Топливо, которое растет в поле

Запасы углеводородов на нашей планете ограничены, и никто с точностью не может сказать, сколько нефти и газа осталось на Земле. По разным данным их хватит на 40-100 лет. Поэтому уже сейчас ученые работают над альтернативными источниками энергии. Но пока их возможности еще не научились использовать максимально эффективно. В автомобильном мире, например, в ближайшие годы электромотор вряд ли составит конкуренцию двигателю внутреннего сгорания. Но и последний вполне может обойтись без нефти – ее можно заменить биотопливом.
   
Биотопливом называют топливо, полученное из биологического сырья, то есть из растений или животных. Простейшим видом биотоплива считаются обычные дрова. Конечно, они, как правило, используются для отопления помещений, или в паровых двигателях. Но, в разных странах проводили целый ряд экспериментов по переводу двигателей внутреннего сгорания на дрова.

Для этого их дополняли специальными газогенераторами, преобразующими древесину в специальный газ, который и служит топливом. Однако в виду больших размеров газогенератора, целесообразно его устанавливать лишь на грузовые машины. Подобные автомобили с газогенераторами известны с 30-х годов прошлого века, особенно популярными они стали в Германии и СССР. В частности, с 1938 года выпускали ГАЗ-42 и ЗИС-21. Даже сейчас в Украине производится установка газогенераторов на ГАЗ-53.
   
В наши дни наиболее популярными в автомобильной отрасли являются два типа биологического топлива – биоэтанол и биодизель. Биоэтанол используют для замены традиционного бензина. Сырьем для производства биоэтанола являются растения с большим содержанием крахмала или сахара – картофель, кукуруза, сахарный тростник, сахарная свекла, ячмень, батат. Путем их перегонки получается спирт – это и есть биоэтанол. В чистом виде (обозначение Е100) его используют довольно редко, чаще всего используют концентрат Е85, состоящий на 85% биоэтанола и 15% бензина.

Но нужно учитывать, что обычный бензиновый двигатель внутреннего сгорания может работать на топливе, содержащем не более 10% спирта. То есть для использования Е85 и Е100 его нужно немного переработать – изменить степень сжатия ввиду разных детонационных свойств у двух видов топлива. Впрочем, усовершенствованный мотор без проблем работает как на биоэтаноле, так и на бензине. Преимуществом биотоплива является его экологичность: при сгорании Е85 выделяется на 19-32% меньше СО2, чем при сгорании бензина. Модели, способные работать на Е85 производят Fiat, General Motors.
   
Первым серийным автомобилем, способным работать на этаноле был знаменитый Ford T 1908 года. В наши дни биоэтанол наиболее популярен в США и Бразилии – странах, где громадные посевные площади позволяют выращивать в больших количествах сырье для биоэтанола.

Например, в Бразилии на данный момент насчитывается 14,8 млн. автомобилей и 1,5 млн. мотоциклов, использующих Е85 и Е100. Подобные модели выпускают Ford, Chevrolet, Fiat, Honda, Toyota Volvo и другие марки. В Европе биоэтанол наиболее популярен в Швеции, но эта страна импортирует большую его часть. Интересно, что шведы даже создали 1140-сильное купе Koenigsegg Agera R, которое работает на Е85.
   
В других странах старого света нередко на законодательном уровне закреплено содержание небольшой доли биоэтанола в минеральном топливе. С 2000 по 2011 год ежегодное производство биоэтанола в мире увеличилось в пять раз – с 17 до 84,6 млрд. литров. В Украине планируют с 2014 года добавлять по 5% биоэтанола во все виды бензина.
   
Биодизель, как следует из названия, призван заменить дизельное топливо. Его изготавливают из жирных и эфирных масел, получаемых из растений – рапса, сои, подсолнухов. Для этого используют химическую реакцию переэтерификации. Интересно, что ее запатентовали еще в 1853 году, и первый в мире дизельный двигатель (конструкции Рудольфа Дизеля) работал именно на растительном топливе. Производство биодизеля в промышленных масштабах началось в 1989 году в ЮАР, затем схожие предприятия открыли в Германии, Франции, Чехии и Швеции. Его выпускают как в чистом виде (В100), так и в смеси с минеральным топливом в различных пропорциях.
   
Преимущество биодизеля в том, что для его использования в конструкцию двигателя не нужно вносить никаких изменений. Мало того, он способствует меньшему износу деталей мотора. Например, срок службы топливного насоса увеличивается на 60%.

Как и биоэтанол, растительное дизельное топливо отличается низким уровнем СО2 в выхлопе. Однако это топливо замерзает при более высоких температурах, чем обычная «солярка», поэтому зимой его использовать пока нецелесообразно. К тому же, пока биодизель несколько дороже минерального топлива, а срок его годности – только три месяца. Еще следует отметить, что рапс или соя очень сильно истощают грунт и после нескольких лет использования он становится непригодным для земледелия. Поэтому нужно сделать перерыв на несколько лет, чтобы возродился плодородный шар грунта.
   
В 2010 году в мире произвели 10 млрд. литров биодизеля, причем 80% его  имеет европейское происхождение. Именно в Старом свете сейчас наибольшее количество предприятий по переработке растительных масел в топливо. Кроме того, в больших масштабах его изготовляют в Аргентине, Бразилии и США. Интересно, что Украина считается одним из мировых лидеров по выращиванию растительных культур для биодизеля, но  предприятий по его переработке в нашей стране пока очень мало. В некоторых странах вся «солярка» содержит 5% биотоплива.
   
Сейчас идут работы по внедрению производства новых видов биотоплива. В частности, наряду с биоэтанолом планируют производить и другие виды  спирта – биоэтанол из планктона и биоэтанол из целлюлозы. Разрабатывается и технология изготовления биодизеля второго поколения. В качестве сырья для него планируют использовать биомассу либо морские водоросли, содержащие в 200 раз больше эфирных масел, чем соя. Также ведутся исследования по созданию биогаза из органических отходов.
   
Новые технологии позволят решить, пожалуй, самую главную проблему биотоплива. Для выращивания технических культур выделены огромные площади земель, ведь фермерам выгоднее выращивать их, чем овощи или зерновые. Картошку, кукурузу или свеклу предпочитают перерабатывать в биоэтанол. В результате, сокращается мировое производство продовольствия. Это уже привело к росту стоимости пищевых продуктов, а в будущем в странах третьего мира, предрекают, может возникнуть даже дефицит продовольствия.