Когда бензин дорожает, на рынок приходят всё новые идеи. Тут спрос рождает предложение. На сей раз нам предлагают делать топливо из грибов.
Химики из МГУ запатентовали технологию производства биотоплива из грибов. Ученые из России создали и запатентовали катализатор, позволяющий превращать грибы в синтетическое топливо.
Отмечается, что чаще всего необходимо применить два катализатора и провести два процесса для получения конечного продукта, однако способ химиков МГУ — одностадийный, более простой и менее затратный.
Экологи, просчитав все выбросы СО2 и других парниковых газов, произведенных во время выращивания биотоплива, считают переход малоцелесообразным.
Ранее сообщалось, что инвестор из Китая планирует построить в Дальневосточном федеральном округе (ДФО) пять заводов по производству биотоплива из лесных отходов.
«Конечно, такие системы получены не впервые, однако тщательная оптимизация состава позволила получить столь активный и селективный катализатор. Чаще всего необходимо применить два катализатора и провести два процесса для получения конечного продукта, наш же способ – одностадийный, то есть, более простой и требующий меньше затрат», — рассказывает Альберт Куликов, химик из Московского государственного университета.
За последние годы ученые и инженеры создали несколько технологий производства биотоплива, некоторые из которых сегодня применяются на практике. Как правило, сырьем для их производства служат соя, рапс и многие другие быстрорастущие злаки, чья биомасса ферментируется при помощи химикатов или бактерий и трансформируется в этанол и другие виды спиртов.
Куликов и его коллеги создали катализатор, который позволяет использовать биологическое сырье, лишенное многих из этих недостатков – обычные грибы. Для их выращивания не нужны специальные поля, солнце и другие вещи, которые могут влиять на климат. Вдобавок, дрожжи и прочие одноклеточные грибки растут гораздо быстрее, чем это делают растения, и требуют для этого лишь сахар и некоторые другие нутриенты.
Большая часть биомассы грибов, как отмечают ученые, приходится на так называемые триглицериды, эфиры жирных кислот и глицерина, из которых состоят все запасы жира в теле человека и животных, а также в стеблях растений.
Российские химики выяснили, как можно «напрямую» превратить эти жирные кислоты и глицерин в углеводороды, похожие по структуре на компоненты дизельного топлива, экспериментируя с катализаторами на базе соединений алюминия, кремния, платины и палладия.
Пористые конструкции из этих элементов, как обнаружили ученые, могут заставлять триглицериды распадаться на части и превращаться в «ветвистые» молекулы углеводородов, если нагреть их до температуры в 300-400 градусов и пропустить через них грибную или растительную биомассу.
У подобного биотоплива, как отмечают Куликов и коллеги, есть масса преимуществ по сравнению с классическим «биодизелем», состоящим из простых эфиров масляных кислот. Их детище гораздо более стабильно с химической точки зрения и может дольше храниться, а также оно ближе по свойствам к «обычным» нефтепродуктам, что упрощает разработку и эксплуатацию автомобилей и двигательных установок.
Работу этой установки ученые проверили не только на грибах, но и на подсолнечном и рапсовом масле. Во всех этих случаях примерно 80% сырья превратилось в жидкие углеводороды, чего достаточно для того, чтобы производство биотоплива было выгодным с экономической точки зрения.
Кстати говоря
Биоэтанол — самое распространённое биотопливо из тех, что производятся промышленным способом. Ежегодно в мире выпускается свыше 70 миллионов тонн этого горючего на растительной основе, и объёмы его производства каждый год увеличиваются. Чаще всего биоэтанол применяют в качестве компонента различных моторных масел. В Америке сегодня вырабатывается порядка трети бензина с содержанием биоэтанола. Его применение значительно снижает уровень токсичности выхлопных газов.
Биодизель, с биологической точки зрения, безвредное топливо. Специалисты считают, что его можно было бы активнее использовать в качестве горючего для морских и речных судов — попадая в воду, биодизель не наносит ущерба для флоры и фауны океанов, морей и рек. Топливо в этой среде практически полностью распадается (за месяц до 99%) — налицо минимизация загрязнения водных ресурсов Земли.
Во многих странах (например, в США и Бразилии) производство биоэтанола поощряется национальными программами, также такие субъекты экономики субсидируются и пользуются налоговыми льготами. В Америке постепенно отходят от производства биоэтанола из зернового сырья, делая упор на целлюлозосодержащие источники (древесину).
Сахар или крахмал являются основой для производства бутилового спирта (бутанола) первого поколения. Целлюлозу растений в качестве сырья используют для изготовления биобутанола второго поколения. В основном биобутанол сегодня используют как промышленный растворитель. Большую его часть производит Америка (свыше 200 миллионов галлонов из 350-миллионного объёма мирового рынка).
Некоторое время назад исследователи свойств биотоплива установили, что биобутанол был бы более эффективным в использовании в качестве компонента моторных масел, нежели биоэтанол, — у этого горючего низкое давление паров и поэтому оно без проблем смешивается с бензином. Биобутанол более транспортабелен — его можно поставлять, используя трубопроводы, тогда как для перемещения биоэтанола требуются специальные цистерны либо речные (морские) танкеры. Проблема в больших энергозатратах при производстве биобутанола. Но специалисты уже провели ряд успешных экспериментов, позволивших значительно увеличить выход горючего в производственном процессе.
Биодизель в Германии дешевле солярки
Исходный компонент другого вида биотоплива — биодизеля — масла рапса, сои, пальмы, подсолнечника, льна и других масличных растений. Современные западные учёные разрабатывают технологии производства биодизеля с использованием генномодифицированных организмов, а также водорослей. Страны Евросоюза считают биодизель основным возобновляемым жидким биотопливом. По прогнозам аналитиков, мировые объёмы его производства к 2020 году при сохраняющихся темпах составят 100 миллионов тонн в год. Европейский лидер по выпуску биодизеля — Германия, на долю этой страны приходится до 5 миллионов тонн топлива ежегодно. И биотопливо у немцев дешевле солярки: его производство субсидирует федеральный бюджет.
В США биодизель изготавливают в основном из соевого масла. На долю сои как сырья приходится около трети мирового объёма производства биодизеля, остальное — рапсовое и пальмовое масла. Идёт постоянный процесс по поиску более дешёвого сырья — для изготовления биодизеля уже также используют ятрофу, рыжик, клещевину… А вот так называемая бионефть представляет собой растительное топливо и содержит спирты и другие компоненты, но не углеводороды, поэтому название «бионефть» достаточно условно. Вещество получают путём безкислородного нагревания сырья (это может быть древесная щепа или мелассная барда — отходы сахароварения).
В перспективе использование в качестве сырья для производства бионефти разного рода бытовых отходов, на выходе дающих продукт, по своим свойствам не уступающий настоящей, природной нефти. Над подобным проектом, в частности, сегодня активно работает Министерство энергетики США.
В качестве сырья — любая биомасса
Как моторное топливо растительные масла в мире используют уже давно. Чаще всего в ход идёт рапсовое масло — эта культура самая продуктивная. На втором месте из растительных масел по частоте использования — подсолнечное масло, на третьем — соевое. Новый перспективный сырьевой источник — водоросли: в них содержится до 40% масел от общей массы, и они более продуктивны, нежели «земные» растения.
Мировой лидер по использованию растительных масел (чаще из рапса) как моторного топлива — Германия. Американцы предпочитают применять в качестве биотоплива соевое масло. Растительные масла энергетически плотнее спиртов, но более вязкие, в связи с чем их лучше смешивать с дизтопливом. Такая смесь называется биодит.
Biofuel-to-Liquid (BTL) считается инновационной, самой современной и наиболее перспективной технологией, при помощи которой производят жидкое биотопливо. BTL стали применять только в начале XXI века, в её разработке приняли участие такие концерны, как «Шелл», «Даймлер», «Фольксваген».
В качестве сырья можно брать практически любую твёрдую биомассу — древесную щепу, солому, отходы агропромышленного комплекса… В процессе производства биотоплива подобным способом применяется низкотемпературный пиролиз (безкислородное нагревание). Получаемая в результате этой и следующих за ней операций жидкость, по оценкам специалистов, в будущем может полностью заменить горючее, на котором сегодня ездят современные автомобили. Это доказывают опыты, проведённые в концерне «Фольксваген».
У нового топлива в сравнении с бензином наполовину меньше выбросов в атмосферу. Правда, пока производство BTL обходится дороже, чем выпуск дизельного топлива. Но учёные убеждены, что это проблема временная — достаточно только усовершенствовать технологию.