Получение биодизеля из альтернативных возобновляемых источников сырья Гарабаджиу

Получение биодизеля из альтернативных возобновляемых источников сырья Гарабаджиу А. В. , Абиев Р. Ш. , Галынкин В. А. , Козлов Г. В. 1

Истоки Рудольф Дизель 2

«Быстрое исчерпание в будущем ресурсов обычного топлива и увеличения диоксида углерода в атмосфере настоятельно ставит перед человечеством проблему создания принципиально новой базы мировой энергетики. Времени на создание этой базы у нас мало, по – видимому, около 100 лет» 3 Академик АН СССР Н. Н. Семёнов

National Fuel Alcohol Program 1975 год В разгар первого ближневосточного нефтяного кризиса правительство Бразилии запустило в жизнь программу по использованию этанола в топливных целях Эрнесту Бекман Гейзель 4

Перспективы биотоплива При цене на нефть выше $60/баррель, у биотоплива блестящие перспективы. При цене ниже $40/баррель, биотопливо рентабельно только в Бразилии. 5

Рост цен на нефть 6

Рост инвестиций в биотопливо 7

Рост производства биотоплива ln Q Динамика производства биоэтанола и биодизеля (I) в сравнении с добычей нефти (II). Экстраполяция по данным 2000 -2005 гг. (1) и 2005 -2010 гг. Q – годовой объем производства млрд. тонн. 8 С. Д. Варфоломеев, Е. Н. Еременко, Л. П. Крылова// Успехи химии, 79(6), 2010, 552 -564.

Поколения биотоплива Сырье Примеры I II Непродовольственные культуры, солома, древесина, твердые отходы, энергетические культуры биодизель Фишера-Тропша (продукты пиролиза); целлюлозный (в т. ч. гидролизный) этанол III Макро- и микроводоросли Биодизель (метиловые/этиловые эфиры жирных кислот), этанол из водорослевых гидролизатов IV 9 Растительные масла, животные Биодизель (метиловые/этиловые жиры, сахарный тростник, зерновые эфиры жирных кислот); этиловый спирт из пищевого сырья Растительное масло, биодизель Биобензин (n-алканы)

Традиционные сырьевые ресурсы биодизеля РАПС 84% ПОДСОЛНЕЧНИК 13% ПАЛЬМА 1% СОЯ 1% ДРУГИЕ ИСТОЧНИКИ 1% 10

Солнечная энергия, к. Втч/м 2 в год 11

Осадки, мм/год 12

Глобальный биодизельный потенциал, получаемый в результате экспорта липидов Издержки производства 1 л биодизеля из существующих экспортных поставок липидов 13 10 -15 рублей/литр

По расчётам экономистов из Университета Миннесоты, в результате биотопливного бума число голодающих на планете к 2025 году возрастёт до 1, 2 млрд. человек 14

Альтернатива ЕЖЕГОДНО в мире образуется 400 млрд. тонн биомассы эффективно используется не более 5%

В России ежегодно образуется 175 -200 млн. тонн отходов биомассы в год, что эквивалентно 89 -102 млн. тонн углеводородов. Потребление бензина - 30 млн. тонн в год С. Д. Варфоломеев, Е. Н. Еременко, Л. П. Крылова// Успехи химии, 79(6), 2010, 552 -564. 16

Существующие технологии получения биотоплив второго поколения (процесс Фишера-Тропша, гидролизный этанол, целлюлозный этанол) проигрывают традиционным по экологии, экономике, технологичности. В промышленных масштабах их реализуют только при недоступности или дефицитности нефтяного сырья, либо по политическим мотивам 17

Завод по производству целлюлозного этанола в США закрылся после выпуска первой партии биотоплива Range Fuels из Штата Джорджия намеревался производить биотопливо второго поколения: 380 000 литров этанола и 11 млн литров метанола в год для внутреннего рынка из древесной щепы. Однако компания столкнулась с рядом проблем, как технического, так и финансового плана. Завод был остановлен, рабочие уволены. Одна из причин закрытия предприятия, которую называют руководители биотопливного завода: «апатия населения к биотопливу» . http: //www. abercade. ru/research/industrynews/6000. html 18

Решение - новая сырьевая база – морские биоресурсы Патент РФ 2010141845 19

Еще более привлекательны в качестве сырьевой базы отходы рыбообработки – отсутствуют затраты на добычу, взимается плата за утилизацию Галынкин В. А. , Гарабаджиу А. В. , Карасев М. М. , Козлов Г. В. , Лисицкая Т. Б. // Известия СПб. ГТИ(ТУ), 2010, № 7(33), с. 63 -67. 20

ЭКСПО-2010 (Шанхай)

Научные проблемы ГИДРОБИОЛОГИЯ Оценка запасов водного биосырья и обоснование объемов его добычи. ХИМИЧЕСКАЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ Экологически чистые катализаторы переэтерификации (биодизель), гидролиза (биоэтанол). Разработка новых аппаратов для интенсификации технологии. 22

Широко используемые биокатализаторы: Катализ Novozym 435 – липаза, получаемая из Candida antarctica, ммобилизованная на макропористом полиметилметакрилате; Lipozyme RM IM – липаза, получаемая из Rhizomucor miehei, иммобилизованная на анионите; Lipozyme TL IM – липаза, получаемая из Thermomyces lanuginosus, иммобилизованная на гранулированном силикагеле. Галынкин В. А. , Гарабаджиу А. В. , Еникеев А. Х. , Карасев М. М. , Козлов Г. В. , // Катализ в промышленности, 2010, № 5, с. 89 -94.

Патент РФ 2009107106 Патент РФ 2009110375 Еникеев А. Х. , Гарабаджиу А. В. , Козлов Г. В. , Карасев М. М. // РХЖ, 2011, т. LV, № 1, с.

Биоэтанол из отходов переработки водорослей 25 25

26

В результате переработки штормовых выбросов водорослей получают Агар – Агар Каррагинан Йод Фукоидан Альгинат Ламинаран Маннит Сырьем для биоэтанола служат отходы этих технологических процессов! 27

Скорость гидролиза субстрата при одиночном и полиферментативном гидролизе 28 Пат. РФ 2008151884

Объем производства с площади в 1 га и стоимость 1 м 3 спирта из разных культур* Сырье Объем производства, т/га Стоимость долл. /м 3 Сахарная свекла 2. 5 -3. 0 300 -400 Сахарный тростник 3. 5 -5. 0 160 Кукуруза 2. 5 250 -400 Пшеница 0. 5 -2. 0 380 -400 Картофель 1. 2 -2. 7 800 -900 Сладкое сорго 3. 0 -5. 0 200 -300 Отходы переработки ламинарии 25. 0 -30. 0 сахаристая 29 100 -150 * Ch. Rakos. Hotting up, Renewable energy world, 2004, v. 7, n. 4.

Проблемы аппаратурного обеспечения 30

Традиционный процесс Отходы и продукт 31

Пульсационный аппарат проточного типа Блок из трех элементов пульсационного реактора проточного типа Конкурентные преимущества: 1) непрерывность процесса 2)Взрывобезопасность 2) равномерное распределение фаз 3) отсутствие застойных зон. Пат. РФ 2264847 Пат. РФ 2186614 Пат. РФ 2064319 32

Горизонтальный пульсационный Резонансный аппарат Конкурентные преимущества: • Непрерывность процесса • резонансное дробление крупных капель эмульсии; • сокращение энергозатрат в 3. 2 раза по сравнению с турбинной мешалкой; • сокращение продолжительности процесса с 20 мин до 3 -5 мин. 33 Патент РФ № 2013114

Микрореактор канальный Общий вид монолитного блока-носителя микрореактора Конкурентные преимущества: Непрерывность процесса. Исключительная простота устройства Взрывобезопасность Микроперемешивание за счет вихрей Тейлора. Отсутствие обратного перемешивания. Высокая скорость и равномерность нагрева реакционной массы. Высокий выход и селективность. Пат. РФ № 2348451 Пат. РФ № 2348450 Пат. РФ № 2393005 34

Вихревой струйный аппарат Конкурентные преимущества: • Непрерывность процесса • Одновременная реализация двух технологических стадий (промывка биодизеля и разделение фаз) в одном аппарате • Простота конструкции и высокая надежность • Взрывобезопасность Пат. РФ 2262008 35 Пат. РФ 2379098

Традиционная технологическая схема установки для получения биодизеля 36

Технологическая схема получения биодизеля из рыбьего жира с использованием микрореакторов 1 – электролизер (очистка); 2 – пульсационный аппарат проточного типа (промывка); 3 – вихревой струйный аппарат ВСА (разделение); 4 – микрореактор; 5 – выпарной аппарат (отделение метанола); 6 – горизонтальный пульсационный резонансный аппарат ГПРА (промывка) 37 Абиев Р. Ш. , Галынкин В. А. , Гарабаджиу А. В. Р// Тез. докл. ХIII Межд. Научнтех. конф. «Наукоемкие хим. технологии» . Иваново. 2010. С. 106.

Спасибо за внимание! 38