Учебное пособие для студентов бакалавриата направлений подготовки

 
 
4.5. Получение биотоплива
из возобновляемых источников энергии 
Основные направления государственной политики в сфере повыше-
ния эффективности энергетики на основе использования возобновляемых 
источников энергии содержат целевые показатели объема производства 
электрической энергии и её потребления в совокупном балансе производ-
ства, а также меры по достижению этих показателей. Повышение энерге-
тической эффективности на основе использования возобновляемых источ-
ников энергии, необходимое для надежного, устойчивого и долгосрочного 

---

59 
энергообеспечения экономического развития РФ, способствует вовлече-
нию инновационных наукоемких технологий и оборудования в энергети-
ческую сферу и является одним из значимых мероприятий, связанных с 
выполнением международных обязательств Российской Федерации по ог-
раничению выбросов парниковых газов.
В настоящее время целевой показатель объёма производства и по-
требления электрической энергии с использованием возобновляемых ис-
точников энергии (кроме гидроэлектростанций мощностью более 25 MBт) 
установлен в размере 4,5 %; объём технически доступных ресурсов возоб-
новляемых источников энергии в РФ эквивалентен 4,6 млрд т условного 
топлива. Общая установленная мощность электрогенерирующих установок 
и электростанций, использующих возобновляемые источники энергии в 
РФ не превышает 2200 MBт. С использованием возобновляемых источни-
ков энергии ежегодно вырабатывается не более 8,5 млрд кВт·ч электриче-
ской энергии, что составляет менее 1 % от общего объёма производства 
электроэнергии в РФ [6]. 
Необходимость развития биоэнергетики в России обусловлена воз-
можным уменьшением добычи нефти и отставанием России от США по 
уровню годового потребления нефти на человека и прогнозируемым дефи-
цитом природного газа. Современные проблемы энергетики могут быть 
решены только при рациональном использовании всех существующих ис-
точников топлива и энергии, среди которых биомасса как постоянно во-
зобновляемый источник топлива занимает существенное место. Биомасса – 
это растительный и животный мир и продукты их технической и физиоло-
гической переработки, включая многочисленные органические отходы. 
Содержание биомассы в биосфере оценивается в 800 млрд т, причем 90 % 
приходится на древесину, из них 70 млрд т накапливается в континенталь-
ных лесах с общим энергосодержанием, втрое превышающим современное 
мировое потребление энергии. Для сравнения следует отметить, что разве-
данные запасы угля оцениваются в 500 млрд т, нефти – 200 млрд т, при-
родного газа – 100 млрд т.
Твердые бытовые отходы (ТБО) являются важным источником энер-
гии, только в США их ежегодно образуется около 200 млн т, или по 1 т/год 
на человека. Ежегодно в мире в городах накапливается 2–3 млрд т ТБО. 
Поскольку в среднем ТБО содержат 60–65 % органических веществ раз-
личного происхождения, то по аналогии с фотосинтетической биомассой 
ежегодное содержание энергии в ТБО может составлять 4–6·10
18
Дж.
В мире около 1 млрд чел. используют древесину как топливо, за счет 
биомассы обеспечивается 1/7 часть используемой энергии. В странах Аф-

---

60 
рики энергетика на 75–95 % зависит от использования биомассы, в Индии 
и Таиланде – на 55–65 %, в Китае – на 35 %, в Бразилии и Боливии – на
25–45 % [5]. 
Новая отрасль современной энергетики – биоэнергетика – возникла 
на границе биотехнологии, химической технологии и энергетики, изучает 
и разрабатывает пути биологической конверсии солнечной энергии в топ-
ливо, а также биомассу в биологическую и термохимическую трансформа-
цию последней в топливо и энергию.
Биоэнергетика развивает следующие направления: 
– создание крупномасштабных, высокопродуктивных источников 
биомассы (фотосинтез, производство древесной биомассы, промышленное 
разведение растений продуцентов углеводородов, производство углеводо-
родсодержащей непищевой биомассы, производство водной биомассы, ис-
пользование твердых отходов городов);
– биотехнологическая конверсия (получение этилового и других ор-
ганических спиртов, растворителей из различных видов биомассы, полу-
чение биогаза и водорода;
– термохимическая конверсия для получения жидкого, твердого и га-
зообразного топлива. 
Основными направлениями термохимической конверсии являются: 
прямое сжигание; пиролиз; газификация; сжижение: быстрый пиролиз; 
синтез. Прямое сжигание – наиболее старый, но наименее выгодный про-
цесс, коэффициент полезного действия (КПД) получения тепловой энергии 
равен 15–18 %. Однако существуют такие виды биомассы, которые выгод-
нее сжигать при условии создания тепловых агрегатов с более высоким 
КПД. К ним относятся: солома злаковых и крупяных культур, стебли под-
солнечника и кукурузы, из которых готовят топливные гранулы – пелле-
ты; некоторые виды древесины, древесные отходы; твердые отходы сель-
скохозяйственного производства; городские твердые отходы. 
Пиролиз – термохимическая конверсия сырья без доступа воздуха 
при температуре 450–550 °С позволяет на 1 м
3
абсолютно сухой древесины 
(а.с.д.) получать: 140–180 кг древесного угля, не содержащего серы и фос-
фора; 280–400 кг жидких продуктов – метанола, уксусной кислоты, ацето-
на, фенолов; 80 кг горючих газов – метана, оксида углерода, водорода.
Газификация – сжигание биомассы при температуре 900–1500 °С в 
присутствии воздуха или кислорода и воды с получением синтез-газа, со-
стоящего из смеси оксида углерода, водорода и стеклообразной массы
(7–10 % от массы исходного материала), применяемой как наполнитель 
для дорожных покрытий. Газификация – более экономичный способ исполь-

---

61 
зования биомассы для получения тепловой энергии, чем пиролиз (рис. 14). 
Синтез-газ имеет высокий КПД тепловой конверсии и может использо-
ваться для получения метанола.