Возобновляемое топливо — это топливо , произведенное из возобновляемых ресурсов. Примерами служат: биотопливо (например, растительное масло, используемое в качестве топлива , этанол , метанол из чистой энергии и углекислого газа [1] или биомассы, а также биодизель ), водородное топливо (при производстве с использованием возобновляемых процессов) и полностью синтетическое топливо (также известное как электротопливо ), произведенное из окружающего углекислого газа и воды. Это контрастирует с невозобновляемым топливом, таким как природный газ , сжиженный нефтяной газ ( пропан ), нефть и другие ископаемые виды топлива и ядерная энергия . Возобновляемое топливо может включать топливо, синтезированное из возобновляемых источников энергии , таких как ветер и солнце. Возобновляемое топливо приобрело популярность благодаря своей устойчивости , низкому вкладу в углеродный цикл и, в некоторых случаях, более низкому количеству парниковых газов . Геополитические последствия этого топлива также представляют интерес, особенно для промышленно развитых экономик, которые хотят независимости от ближневосточной нефти.
В отчете Международного энергетического агентства World Energy Outlook 2006 делается вывод о том, что растущий спрос на нефть, если его не контролировать, усилит уязвимость стран-потребителей к серьезным перебоям в поставках и последующему ценовому шоку. Возобновляемое биотопливо для транспорта представляет собой ключевой источник диверсификации от нефтепродуктов . Биотопливо из зерна и свеклы в умеренных регионах играет свою роль, но оно относительно дорогое, а его энергоэффективность и преимущества в плане экономии CO2 изменчивы . Биотопливо из сахарного тростника и других высокопродуктивных тропических культур гораздо более конкурентоспособно и выгодно. Но все биотоплива первого поколения в конечном итоге конкурируют с производством продовольствия за землю, воду и другие ресурсы. Требуются большие усилия для разработки и коммерциализации технологий биотоплива второго поколения, таких как биоперерабатывающие заводы и лигноцеллюлоза , что позволяет гибко производить биотопливо и другие продукты из несъедобных растительных материалов. [2]
Теория пика нефти Хабберта предполагает, что нефть является конечным ресурсом , который быстро истощается. Из общего объема оставшихся мировых запасов нефти, составляющего приблизительно 1 277 702 000 000 баррелей (203,1384 км 3 ) (около половины первоначальных нетронутых запасов) и мирового уровня потребления 25 000 000 000 баррелей (4,0 км 3 ) в год, прогнозируется, что при текущих темпах истощения запасов нефти хватит только на 50 лет. Нефть необходима для следующих отраслей: топливо (отопление домов, реактивное топливо, бензин, дизельное топливо и т. д.), транспорт , сельское хозяйство , фармацевтика , пластмассы /смолы, искусственные волокна, синтетический каучук и взрывчатые вещества . Если современный мир продолжит зависеть от нефти как источника энергии, цена на сырую нефть может заметно возрасти, что дестабилизирует экономику во всем мире. Следовательно, движущими факторами использования возобновляемых видов топлива являются: высокие цены на нефть , дисбаланс торговли, нестабильность в регионах мира, экспортирующих нефть, Закон об энергетической политике 2005 года , потенциальная возможность получения сверхприбылей для американских фермеров и промышленности, избежание экономической депрессии, избежание дефицита продукции из-за нестабильного сценария « пика добычи нефти », который, как ожидается, начнется уже в 2021 году [3] (хотя пик добычи нефти — не новая идея) и замедление глобального потепления , которое может привести к беспрецедентному изменению климата .
Более того, вывод о том, что антропогенные выбросы парниковых газов вызывают изменение климата , а также региональная геополитическая нестабильность бросили вызов странам, чтобы они начали разрабатывать как альтернативные, так и углеродно-нейтральные источники энергии. Поэтому возобновляемые виды топлива становятся привлекательными для многих правительств, которые начинают рассматривать устойчивую энергетическую независимость как ценный актив.
19 декабря 2007 года президент Буш подписал Закон об энергетической независимости и безопасности , устанавливающий требование, чтобы к 2022 году на рынке было использовано не менее 36 миллиардов галлонов США (140 000 000 м 3 ) возобновляемого топлива . [4]
По данным Международного энергетического агентства (МЭА), коммерциализация целлюлозного этанола может позволить этаноловому топливу играть гораздо большую роль в будущем, чем считалось ранее. [5] Целлюлозный этанол может быть изготовлен из растительного материала, состоящего в основном из несъедобных целлюлозных волокон, которые образуют стебли и ветви большинства растений. Специальные энергетические культуры , такие как просо, также являются перспективными источниками целлюлозы, которые могут производиться во многих регионах Соединенных Штатов. [6]
Биотопливо — это вид топлива, энергия которого получается из биологической фиксации углерода . Биотопливо включает топливо, полученное из преобразования биомассы , а также твердую биомассу , жидкое топливо и различные биогазы . [7] Хотя ископаемое топливо имеет свое происхождение от древней фиксации углерода , оно не считается биотопливом по общепринятому определению, поскольку содержит углерод, который был «вне» углеродного цикла в течение очень долгого времени. Биотопливо привлекает все большее внимание общественности и ученых, что обусловлено такими факторами, как скачки цен на нефть , необходимость повышения энергетической безопасности , обеспокоенность по поводу выбросов парниковых газов из ископаемого топлива и поддержка со стороны государственных субсидий .
Биоэтанол — это спирт , получаемый путем ферментации , в основном из углеводов, получаемых из сахарных или крахмалистых культур, таких как кукуруза или сахарный тростник . Целлюлозная биомасса , получаемая из непищевых источников, таких как деревья и травы, также разрабатывается в качестве сырья для производства этанола. Этанол может использоваться в качестве топлива для транспортных средств в чистом виде, но обычно его используют в качестве добавки к бензину для повышения октанового числа и улучшения выбросов транспортных средств. Биоэтанол широко используется в США и Бразилии . Текущая конструкция завода не предусматривает преобразование лигниновой части растительного сырья в топливные компоненты путем ферментации.
Биодизель производится из растительных масел и животных жиров . Биодизель может использоваться в качестве топлива для транспортных средств в чистом виде, но обычно его используют в качестве присадки к дизельному топливу для снижения уровня твердых частиц, оксида углерода и углеводородов в дизельных транспортных средствах. Биодизель производится из масел или жиров с использованием переэтерификации и является наиболее распространенным биотопливом в Европе.
В 2010 году мировое производство биотоплива достигло 105 миллиардов литров (28 миллиардов галлонов США), что на 17% больше, чем в 2009 году, и биотопливо обеспечило 2,7% мирового топлива для дорожного транспорта, вклад в основном состоял из этанола и биодизеля. [8] Мировое производство этанолового топлива достигло 86 миллиардов литров (23 миллиарда галлонов США) в 2010 году, причем Соединенные Штаты и Бразилия являются крупнейшими мировыми производителями, на долю которых приходится 90% мирового производства. Крупнейшим мировым производителем биодизеля является Европейский союз , на долю которого в 2010 году пришлось 53% всего производства биодизеля. [8] По состоянию на 2011 год мандаты на смешивание биотоплива существуют в 31 стране на национальном уровне и в 29 штатах/провинциях. [9] По данным Международного энергетического агентства , биотопливо имеет потенциал удовлетворить более четверти мирового спроса на транспортное топливо к 2050 году. [10]
Пиролизное масло — это еще один тип топлива, получаемый из лигноцеллюлозной фракции биомассы. При быстром нагревании биомассы в отсутствие кислорода ( пиролиз ) может быть образована жидкая сырая нефть, которая может быть далее переработана в пригодное к употреблению биотопливо. В отличие от других видов биотоплива, пиролизное масло использует несъедобную фракцию биомассы и может происходить в течение миллисекунд и без необходимости в больших ферментационных реакторах. [11]
Водородное топливо относится к использованию газообразного водорода (H 2 ) в качестве энергоносителя. В широком смысле, производство возобновляемого водородного топлива можно разделить на две основные категории: биологическое производство и химическое производство. [12] Это область текущих исследований, и новые разработки и технологии заставляют эту область быстро развиваться.
Биологическое производство водородного топлива является предметом исследований, по крайней мере, с 1970-х годов. Водородный газ может быть получен из источников биомассы, таких как сельскохозяйственные и лесные отходы, потребительские отходы и другие конкретные сельскохозяйственные культуры. [12] В частности, водородное топливо производится с помощью процесса, называемого газификацией , когда биомасса перерабатывается в горючий газ, а затем сжигается, или с помощью пиролиза , связанного процесса, который может привести к получению водородного газа, пригодного для применения в топливных элементах. Одним из постоянных предметов исследований является производство нежелательных побочных продуктов в обоих этих процессах. Наличие других загрязняющих газов часто зависит от конкретного состава источника биомассы, который может быть трудно контролировать. [12] Другим источником биологического производства водородного топлива являются водоросли . В конце 1990-х годов было обнаружено, что если водоросли лишаются серы, они переключатся с производства кислорода, как при обычном фотосинтезе, на производство водорода. [13] Экспериментальные фермы по выращиванию водорослей пытаются сделать водоросли экономически выгодным источником энергии. [14]
Существует также несколько физико-химических методов получения водорода; большинство из этих методов требуют электролиза воды. Когда этот процесс получает энергию из возобновляемых источников энергии, таких как ветряные турбины или фотоэлектрические элементы , производство требует небольшого потребления невозобновляемых ресурсов. Водородное топливо, производимое возобновляемыми источниками энергии, такими как энергия ветра или солнца, является возобновляемым топливом [12], известным как зеленый водород .
Электротопливо, также известное как электронное топливо или синтетическое топливо, является типом замещающего топлива. Оно производится с использованием уловленного диоксида углерода или оксида углерода вместе с водородом , полученным из устойчивых источников электроэнергии, таких как энергия ветра, солнца и атомной энергии.
Процесс использует углекислый газ в производстве и выбрасывает примерно такое же количество углекислого газа в воздух при сжигании топлива, что обеспечивает низкий общий углеродный след. Таким образом, электротопливо является вариантом для сокращения выбросов парниковых газов от транспорта, особенно для дальних грузовых перевозок, морского и воздушного транспорта. Несколько новых компаний разрабатывают продукты в этой области, включая британскую компанию Zero , которая строит опытно-промышленный завод в Bicester Heritage недалеко от Оксфорда.
Обработанное инженерное топливо (PEF) [ необходимо разъяснение ] является частичной заменой ископаемого топлива в цементных печах . Оно имеет значительную теплотворную способность и может использоваться в качестве топливного заменителя угля и газа в установках с высокой степенью сгорания. Установки PEF обычно перенаправляют отходы со свалок , снижая спрос на невозобновляемый уголь и сокращая отходы, отправляемые на свалки. [ необходимо цитирование ]
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
Медиа, связанные с Возобновляемые виды топлива на Wikimedia Commons