Биотопливо – что это? (популярная лекция для студентов) Е.Д. Гельфанд – д.т.н., профессор В последнее время слово «биотопливо» стало довольно популярным. Однако, абсолютное большинство людей, употребляющих это слово, не могут квалифицированно объяснить, что это за топливо, чем оно отличается от традиционных (ископаемых) топлив, в чём его полезность для человечества. До сих пор нет общепринятого, чёткого определения понятия «биотопливо». Цель данной лекции – ответить на поставленные вопросы. Начнём с того, что основным элементом топлив является углерод; но углерод является также одним из ключевых элементов жизни людей. Он находится в двух средах: на Земле (в составе растительных и животных организмов, почвенного гумуса, месторождений каменного угля, нефти, газа и пр.) и в околоземной атмосфере (главным образом – в виде СО2). Жизнь людей на Земле зависит как от «земного» углерода, так и «атмосферного». В частности, с наличием углерода в атмосфере Земли связан известный парниковый эффект. Между земным и атмосферным углеродом происходит непрерывный обмен: с одной стороны, часть атмосферного углерода переходит в земной (в основном – за счёт поглощения СО2 из воздуха растениями в процессе фотосинтеза), с другой – часть земного углерода переходит в атмосферный (в результате биодеградации растительных и животных организмов, в результате лесных пожаров, сжигания ископаемых топлив и пр.). Указанный углеродный обмен не равноценен: поступление СО2 от Земли в атмосферу больше, чем поступление СО2 из атмосферы на Землю. Это обусловлено, главным образом, тем, что люди с каждым годом сжигают всё больше и больше традиционных топлив – каменного угля, нефтяных углеводородов, природного газа – для удовлетворения своих потребностей в энергии; в то же время, на Земле неуклонно сокращаются площади лесов, ответственных за поглощение СО2 из атмосферы. Следствием этого является постоянное нарастание концентрации СО2 в атмосфере, усиление парникового эффекта и глобального потепления. Глобальная задача, стоящая перед человечеством – затормозить процесс «обогащения» атмосферы углекислым газом. Именно эту задачу решает широкое использование биотоплив. Каким образом? Рассмотрим это на примере использования древесных биотоплив (дрова, древесная щепа, опилки, кора, брикеты, пеллеты и пр.). Древесина является продуктом фотосинтеза; весь содержащийся в ней углерод поглощен из атмосферы в виде СО2 в процессе роста дерева. При сжигании древесных топлив весь содержащийся в них углерод (заимствованный из атмосферы) возвращается обратно в виде того же СО2. Из данного примера видно, что сжигание древесных биотоплив не приводит к увеличению содержания углекислого газа в атмосфере. Следовательно, чем больше использовать подобные биотоплива, тем меньше можно было бы сжигать традиционных топлив (каменного угля, бензина, нефтяных углеводородов и пр.) и, тем самым, «затормозить» нарастание концентрации углекислого газа в атмосфере. Какие ещё топлива, кроме древесных, можно отнести к биотопливам? К настоящему времени таких топлив более 10. К твёрдым биотопливам относятся кроме древесины побочные продукты сельскохозяйственного производства: солома, навоз, кукурузная кочерыжка, подсолнечная и просяная лузга и т.п. К жидким биотопливам относятся растительные масла, биоэтанол, биобутанол, биодизель, бионефть. К газообразным биотопливам относятся биогаз и биометан. Все эти топлива объединяет то, что содержащийся в их составе углерод полностью заимствован из атмосферы в процессе образования этих топлив (например, солома) или в процессе их производства из растительного сырья (например, биоэтанол производят из этой же древесины; биодизель производят из растительных масел). Таким образом, всем биотопливам можно дать следующее общее определение: «биотоплива – это топлива биологического происхождения, углеродная составляющая которых заимствована из атмосферы Земли в процессе фотосинтеза». При сжигании биотоплив в атмосферу возвращается столько же углерода, сколько было заимствовано из неё на образование биотоплив. Если же сжигать традиционные (ископаемые) топлива, то в атмосферу поступает новый углерод (хранившийся в земных недрах). Конкретная польза от биотоплив состоит в том, что они замещают привычные ископаемые топлива и, тем самым, снижают темп нарастания концентрации углекислого газа в атмосфере Земли, а, следовательно, и парниковый эффект. Однако, конкретная польза биотоплив этим не исчерпывается: при сжигании биотоплив удельные выбросы вредных веществ (т.е. в расчёте ед. массы) в атмосферу значительно меньше, чем при сжигании ископаемых топлив и продуктов из них. Особую важность представляет замещение бензина и других моторных топлив жидкими биотопливами; автомобильные выхлопы наиболее вредны из всех других, так как они осуществляются в непосредственной близости от людей. Наконец, ещё один полезный эффект от производства биотоплив – конкретно – биогаза, состоит в том, что превосходным сырьём для его производства являются мусорные свалки; следовательно, развивая производство биогаза, человечество попутно решало бы ещё одну важную экологическую задачу – ликвидацию многочисленных полигонов бытовых и производственных отходов. P.S. В данной лекции речь идёт только об углеродсодержащих биотопливах. Необходимо иметь в виду, что существуют биотоплива (т.е. горючие вещества биологического биоводород. происхождения), не содержащие углерода, например, -