CC BY
80
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОГАЗА В ДВИГАТЕЛЯХ
ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Друзьянова Варвара Петровна
канд. техн. наук, доцент Северо-Восточного федерального университета
им. М.К. Аммосова, г. Якутск Е-mail: DR UZVAR@mail.ru Петров Николай Вадимович ассистент Северо-Восточного федерального университета
им. М.К. Аммосова, г. Якутск Е-mail: _ petnikvad1988@mail.ru
PROSPECTS OF USE OF BIOGAZ IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES
Varvara Druzyanova
Candidate of Technical Sciences, the Associate Professor of Northeast federal
university named after M.K. Ammosov, Yakutsk
Nikolay Petrov
the Assistant of Northeast federal university named after M.K. Ammosov, Yakutsk
АННОТАЦИЯ
Защита окружающей среды: экологический эффект биогазовой технологии.
Рассмотрены перспективы по использованию биогаза в двигателях внутреннего сгорания в условиях Республики Саха (Якутия).
ABSTRACT
Protection of environment: an ecological factor of use of biogas on protection of environment.
Prospects to biogas use are given in internal combustion engines in the conditions of the Republic of Sakha (Yakutia).
Ключевые слова: транспорт; нефть; биогаз; эквивалентное топливо.
Keywords: transport; oil; biogas; equivalent fuel.
В 2012 году по данным ГИБДД МВД в Республике Саха (Якутия) на учете состоит порядка 245694 тыс. ед. автотранспорта. Из них приблизительно 30 % приходится на грузовые автомобили, 70 % — на легковые машины и автобусы. Ежегодно в республику завозится около 45000 автомобилей, при этом около
25000 единиц заменяют выводимые из эксплуатации транспортные средства, а 20000 единиц составляют ежегодный прирост республиканского автомобильного парка. Подсчитано, что в среднем один автомобиль потребляет 2,2 т бензина (дизтоплива) в год. Таким образом, весь республиканский автопарк потребляет порядка 550000 т нефтяного топлива в год.
Однако нефть — это невозобновляемый источник энергии. Разведанные запасы нефти небезграничны и спустя всего несколько десятков лет иссякнут. По прогнозным данным в ближайшие 20...25 лет ожидается существенное уменьшение добычи нефти. С каждым годом резко обостряются экологические проблемы, связанные с использованием традиционных моторных топлив. В общем балансе факторов, негативно влияющих на окружающую среду, доля выбросов от двигателей внутреннего сгорания превышает 70 %.
Ориентация отечественной нефтяной отрасли на экспортные поставки, увеличение цен на моторное топливо в пять раз за последние 5 лет привели к значительному росту затрат на моторное топливо. Это, в первую очередь, отразилось на увеличении себестоимости сельскохозяйственной продукции в 3,7...4,7 раза. Но в отличие от отраслей промышленности, сельскохозяйственное производство имеет достаточные возможности по извлечению дополнительного вида топлива из органических отходов в виде биогаза. Известно, что биогаз с успехом пользуется в ряде стран как альтернатива обыкновенному бензиновому и дизельному топливам.
Лидером в этой области является Швеция. В 1996 году на одном из заводов Стокгольма по очистке канализационных вод была построена опытная
-5
установка для производства биогаза. Установка позволяла получать 1000 м газа в день, что эквивалентно примерно 1000 л бензина. В основном газ
-5
использовался на котельной, а 150 м применялись в заводских газобаллонных
-5
машинах. В год получается 365000 м , что эквивалентно 365000 л бензина.
В той же Швеции в г. Линчопинг в 1990 году переоборудовали для работы на биогазе 64 автобуса (Вольво, Мерседес, Неоплан/Камминс) и два таксопарка. В г. Евлё биогаз применяется для производства тепла, электричества и в
качестве топлива на 10 автобусах «Неоплан» с газовыми и гибридными силовыми установками. В г. Трольхеттане на биогазе, получаемом при переработке отходов мясной и рыбной промышленности, работают 15 автобусов.
Во Франции в Туре с 1994 года работает установка по получению и компримированию биогаза, обслуживающая 30 легковых автомобилей (Рено Клио, Пежо-106). В городе Лилль на этом топливе работают 100 автобусов, а в Тулузе — 6.
В Рейкьявике (Исландия) с загородной свалки органических отходов собирают до 500 куб. м. газа в час. После очистки, обогащения и компримирования газ, содержащий до 98 % метана, заправляется в транспортные контейнеры под давлением 260 атмосфер. Контейнеры перевозят к потребителю и заправляют газом автомобили.
Не только в Исландии городские свалки твердых бытовых отходов стали источником биогаза. В заметных объемах биогаз добывается и утилизируется в ряде развитых западных стран. К их числу относятся США — 500 млн. м ,
3 3
Германия — 400 млн. м , Великобритания — 200 млн. м , Нидерланды —
3 3 3 3
50 млн. м , Франция — 40 млн. м , Италия — 35 млн. м и Дания — 5 млн. м [1].
В настоящее время в Якутии достаточно остро стоит проблема недостатка топлива, с каждым годом идёт подорожание горюче - смазочных материалов. В республике она усугубляется дефицитом ГСМ, недостаточным уровнем централизации топливоснабжения, обусловленных территориальной рассредоточенностью населения. Теплоснабжение животноводческих ферм, других производственных объектов и жилого сектора осуществляется от мелких котельных, работающих на привозном жидком и твердом топливе, доставка которых требует больших финансовых и энергетических затрат. Отсюда и вытекают все те негативные показатели, присущие для системы теплоснабжения в условиях Республики Саха (Якутия).
В сельской местности особо остро стоит проблема топливообеспечения потребителей. В первую очередь это касается 266 отдаленных сельских
населенных пунктов, в которых проживает около четверти сельского населения. Транспортировка угля до таких пунктов сопровождается физическими потерями, достигающими до 30 %, значительным расходом моторного топлива.
Как было отмечено выше, европейские страны давно перешли на использование биогаза в качестве моторного топлива. Например, в г. Упсала 31 автобус «Неоплан», 6 легковых автомобилей и 1 мусороуборочная машина работают на биогазе, получаемом из органических отходов и навоза. В кантоне Цюрих (Швейцария) с 1997 года биогаз получают из органических отходов. Правительство страны ограничивает отпускную цену этого вида топлива на уровне 70 процентов от стоимости дизельного топлива и т. д.
У нас в Якутии органического сырья в виде навоза образуется достаточное количество. По статистическим данным на 1 января 2012 г. в республике содержалось 237051 ед. поголовья крупного рогатого скота (КРС). Если считать, что от 1 гол. КРС в сутки выход навоза составляет в среднем 20 кг, то за стойловый период общий выход навоза составит 4741020 т. По результатам многочисленных исследований российских и зарубежных ученых, из 1 кг навоза
-5
можно получать в среднем 0,04 м биогаза. Тогда, годовой объем производимого
-5
биогаза будет равен 189640 м .
Нами рассчитаны эквивалентные объемы энергоресурсов в сравнении с ожидаемым выходом биогаза от поголовья КРС Якутии (таблица 1):
Таблица 1.
Ожидаемые эквивалентные показатели энергоресурсов в сравнении с
годовым объемом биогаза
№ п/п Эквивалентный показатель Объем эквивалентного топлива
Наименование топлива Эквивалентный энергетический коэффициент относительно объема биогаза Объем, кг (м3) Стоимость, тыс. руб.
1 Дизельное топливо 0,85 1227400 39276,00
2 Бензин 0,74 1068560 29919,32
3 Сжиженный газ 0,55 794200 11913,00
4 Сжатый газ 0,59 851960 10223,52
Примечание: в таблице приведена средняя стоимость топлива без учета затрат на транспортировку и его хранение.
Таким образом, современный этап жизни требует обязательного и неотложного принятия мер по утилизации производимого бесподстилочного навоза. Как показано в таблице 1, предлагаемая технология позволяет получать не только высококачественное удобрение, но и дополнительный источник энергии — биогаз, который после обогащения (до уровня содержания метана в газе 95 %), очистки, осушки и компримирования используется в виде дополнительного качественного моторного топлива.
Биогаз состоит из смеси метана, углекислого газа, серы и водяных паров. Для использования в двигателях внутреннего сгорания биогаз подвергается тщательной очистке от углекислого газа, серы и воды. Существуют различные методы и способы очистки биогаза. Но ни один из них не подходит для широкого и эффективного применения в Якутии по причине жестких природноклиматических условий и низкого технического уровня сельхозпроизводства.
В данной ситуации, наиболее подходящим является механический способ (абсорбционный процесс) очистки биогаза, заключающийся в использовании фильтров с различными наполнителями.
Очистка биогаза путем механического способа имеет следующие достоинства, выгодно отличающих его от других методов и способов очистки:
• минимальная стоимость материалов;
• простота изготовления и эксплуатации фильтра;
• регенерация и стоимость абсорбера делают этот метод надежным средством защиты газгольдера, компрессоров и двигателей внутреннего сгорания от коррозии;
• улучшение социальных условий сельского населения путем получения дополнительного моторного топлива.
Список литературы:
1. Региональная экологическая политика. Будущее без разрушений: нетрадиционные источники энергии [Электронный ресурс]. — Режим доступа: ШЬ: http://nbra.ru/ecobook/budbezrazruch.pdf
