Альтернативні джерела енергії та обладнання в агропромисловому комплексі
Реферат на тему:
Альтернативні джерела енергії та обладнання в агропромисловому комплексі
1. Тверде біопаливо
2. Рідке біопаливо
3. Ріпак як сировина для виробництва безпечного для навколишнього середовища біологічного пального
4. Біогаз
Нестача викопних енергетичних ресурсів у розвинених країнах світу веде до розширення ефективного використання альтернативних джерел енергії. Поряд з використанням енергії сонця і вітру все більшого поширення набуває біонафта, різні тверді органічні матеріали та біогаз, які є продукцією сільськогосподарського виробництва. Перспективність нехарчового використання останньої випливає також з аналізу динаміки цін на енергетичну, промислову та сільськогосподарську види продукції (рис. 19.3).
Рис.19.3. Динаміка цін на різні види продукції в Україні на 1991-1999роки
Аграрне виробництво із споживача традиційних видів енергії перетворюється у виробника їх зі значним потенціалом у майбутньому. У розвитку біоенергетики сільської місцевості у світі можна виділити три основні тенденції:
скорочення загальних витрат енергії;
збільшення використання відновлюваних джерел енергії;
переважного застосування твердих видів біопалива.
1. Тверде біопаливо
Основними технологіями термічної переробки деревини та біомаси є пряме спалювання (найбільше вивчено і комерційно розвинене), газифікація (знаходиться на демонстраційному рівні розвитку) і піроліз ( знаходиться на дослідному рівні розвитку). На сьогодні світовим лідером з використання соломи в енергетичних цілях є Данія, де знаходиться в експлуатації біля 8000 фермерських установок, потужністю 0,1 — 1,0 МВТ, які споживають за рік 390 тис. т соломи і виробляють 5,6 ПДЖ енергії. Крім цього, в Данії експлуатується 62 теплових і 9 теплоелектричних станцій, які споживають 540 тис. т соломи щорічно. З метою отримання теплової енергії солому в Європі використовують Австрія , Швеція, Фінляндія, Франція, Чехія та інші країни.
В Україні надлишок соломи та стебел усіх культур складає 21,1 млн. т. Однак, використання біомаси в енергетичних цілях проходить тільки своє становлення. За останній час виконано декілька демонстраційних проектів у області біоенергетики. Установки, впроваджені в рамках цих проектів, є першим сучасним великомасштабним біоенергетичним обладнанням у нашій країні. Зокрема це результат технічної допомоги з боку Голландії. Встановлено два парових котли: потужністю 5 мВт на підприємстві по виробництву клеєної фанери "ОДЕК Україна" в м. Оржів Рівненської області; потужністю 1,5 МВТ — у Малинському держлісгоспі-технікумі Житомирської області. Успішно виконаний датсько-український проект технічної допомоги, в рамках якого в с. Дрозди Київської області встановлений і введений в експлуатацію котел потужністю 980 кВт для спалювання соломи. Перспективним напрямом є енергетичне використання біомаси в технологічних агрегатах, перш за все в сушарках. Досвід реалізації тепла генераторів, які використовують органічні відходи, показує високу рентабельність подібних технологій при сушінні деревини. Ефективне використання енергетичних котлів потребує розробки технологій підготовки біопалива, систем автоматичного управління процесом спалювання та спеціальних (керамічних) матеріалів камери згорання (рис. 19.4).
Особливу увагу слід звернути на вибір технології й обладнання для переробки біомаси, які визначають величину капітальних витрат. Мінімізація цих витрат можлива при модернізації існуючих на підприємствах енергоагрегатів заміною конструкції топки і відповідних газоочисних споруд. Подібний підхід реалізований у вітчизняній практиці на котлах ДКВР.
2. Рідке біопаливо
За прогнозами спеціалістів, найближчим майбутнім передбачається покриття до 10% світових потреб у дизельному пальному за рахунок рослинного рідкого палива. Метилові ефіри використовуються як чисте паливо в Німеччині, Австрії, і як 30, 20 і 5%- ні суміші з дизельним паливом у Франції, Швеції, США, Чехії та інших країнах. При цьому, наприклад, у США до 2012 року планується випускати щорічно близько 20 млн. т. рідкого палива. Виробництво рідкого біопалива проводять в єдиному технологічному процесі з насіння енергомістких культур, або в два етапи переробки: насіння — в олію і олію — в біопаливо. Технологія випуску дизельного палива з ріпакової олії побудована на фізичній і хімічній переробці відфільтрованої олії до форми метилового ефіру. Під впливом каталізатора олія переетерифікується метанолом у метиловий ефір зі звільненням гліцерину. Вихідні компоненти практично не змішуються, тому після закінчення реакції відбувається гравітаційний розподіл суміші на два шари. Технологія переробки насіння олійних культур безпосередньо в біопаливо реалізована (як приклад) у розробці фірмою FARMET (Чехія) цеху по виробництву біологічного дизельного палива з річною продуктивністю 1000 -1500 т палива за 250 днів, який розбитий на дві окремих виробничих ділянки: пресування олійних культур та фільтрації олії і переетерифікації ріпакової олії метанолом. Установлена споживана потужність на ділянці переетерифікації 95 кВт, загальна річна витрата електроенергії — 150 (225) мВт-годин.
Екологічний ефект. Перевагами біологічного дизельного палива порівняно з дизельним пальним із нафти, насамперед, є:
швидке біологічне розщеплення — через 21 день на 98% (дизельне — на 72,0%);
сприятливе відношення до утворення "тепличного ефекту", що випливає з відновлюючого характеру сировини — ріпаку;
сприятливий склад відпрацьованих газів (загалом, половинний вміст диму, нижчий на 20% вміст твердих частинок, на 7,2% СО, на 1,9% СН).
Енергетичні властивості рідкого біопалива відрізняються від традиційного так:
температура згоряння приблизно на 12% нижча;
вміст кисню дозволяє знизити подачу повітря на 13% чи, при однаковій подачі повітря, будь-який коефіцієнт надлишку повітря в 1,16 раза вищий;
падіння енергетичних параметрів при робочому навантаженні двигуна коливається в межах 4-5 %;
витрати вищі на 5-8 %;
більшість тракторів можуть працювати на біологічному дизельному паливі без переробки.
Експлуатаційні властивості рідкого біопалива також мають свої особливості. Воно абсолютно змішується з дизельним паливом. Ускладнений запуск двигуна виникає при температурі нижче + 5°С. Економічна ефективність біопалива в умовах нашої країни потребує комплексного врахування всіх прямих і побічних продуктів при його виробництві. Щорічне виробництво ріпаку в Україні складає близько 300 тис. т. Цю кількість насіння можна розглядати як потенційний сировинний обсяг для початку виробництва близько 100 тис. т біопалива.
3. Ріпак як сировина для виробництва безпечного для навколишнього середовища біологічного пального
Європейські країни (ЄС) закуповують 47% витратної енергії, 75% з яких у вигляді нафти. Прогнози на майбутнє говорять про щорічне збільшення імпорту на 1,9%.
Сучасне пальне складає неабияку небезпеку для оточуючого середовища. Варто лише згадати про парниковий ефект, що виник у результаті збільшення СО2 в атмосфері. Його концентрація збільшується щорічно на 1,5*10-3 %/год. і в 2050 році вдвічі перевищить концентрацію СО2 в доіндустріальний період. Крім того, сірка, яка міститься в дизельному паливі, призводить до утворення великої кількості оксидів, котрі зумовлюють зникнення лісів. Розвинені країни гостро поставили проблему сірки, вбачаючи вирішення її необхідним для зменшення навантаження і збереження родючості удобрюваних сільськогосподарських угідь.
За вимогою ЄС у 1980 році була створена організація "Євробіодизель" (GEIE), яка зайняла одне із провідних місць в "енергетичній мережі" і вирішує питання виробництва палива з рослинних олій. Розвиток напряму з вирощування олійних як джерела палива отримало високу оцінку на ринку енергетичних ресурсів. Розвиток "енергетичної системи" за допомогою олійних дає унікальну можливість для історичної трансформації європейського сільського господарства з виробника продуктів харчування у виробника палива. Останнє характеризується високою конкурентоспроможністю на європейському ринку і, що дуже важливо, безпечністю для оточуючого середовища.
Ріпак вважається однією із найважливіших (після пальми та сої) олійною культурою в світі, яка являється джерелом одержання рослинного масла. За останні 20 років за значенням і поширенням він випередив арахіс, зерна бавовни і навіть, не так дивно, соняшник. Цьому посприяло виведення сортів, які містять мало ерукової кислоти та глюкозинолатів. У Канаді сорти ріпаку, що задовольняють вимогам за вмістом цих речовин, називаються канола. Канадська Асоціаця Канола має торгову марку, яка включає сорти ріпаку, які містять не більше 2% ерукової кислоти (С 22:1) у олії. Згідно з європейськими стандартами, вміст усіх глюкозинолатів не повинен перевищувати 20 мкмоль/г. Варто відмітити досить вигідне співвідношення між споживаною і вироблюваною енергією рослинами ріпаку (табл. 19.5).
19.5. Порівняльний енергетичний баланс різних рослин (Д.Шпаар, Н.Маковськи, 1995)
Примітка: без соломи.
За даними ФАО (1995), посівні площі під ріпаком у світі щороку сягають 22-24 млн. га. Понад дві третини його виробництва (70%) сконцентровано в Китаї, Індії й Канаді — по 5,6-6,1 млн. га. Великі площі під ріпак відведено також у США, Австралії, Новій Зеландії, країнах Західної Європи, Польщі. Загалом 28 країн світу вважають ріпак основною олійною культурою. Як європейська олійна культура набув істотного поширення в середині ХІХ століття. Нині його посіви на європейському континенті сягають 3,3-3,5 млн. га. До Західної України він був завезений з Німеччини, причому на початку минулого століття його посіви за площею значно перевищували посіви соняшнику.
Значне збільшення виробництва насіння ріпаку зумовлене широким спектром використання олії для продовольчих потреб, а макухи (шроту), як концентрованого кормового білка, для годівлі сільськогосподарських тварин. Інтерес до цієї культури викликаний також великою необхідністю в одержанні олії з високим вмістом ерукової кислоти для промислових (технічних, хімічних) потреб.
У Лісостепу України ріпак є поряд із соняшником і соєю основною олійною і білковою культурою. Як промислову культуру його почали інтенсивно впроваджувати лише останніми десятиріччями. Площа під ним зросла до 100 тис. га, а урожайність становила в середньому 15 ц/га. Окремі господарства отримують 30-35 ц/га насіння. У структурі посівних площ він займає 0,3-0,5% (табл. 19.6)
19.6. Посівні площі і урожайність ріпаку в різних областях України (дані за 1997 рік)
Незначні обсяги виробництва товарного насіння ріпаку зумовлені відсутністю державної системи заготівлі, матеріально-технічної бази, добрив, високоефективних пестицидів, техніки для вирощування, збирання і очистки урожаю, відсутністю переробної промисловості. Розрахунки свідчать, що площі посіву ріпаку в найближчі роки можна збільшити у 6—8 разів і довести до 500 тис. га і більше, а врожайність товарного насіння збільшити до 24—26 ц/га. Це дозволить виробляти 380—400 тис. т олії, 500—600 тис. т концентрованого кормового білка, який за протеїном у 8—10 разів перевищує комбікорми.
За складом жирних кислот розрізняють наступні типи сортів ріпаку: Примітка:
++ — звичайний сорт з традиційним вмістом ерукової кислоти, багатий на глюкозінолат;
0/00 — сорт з низьким вмістом ерукової кислоти та глюкозинолату;
000 — сорт з низьким вмістом лінолевої кислоти;
Е-тип — сорт з підвищеним вмістом ерукової кислоти;
0-тип — сорт з підвищеним вмістом масляних кислот;
Згідно з європейським стандартом (ЄС) сорти 00 містять менш як 20 мікромоль/г глюкозинолатів. Сорт 0 відповідає малому вмісту ерукової кислоти і високому вмісту глюкозинолатів. Поняття "промисловий сорт" відповідає будь-якому сорту з високим вмістом ерукової кислоти.
В Інституті хрестоцвітих культур створено такі сорти озимого ріпаку, як Тисьменицький, Іванна і Свєта. Вони занесені до Державного реєстру рослин, і їх висівають в 13 областях України та в п'яти країнах СНД. Ці перші "00" сорти, безерукові, низькоглюкозинолатні, забезпечують урожайність насіння 33-35 ц/га з вмістом олії 45%. Сорти ярого ріпака Оріон та Микитинецький двонульові, з урожайністю 24-26 ц/га, вмістом олії — 43%. Іншими словами, сорти озимого і ярого ріпаку відповідають світовим стандартам.
Олія, вироблена з вітчизняних сортів ріпаку, за вмістом основних жирних кислот прирівнюється до маслинової і придатна для використання безпосередньо в їжу, для виготовлення маргарину, майонезу, кулінарних жирів та інших високоякісних продуктів харчування.
Олія використовується як харчова для салатів а також для виготовлення маргарину. Всі харчові олії з ріпаку користуються широким попитом у покупців завдяки низькому вмісту насичених жирних кислот.
Ріпаковий корм містить близько 40% протеїну, що знаходиться на рівні кращих високопоживних рослинних протеїнів. Для моногастритої дієти він має кращий амінокислотний баланс ніж соєвий корм. Із насіння традиційних сортів одержується корм з вмістом більш як 100 мікромоль/г глюкозинолатів. Продукти гідролізу глюкозинолатів хрестоцвітих овочів придають їм характерний смак і їдкість гірчиці. Деякі з продуктів гідролізу токсичні або антипоживні. Частина похідних продуктів глюкозинолатів понижують смакові якості корму, а значить і бажання тварин вживати його. Саме тому корм з ріпаку обмежено застосовується для годівлі великої рогатої худоби і має низьку цінність. Корм із високоякісного насіння ріпаку, які містять мало глюкозинолатів, може використовуватись як добавка у всі види кормів для тварин без обмежень.
Один гектар ріпаку дає при відповідній технології вирощування 20 т зелених кормів, 20 т зелених добрив, 100 кг меду, 3,0—3,5 т насіння, 13 ц олії, 16 ц макухи, 500 кг паперу. Макуха (шрот) 00-сортів, що містить 37% протеїну, може використовуватися в будь-якій кормосуміші для тварин, може заміняти соєвий та соняшниковий шрот. У 1 кг макухи ріпака міститься 14-16 г незамінних амінокислот, зокрема лізину (в зерні ячменю, вівса, кукурудзи і пшениці — 5 г). Використання нехарчової олії ріпаку зараз широко вивчається у різних галузях промисловості, особливо тоді, коли є загроза ризику попадання олії у воду і проникнення її у ґрунтові води.
Олія з високоерукових сортів використовуються для виробництва змащувальних матеріалів з високою стійкістю: гідравлічні мастила, змащувальні, охолоджуючі змащувальні, антикорозійні, для змащування пилових ланцюгів та пил, адгезійні, масла для видалення іржі, біодизельне паливо, пилезатримуючі масла в приміщеннях для зберігання зерна, моторне і трансмісійне масла, масла для м'яких мастил. У найближчому майбутньому більшість мінеральних масел можуть бути замінені рослинними.
Крім того з олії ріпаку одержують гліцерин, метиловий ефір, жирні кислоти, з яких виготовляють кислоти, мила, спирти, сульфати, ефіри та аміни. Масло ріпаку може конкурувати з іншими рослинними оліями та тваринними жирами, які використовують для технічних цілей.
Заміна мінеральних масел на рослинні викликана екологічними проблемами. Ріпакова олія біологічно швидко розкладається і не несе в собі загрози для водоймищ: у ґрунті вона через 7 діб розкладається на 95% (мінеральне масло тільки на 16%).
Пальне одержують після видалення з олії гліцерину, який закоксовує форсунки паливної системи двигуна. Його ще називають ріпак-метилефіром (РМЕ). У країнах, які не мають власних запасів нафтопродуктів, взялись за спроби замінити дизельне пальне на РМЕ. До вирішення цих проектів включилися всесвітньо відомі фірми і компанії. У 1992 році французька компанія "Рено" випробувала новий автомобільний двигун, що працює на РМЕ. Оснащений ним автомобіль "Рено-21" пройшов 19 тис. км, показавши високу швидкість й економічність (витрата пального — 4 л на 100 км). Американська фірма "Нертон" також випробовує нові двигуни на пальному з ріпаку. В Бельгії й Нідерландах уже 80-85% громадського транспорту працює на біологічному пальному. Перша в Австрії фабрика комерційного виробництва біодизельного пального потужністю 500 т на рік була відкрита 1985 року. Через п’ять років його випуск зріс уже до 20 000 т. За даними Британської асоціації біопалив та олій (ВАВFО), 1995 року виробництво біодизельного пального в Європі сягало 327 000 т, а в найближчому майбутньому має зрости до 625 тис. т.
Ріпакова олія як біопаливо може використовуватися у вигляді чистої олії холодного пресування та етерифікованої. У першому випадку пальне підходить до двигунів з вихровою камерою, дообладнаних додатковою апаратурою для вприскування олії. На етерифікованій олії можуть працювати звичайні двигуни без переобладнання. Втрата потужності двигуна після переведення його на біопаливо становить лише 5-10%. Виробництво (переетерифікація) біодизеля включає в себе такі основні процеси (рис. 19.5).
Одержану після пресування олію очищають від побічних продуктів, фосфатидів, надмірної вологи, проводячи часткове рафінування (гідратацію, лужне рафінування і відбілювання). На етапі етерифікації, який проходить при безперервному переміщуванні з обігріванням, за допомогою надмірного введення метанолу одержують потрібний продукт — РМЕ і як побічний — гліцерин, який, до речі, має досить пристойну ціну, чим дозволяє знизити загальні затрати на виробництво основного продукту.
Раніше РМЕ використовували як пальне для двигунів. За розробками останніх років рекомендується здійснити ще кілька технологічних операцій. У ході додаткових заходів (очищення, дистиляції і кондиціювання) РМЕ звільняють
Рис. 19.5. Схема виробничого процесу в цеху виробництва біопалива (метилетеру)
від надлишків метанолу, залишків каталізаторів, додають речовини, які підвищують якісні показники пального, його можливості працювати взимку тощо. Одержане в кінцевому підсумку пальне не тільки екологічно чисте, але конкурентноспроможне і надійне в роботі.
Використання ріпакової олії у виробництві пального для дизелів можливе трьома основними методами, які мають свої позитивні й негативні сторони. Перший метод — переетерифікація олії, тобто одержання метилефіру, високоякісного дизельного пального. Це технологія, що потребує відповідного хімічного обладнання. На будівництво підприємств і розробку обладнання (або його купівлю за кордоном) потрібен час і значні кошти.
Прикладом виробництва може служити виробництво екодизельного палива за направленою реакцією перетворення рослинної олії з метиловим спиртом у метилестер (рис. 19.6). Метилестер після рафінування може бути використаний
Рис. 19.6. Схема виробництва біопалива
для дизельних моторів і теплових фабрик. Ця технологія розроблена інженерною групою "Балестра" (Італія). Промислове застосування процесу можливе з максимальною ефективністю незалежно від об’ємів і розмірів фабрики. Процес відбувається при температурі та під тиском, котрі не представляють ніякого ризику при нормальній роботі оператора. Контроль за процесом відбувається автоматично в усіх фазах. Процес не призводить до істотної емісії будь-яких інших, крім природних (пари Н2О), продуктів термічних процесів. Виробництво безвідходне, не дає рідких і твердих відходів. Продукт переробки "Екодизельне паливо" відповідає найбільш суворим європейським стандартам, а гліцерин — промислової та фармацевтичної якості.
Порівняльний аналіз якості вихлопних газів традиційного і дизельного палива показав істотну перевагу останнього з екологічної точки зору. Зокрема кількість димних часток знизилась більш як на 50%. Емісійні характеристики екодизеля підтверджують, що це прекрасне не забруднююче паливо, особливо у відношенні зниження колоїдних вуглеводних часток. Емісія оксидів сірки і ароматичних складових близька до нуля. Баланс СО2 дорівнює нулю. Екологічна привабливість цього палива — очевидна (табл. 19.7).
19. 7. Метилетер екодизель — якісна характеристика
Другий метод — використання ріпакової олії як пального для дизелів без переробки (не враховуючи необхідне очищення — наприклад, фільтрування). У цьому випадку необхідно розробити нові дизелі, освоїти їх виробництво або реконструювати дизелі, що були в експлуатації. Тобто, знову потрібен час і великі кошти.
Третій метод — використання сумішей нафтового дизельного пального з ріпаковою олією у відповідних допустимих співвідношеннях або сумішей ріпакової олії з іншим вуглеводневим пальним.
Розроблена і освоєна у Національному технічному університеті України, Українському транспортному університеті та Київському ВО "Більшовик" екструзійна установка призначена для одержання олії з насіння ріпака, продуктивністю 10—12 кг за годину. Розроблено і освоєно спеціальний гідрозмішувач інтенсивної дії, на якому проведені відповідні експерименти, пов'язані з одержанням сумішей дизельного пального з ріпаковою олією. Продуктивність установки 5—10 т суміші за годину.
З допомогою зазначених установок були виготовлені партії сумішей (10, 20, ЗО, 40% ріпакової олії в суміші з дизельним пальним) і проведено дослідження роботи тракторного дизеля Д-243. Стан суміші із в'язкістю, а також результати всебічних експериментів з заміром потужності, питомої витрати пального, складу продуктів згорання показують, що доцільно використовувати суміші з 20% ріпакової олії. При цьому енергетичні, економічні та екологічні показники роботи дизеля практично не змінюються у порівнянні з роботою на нафтовому дизельному пальному.
Слід зазначити, що з метою запобігання забрудненню системи живлення дизеля до і після змішування необхідно провести відстоювання і фільтрацію дизельного пального, ріпакової олії і їх суміші. Крім того провадяться модельні експерименти з метою визначення можливості використання сумішей (25, 50% ріпакової олії) у газотурбінному циклі, що може стати основою створення відповідних установок з високим коефіцієнтом корисної дії.
Незаперечна цінність біодизеля в його екологічній чистоті й можливості одержувати з відновлюваної сировини. У природних умовах біодизель та мастила з ріпака знешкоджуються мікроорганізмами впродовж 7-8 днів на 95%, а звичайні нафтопродукти — на 16%.
Біодизель — це записана сонячна енергія. Порівняно зі звичайним дизелем він має ту перевагу, що завдяки високій частці ріпакової олії при його згорянні виділяється тільки така кількість СО2, яку рослини взяли з атмосфери, що не впливає на клімат. В таблиці 19.8 наведені дані про кількість речовин, які виділяються при використовуванні 100 л звичайного дизельного палива і 100 л такої ж кількості біологічного.
19.8. Витрати або емісія речовин на 100 л палива
Використання ріпакової олії в звичайних дизельних двигунах, як правило, неможливе, оскільки воно по своїх властивостях сильно відрізняється від дизельного палива. Технічно це завдання можна вирішити двома шляхами: пристосувати паливо до двигуна або створити двигун, що працює на рослинному біопаливі. Дані таблиці 19.9 свідчать, що обидва варіанти мають свої як переваги, так і недоліки. У країнах Західної Європи віддають перевагу метилуванню ріпакової олії. Так у Німеччині вже більше як на 1000 станціях заправляють автомобілі біодизельним паливом. При врожаї насіння ріпаку 30 ц/га можна виробляти біля 1300 л палива. Основна перепона широкого використання ріпакової олії (метилового ефіру з неї) як біодизельного палива — неконкурентоспроможність через відносно дешеве дизельне паливо. Труднощі виникають і з транспортуванням, створенням мережі заправних станцій.
19.9. Переваги та недоліки використання ріпакової олії в якості біодизельного палива
При роботі двигунів на біодизелі значно зменшуються шкідливі викиди інших продуктів згоряння, в тому числі сірки — на 98%, а сажі — від 50 до 61%, гідрокарбонатів — та вуглекислих моно оксидів — на 30-34%. При використанні 100 т біодизеля викиду в атмосферу вуглекислого газу зменшуються на 78,5 т (Апон, 1995) порівняно з використанням нафтового пального.
Позитивні якості біодизеля можна згрупувати за такими пунктами:
відновлюваність сировини;
позитивний енергетичний баланс;
закритий кругообіг СО2;
дуже низька моторна емісія;
відсутність вмісту сірки;
відкриття нових ринків для сільськогосподарського виробництва.
Водночас є й критичні сторони цього нововведення, зокрема:
підвищене вивільнення окису азоту;
небезпека монокультури;
висока потреба у субвенціях;
невисокий виробничий потенціал.
Європейські проекти, які виконувалися довгий час, показали неминучість підвищення конкурентної здатності біопалива та зближення його ціни з викопними паливами вже в наступному десятиріччі. В Україні це джерело самозабезпечення енергоносіями має велику перспективу в районах, забруднених радіонуклідами в результаті катастрофи на Чорнобильській АЕС. У процесі вирощування ріпак не потребує великих затрат праці, всі агрозаходи механізовані, а сама рослина здатна очищати поле від радіонуклідів, не нагромаджуючи їх у насінні. Отже, ріпак можна впроваджувати для рекультивації забруднених земель, використовуючи насіння для одержання біодизеля.
У маслохімічній промисловості високоерукові олії використовують для одержання інгібіторів і антиблокуючих агентів для одержання пластикової фольги, піноутворювальних агентів для горнорудної промисловості і багато інших хімічних матеріалів для харчової та нехарчової галузей промисловості. Велика довжина вуглецевого ланцюгу ерукової кислоти робить її унікальною сировиною для маслохімічної промисловості в деяких випадках вона незамінна.
Можливо, що у майбутньому при розробці так званих "зелених технологій" використання високоерукових масел буде збільшуватись внаслідок їх кращого біологічного розкладу.
Перспективи.
Промислове виробництво ріпакової олії у світі збільшується. Збільшується й інтерес до вирощування ріпаку та виведення нових високопродуктивних сортів із низьким вмістом ерукової кислоти та глюкозинолатів.
4. Біогаз
Розвиток технологій та технічних засобів виробництва біогазу спрямований на комплексне вирішення проблем альтернативного енергозабезпечення тваринницьких ферм, виробництва високоякісних органічних добрив для кормовиробництва та утилізації органічних відходів при зниженні рівня емісій шкідливих речовин в оточуюче середовище. Розроблено та реалізовано концепцію технічного і технологічного вирішення проблеми сумісного використання органічних добрив та рослинної біомаси в біогазових реакторах.
Нове устаткування дозволяє отримувати високоякісний біогаз з органічних добрив із використанням зеленої маси таких відновлюваних енергетичних ресурсів, як силосна кукурудза, багаторічні трави, кормові буряки та гичка цукрових буряків. На нових тваринницьких фермах сучасним є спеціальний блок, що займається біоенергетикою. Це елемент, що дозволяє використати біогаз для енергозабезпечення потреб ферми, екологічно безпечно утилізувати органічні залишки і забезпечити кормовиробництво високоефективними твердими та рідкими біодобривами тощо.
Технологічний процес розпочинається в первинній місткості, де рідкі і тверді органічні добрива перемішуються до однорідної маси і подаються в реактор за допомогою помпи. Якщо суміш достатньо рідка, то від первинної місткості можна відмовитись, подаючи сировину безпосередньо в реактор. Це стає можливим при застосуванні суміші з сінажу кормових буряків. Бродіння проходить в реакторі, в якому підтримується постійна температура 35-45°С, при якій бактерії працюють найефективніше. З реактора суміш самопливом перетікає в місткість-сховище, де завершується бродіння. Це технологічна схема біогазової установки сховище — поточного типу.
Під час бродіння в реакторі до бродильної суміші постійно додається свіжа суміш, яка і витісняє перероблену в іншу місткість. За допомогою механічних змішувачів процес бродіння в реакторі розподіляється рівномірно за об’ємом. Бродильна суміш залишається в реакторі стільки часу, скільки це біологічно необхідно для розкладання органічних речовин бактеріями. При оптимальних умовах органічні речовини розкладаються на 90...95% за 35-45 діб. Особливу увагу необхідно звертати на однорідність бродильної суміші. В реакторі бактерії повинні бути постійно забезпечені органічними речовинами, що потребує постійної подачі однорідної органічної суміші в реактор.
У сховищі перероблена суміш зберігається до весни як високоцінне біодобриво.
Біогаз має в своєму складі незначну кількість сірки, яка впливає на довговічність агрегатів установки. Для виділення сірки з біогазу на поверхню бродильної суміші в реакторі за допомогою невеликого компресору задувається свіже повітря. Це призводить до того, що спеціальні мікроорганізми перетворюють газоподібну сірку в твердий стан, після чого вона стає цінною складовою органічних добрив. Біогаз зберігається в гумовому сховищі з об’ємом добового виробітку. В силовій установці (двигун внутрішнього згорання + генератор) газ перетворюється в електричний струм і тепло. З енергії біогазу утворюється 30...35% електричного струму і 70...65% теплової енергії з загальним ККД 85...90%.
Перероблені в біогазовій установці органічні добрива зі свиноферми практично не мають неприємного запаху і є цінними для сільськогосподарських культур за вмістом поживних речовин. Але вони мають вищий вміст аміаку порівняно з первинною сировиною, що обумовлює проблему підвищеного виділення аміаку при внесенні добрив. При внесенні вироблених в біогазовому реакторі добрив звичайним способом (розкидачем з тарілчастим апаратом) втрати аміаку на 85% більші, ніж при їх локальному внесенні штанговим шланговим розкидачем безпосередньо на ґрунт.
Використання альтернативних джерел енергії в сільській місцевості дозволяє істотно здешевіти процес агропромислового виробництва.
Література:
Наукове забезпечення сталого розвитку сільського господарства. Лісостеп. Київ – 2004 р. 2 томи.
Національний аграрний університет. books.nauu.kiev.ua
Альтернативні джерела енергії та обладнання в агропромисловому комплексі
1. Тверде біопаливо
2. Рідке біопаливо
3. Ріпак як сировина для виробництва безпечного для навколишнього середовища біологічного пального
4. Біогаз
Нестача викопних енергетичних ресурсів у розвинених країнах світу веде до розширення ефективного використання альтернативних джерел енергії. Поряд з використанням енергії сонця і вітру все більшого поширення набуває біонафта, різні тверді органічні матеріали та біогаз, які є продукцією сільськогосподарського виробництва. Перспективність нехарчового використання останньої випливає також з аналізу динаміки цін на енергетичну, промислову та сільськогосподарську види продукції (рис. 19.3).
Рис.19.3. Динаміка цін на різні види продукції в Україні на 1991-1999роки
Аграрне виробництво із споживача традиційних видів енергії перетворюється у виробника їх зі значним потенціалом у майбутньому. У розвитку біоенергетики сільської місцевості у світі можна виділити три основні тенденції:
скорочення загальних витрат енергії;
збільшення використання відновлюваних джерел енергії;
переважного застосування твердих видів біопалива.
1. Тверде біопаливо
Основними технологіями термічної переробки деревини та біомаси є пряме спалювання (найбільше вивчено і комерційно розвинене), газифікація (знаходиться на демонстраційному рівні розвитку) і піроліз ( знаходиться на дослідному рівні розвитку). На сьогодні світовим лідером з використання соломи в енергетичних цілях є Данія, де знаходиться в експлуатації біля 8000 фермерських установок, потужністю 0,1 — 1,0 МВТ, які споживають за рік 390 тис. т соломи і виробляють 5,6 ПДЖ енергії. Крім цього, в Данії експлуатується 62 теплових і 9 теплоелектричних станцій, які споживають 540 тис. т соломи щорічно. З метою отримання теплової енергії солому в Європі використовують Австрія , Швеція, Фінляндія, Франція, Чехія та інші країни.
В Україні надлишок соломи та стебел усіх культур складає 21,1 млн. т. Однак, використання біомаси в енергетичних цілях проходить тільки своє становлення. За останній час виконано декілька демонстраційних проектів у області біоенергетики. Установки, впроваджені в рамках цих проектів, є першим сучасним великомасштабним біоенергетичним обладнанням у нашій країні. Зокрема це результат технічної допомоги з боку Голландії. Встановлено два парових котли: потужністю 5 мВт на підприємстві по виробництву клеєної фанери "ОДЕК Україна" в м. Оржів Рівненської області; потужністю 1,5 МВТ — у Малинському держлісгоспі-технікумі Житомирської області. Успішно виконаний датсько-український проект технічної допомоги, в рамках якого в с. Дрозди Київської області встановлений і введений в експлуатацію котел потужністю 980 кВт для спалювання соломи. Перспективним напрямом є енергетичне використання біомаси в технологічних агрегатах, перш за все в сушарках. Досвід реалізації тепла генераторів, які використовують органічні відходи, показує високу рентабельність подібних технологій при сушінні деревини. Ефективне використання енергетичних котлів потребує розробки технологій підготовки біопалива, систем автоматичного управління процесом спалювання та спеціальних (керамічних) матеріалів камери згорання (рис. 19.4).
Особливу увагу слід звернути на вибір технології й обладнання для переробки біомаси, які визначають величину капітальних витрат. Мінімізація цих витрат можлива при модернізації існуючих на підприємствах енергоагрегатів заміною конструкції топки і відповідних газоочисних споруд. Подібний підхід реалізований у вітчизняній практиці на котлах ДКВР.
2. Рідке біопаливо
За прогнозами спеціалістів, найближчим майбутнім передбачається покриття до 10% світових потреб у дизельному пальному за рахунок рослинного рідкого палива. Метилові ефіри використовуються як чисте паливо в Німеччині, Австрії, і як 30, 20 і 5%- ні суміші з дизельним паливом у Франції, Швеції, США, Чехії та інших країнах. При цьому, наприклад, у США до 2012 року планується випускати щорічно близько 20 млн. т. рідкого палива. Виробництво рідкого біопалива проводять в єдиному технологічному процесі з насіння енергомістких культур, або в два етапи переробки: насіння — в олію і олію — в біопаливо. Технологія випуску дизельного палива з ріпакової олії побудована на фізичній і хімічній переробці відфільтрованої олії до форми метилового ефіру. Під впливом каталізатора олія переетерифікується метанолом у метиловий ефір зі звільненням гліцерину. Вихідні компоненти практично не змішуються, тому після закінчення реакції відбувається гравітаційний розподіл суміші на два шари. Технологія переробки насіння олійних культур безпосередньо в біопаливо реалізована (як приклад) у розробці фірмою FARMET (Чехія) цеху по виробництву біологічного дизельного палива з річною продуктивністю 1000 -1500 т палива за 250 днів, який розбитий на дві окремих виробничих ділянки: пресування олійних культур та фільтрації олії і переетерифікації ріпакової олії метанолом. Установлена споживана потужність на ділянці переетерифікації 95 кВт, загальна річна витрата електроенергії — 150 (225) мВт-годин.
Екологічний ефект. Перевагами біологічного дизельного палива порівняно з дизельним пальним із нафти, насамперед, є:
швидке біологічне розщеплення — через 21 день на 98% (дизельне — на 72,0%);
сприятливе відношення до утворення "тепличного ефекту", що випливає з відновлюючого характеру сировини — ріпаку;
сприятливий склад відпрацьованих газів (загалом, половинний вміст диму, нижчий на 20% вміст твердих частинок, на 7,2% СО, на 1,9% СН).
Енергетичні властивості рідкого біопалива відрізняються від традиційного так:
температура згоряння приблизно на 12% нижча;
вміст кисню дозволяє знизити подачу повітря на 13% чи, при однаковій подачі повітря, будь-який коефіцієнт надлишку повітря в 1,16 раза вищий;
падіння енергетичних параметрів при робочому навантаженні двигуна коливається в межах 4-5 %;
витрати вищі на 5-8 %;
більшість тракторів можуть працювати на біологічному дизельному паливі без переробки.
Експлуатаційні властивості рідкого біопалива також мають свої особливості. Воно абсолютно змішується з дизельним паливом. Ускладнений запуск двигуна виникає при температурі нижче + 5°С. Економічна ефективність біопалива в умовах нашої країни потребує комплексного врахування всіх прямих і побічних продуктів при його виробництві. Щорічне виробництво ріпаку в Україні складає близько 300 тис. т. Цю кількість насіння можна розглядати як потенційний сировинний обсяг для початку виробництва близько 100 тис. т біопалива.
3. Ріпак як сировина для виробництва безпечного для навколишнього середовища біологічного пального
Європейські країни (ЄС) закуповують 47% витратної енергії, 75% з яких у вигляді нафти. Прогнози на майбутнє говорять про щорічне збільшення імпорту на 1,9%.
Сучасне пальне складає неабияку небезпеку для оточуючого середовища. Варто лише згадати про парниковий ефект, що виник у результаті збільшення СО2 в атмосфері. Його концентрація збільшується щорічно на 1,5*10-3 %/год. і в 2050 році вдвічі перевищить концентрацію СО2 в доіндустріальний період. Крім того, сірка, яка міститься в дизельному паливі, призводить до утворення великої кількості оксидів, котрі зумовлюють зникнення лісів. Розвинені країни гостро поставили проблему сірки, вбачаючи вирішення її необхідним для зменшення навантаження і збереження родючості удобрюваних сільськогосподарських угідь.
За вимогою ЄС у 1980 році була створена організація "Євробіодизель" (GEIE), яка зайняла одне із провідних місць в "енергетичній мережі" і вирішує питання виробництва палива з рослинних олій. Розвиток напряму з вирощування олійних як джерела палива отримало високу оцінку на ринку енергетичних ресурсів. Розвиток "енергетичної системи" за допомогою олійних дає унікальну можливість для історичної трансформації європейського сільського господарства з виробника продуктів харчування у виробника палива. Останнє характеризується високою конкурентоспроможністю на європейському ринку і, що дуже важливо, безпечністю для оточуючого середовища.
Ріпак вважається однією із найважливіших (після пальми та сої) олійною культурою в світі, яка являється джерелом одержання рослинного масла. За останні 20 років за значенням і поширенням він випередив арахіс, зерна бавовни і навіть, не так дивно, соняшник. Цьому посприяло виведення сортів, які містять мало ерукової кислоти та глюкозинолатів. У Канаді сорти ріпаку, що задовольняють вимогам за вмістом цих речовин, називаються канола. Канадська Асоціаця Канола має торгову марку, яка включає сорти ріпаку, які містять не більше 2% ерукової кислоти (С 22:1) у олії. Згідно з європейськими стандартами, вміст усіх глюкозинолатів не повинен перевищувати 20 мкмоль/г. Варто відмітити досить вигідне співвідношення між споживаною і вироблюваною енергією рослинами ріпаку (табл. 19.5).
19.5. Порівняльний енергетичний баланс різних рослин (Д.Шпаар, Н.Маковськи, 1995)
Примітка: без соломи.
За даними ФАО (1995), посівні площі під ріпаком у світі щороку сягають 22-24 млн. га. Понад дві третини його виробництва (70%) сконцентровано в Китаї, Індії й Канаді — по 5,6-6,1 млн. га. Великі площі під ріпак відведено також у США, Австралії, Новій Зеландії, країнах Західної Європи, Польщі. Загалом 28 країн світу вважають ріпак основною олійною культурою. Як європейська олійна культура набув істотного поширення в середині ХІХ століття. Нині його посіви на європейському континенті сягають 3,3-3,5 млн. га. До Західної України він був завезений з Німеччини, причому на початку минулого століття його посіви за площею значно перевищували посіви соняшнику.
Значне збільшення виробництва насіння ріпаку зумовлене широким спектром використання олії для продовольчих потреб, а макухи (шроту), як концентрованого кормового білка, для годівлі сільськогосподарських тварин. Інтерес до цієї культури викликаний також великою необхідністю в одержанні олії з високим вмістом ерукової кислоти для промислових (технічних, хімічних) потреб.
У Лісостепу України ріпак є поряд із соняшником і соєю основною олійною і білковою культурою. Як промислову культуру його почали інтенсивно впроваджувати лише останніми десятиріччями. Площа під ним зросла до 100 тис. га, а урожайність становила в середньому 15 ц/га. Окремі господарства отримують 30-35 ц/га насіння. У структурі посівних площ він займає 0,3-0,5% (табл. 19.6)
19.6. Посівні площі і урожайність ріпаку в різних областях України (дані за 1997 рік)
Незначні обсяги виробництва товарного насіння ріпаку зумовлені відсутністю державної системи заготівлі, матеріально-технічної бази, добрив, високоефективних пестицидів, техніки для вирощування, збирання і очистки урожаю, відсутністю переробної промисловості. Розрахунки свідчать, що площі посіву ріпаку в найближчі роки можна збільшити у 6—8 разів і довести до 500 тис. га і більше, а врожайність товарного насіння збільшити до 24—26 ц/га. Це дозволить виробляти 380—400 тис. т олії, 500—600 тис. т концентрованого кормового білка, який за протеїном у 8—10 разів перевищує комбікорми.
За складом жирних кислот розрізняють наступні типи сортів ріпаку: Примітка:
++ — звичайний сорт з традиційним вмістом ерукової кислоти, багатий на глюкозінолат;
0/00 — сорт з низьким вмістом ерукової кислоти та глюкозинолату;
000 — сорт з низьким вмістом лінолевої кислоти;
Е-тип — сорт з підвищеним вмістом ерукової кислоти;
0-тип — сорт з підвищеним вмістом масляних кислот;
Згідно з європейським стандартом (ЄС) сорти 00 містять менш як 20 мікромоль/г глюкозинолатів. Сорт 0 відповідає малому вмісту ерукової кислоти і високому вмісту глюкозинолатів. Поняття "промисловий сорт" відповідає будь-якому сорту з високим вмістом ерукової кислоти.
В Інституті хрестоцвітих культур створено такі сорти озимого ріпаку, як Тисьменицький, Іванна і Свєта. Вони занесені до Державного реєстру рослин, і їх висівають в 13 областях України та в п'яти країнах СНД. Ці перші "00" сорти, безерукові, низькоглюкозинолатні, забезпечують урожайність насіння 33-35 ц/га з вмістом олії 45%. Сорти ярого ріпака Оріон та Микитинецький двонульові, з урожайністю 24-26 ц/га, вмістом олії — 43%. Іншими словами, сорти озимого і ярого ріпаку відповідають світовим стандартам.
Олія, вироблена з вітчизняних сортів ріпаку, за вмістом основних жирних кислот прирівнюється до маслинової і придатна для використання безпосередньо в їжу, для виготовлення маргарину, майонезу, кулінарних жирів та інших високоякісних продуктів харчування.
Олія використовується як харчова для салатів а також для виготовлення маргарину. Всі харчові олії з ріпаку користуються широким попитом у покупців завдяки низькому вмісту насичених жирних кислот.
Ріпаковий корм містить близько 40% протеїну, що знаходиться на рівні кращих високопоживних рослинних протеїнів. Для моногастритої дієти він має кращий амінокислотний баланс ніж соєвий корм. Із насіння традиційних сортів одержується корм з вмістом більш як 100 мікромоль/г глюкозинолатів. Продукти гідролізу глюкозинолатів хрестоцвітих овочів придають їм характерний смак і їдкість гірчиці. Деякі з продуктів гідролізу токсичні або антипоживні. Частина похідних продуктів глюкозинолатів понижують смакові якості корму, а значить і бажання тварин вживати його. Саме тому корм з ріпаку обмежено застосовується для годівлі великої рогатої худоби і має низьку цінність. Корм із високоякісного насіння ріпаку, які містять мало глюкозинолатів, може використовуватись як добавка у всі види кормів для тварин без обмежень.
Один гектар ріпаку дає при відповідній технології вирощування 20 т зелених кормів, 20 т зелених добрив, 100 кг меду, 3,0—3,5 т насіння, 13 ц олії, 16 ц макухи, 500 кг паперу. Макуха (шрот) 00-сортів, що містить 37% протеїну, може використовуватися в будь-якій кормосуміші для тварин, може заміняти соєвий та соняшниковий шрот. У 1 кг макухи ріпака міститься 14-16 г незамінних амінокислот, зокрема лізину (в зерні ячменю, вівса, кукурудзи і пшениці — 5 г). Використання нехарчової олії ріпаку зараз широко вивчається у різних галузях промисловості, особливо тоді, коли є загроза ризику попадання олії у воду і проникнення її у ґрунтові води.
Олія з високоерукових сортів використовуються для виробництва змащувальних матеріалів з високою стійкістю: гідравлічні мастила, змащувальні, охолоджуючі змащувальні, антикорозійні, для змащування пилових ланцюгів та пил, адгезійні, масла для видалення іржі, біодизельне паливо, пилезатримуючі масла в приміщеннях для зберігання зерна, моторне і трансмісійне масла, масла для м'яких мастил. У найближчому майбутньому більшість мінеральних масел можуть бути замінені рослинними.
Крім того з олії ріпаку одержують гліцерин, метиловий ефір, жирні кислоти, з яких виготовляють кислоти, мила, спирти, сульфати, ефіри та аміни. Масло ріпаку може конкурувати з іншими рослинними оліями та тваринними жирами, які використовують для технічних цілей.
Заміна мінеральних масел на рослинні викликана екологічними проблемами. Ріпакова олія біологічно швидко розкладається і не несе в собі загрози для водоймищ: у ґрунті вона через 7 діб розкладається на 95% (мінеральне масло тільки на 16%).
Пальне одержують після видалення з олії гліцерину, який закоксовує форсунки паливної системи двигуна. Його ще називають ріпак-метилефіром (РМЕ). У країнах, які не мають власних запасів нафтопродуктів, взялись за спроби замінити дизельне пальне на РМЕ. До вирішення цих проектів включилися всесвітньо відомі фірми і компанії. У 1992 році французька компанія "Рено" випробувала новий автомобільний двигун, що працює на РМЕ. Оснащений ним автомобіль "Рено-21" пройшов 19 тис. км, показавши високу швидкість й економічність (витрата пального — 4 л на 100 км). Американська фірма "Нертон" також випробовує нові двигуни на пальному з ріпаку. В Бельгії й Нідерландах уже 80-85% громадського транспорту працює на біологічному пальному. Перша в Австрії фабрика комерційного виробництва біодизельного пального потужністю 500 т на рік була відкрита 1985 року. Через п’ять років його випуск зріс уже до 20 000 т. За даними Британської асоціації біопалив та олій (ВАВFО), 1995 року виробництво біодизельного пального в Європі сягало 327 000 т, а в найближчому майбутньому має зрости до 625 тис. т.
Ріпакова олія як біопаливо може використовуватися у вигляді чистої олії холодного пресування та етерифікованої. У першому випадку пальне підходить до двигунів з вихровою камерою, дообладнаних додатковою апаратурою для вприскування олії. На етерифікованій олії можуть працювати звичайні двигуни без переобладнання. Втрата потужності двигуна після переведення його на біопаливо становить лише 5-10%. Виробництво (переетерифікація) біодизеля включає в себе такі основні процеси (рис. 19.5).
Одержану після пресування олію очищають від побічних продуктів, фосфатидів, надмірної вологи, проводячи часткове рафінування (гідратацію, лужне рафінування і відбілювання). На етапі етерифікації, який проходить при безперервному переміщуванні з обігріванням, за допомогою надмірного введення метанолу одержують потрібний продукт — РМЕ і як побічний — гліцерин, який, до речі, має досить пристойну ціну, чим дозволяє знизити загальні затрати на виробництво основного продукту.
Раніше РМЕ використовували як пальне для двигунів. За розробками останніх років рекомендується здійснити ще кілька технологічних операцій. У ході додаткових заходів (очищення, дистиляції і кондиціювання) РМЕ звільняють
Рис. 19.5. Схема виробничого процесу в цеху виробництва біопалива (метилетеру)
від надлишків метанолу, залишків каталізаторів, додають речовини, які підвищують якісні показники пального, його можливості працювати взимку тощо. Одержане в кінцевому підсумку пальне не тільки екологічно чисте, але конкурентноспроможне і надійне в роботі.
Використання ріпакової олії у виробництві пального для дизелів можливе трьома основними методами, які мають свої позитивні й негативні сторони. Перший метод — переетерифікація олії, тобто одержання метилефіру, високоякісного дизельного пального. Це технологія, що потребує відповідного хімічного обладнання. На будівництво підприємств і розробку обладнання (або його купівлю за кордоном) потрібен час і значні кошти.
Прикладом виробництва може служити виробництво екодизельного палива за направленою реакцією перетворення рослинної олії з метиловим спиртом у метилестер (рис. 19.6). Метилестер після рафінування може бути використаний
Рис. 19.6. Схема виробництва біопалива
для дизельних моторів і теплових фабрик. Ця технологія розроблена інженерною групою "Балестра" (Італія). Промислове застосування процесу можливе з максимальною ефективністю незалежно від об’ємів і розмірів фабрики. Процес відбувається при температурі та під тиском, котрі не представляють ніякого ризику при нормальній роботі оператора. Контроль за процесом відбувається автоматично в усіх фазах. Процес не призводить до істотної емісії будь-яких інших, крім природних (пари Н2О), продуктів термічних процесів. Виробництво безвідходне, не дає рідких і твердих відходів. Продукт переробки "Екодизельне паливо" відповідає найбільш суворим європейським стандартам, а гліцерин — промислової та фармацевтичної якості.
Порівняльний аналіз якості вихлопних газів традиційного і дизельного палива показав істотну перевагу останнього з екологічної точки зору. Зокрема кількість димних часток знизилась більш як на 50%. Емісійні характеристики екодизеля підтверджують, що це прекрасне не забруднююче паливо, особливо у відношенні зниження колоїдних вуглеводних часток. Емісія оксидів сірки і ароматичних складових близька до нуля. Баланс СО2 дорівнює нулю. Екологічна привабливість цього палива — очевидна (табл. 19.7).
19. 7. Метилетер екодизель — якісна характеристика
Другий метод — використання ріпакової олії як пального для дизелів без переробки (не враховуючи необхідне очищення — наприклад, фільтрування). У цьому випадку необхідно розробити нові дизелі, освоїти їх виробництво або реконструювати дизелі, що були в експлуатації. Тобто, знову потрібен час і великі кошти.
Третій метод — використання сумішей нафтового дизельного пального з ріпаковою олією у відповідних допустимих співвідношеннях або сумішей ріпакової олії з іншим вуглеводневим пальним.
Розроблена і освоєна у Національному технічному університеті України, Українському транспортному університеті та Київському ВО "Більшовик" екструзійна установка призначена для одержання олії з насіння ріпака, продуктивністю 10—12 кг за годину. Розроблено і освоєно спеціальний гідрозмішувач інтенсивної дії, на якому проведені відповідні експерименти, пов'язані з одержанням сумішей дизельного пального з ріпаковою олією. Продуктивність установки 5—10 т суміші за годину.
З допомогою зазначених установок були виготовлені партії сумішей (10, 20, ЗО, 40% ріпакової олії в суміші з дизельним пальним) і проведено дослідження роботи тракторного дизеля Д-243. Стан суміші із в'язкістю, а також результати всебічних експериментів з заміром потужності, питомої витрати пального, складу продуктів згорання показують, що доцільно використовувати суміші з 20% ріпакової олії. При цьому енергетичні, економічні та екологічні показники роботи дизеля практично не змінюються у порівнянні з роботою на нафтовому дизельному пальному.
Слід зазначити, що з метою запобігання забрудненню системи живлення дизеля до і після змішування необхідно провести відстоювання і фільтрацію дизельного пального, ріпакової олії і їх суміші. Крім того провадяться модельні експерименти з метою визначення можливості використання сумішей (25, 50% ріпакової олії) у газотурбінному циклі, що може стати основою створення відповідних установок з високим коефіцієнтом корисної дії.
Незаперечна цінність біодизеля в його екологічній чистоті й можливості одержувати з відновлюваної сировини. У природних умовах біодизель та мастила з ріпака знешкоджуються мікроорганізмами впродовж 7-8 днів на 95%, а звичайні нафтопродукти — на 16%.
Біодизель — це записана сонячна енергія. Порівняно зі звичайним дизелем він має ту перевагу, що завдяки високій частці ріпакової олії при його згорянні виділяється тільки така кількість СО2, яку рослини взяли з атмосфери, що не впливає на клімат. В таблиці 19.8 наведені дані про кількість речовин, які виділяються при використовуванні 100 л звичайного дизельного палива і 100 л такої ж кількості біологічного.
19.8. Витрати або емісія речовин на 100 л палива
Використання ріпакової олії в звичайних дизельних двигунах, як правило, неможливе, оскільки воно по своїх властивостях сильно відрізняється від дизельного палива. Технічно це завдання можна вирішити двома шляхами: пристосувати паливо до двигуна або створити двигун, що працює на рослинному біопаливі. Дані таблиці 19.9 свідчать, що обидва варіанти мають свої як переваги, так і недоліки. У країнах Західної Європи віддають перевагу метилуванню ріпакової олії. Так у Німеччині вже більше як на 1000 станціях заправляють автомобілі біодизельним паливом. При врожаї насіння ріпаку 30 ц/га можна виробляти біля 1300 л палива. Основна перепона широкого використання ріпакової олії (метилового ефіру з неї) як біодизельного палива — неконкурентоспроможність через відносно дешеве дизельне паливо. Труднощі виникають і з транспортуванням, створенням мережі заправних станцій.
19.9. Переваги та недоліки використання ріпакової олії в якості біодизельного палива
При роботі двигунів на біодизелі значно зменшуються шкідливі викиди інших продуктів згоряння, в тому числі сірки — на 98%, а сажі — від 50 до 61%, гідрокарбонатів — та вуглекислих моно оксидів — на 30-34%. При використанні 100 т біодизеля викиду в атмосферу вуглекислого газу зменшуються на 78,5 т (Апон, 1995) порівняно з використанням нафтового пального.
Позитивні якості біодизеля можна згрупувати за такими пунктами:
відновлюваність сировини;
позитивний енергетичний баланс;
закритий кругообіг СО2;
дуже низька моторна емісія;
відсутність вмісту сірки;
відкриття нових ринків для сільськогосподарського виробництва.
Водночас є й критичні сторони цього нововведення, зокрема:
підвищене вивільнення окису азоту;
небезпека монокультури;
висока потреба у субвенціях;
невисокий виробничий потенціал.
Європейські проекти, які виконувалися довгий час, показали неминучість підвищення конкурентної здатності біопалива та зближення його ціни з викопними паливами вже в наступному десятиріччі. В Україні це джерело самозабезпечення енергоносіями має велику перспективу в районах, забруднених радіонуклідами в результаті катастрофи на Чорнобильській АЕС. У процесі вирощування ріпак не потребує великих затрат праці, всі агрозаходи механізовані, а сама рослина здатна очищати поле від радіонуклідів, не нагромаджуючи їх у насінні. Отже, ріпак можна впроваджувати для рекультивації забруднених земель, використовуючи насіння для одержання біодизеля.
У маслохімічній промисловості високоерукові олії використовують для одержання інгібіторів і антиблокуючих агентів для одержання пластикової фольги, піноутворювальних агентів для горнорудної промисловості і багато інших хімічних матеріалів для харчової та нехарчової галузей промисловості. Велика довжина вуглецевого ланцюгу ерукової кислоти робить її унікальною сировиною для маслохімічної промисловості в деяких випадках вона незамінна.
Можливо, що у майбутньому при розробці так званих "зелених технологій" використання високоерукових масел буде збільшуватись внаслідок їх кращого біологічного розкладу.
Перспективи.
Промислове виробництво ріпакової олії у світі збільшується. Збільшується й інтерес до вирощування ріпаку та виведення нових високопродуктивних сортів із низьким вмістом ерукової кислоти та глюкозинолатів.
4. Біогаз
Розвиток технологій та технічних засобів виробництва біогазу спрямований на комплексне вирішення проблем альтернативного енергозабезпечення тваринницьких ферм, виробництва високоякісних органічних добрив для кормовиробництва та утилізації органічних відходів при зниженні рівня емісій шкідливих речовин в оточуюче середовище. Розроблено та реалізовано концепцію технічного і технологічного вирішення проблеми сумісного використання органічних добрив та рослинної біомаси в біогазових реакторах.
Нове устаткування дозволяє отримувати високоякісний біогаз з органічних добрив із використанням зеленої маси таких відновлюваних енергетичних ресурсів, як силосна кукурудза, багаторічні трави, кормові буряки та гичка цукрових буряків. На нових тваринницьких фермах сучасним є спеціальний блок, що займається біоенергетикою. Це елемент, що дозволяє використати біогаз для енергозабезпечення потреб ферми, екологічно безпечно утилізувати органічні залишки і забезпечити кормовиробництво високоефективними твердими та рідкими біодобривами тощо.
Технологічний процес розпочинається в первинній місткості, де рідкі і тверді органічні добрива перемішуються до однорідної маси і подаються в реактор за допомогою помпи. Якщо суміш достатньо рідка, то від первинної місткості можна відмовитись, подаючи сировину безпосередньо в реактор. Це стає можливим при застосуванні суміші з сінажу кормових буряків. Бродіння проходить в реакторі, в якому підтримується постійна температура 35-45°С, при якій бактерії працюють найефективніше. З реактора суміш самопливом перетікає в місткість-сховище, де завершується бродіння. Це технологічна схема біогазової установки сховище — поточного типу.
Під час бродіння в реакторі до бродильної суміші постійно додається свіжа суміш, яка і витісняє перероблену в іншу місткість. За допомогою механічних змішувачів процес бродіння в реакторі розподіляється рівномірно за об’ємом. Бродильна суміш залишається в реакторі стільки часу, скільки це біологічно необхідно для розкладання органічних речовин бактеріями. При оптимальних умовах органічні речовини розкладаються на 90...95% за 35-45 діб. Особливу увагу необхідно звертати на однорідність бродильної суміші. В реакторі бактерії повинні бути постійно забезпечені органічними речовинами, що потребує постійної подачі однорідної органічної суміші в реактор.
У сховищі перероблена суміш зберігається до весни як високоцінне біодобриво.
Біогаз має в своєму складі незначну кількість сірки, яка впливає на довговічність агрегатів установки. Для виділення сірки з біогазу на поверхню бродильної суміші в реакторі за допомогою невеликого компресору задувається свіже повітря. Це призводить до того, що спеціальні мікроорганізми перетворюють газоподібну сірку в твердий стан, після чого вона стає цінною складовою органічних добрив. Біогаз зберігається в гумовому сховищі з об’ємом добового виробітку. В силовій установці (двигун внутрішнього згорання + генератор) газ перетворюється в електричний струм і тепло. З енергії біогазу утворюється 30...35% електричного струму і 70...65% теплової енергії з загальним ККД 85...90%.
Перероблені в біогазовій установці органічні добрива зі свиноферми практично не мають неприємного запаху і є цінними для сільськогосподарських культур за вмістом поживних речовин. Але вони мають вищий вміст аміаку порівняно з первинною сировиною, що обумовлює проблему підвищеного виділення аміаку при внесенні добрив. При внесенні вироблених в біогазовому реакторі добрив звичайним способом (розкидачем з тарілчастим апаратом) втрати аміаку на 85% більші, ніж при їх локальному внесенні штанговим шланговим розкидачем безпосередньо на ґрунт.
Використання альтернативних джерел енергії в сільській місцевості дозволяє істотно здешевіти процес агропромислового виробництва.
Література:
Наукове забезпечення сталого розвитку сільського господарства. Лісостеп. Київ – 2004 р. 2 томи.
Національний аграрний університет. books.nauu.kiev.ua
