Биоотын

Биоотын – биологиялық қалдықтарды қайта өңдеу арқылы биологиялық шикізаттан алынған отын. Сонымен қатар басқа целлюлозадан және органикалық әртүрлі типті қалдықтардан алынып бағытталған әртүрлі дәрежеде өңделген жобалар кездеседі, бірақ бұл технологиялар әлі бастапқы кезеңдегі өңдеуде немесе коммерциялануда. Биоотындар сұйық түрде (іштен жану қозғалтқыштарына арналған, мысалы, этанол, метанол, биоотын), қатты отын (ағаш, шымтезек, отынды гранулалар, жаңқа, сабан, қауыз) және газ тәрізді отындар (биогаз, сутегі). Қатты отындар Ағаш — адамдар бұрыннан қолданатын көне отын. Қазіргі таңда әлемде ағаш өңдеуге немесе биомассаға энергетикалық ормандар қолданылады, олар тез өсетін түрлерін алады (теректер, эвкалипт және т.б.). Көп елдерде отын ретінде табиғи балансты ағаштар қолданады, ал олар өз кезегінде орманның жойылуына әкеліп соғады. Ол ағаштар сапа жағынан пиломатериал өндірісіне сәйкес келмейді. Отынды гранулалар Отынды гранулалар – ағаш қалдықтардан жасалған пресстелген бұйымдар (үгінді (опилок), жаңқалар, қабық, жіңішке өлшемелі және кондицияланбаған ағаштар, орман дайындау кезіндегі кескін қалдықтар), сабан, ауылшаруашылық қалдықтар (күнбағыс дәнінің қауызы, жаңғақ қабығы, көң, құс қиы) және басқа да биомассалар. Ағашты отынды гранулалар деп пеллеттер деп атайды, олар диаметрі 8-23 мм және ұзындығы 10-30 мм цилиндрлік немесе сфералық формада болады. Негізінен қазіргі таңда брикеттер мен отынды гранул өндіру тек өте үлкен көлемде шыққанда ғана экономикалық тиімді болып тұр. Отынды гранулалар – биологиялық түрдегі қалдықтар. Олар өңделмеген немесе минималды дәрежедегі жағуға дайындайтын: үгінділер, жаңқа, қабық, қауыз (лузга), қауыз (шелуха), сабан (солома) және т. б. Энергетикалық орман Энергетикалық орман – биологиялық шығарынды түрдегі энерго-тасымалдағыштар (басты түрі көң және т.с.с.) үйдің пешінде және жылу электростанциясының қазандығында арзан электр бере отырып брикеттеледі, кептіреді және жағылады. Ағаш жаңқасы Ағаш жаңқасы — бір өлшемді жұқа ағашты ұсақтау арқылы немесе орманды алдын ала дайындайтын ағаш шабатын орындардағы қалдықтарды немесе мобильді ағаш жонатын машинада немесе стационарлы ағаш жонатын машинаның көмегімен алынған ағаштан қайта өңделген қалдықтар. Еуропада жаңқаны негізі қуаты 1-ден біршама ондаған мегаватт болатын үлкен жылуэлектрстанцияларында жағады. Қатты отындарға отынды торф пен қатты үй қалдықтары және тағы басқа да жатады. Сұйық отындар Биоэтанол Биоэтанолды әлемдік өндіру 2005 жылы 36,3 млрд литр құрады, оның 45% Бразилия және 44,7% АҚШ елдерінде ғана өндірді. Биоэтанолды Бразилияда үлкен көлемде қант таяқшаларынан, ал АҚШ-та жүгеріден жасады. Этанол бензинге қарағанда аз энергия сақтау көзі болып табылады; Е85 (85% этанол мен 15% бензин қоспасы; «Е» әрпі ағылшынның Ethanol) жұмыс істеген машинаның жүрісі стандартты машина жүрісінің көлемдік отынның бірлігіне шамамен 75% құрайды. Қарапайым машиналар Е85-пен жұмыс істемейді, бірақ іштен жану қозғалтқыштары Е10-мен жақсы істейді (кейбір көздер тіпті Е15-пенде жұмыс істеуге болады деген). Ал тек таза этанолда тек «Flex-Fuel» машиналар («жұмсақотынды» машина) ғана жұмыс істей алады. Бұл машиналар қарапайым бензинде де жұмыс істей алады, бірақ кішкене эатнол қоспасы сонда да керек немесе сол және басқа да өздігінен құрылған қоспалармен де жұмыс істей алады. Бразилия отын ретінде биоэтанол мен қант таяқшаларын өндіру мен қолдануда көш бастап тұр. Бразилия жанармай станцияларында Е20 (немесе Е25) қарапайым бензин түрінде, немесе «acool», этанол азеотропын (96% С2Н-5ОН және 4% су; қарапайым дистилдеу жолымен арқылы жоғары концентратты этанолды алу мүмкін емес) ұсынады. Этанол бензиннен арзан болғанын қолданып кейбір жанармай станциялары Е20-ны азеотроппен араластырады. Ол кезде оның концентрациясы 40%-ға дейін жетеді. Қарапайым машинаны «Flex-Fuel» машинасына айналдыруға болады, бірақ экономикалық жағынан тиімсіздеу. Қозғалтқышта этанолды жаққанда одан альдегидтер (флрмальдегид және ацетальдегид) пайда болады. Ал бұлар өз кезегінде ароматты көмірсутекерге қарағанда тірі организмдерге екі есе көп зиянды заттар шығарады. Биометанол Биометанол – теңіз фитопланктондарын биотехнологиялық конверсиялау және культивациялау арқылы өңдегенде биоотын саласында тағы бір келешегі бар отынды қарастырамыз. 80 жылдарың басында Еуропа қалаларында жағалаудағы шөлді аудандарды қолдана отырып өндірістік жүйеге бағытталған жобасын ұсынды. Бұл жобаның толық шықпауына мұнайдың бағасының төмендеуі ықпал етті. Биомассының алғашқы өнімін теңіз жағалуында жасалатын жасанды су сақтайтын көлемнің ішінде фитопланктондарды культивациялау арқылы жүргізеді. Екінші процес биомассадағы метанның ашуы және келесі метанол алуда метанды гидрооксидте арқылы алу болып табылады. Микроскопты су өсімдіктерінің негізгі пайдасы келесідегідей: - Фитопланктонның жоғары өнімділігі (жылына 100 т/га); - Өнімді өндіргенде тұщы су және құнарлы топырақ керек етпейді; - Бұл процес ауылшаруашылық өнімдерімен бәсекелеспейді; - Энергияқайтару процесі метан алуда 14 сатыдан және метанол алу кезінде 7 сатыдан өтеді.; Бұл биожүйе энергия алу тұрғысынан күн энергиясын түрлендіруге қарағанда экономикалық жағынан тиімді болып табылады. Биобутанол Бутанол – С4Н10О – бутилденген спирт. Өткір иісті түссіз сұйықтық. Өнеркәсіпте кеңінен пайдаланылады. АҚШ-та жылына шамамен 1,4 млрд $ құрайтын 1,39 млрд литр бутанол өндіріледі. Бутанолды XX ғасырдың басында Clostridia acetobutylicum бактериясын қосу арқылы өндірілді. 50 жылдары мұнай бағасының төмендеуіне байланысты мұнайөнімдерінен өндіріле бастады. Бутанолдың коррозиялық қасиеттері жоқ, және пайдаланылып жүрген инфрақұрылым бойынша жіберуі мүмкін. Ұлттық жанар-жағармайлармен араласытруға болады. Бутанол энергиясы бензин энергиясына жақын. Бутанол отын әрі элементтері ретінде, әрі сутегі өніміне шикізат ретінде де қолдануға болады. Биобутанол өндіруде шикізат ретінде қант таяқшалары, қызылша, жүгері, бидай, маниок қолданады, ал болашақта целлюлозаны қолдану мүмкін. Диметилденген эфир (ДМЭ) – С2Н6О. Көмірден, табиғи газдан және биомассадан өндірілу мүмкін. Диметилденген эфирдің көп бөлігін целлюлозды қағаздан өндіреді. Кішкене қысымда сығылады. Диметилденген эфир – күкірт қосылмаған экологиялық таза отын, шығару газындағы азот оксидінің құрамы бензинге қарағанда 90%-ға азырақ. Диметилденген эфирді қолдануда арнайы сүзгіштерді қажет етпейді. Бірақ қозғалтқыштың оталдыру және қоректендіру жүйесіне (газбаллонды құрылғыларды орнату, қоспатүзегішті түзеу) өзгертулер енгізу керек. Өзгертулерсіз отын құрамында 30% болатын LGP-қозғалтқышымен жұмыс істейтін автомобильдерде қолданады. Биодизель Биодизель – өсімдік, жануар, микроптытан шыққан майлар және солардың этерификацияланған өнімдері негіз ретіндегі отын. Биодизельді отынды алу үшін оған өсімдік немесе жануар майын қолданады. Шикізат ретінде рапс, соя, пальма, кокос майы немесе кез-келген басқа да шикі-майлар, сондай-ақ тамақ өндірісіндегі қалдықтар қолданылады. Биодизелді су өсімдіктерінен өндіру технологиясы жобаланып жатыр. Екінші кезеңдегі биоотын Екінші кезеңдегі биоотындар – биомассаны пиролиздеу әдісі арқылы алынатын немесе метанол, этанол, биодизелден басқа шикізат көздерінен алынған әртүрлі отындар. Екінші кезеңдегі биоотындарға шикізат көзі болып тамақ өндірісінде биологиялық шикізат бөліктерінің кесіп алынған лигна-целлюлозды қосылыстары пайдаланылады. Екінші кезеңдегі биоотын өндірісіне биомассаның қолданылуы, сол өндіріске керекті ауыл-шаруашылығына пайдалы жерлерді қолдануын қысқарту болып саналады. ЕКБиоотындардың шикізат көзі болып өсімдіктерде саналады. Олар: - Балдырлар – тұзды және лас суларға бейімделген қарапайым организмдер болып саналады (бірінші кезеңдегі өнім соя бұршақтарына қарағанда майдың құрамы 200 есе көп). - Арыш (өсімдік) – бидай мен басқа да дәнді дақылдармен бірге өсетін өсімдік. - Jatropha curcas немесе Ятрофа – түріне байланысты май құрамы 27%-дан 40%-ға дейін баратын, құрғақ топырақтарда өсетін өсімдік. Биомассаны жалдам түрінде пиролиздеу, оны жеңіл және арзан тасымалдауға, сақтауға, қолдануға болатын сұйықтыққа айналдырады. Сол сұйықтықтан автомобильдік немесе электростанциялық отындар алуға болады. Сұйық өнімдерден қылқын жапырақты ағаштарды пиролиздеу өте тиімді болып табылады. Мысалы, 70% жәндік скипидары қоспасы, 25% метанол және 5% ацетон, яғни шайырлы қарағайды құрғақ айдау фракциясын алайық. А-80 маркалы бензинді жүйелі түрде ауыстыра алады. Тіпті айдауға бұтақтар, түбір, қабықтар сияқты ағашөңдеу қалдықтарын қолданады. Отын фракциясының шығуы – 1 тонна қалдықтан 100 кг. Газтәрізді отындар Биогаз Биогаз – көмірқышқыл газы мен метан қоспасынан тұратын органикалық қалдықтарды (биомассалар) ашыту арқылы алынған өнім. Биомассаларды ашыту метаногенді классты бактериялардың әсерімен жүзеге асырылады. Биосутегі Биосутегі – термохимиялық, биохимиялық және басқа да әдістермен, мысалы балдырлар биомассасынан алынған сутегі. Метан Метан көмір немесе ағаш сияқты құрамында көміртек кездесетін қатты отындардан құралған синтетикалық табиғи газ деп аталатын әр түрлі мүмкін болатын қоспалардан тазартылған кейін синтезделеді. Бүл экзотермиялық процесс температурасы 3000С-ден 4500С аралығында және катализатор қатысында қысымы 1-5 бар аралығында пайда болады. Әлемде қазірдің өзінде бірнеше ағаш қалдықтарынан алынған метанды алатын эксплуатациялық құрылғылар енгізілген немесе орнатылған. Үшінші кезеңдегі биоотын Үшінші кезеңдегі биоотын – балдырлардан алынған отын. Бұл технологияның проблемасының әлі көп шешіле қоймағандықтан жобасы әлі қарастырылуда. Мысалы, балдырлар өте жоғары температурада өскенді жақсы көреді және оны өндіру үшін шөлдала климат қажет етеді. Бірақ кейде түнгі түскін температура кезінде оның температурасын реттеу керек. 1990 жылдың аяғында бұл технология өндіріске мұнай бағасының төмендеуіне байланысты көп мөлшерде шыға алмай қалды. Балдырлар ашық далада өсіруден басқа балдырларды электростанциялардың қасында орналасқан кішкентай биореакторларда өсіреді. Балдырларды өсіру үшін ЖЭО-ның (ТЭЦ) жылу шығарып қаптауы 75%-ға дейін жетуі керек. Бірақ бұл технология өте қатты шөлдалалы климатты қажет етпейді. Көмірсутектер Микроорганизмдердің бір түрі болып табылады, мысалы Botryococcus braunii, жалпы құрғақ салмағының 40% дейін көмірсутек жинай алады. Негізінде олар изопреноидты көмірсутектер ретінде көрсетілген. Биоотынның экономикалық тиімділігі Егер биоотынның өндірілуі тоқталатын болса онда мұнай және бензин бағалары 15%-ға көтеріліп кетуі мүмкін. Әлем бойынша биоотынды өндіруге ауыл-шаруашылық жерлердің 385-472 миллион гектар жерді пайдалануға болады. Егер осы жерлерде өнім өндіру шикізатын өсірсе биоотынның үлесі әлемдік энергетикалық балансты 8% көтереді. Транспортты отын үлесі 10%-дан 25% дейін құрайды. Биоотындардың таралуы 2007 жылы әлем бойынша биоотындардың 54 миллиард литрі өндіріледі. Яғни бұл сұйық отындардың әлемдік қажеттілігінің 1,5% құрайды. Этанол өндіру 40 миллиард литрге жеткен. АҚШ пен Бразилия Әлем бойынща негізгі өндіретін елдер. 2010 жылы сұйық отын өндіру әлем бойынша 105 млрд литрден асқан, яғни транспортты қажеттілік 2,5% құрайды. 2010 жылы этанолдың 86 млрд және биодизелдің 19 млрд литрі өндірілген. Этанол өндіруде АҚШ пен Бразилия үлесі 95%-дан 90%-ға түскен.