Современные технологии конверсии биомассы в

топливоС.Д.Варфоломеев

А.И.Папуша

Биомассы, отходы

Химическое и биотехнологическое

преобразование

СО2

Биотопливо – энергоносители из возобновляемого сырья

Топливо для автомобилей, авиации и реактивных двигателей

Биогаз

Альтернативное электричество

- Преобразование солнечной энергии

-Постоянно возобновляемое сырье

- Глобальная стабилизация CO2

2020г. – 15-20%2030г. – 25-30%Мировой рынок

Распределение нефти по продуктам переработки*

1 баррель сырой нефти (42 галлона) дает 45 галлоновнефтепродуктов.Их распределениеНазвание кол-во, доля, галлон %

Бензин 19 42.2Диз. топл. 11 24.4Реакт. топл. 4 8.9Сжиж. газ 2 2.2Итого: авт. топл. 68.8

* U.S. Energy Information Administration (EIA) 2011.10.02.

Возобновляемая энергия в России

Органические отходы и

торф

500 млн тонн/год-ОТХОДЫ ТорфВСЕГО (запасы) 175 миллиардов тонн350 млн тонн возобновляемого торфа в год

Получение электричества из солнечной

энергии

Конверсия органических отходов в топливо-кардинальное решение экологической и энергетической проблем

Хеми-и лигно-целлюлозы - основные резервы для производства биотоплива

Органические отходы

Гранулы

Био нефть,экобиобензин

Этанол

Бутанол

Биокетали

Газификация (CO, H2)

Углеводороды

СССР: Гидролиз биомассы и промышленное производство этанола – 22 предприятия

Реактор 80 м3

0,5% H2SO4, ~ 200o Cτгидролиза ~ 30 – 50 мин

Этанол, фурфурол,дрожжевая биомасса

Преобразование биомассы в топливо

Лигно-целлюлозные материалы

Тепловая газификация

Анаэробный пиролиз

Анаэробная микробная конверсия(биогаз)

Химические и ферментативные методы

Гидролиз

Растворимые углеводы

Этанол Бутанол

Высокооктановые добавки

Растворение в органической

фазе

Грануляция и структуризация

биомассы

Современное биотопливо – комбинация химии и биотехнологии

Биоспирты Биодизель Биокетали Биоводород-биофотолиз воды Бионефть и синтетическая нефть Биобензин Новое авиационное топливо Технологии ракетного двигателя

Биоэтанол и биобутанол

Криоиммобилизированные клетки

“Неподвижные” клетки Макропористые структуры,

проникновение субстратов и продуктов Живые клетки, кофакторы (ATP, NAD),

сложные химические трансформации Нет роста клеток Разделение, изоляция и очистка

продуктов

Патент Российской Федерации № 2391402 (10.06.2010) Иммобилизированный биокатализатор для изготовления этанола из пентоз

Новое биотопливо. Биопродукты с увеличенным

октановым числом

Биокетали – новое биотопливо.Химическая модификация глицерина и углеводов –преобразование в соединении, растворимые в традиционном топливе

Растворимые в углеводородах, углеводы и полиолы

О

О

СН3

СН3

О

О

СН3

СН3

ОН

О

О

С2Н5

СН3

ОН

О

О О

ОСН3

СН3

СН3

СН3

CH2

О О

ОСН3

СН3

СН3 СН3

О

OCHО

OCH

O

O

OCH

O

O

HО

О

О

Биофотолиз воды- раздельное производство водорода и кислорода

Биофотолиз воды с использованием сопряженных микробных культур

222 22 OHOH hv +=→

2CO 2H

2O

свет Фотосинтетические культуры

80 литров H2/м2 день

Анаэробное производство водорода

Проект ИСКУСТВЕННЫЙ ЛИСТ «Искуственный лист" основан на клетках Chlorella vulgaris

иммобилизированных в поливинил алкоголь криогеле

Листы криогеля ПВА, полученные замораживанием и оттаиванием

раствора полимера

Устройство фильтрации для иммобилизации клеток Chlorella vulgaris

Слои криогеля ПВА PVA с иммобилизированными клетками Chlorella vulgaris

Пиролиз отходов, производство бионефти и

синтетической нефти

Био нефть(биомасса)Синтетическое топливо(полимеры)

Новые методы быстрого нагрева

- Микроволновое излучение- Индукционные токи высокой

частоты

Индукционный ток высокой частоты

Время нагрева5-20 сек

T-скачок до 800 oC

Реактор

Мгновенный пиролиз полимеров,биомассы (бионефть)

Мгновенный пиролиз полиэтилена – прямое формирование моторного

топлива

Электромобиль-принципиально новая структура энергетики

Рост потребности в электроэнергии Стимулирование освоения

возобновляемых источников энергии Технологии ракетного двигателя

Городские электромобили

Прототип «Eliica» (Япония)

Мощность 640 л.с. Развивает скорость 370 км/ч

Экономичность электромобилей

. По данным «JD Power and Associates», владельцы машин на электоротяге

тратят на топливо около $18 в месяц, тогда как для водителей машин с ДВС этот показатель

достигает $167 в месяц.

 На фирме Конгран (учредитель ИБХФ РАН) – резиденте Сколково, разработан прототипсуперконденсатора с высокой плотностью энергии

Технологии ракетного двигателя

Технологии ракетного двигателя Реактивный двигатель – новый тип

химического реактора Jet – el –технология (производство

электричества) Jet – syn gas Температура 800-2500 oC

Высокая скорость и производительность

Российское космическое агентство (РКА), д.т.н. А.И. Папуша

Технологии ракетного двигателя

Биомасса (80% воды) Смесь воды и угля Нефтеные отходы Генерация синтетического газа Попутный газ(91% N2)

Технологии ракетного двигателя

Эффективность сгорания до 99.999 % Реагенты топлива с большим

содержанием воды, до 80% (20) Высокая минеральная компонента, до

80% (43) Стабильное горение Мобильный блок

Базовый исполнительный модуль

Габариты 4,5х1,8х2,0 м

Проблемы

Государственное регулирование инвестиционной политики,налоговых льгот,акцизов

Технологизация процессов,переход на опытно-промышленный и промышленный уровень

Создание системы стандартизации топлив