История биогаза начинается еще в начале XVII века, когда бельгийский доктор Ян Баптист ван Гельмонт заметил, что выделяющийся из разлагающейся биомассы «воздух» хорошо горит. Именно Ян Баптист предложил называть летучие воздухоподобные субстанции «газом» вместо слишком уж общего применявшегося до того греческого термина «хаос». Полтора столетия спустя, в 1776 году, Алессандро Вольта, исследуя «животное электричество», пришел к выводу о несомненной связи количества биомассы и количества выделяемого ею газа. Это сейчас нам такое наблюдение кажется банальным, а во времена, когда люди считали, что метан — это просто испорченный при прохождении через мертвую органику воздух, открытие Вольта было воспринято как сенсация. Сам метан в биогазе обнаружил английский химик Хэмфри Дэви в самом начале XIX века, а первая установка по его промышленному получению была создана в Индии , в Бомбее, еще в 1859 году.
Идея использования биогаза весьма нравится экологам, поскольку она позволяет утилизировать уходящий пока большей своей частью в атмосферу метан. А это второй по значимости после углекислоты парниковый газ. Например, в Новой Зеландии метановый «выхлоп» тамошних овец превосходит общие выбросы всех местных предприятий и автомобилей.
Британский химик Пол Дэй с образцом топлива Aquafuel (справа), полученного смешиванием воды и дизельного топлива с добавлением касторового масла
Дизель маслом не испортишь
В одном из ранних выпусков передачи «Сам себе режиссер», в рубрике «Слабо!», показывали умельца, заливавшего в топливный бак своей машины масло из фритюрницы. После чего машина заводилась и довольный хозяин лихо колесил на ней вокруг дома. Пораженным зрителям было невдомек, что ничего необычного в этом трюке не было.
Для дизельного двигателя, а именно им была оборудована машина лихача, нет почти никакой разницы, заливают в него солярку или подсолнечное масло. Более того, биотопливо сгорает в двигателе значительно лучше, чем солярка, и делает выхлоп в четыре раза более чистым. Иначе говоря, четыре биодизельных грузовика «дымят» так же, как один дизельный.
Для получения хорошего биодизельного топлива достаточно смешать в реакторной колонне девять частей масла с одной частью метилового спирта, добавить немного щелочи для ускорения реакции, подогреть полученную смесь до 60 градусов и немного подождать. Можно и не подогревать, но тогда ждать придется значительно дольше. В результате масло распадается на метиловый эфир (абсолютно безопасный, в отличие от метилового спирта), который сливается из колонны и заливается в топливный бак, и на оседающий на дно глицерин. Последний широко используется в производстве лекарств и красок, так что вопрос «куда его деть» обычно не стоит.
Технология производства настолько проста, что ее можно реализовать хоть на кухне. Несмотря на это, некоторые экономные водители умудряются упростить ее еще больше. Они просто заполняют баки отработанным маслом из промышленных фритюрниц, которое владельцы многочисленных фаст-фудов, дабы не заниматься утилизацией, готовы отдавать почти даром. И хотя плохо прогорающий глицерин качества топливу отнюдь не прибавляет, дешевизна горючего с лихвой компенсирует этот недостаток. Дело дошло до того, что в 2004 году в Англии был введен специальный штраф в 500 фунтов стерлингов (примерно 960 долларов) для водителей, попавшихся на фаст-фуд-заправках. При повторном попадании им уже грозит тюремное заключение сроком до 7 лет. Такая жесткость объясняется весьма просто. Чаще всего дешевое топливо покупают водители муниципального или корпоративного транспорта, ездящие на чужих машинах и мало заботящиеся об их состоянии. Содержащийся в масле глицерин создает нагар на распылительных форсунках, закоксовывает поршневые кольца и приводит к прогоранию клапанов, то есть к преждевременному износу двигателя. Кстати, автобус, заправленный маслом из фритюрницы, легко можно отличить от автобуса, заправленного соляркой, по запаху чуть пережаренной картошки, исходящему из выхлопной трубы.
Но лучшим сырьем для биодизеля пока считается не подсолнечник и даже не кукуруза, а рапс. Эта техническая культура почти не требует ухода, растет, где посадишь, дает высокие урожаи. Из тонны рапса можно выжать до 500 литров масла. Утечка рапсового масла, в отличие от солярки, не наносит экологического ущерба, так как в почве и в воде оно полностью разлагается за 2–3 недели. Наконец, рапс — прекрасная промежуточная культура. Если поля, отдыхающие после урожая пшеницы и просто пустующие, засеять рапсом, то потом та же пшеница будет расти на них значительно лучше. Сейчас только в России пустует более 13 миллионов гектаров плодородных пахотных земель. При средней урожайности рапса 13,7 центнера с гектара с них можно получить почти 18 миллионов тонн семян, из которых производится более 8 миллиардов литров топлива (примерно на 5 миллионов автомобилей).
Конечно, при всех достоинствах у биодизельного топлива есть и недостатки. Главный из них — высокая вязкость. На холоде (уже при –9) оно застывает и перестает прокачиваться по топливопроводу. Приходится либо искусственно его подогревать, либо разбавлять специальными присадками. Кроме того, хорошее биодизельное топливо (В100, чистый биодизель, без добавок) пока относительно дорого — его цена примерно на 30% выше, чем у солярки. Однако с помощью различных программ поддержки и налоговых льгот, которые предоставляются предприятиям-производителям, цены эти удается несколько снизить. Наиболее популярная среди дизелистов смесь В30 (30% биодизеля на 70% солярки) сейчас стоит уже даже несколько дешевле обычного топлива.
Особенно широко применяется биодизель в Германии . Здесь его производят почти 3,5 миллиарда литров в год. Далее идут Италия (1,2 миллиарда литров), Франция (1 миллиард литров), США (600 миллионов литров). Даже крошечные Мальта и Кипр влили в мировую биоканистру по своей капле — 4 и 2,5 миллиона литров соответственно. В России компания «ЛУКОЙЛ» тоже построила завод по производству биодизеля, однако изза отсутствия спроса среди отечественных водителей, больше доверяющих привычной и более дешевой солярке, биотопливо пока увозят в Финляндию. Где и продают с большим успехом.
Опилки и водоросли
«При цене сырой нефти 60 долларов за баррель становится оправданным многое из того, что раньше не имело смысла, — говорит Стив Хауэлл, директор Национальной комиссии по биодизельному топливу (США). — Вам еще предстоит познакомиться с источниками топлива, о существовании которых люди сейчас даже и не подозревают».
И правда, в последние годы совершенно новые технологии получения биотоплива появляются чем дальше, тем чаще. Недавно ученые из Университета штата Арканзас придумали способ его производства из куриного жира. Сразу три крупные компании— Global Green Solutions (Канада), Bio Fuel Systems (Испания), De Beers Fuel Limited (ЮАР) — заявили в прошлом году о начале строительства заводов по производству биодизеля из водорослей. Это одно из самых перспективных направлений: водоросли обладают настолько высокой урожайностью, что для обеспечения топливом всех автомобилей такой моторизированной страны, как США (220 миллионов авто на 300 миллионов жителей), нужно засадить водорослями всего 4 миллиона гектаров прудов. Это примерно 2% от пригодных территорий. Специалисты из небольшой американской компании Green Fuel Technologies (штат Массачусетс) пытаются весьма успешно совместить приятное с полезным, скармливая тем же водорослям выбросы из заводских труб. В результате урожайность «зеленого» топлива растет, а экологический ущерб от промышленных производств падает. А российские ученые из Иркутского института органической химии (ИрИОХ СО РАН) придумали, как можно дешевле превращать в автомобильный спирт отходы нашей лесозаготовки. Из пяти тонн древесных опилок получается тонна этанола, себестоимость которого в два раза ниже, чем у этанола, полученного из кукурузы или пшеницы. Жаль только, наши топливопроизводители не слишком интересуются такими разработками. Их пока вполне устраивает нефть, цена которой постоянно растет, а прирост ее добычи — падает.