Тысячи-1 / !_Мои 1000_! / Грассолин / Grassoline at the pump (перев)
.docГрассолин на заправочной станции
К настоящему времени должно быть ясно, что США должны освободиться от нефтяной зависимости. Всё же цивилизация не собирается прекратить движение, и таким образом, мы должны изобрести новый способ питания энергией мирового транспортного потока. Целлюлозные биотоплива – жидкие топлива, полученные из несъедобных частей растений – представляют наиболее экологически привлекательную и технологически выполнимую в скором времени альтернативу нефти.
Биотоплива могут быть получены из всего, что есть или когда-либо было растением. Биотоплива первого поколения получали из съедобной биомассы, прежде всего зерна и сои (в США) и сахарного тростника (в Бразилии). Это низко растущие фрукты в лесу возможного биотоплива, учитывая, что технология преобразования эти пищевых трубок в топливо уже существует (в США 180 очистительных заводов в настоящее время перерабатывают зерно в этанол). Хотя всё же биотоплива первого поколения не долгосрочное решение. Просто недостаточно доступных сельхозугодий, чтобы обеспечить более 10 процентов потребностей развитых стран в жидком топливе в биотопливе первого поколения. Дополнительные потребности в урожае поднимают цену корма и таким образом делают некоторые продукты более дорогими — хотя и не настолько, насколько показала бы истерия СМИ в прошлом году.
Биотоплива второго поколения, производимые из целлюлозного материала – в разговорной речи, “grassoline” – помогут избежать этих просчётов. Грассолин может быть сделан из десятков, если не сотни, источников: от деревянных остатков, таких как опилки и строительный мусор, до сельскохозяйственных остатков, к примеру, кукурузных стеблей и пшеничной соломы, до “энергетических урожаев” – быстро растущих трав и древесных материалов, выращиваемых специально для того, чтобы служить запасами пищевых стеблей для грассолина. Пищевые стебли дёшевы (приблизительно $40–50 за энергетический эквивалент барреля нефти), имеются в изобилии и не препятствуют производству пищевых продуктов. Большинство энергетических зерновых культур может вырасти на неплодородных землях, которые иначе не использовались бы в качестве сельхозугодий. Некоторые, такие как быстро обновляющаяся ивовая поросль, обеззараживают почву, загрязнённую сточными водами или тяжёлыми металлами.
Огромные количества целлюлозной биомассы могут быть собраны для производства топлива. Согласно исследованию Министерства сельского хозяйства и Министерства энергетики, США могут производить, по крайней мере, 1,3 миллиарда тонн сухой целлюлозной биомассы в год, не уменьшая количества биомассы, пригодной для нашего пропитания, кормов или экспорта. Столь большая биомасса могла бы произвести более 100 миллиардов галлонов грассолина в год – приблизительно половину текущего ежегодного потребления бензина и дизеля в США. По аналогичным оценкам, глобальные запасы целлюлозной биомассы обладают энергетическим эквивалентом 34 – 160 млрд. баррелей нефти в год, что превышает текущее ежегодное мировое потребление 30 миллиардов баррелей нефти. Целлюлозная биомасса также может быть преобразована в любой вид топлива – этанол, обычный бензин, дизель, даже реактивное топливо.
Мощные инструменты, такие как квантово-химические вычислительные модели, позволяют инженерам-химикам строить структуры, которые могут управлять реакциями на атомном уровне. Исследование сделано с ориентацией на быстро набирающие оборот конверсионные технологии вплоть до масштабов очистительного завода. И хотя эта область ещё молода, много опытных заводов уже работают, а первые коммерческие очистительные заводы намечается завершить в 2011 г. Возможно, скоро наступит эпоха грассолина.
Энергетический Замок
Нарастание неодобрения. Природа создала целлюлозу, чтобы у растений была структура. Этот материал сделан из жёстких элементов взаимосвязанных молекул, которые оказывают поддержку для вертикального роста и упрямо сопротивляются биологическому разложению. Чтобы высвободить энергию, запасённую в нём, учёные должны сначала распутать молекулярный узел, созданный эволюцией.
Вообще, этот процесс требует вначале превращения твёрдой биомассы в меньшие молекулы, затем очистки этих продуктов до топлива. Инженеры обычно классифицируют методы разрушения по температуре. Низкотемпературный метод (от 50 – 200 °C) производит сахара, которые можно сбродить в этанол и другие топлива почти таким же способом, которым теперь обрабатываются зерно или сахарные культуры. Разрушение при более высоких температурах (300 – 600 °C) приводит к бионефти, которая может быть очищена до бензина или дизеля. Разрушение при чрезвычайно высокой температуре (свыше 700 °C) даёт газ, который может быть преобразован в жидкое топливо.
До сих пор никто не знает, какой подход преобразует наибольшее количество запасённой энергии в жидкие биотоплива при наименьших затратах. Возможно, различные пути будут необходимы для различных целлюлозных биоматериалов. Высокотемпературная обработка могла бы быть лучшей для древесины, тогда как низкие температуры могли бы лучше подойти для травы.
Горячее Топливо
Высокотемпературное получение синтетического газа – наиболее технически развитый способ производства биотоплив. Сингаз – смесь угарного газа и водорода – может быть получена из любого углеродсодержащего материала. Он, как правило, преобразуется в дизельное топливо, бензин или этанол посредством процесса под названием синтез Фишера – Тропша, разработанного немецкими учёными в 1920-ых.
Во время Второй мировой войны Третий Рейх использовал такой синтез для создания жидкого топлива из угольных запасов Германии. У большинства главных нефтяных компаний всё ещё есть технология конверсии сингаза, которую они могут запустить, если бензин станет предельно дорогим.
Первый шаг в создании сингаза называют газификацией. Биомасса подаётся в реактор и нагревается до температуры свыше 700 °C. При перемешивании её с паром или кислородом образуется газ, содержащий монооксид C, газообразный водород и смолы. Смолы должны быть очищены, а газ сжат до 20–70 атмосфер. Затем сжатый сингаз подаётся на специально разработанный катализатор – твёрдый материал, который удерживает отдельные молекулы реагента и стимулирует начало определённых химических реакций. Катализаторы, конвертирующие сингаз, были развиты химией нефти прежде всего для того, чтобы преобразовывать природный газ и сингаз, полученный из угля, в топливо, но они с тем же успехом применимы и к биомассе.