Топливо из растительного или животного сырья называют биотопливом. Такое топливо производится из возобновляемых природных ресурсов, это ключевое значение. Кроме этого, биотопливо относится к альтернативным источникам энергии, т.е. заменяющие полезные ископаемые.
Биотопливо разделяют на твёрдое, жидкое и газообразное. Твёрдое — это традиционные дрова (часто в виде отходов деревообработки) и топливные гранулы (прессованные мелкие остатки деревообработки).
Жидкое топливо — это спирты (метанол, этанол, бутанол), эфиры, биодизель и биомазут.
Газообразное топливо — различные газовые смеси с окисью углерода (угарным газом), метаном, водородом, получаемые при термическом разложении сырья в присутствии кислорода (газификация), без кислорода (пиролиз) или при сбраживании под воздействием бактерий.
Основные направления производства и использования биотоплива представлены в таблице.
| Исходное сырье для переработки | Технологические линии | Получаемый продукт | Продукт вторичного использования или переработки |
|---|---|---|---|
| Сельскохозяйственные животноводческие отходы, остаточные продукты кормового производства | Установки по получению биогаза | Биогаз | Обеспечение животноводческих комплексов электроэнергией |
| Обеспечение автономного обогрева | |||
| Органические удобрения | |||
| Технические культуры с высоким содержанием масла (подсолнечник, рапс, соя, кукуруза и т.п.) | Перерабатывающие линии | Биоэтанол (этиловый спирт) | |
| Растительное техническое масло | Биодизель | ||
| Твердые отходы сельскохозяйственного производства (растениеводство и пищевое производство) | Пиролизные установки | Газообразное топливо (пиролизные газы) | Электроэнергия |
| Тепловая энергия | |||
| Жидкое топливо (печное топливо) | |||
| Отходы деревоперерабатывающей промышленности | Пиролизные установки | Газообразное топливо (пиролизные газы) | Электроэнергия |
| Тепловая энергия | |||
| Грануляционные установки | Топливные брикеты (пеллеты) |
Производство топливных гранул (пеллет)
Пеллеты, топливные гранулы, как и топливные брикеты, производятся из опилок и прочих растительных отходов, шелухи подсолнечника, соломы. Растительная масса измельчается и высушивается до влажности менее 20%.
Подготовленное сырье гранулируется на роторных грануляторах-прессах.
Сегодня существует несколько десятков производителей прессов из разных стран мира (CPM, Andritz, Salmatec, Amandus Kahl, Buhler, Munch и многие другие).
Производство топливных брикетов
Подготовка сырья для производства топливных брикетов во многом напоминает производство пеллет.
Цилиндрические брикеты получают с помощью последовательного прессования или экструзии. В первом случае в качестве рабочего механизма используется поршень, который периодически прессует и выталкивает готовые брикеты.
Шнековые экструдеры выдавливают брикеты непрерывно, а форма их сечения зависит от применяемой матрицы.
Форма брикетов может быть различной: как карандаш, цилиндрической, кирпичиком и т.д.
Производство биогаза
Биогаз образуется при сбраживании жидкого органического сырья без доступа воздуха. Биогаз фактически производят бактерии, которые живут без воздуха (анаэробы). В основном биогаз состоит из метана и углекислого газа.
Химический состав биогаза
| Газ | Химическая формула | Объемная доля |
| Метан | CH4 | 40 — 70% |
| Углекислый газ | CO2 | 30 — 60% |
| Другие газы | 1 — 5% | |
| Водород | H2 | 0 — 1% |
| Сероводород | Н2S | 0 — 3% |
Теплотворная способность одного кубометра биогаза составляет в зависимости от содержания метана 20-25 МДж/куб.м, что эквивалентно сгоранию 0,6 — 0,8 литра бензина, 1.3 — 1.7 кг дров или использованию 5 — 7 кВт электроэнергии.
Биогаз можно использовать как топливо двигателей внутреннего сгорания. Для этого необходимо очистить биогаз от сероводорода, т.к. продукты его сгорания (оксиды серы) вредят оборудованию, а также понизить содержание углекислого газа путем мембранной сепарации. Это делается для повышения калорийности газа.
Анаэробное брожение происходит в специальной емкости, иногда называемой биореактором. В реактор закачиваю жидкие органические отходы и собирают получаемый биогаз. Органические отходы, остающиеся в виде осадка, в конечном счете превращаются в удобрение.
Производство биодизеля
Биодизель чаще всего представляет собой метиловый эфир жирных кислот. Производится он из растительных масел путем переэтерификации низшими спиртами в присутствии катализатора.
Помимо эксплуатационных преимуществ (высокое цетаново число, смазочные свойства, малая пожароопасност из-за высокой точки воспламенения) биодизель имеет ряд недостатков.
Главный недостаток такой технологи состоит в необходимости использовать метанол (200 кг на 1 т растительного масла), реже этанол или пропанол. А также в необходимости что-то делать с отходами, в основном содержащими глицерин.
Другой недостаток метилового эфира — короткий срок хранения, до 3-х месяцев, в виду постепенного разложения.
Биодизель также пытаются получать пиролизом. Проблема состоит в том, чтобы разработать процесс, при котором будет получаться стабильный состав топлива.