Биотопливо – что это?

Биотопливо – что это?
(популярная лекция для студентов)
Е.Д. Гельфанд – д.т.н., профессор
В последнее время слово «биотопливо» стало довольно популярным.
Однако, абсолютное большинство людей, употребляющих это слово, не могут
квалифицированно объяснить, что это за топливо, чем оно отличается от
традиционных (ископаемых) топлив, в чём его полезность для человечества. До сих
пор нет общепринятого, чёткого определения понятия «биотопливо».
Цель данной лекции – ответить на поставленные вопросы.
Начнём с того, что основным элементом топлив является углерод; но
углерод является также одним из ключевых элементов жизни людей. Он находится
в двух средах: на Земле (в составе растительных и животных организмов,
почвенного гумуса, месторождений каменного угля, нефти, газа и пр.) и в
околоземной атмосфере (главным образом – в виде СО2).
Жизнь людей на Земле зависит как от «земного» углерода, так и
«атмосферного». В частности, с наличием углерода в атмосфере Земли связан
известный парниковый эффект.
Между земным и атмосферным углеродом происходит непрерывный обмен:
с одной стороны, часть атмосферного углерода переходит в земной (в основном –
за счёт поглощения СО2 из воздуха растениями в процессе фотосинтеза), с другой –
часть земного углерода переходит в атмосферный (в результате биодеградации
растительных и животных организмов, в результате лесных пожаров, сжигания
ископаемых топлив и пр.).
Указанный углеродный обмен не равноценен: поступление СО2 от Земли в
атмосферу больше, чем поступление СО2 из атмосферы на Землю. Это
обусловлено, главным образом, тем, что люди с каждым годом сжигают всё больше
и больше традиционных топлив – каменного угля, нефтяных углеводородов,
природного газа – для удовлетворения своих потребностей в энергии; в то же
время, на Земле неуклонно сокращаются площади лесов, ответственных за
поглощение СО2 из атмосферы. Следствием этого является постоянное нарастание
концентрации СО2 в атмосфере, усиление парникового эффекта и глобального
потепления.
Глобальная задача, стоящая перед человечеством – затормозить процесс
«обогащения» атмосферы углекислым газом.
Именно эту задачу решает широкое использование биотоплив. Каким
образом?
Рассмотрим это на примере использования древесных биотоплив (дрова,
древесная щепа, опилки, кора, брикеты, пеллеты и пр.). Древесина является
продуктом фотосинтеза; весь содержащийся в ней углерод поглощен из атмосферы
в виде СО2 в процессе роста дерева. При сжигании древесных топлив весь
содержащийся в них углерод (заимствованный из атмосферы) возвращается
обратно в виде того же СО2.
Из данного примера видно, что сжигание древесных биотоплив не приводит
к увеличению содержания углекислого газа в атмосфере. Следовательно, чем
больше использовать подобные биотоплива, тем меньше можно было бы сжигать
традиционных топлив (каменного угля, бензина, нефтяных углеводородов и пр.) и,
тем самым, «затормозить» нарастание концентрации углекислого газа в атмосфере.
Какие ещё топлива, кроме древесных, можно отнести к биотопливам? К
настоящему времени таких топлив более 10.
К твёрдым биотопливам относятся кроме древесины побочные продукты
сельскохозяйственного производства: солома, навоз, кукурузная кочерыжка,
подсолнечная и просяная лузга и т.п. К жидким биотопливам относятся
растительные
масла,
биоэтанол,
биобутанол,
биодизель,
бионефть.
К
газообразным биотопливам относятся биогаз и биометан.
Все эти топлива объединяет то, что содержащийся в их составе углерод
полностью заимствован из атмосферы в процессе образования этих топлив
(например, солома) или в процессе их производства из растительного сырья
(например, биоэтанол производят из этой же древесины; биодизель производят из
растительных масел).
Таким
образом,
всем
биотопливам
можно
дать
следующее
общее
определение: «биотоплива – это топлива биологического происхождения,
углеродная составляющая которых заимствована из атмосферы Земли в
процессе фотосинтеза». При сжигании биотоплив в атмосферу возвращается
столько же углерода, сколько было заимствовано из неё на образование биотоплив.
Если же сжигать традиционные (ископаемые) топлива, то в атмосферу поступает
новый углерод (хранившийся в земных недрах).
Конкретная польза от биотоплив состоит в том, что они замещают
привычные ископаемые топлива и, тем самым, снижают темп нарастания
концентрации углекислого газа в атмосфере Земли, а, следовательно, и парниковый
эффект.
Однако, конкретная польза биотоплив этим не исчерпывается: при сжигании
биотоплив удельные выбросы вредных веществ (т.е. в расчёте ед. массы) в
атмосферу значительно меньше, чем при сжигании ископаемых топлив и
продуктов из них. Особую важность представляет замещение бензина и других
моторных топлив жидкими биотопливами; автомобильные выхлопы наиболее
вредны из всех других, так как они осуществляются в непосредственной близости
от людей.
Наконец, ещё один полезный эффект от производства биотоплив – конкретно
– биогаза, состоит в том, что превосходным сырьём для его производства являются
мусорные свалки; следовательно, развивая производство биогаза, человечество
попутно решало бы ещё одну важную экологическую задачу – ликвидацию
многочисленных полигонов бытовых и производственных отходов.
P.S. В данной лекции речь идёт только об углеродсодержащих биотопливах.
Необходимо иметь в виду, что существуют биотоплива (т.е. горючие вещества
биологического
биоводород.
происхождения),
не
содержащие
углерода,
например,
-