Каждый день появляется всё больше альтернативных источников энергии для автомобилей. В Японии был разработан автомобиль, который работает на воде. Также существуют транспортные средства, работающие на солнечных батареях, биоэтаноле, биометаноле, биобутаноле и биодизельном топливе, производимом из растительных масел или животных жиров.
В последние годы активно используются пищевые отходы для создания экологически чистого топлива. Это решение сочетает практичность и пользу, а подробности об этом можно найти в следующем обзоре.
История пищевого топлива
Первые попытки создать пищевое топливо были предприняты инженером Тяпкиным. В известной повести Эдуарда Успенского «Дядя Фёдор, пёс и кот» был описан трактор, работающий на картошке и котлетах. Этот образ, хотя и вымышленный, является примером того, как ещё в 1974 году в литературе начали задумываться об альтернативных источниках топлива.
В реальной жизни первые попытки заменить бензин альтернативными источниками энергии появились в конце XIX века. Немецкий инженер Николаус Отто создал первый в мире четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, использующий этанол в качестве топлива.
В 1896 году американский изобретатель Генри Форд создал свой первый автомобиль, Quadricycle, который использовал спирт в качестве топлива.
История использования алкогольных топливных компонентов продолжает развиваться. В настоящее время в мире существует около 40 моделей автомобилей с гибридной системой заправки, так называемых Flexible-Fuel Vehicles (FFV), которые могут работать на смеси бензина и этанола в любых пропорциях.
Примером альтернативного топлива является этанол, производимый из сельскохозяйственных культур, содержащих высокое количество сахара. Бразилия является мировым лидером по производству биоэтанола из сахарного тростника, а США — из кукурузы. Этанол часто добавляют в бензин в пропорциях от 5% до 85%, что позволяет снизить стоимость топлива, уменьшить его расход и уменьшить вредные выбросы. Для использования такого топлива необходима специальная конструкция двигателя, но существуют автомобили, которые могут работать на любой смеси бензина и этанола, обозначаемые меткой «FlexFuel».
В качестве альтернативы дизельному топливу используется биодизель, производимый из масличных культур (соя, рапс, подсолнечник). Биодизель имеет те же преимущества, что и биоэтанол, и является экологически чистым аналогом углеводородного топлива.
Также ведутся разработки синтетического биотоплива, например, диметилового эфира (ДМЭ), который производится из целлюлозной биомассы. Этот вид топлива имеет отличные характеристики и низкий уровень вредных выбросов, что соответствует стандартам Евро-5. Концерн Volvo активно работает над его применением.
Биотопливо может помочь в решении ряда экологических и экономических проблем. Пока ученые продолжают совершенствовать его состав, новые стартапы уже начинают разрабатывать технологии производства топлива из пищевых отходов.
Биодизель из масличных растений
В 2015 году ученые из Иркутского национального исследовательского технического университета совместно с Сибирским институтом физиологии и биохимии растений СО РАН разработали экологически чистую технологию для производства биодизеля из масличных культур. Исследования направлены на получение топлива из таких растений, как горчица, рапс, редька масличная, крамбе, сурепица и рыжик. Отходы производственного процесса, такие как глицерин и жмых, планируется использовать в косметической и животноводческой отраслях.
Предложенная технология экологически безопаснее по сравнению с традиционным производством дизельного топлива. Биодизель обладает высокой воспламеняемостью, увеличенной температурой вспышки, что улучшает работу двигателя, и низким уровнем токсичности выбросов. Важным преимуществом является полная биоразлагаемость топлива. Кроме того, технология позволяет достичь нулевого баланса выбросов парниковых газов в атмосферу.
Предварительные расчеты показывают, что стоимость такого биотоплива может составить не более 20 рублей за литр.
Биотопливо из пивоваренных отходов
Исследователи Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН разработали технологию получения биотоплива из отходов пивоваренных производств. Одним из методов является использование микроводорослей, которые активно растут, широко распространены в природе и обладают высокой способностью к накоплению липидов, необходимых для переработки в биодизель.
Для выращивания микроводорослей используется один из самых экономичных методов — сточные воды пищевой промышленности. Стоки пивоваренных производств имеют низкий уровень токсичности и содержат большое количество органических веществ, которые могут перерабатываться водорослями.
Ведется работа над оптимизацией процессов культивирования водорослей и переработки получаемого сырья. Одной из проблем является высокая стоимость получения биотоплива, которая на данный момент в 5–6 раз превышает цену традиционного топлива. Развитие этого направления будет зависеть от успеха в снижении себестоимости производства.
Использование остатков рамена для производства биотоплива
Японская компания Nishida Shoun начала использовать остатки бульона от супа рамен для производства биодизельного топлива. Такой подход позволяет снизить выбросы парниковых газов и уменьшить зависимость от традиционного нефтяного топлива.
Масуми Нисида, президент компании, разработал устройство для отделения свиного жира от бульона, который является основным компонентом для производства биотоплива. Этот жир смешивается с растительным маслом для получения биодизеля. Идея использования остатков рамена возникла в 2013 году, когда был поставлен вопрос о дешевой утилизации остатков пищи.
С 2021 года компания перевела весь свой автопарк на новое биодизельное топливо, которое использует остатки рамена.
Использование масла из фритюрниц как дизельного топлива
В 2021 году в статье на сайте Forbes была представлена модель бизнеса финской компании Neste, которая является одним из мировых лидеров в производстве возобновляемого дизельного топлива:
-
Компания выкупает использованное масло у ресторанных сетей, устанавливая маслоуловители на раковины, чтобы предотвратить его попадание в канализацию. Для этого она приобрела американскую компанию Mahoney Environmental.
-
Собранное масло отправляется на переработку на заводы в Финляндии, Роттердаме и Сингапуре, где с помощью гидрообработки производится биодизель.
Завершённый продукт отправляется обратно в США.
Согласно данным ученых, масло из фритюрниц при сгорании выделяет на 90% меньше парниковых газов по сравнению с обычным бензином и выбрасывает значительно меньше микрочастиц. Однако для его использования необходимо провести фильтрацию масла и добавить до 30% обычного топлива. Кроме того, такие системы биотоплива подходят преимущественно для старых дизельных автомобилей.
Экономическая модель работает только при условии получения субсидий: компания выкупает отработанное масло по 30 центов за фунт, а для производства одного галлона биодизеля требуется около 7,5 фунтов масла, что составляет примерно 2,25 доллара. Готовое топливо продается по цене 2,5 доллара за галлон.
Основными источниками для производства биодизеля являются рапсовое и пальмовое масла, однако пальмовое масло признано экологически вредным, поскольку его производство ведет к вырубке тропических лесов. В отличие от этого, использованное масло из фритюрниц является почти бесконечным ресурсом — среднестатистический ресторан быстрого питания в год может производить около 4000 кг отработанного масла, и более 60 кг из 100 литров масла часто идет в отходы.
Топливо на основе шотландского виски
Компания Celtic Renewables Ltd. в сотрудничестве с учеными Эдинбургского университета разработала новую технологию производства биотоплива из отходов, образующихся при производстве виски. Это топливо может быть использовано как замена бензину и дизелю без необходимости модификации двигателя.
Биотопливо изготавливается из остатков, оставшихся после производства виски, включая отработанные зерна ячменя и отходы, полученные при затирании солода, которые смешиваются с остатками дистиллята.
«Мы использовали традиционный процесс ферментации, известный как ABE, чтобы преобразовать отходы в биобутанол. Это вещество может полностью заменить бензин. Впервые в истории машина использовала биотопливо, полученное из отходов производства виски», — сообщил профессор Мартин Тангни, основатель компании Celtic Renewables.
В будущем компания планирует производить бутанол в промышленных масштабах, который может быть использован не только для автомобилей, но и для воздушных и морских судов.
У экологического бутанола есть несколько преимуществ:
Он на 25% более энергоэффективен, чем этанол.
Он безопасен в использовании.
Он хорошо смешивается с другими видами топлива.
Не требует изменений в топливной системе автомобилей.
-
При сгорании бутанол выделяет меньше парниковых газов, что способствует снижению воздействия на окружающую среду.
По заявлению разработчиков, биогорючее, произведенное с использованием отходов шотландского виски, станет доступным для британских водителей в ближайшие три года.
Эта технология также позволит улучшить экологическую ситуацию в водоемах и снизить количество пищевых отходов, образующихся в процессе производства виски. Ежегодно в Шотландии образуется 1,6 миллиардов литров жидких и 500 тысяч тонн твердых отходов. Большая часть ингредиентов, используемых для производства виски, таких как вода, дрожжи и зерно, превращаются в отходы, которые либо используются как удобрения и корм для скота, либо сбрасываются в море.
Мотоцикл на пиве
В штате Миннесота, США, инженер Кай Майклсон создал мотоцикл, который использует пиво в качестве топлива.
По словам разработчика, бензиновый двигатель был заменен на специальную емкость объемом 14 галлонов с нагревательным змеевиком. Пиво в этой емкости нагревается до температуры 300 градусов Цельсия, превращается в перегретый пар и выбрасывается через сопло, создавая тягу для движения мотоцикла.
Майклсон отметил, что его изобретение может быть полезным в условиях роста цен на бензин, а пиво стоит относительно недорого. «Я не употребляю алкоголь, поэтому выбрал пиво в качестве альтернативы традиционным топливам», — пояснил он.
Инженер также сообщил, что планирует участвовать в гонках с этим мотоциклом, чтобы продемонстрировать его возможности. Он утверждает, что максимальная скорость мотоцикла составляет около 250 км/ч. Кроме того, по словам его сына, Бадди, мотоцикл можно адаптировать для работы на различных напитках, таких как Red Bull или кофе.
В дальнейшем устройство будет сохранено в частном музее изобретений Майклсона.
Aston Martin Карла III на топливе из остатков вина и сыра
Винтажный автомобиль Aston Martin, принадлежащий Карлу III, теперь работает на биотопливе, созданном из остатков белого вина и сырной сыворотки. Это топливо Е85 представляет собой смесь 85% биоэтанола, полученного из этих отходов, и 15% неэтилированного бензина.
Этанол, как правило, производится из растительных побочных продуктов, таких как кукуруза или сахар, однако для создания этого топлива используются отходы виноделия и сыроварения. Важно, что для его производства не требуется использование высококачественного вина или сыра — вполне подходят испорченные продукты.
Карл III отметил, что использование такого топлива имеет и дополнительные преимущества: «Когда едешь, из машины исходит приятный запах». Тем не менее, существует мнение, что использование биотоплива может быть экологически нецелесообразным.
По мнению эколога Грега Арчера, директора группы T&E, занимающейся устойчивыми транспортными решениями, в больших объемах производство биотоплива может наносить больше вреда, чем пользы. Это связано с вырубкой лесов и изменением землепользования, что усугубляет проблему климатического кризиса.
