Формула «волшебного» топлива

Схема установки получения биотоплива второго поколения.
Источник: CHOREN Industries
Изображение в полный размер

Biomass to Liquid – BtL, или биотопливо второго поколения, – так называется «волшебная» формула окончательного избавления от зависимости от ископаемых видов топлива в целях борьбы с глобальным потеплением. Специалисты Немецкого энергетического агентства (DENA) рассматривают его в качестве замены обычных видов горючего на транспорте. Утверждается, что оно может использоваться без ограничений в существующих моторах. Преимуществом биотоплива второго поколения является то, что для его производства могут использоваться различные исходные вещества: древесина, энергетические растения и биоотходы. Уже сейчас в Германии может быть произведено такое количество BtL, которое покроет 20% нынешнего уровня потребления органического топлива транспортом. А к 2030 году этот потенциал уже может составить 35%.

За разработку технологии производства синтетического биотоплива BtL немецкая фирма Choren Industries GmbH получила в этом году почетное звание «Избранник-2007». Подобное звание присуждается за инновации в деле содействия охране окружающей среды. Эта саксонская фирма на сегодня является одним из ведущих производителей оборудования, использующего технологию газификации биомассы и твердых отходов, содержащих углерод.

В конце 2007 года в саксонском городке Фрайберг будет введена в строй первая промышленная установка по производству синтетического биотоплива BtL, названного SunDiesel. Предусматривается, что установки BtL будут ежечасно производить из 9 тонн сухой массы 2500 литров SunDiesel. Этого количества горючего должно хватить для годовой эксплуатации двух легковых автомобилей. Другими словами, после ввода завода в строй в конце 2007 года он будет производить 15 тыс. тонн биотоплива второго поколения, которого хватит для покрытия годовой потребности в горючем 15–20 тыс. легковых автомашин.

Преимущества биотоплива второго поколения

Как известно, биотопливо первого поколения представляет собой прежде всего хорошо известный этанол, для производства которого используются сахарный тростник, как в Бразилии, или рапс, а также иногда животные жиры, как в Европе. Для биотоплива второго поколения в качестве исходного сырья применяются древесина, растения и древесные отходы (щепа, опилки или тара), хотя принципиально технологическая схема его производства допускает и использование угля и газа.

Синтетическое биотопливо BtL может напрямую подаваться в инфраструктуру существующих распределительных систем снабжения автотранспорта горючим. Другими словами, как показали исследования, проведенные концернами DaimlerChrysler и Volkswagen, существующие двигатели могут использовать его без доработки. Это возобновляемое топливо и практически не содержит СО2. Оно также не содержит серы и ароматических углеводородов, поэтому даже в долго эксплуатировавшихся моторах не образует отложений. По сравнению с ископаемыми энергоносителями у него на 30–50% меньше выбросов в атмосферу. Синтетическое биотопливо BtL пригодно для дальних перевозок и хранения и может производиться прямо на месте. Для этого топлива характерна высокая плотность энергии (40 МДж-литр), и оно сравнимо по качеству с синтетическим топливом из газа (GTL). Стоимость его производства составляет, правда, 70 центов за литр. Для сравнения: изготовление дизельного топлива из минерального сырья обходится в 35–40 центов за литр. Однако, как считает профессор Бернд Мейер из Института энергетической техники и химии Фрайбергского университета, эту цену можно снизить, если применить другую технологию. Над ее разработкой он трудится сейчас вместе с специалистами концерна Lurgi CAC.

BtL имеет и другие преимущества по сравнению с биотопливом первого поколения. К примеру, у него более высокая выработка с гектара (4046 литров дизель-эквивалента, у этанола – 2500, а у растительного масла, производимого из рапса, – всего лишь 1300). По мнению специалистов фирмы Choren Industries GmbH, самыми энергоемкими растениями для биотоплива второго поколения являются для Европы быстрорастущая ива, а для субтропической и тропической зоны – эвкалипт.

Потенциал энергоемких растений немецкие специалисты оценивают намного выше, чем потенциал ветра или солнца, поскольку те всегда находятся под рукой и позволяют производить энергию в той или иной форме планомерно и постоянно. Имеющийся в Германии потенциал энергоемких растений профессор Шеффер из университета Кассель-Витценхаузен оценивает в 56 млн. тонн условных единиц сырой нефти. Из этого количества теоретически можно произвести 30 млн. тонн биотоплива второго поколения, которого хватит для покрытия 50% нынешней потребности Германии в горючем, включая и воздушный транспорт. В рамках ЕС, по подсчетам профессора Кальтшмитта из Лейпцигского института энергетики и окружающей среды, годовой потенциал битоплива второго поколения равен 115 млн. тонн. В Германии сейчас экономически используется только 2/3 годового прироста леса. А 50% этого неиспользованного потенциала хватило бы для производства на примерно 11 заводах типа фрайбергского 2,5 млн. тонн биотоплива второго поколения в год.

Технология пришла с полей войны

Превращение синтетического газа в топливо происходит при помощи технологии Фишера–Тропша, которая была создана еще до Второй мировой войны, в 20-е годы, и применялась для производства синтетического топлива еще в гитлеровской Германии. Идея осталась прежней, но сейчас этот процесс усовершенствован фирмой Shell и активно используется в Южной Африке для производства горючего из угля (СTL). Напомним, что в этой технологии окись углерода и двуокись азота вступают в реакцию благодаря катализатору и образуют углеводороды. Усовершенствования для максимизации выхода BtL связаны с применением в этом процессе гидравлического крэкинга, благодаря чему удается перерабатывать образующиеся в этом процессе шлаки. Технология Фишера–Тропша представляет собой второй этап процесса. Однако, чтобы добыть из дерева синтетический газ, используется разработанная в местном Техническом университете под руководством Бодо Вольфа, бывшего директора по исследованиям Института горючего в бывшей ГДР, технология Carbo-V╝-Verfahren – это и есть первый этап процесса создания биотоплива второго поколения. Практически он представляет собой трехступенчатую газификацию древесины. Это низкотемпературная газификация биомассы, содержащей не более 15–20% воды при температурах 400–500╠С, затем высокотемпературная газификация, и наконец эндотермическая газификация в воздушном потоке. Кстати, полученный в итоге синтетический газ может использоваться и для производства электроэнергии, пара и тепла.