела по-висока от тази на минералния дизел. Обикновено от 1 т масло и 110 кг. метанол се произвежда 1 т биодизел и 110 кг. глицерин. С характеристики, много близки до минералния дизел, биодизелът може да се използва в съществуващите дизелови моторни превозни средства и в смеси с дизел в каквато и да е пропорция. Неговото енергийно съдържание е по-ниско с около 8 %, но има по-висока плътност на горивото и по-добри качества на запалване, поради по-високото цетаново число.
• Биоетанолът се произвежда от растителни захарни култури, скорбялни или целулозни суровини. Основната технология за преобразуването на биомасата в етанол е ферментацията, последвана от дестилация. Етанолът в момента се произвежда в големи количества при ферментиране на захарни или скорбялни остатъци от земеделски суровини. Културите, използвани за производството на етанол, варират според региона – захарна тръстика в Бразилия, жито и царевица в Северна Америка, жито и захарно цвекло във Франция и остатъци от винено грозде в Испания. За да се намали цената на етанола, се правят редица изследвания за използването на евтина лигноцелулозна биомаса, която да замени скъпите захарни и скорбялни суровини. Пример за лигноцелулозните култури са дървеният материал, сухите остатъци от захарните култури, царевична слама, или енергийни култури като мискантус, коноп, просо. Целулозният състав на тези материали се превръща във ферментиращи захари, които пък от своя страна се превръщат в етанол, който е напълно био-разградим.
• ЕТБЕ – етил-тертио-бутил-етер се образува при химичната реакция на етанола с минерални суровини. ЕТБЕ се смесва с бензин в концентрации 5-10 %, за да увеличи кислородното съдържание на бензина. Прибавеното смесено гориво изгаря по-чисто от нормалния бензин и намалява емисиите на въглероден оксид и не-изгорели въглеводороди, отделени от МПС, както и на озоновите прекурсори.
• Биометанолът е алкохол, обикновено произвеждан от природен газ. Първата стъпка в производствения процес използва пара, преобразуваща природния газ в синтетичен газ и след това в съответното съотношение СО/Н2:
  CH4+H2O→CO+3H2 и CO+H2O→СO2+H2
  Във втората фаза, след премахването на примесите, въглеродният оксид и водородът реагират каталитично до метанол:
  CO+2H2→CH3OH и CO2+3H2→CH3OH+H2O
  Производството на метанол от биомаса (целулозни материали, предимно дървесина) е технически възможно, но все още не е търговски приложимо.
• МТБЕ – метил-тертио-бутил-етер се образува, когато метанолът реагира с изобутен и се използва като анти-детонираща съставка в петрола (до 20 %), която замества олово-съдържащите добавки.
• ДМЕ – диметилетерът се произвежда при газификацията на биомаса, последвана от синтез (окисляващ синтез). В началото на 90-те години случайно, при опити за производство на синтетичен петрол от синтетичен газ, е бил открит нов метод за производство на ДМЕ. Преди това ДМЕ се е използвал само в козметиката и никой не е опитвал да го приложи като дизелово гориво. ДМЕ се е доказал като атрактивен заместител на дизела, поради неговата възможност да намалява отпадните емисии на азотни оксиди.
• Фишер-Тропс дизел – процесът Фишер-Тропс е бил първоначално разработен в Германия през 20-те години и са произвеждани синтетични горива през 30-те, като горивата от нефтен произход са били използвани за суровини в този процес. Съвременните открития са фокусирани върху производството на чисти Фишер-Тропс горива базирани на биомаса. Както преобразувателните процеси за метанола и ДМЕ, така също и процеса на Фишер-Тропс започва с газификация на биомаса, последвана от синтетични процеси.
• Чисти растителни масла се добиват от маслодайни култури като рапица, слънчоглед, соя и палми. Маслата се добиват механично или чрез химически разтворители от маслодайни семена. Големия вискозитет, слабата термална и хидролитична стабилност и ниското цетаново число са типични характеристики на растителните масла, което прави използването им в системи за преобразуване на енергия по-трудно. Затова растителните масла се подлагат на естерификация и се получава биодизел, който се използва в немодифицирани двигатели.
  Въпреки това, в сравнение с биодизела чистите растителни масла предлагат предимството на по-ниските разходи и по-добрия енергиен баланс (по-малко потребление на енергия при производствения процес). Затова съществуват примери за използване на не-естерифицирано растително масло в модифицирани дизелови двигатели.
  Пиролизното масло се произвежда при термохимичен преобразувателен процес, наречен пиролиза. Пиролизата е термично разграждане на кислорода в подходящи термални реактори. Използват се относително ниски температури от 500-800ºС, с операционно налягане около атмосферното, но също така при наличието на вакуум. Обикновено се получават три продукта: газ, течност и въглени, като съответните пропорции зависят от метода на пиролиза и параметрите на реакцията: бързата пиролиза се използва за увеличаване на течния продукт. При бързата пиролиза може да се получат високи добиви на течност (био-карбонатно масло или био-масло) – до 70 % от теглото на суровината.
  Всеки вид биомаса може да се използва за пиролиза, но се предпочита лигноцелулозната биомаса. Преди вкарването на биомасата в реактора тя трябва да бъде предварително обработена (изсушена и смляна); обикновено размерът на частиците трябва да бъде по-малък от 6 мм., а съдържанието на влага под 10 % от теглото.