Бензин из остатков еды: новые способы создания биотоплива

Каждый день появляется все больше видов альтернативных источников энергии для автомобилей. В Японии есть автомобиль, который заправляют водой. Уже появился транспорт, работающий на солнечных батареях, биоэтаноле и биометаноле, на биобутаноле и биодизельном топливе на основе растительных масел или животных жиров.

В последнее время активно используют остатки пищи, чтобы создать «еду» для транспорта и обеспечить людей экологичным топливом. Практично и полезно, а как именно, узнаете в обзоре.

Первые попытки создать пищевое топливо были ещё у инженера Тяпкина. Помните трактор по имени тр‑тр МИТЯ? Это транспортное средство из повести Эдуарда Успенского «Дядя Фёдор, пёс и кот» ездило на ароматном супе и вкусных коктейлях. То есть, ещё в 1974 (именно тогда вышла книга), люди задумались о создании такой альтернативы топливу.

В реальном мире первые попытки заменить бензин альтернативным топливом появились в конце XIX века. Немецкий изобретатель Николаус Отто создал первый в мире четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, работавший на этаноле.

Чуть позже, в 1896 году, американский изобретатель Генри Форд изготовил свой первый автомобиль Quadricycle, двигатель которого работал на спирте.

История алкогольного топлива весьма насыщенная и продолжается до сегодняшнего дня. В настоящее время в мире уже разработано около 40 моделей автомобилей с совмещенной конструкцией заправки, так называемых Flexible‑Fuel Vehicle (FFV), в их баки можно заливать бензин и этанол в любом соотношении.

Другой пример это топливо, получаемое из сельскохозяйственных культур, содержащих большой процент сахара. Его можно найти в Бразилии, являющейся мировым лидером по производству биоэтанола из сахарного тростника, и в США — из кукурузы. Этанол, как правило, добавляют в бензин в определенных пропорциях (от 5% до 85%), что позволяет удешевить топливо, снизить его расход и вредные выбросы. Использование топлива с определенной долей этанола требует соответствующей комплектации двигателя, однако существуют и «всеядные» автомобили, которые могут ездить на любой смеси бензина с этанолом — на них, как правило, красуется надпись «FlexFuel» — гибкий выбор топлива.

Есть также «сельскохозяйственная» замена для дизельного топлива — это биодизель, изготовляемый из масличных культур (сои, рапса, подсолнуха). Он обладает теми же достоинствами по сравнению с углеводородным аналогом, что и биоэтанол.

Также идет разработки синтетического биотоплива — диметилового эфира (ДМЭ). Это горючее вещество, получаемое из целлюлозной биомассы, с очень хорошими топливными характеристиками и низким уровнем вредных выбросов (отвечает требованиям Евро-5). На ДМЭ делает ставку в своих разработках, в частности, концерн Volvo.

Биотопливо может помочь с решением некоторых экологических и экономических проблем. Ну а пока ученые работают над его оптимальным составом, предлагаем узнать о существующих стартапах, которые делают топливо из пищевых отходов.

Ещё в 2015 году ученые из Иркутского национального исследовательского технического университета и Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН разработали экологически чистую технологию, позволяющую получить биодизтопливо из масличных растительных культур. Исследователи планируют получать топливо из горчицы, рапса, редьки масличной, крамбе, сурепицы и рыжика. А отходы производства — глицерин и жмых — использовать в косметологии и животноводстве.

Новая технология, предложенная учеными, более экологична, чем производство обычного дизеля. Для биодизельного топлива характерны хорошая воспламеняемость, повышенная температура вспышки, улучшающая работу двигателя, и низкая токсичность выбросов. Кроме того, новый вид топлива обладает полной биоразлагаемостью. Немаловажную роль играет и нулевой баланс парниковых газов, попадающих в атмосферу,

По предварительным оценкам, стоимость такого топлива составила бы не больше 20 рублей за литр.

Учёные Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН придумали биотопливо из отходов пивоваренных производств, сообщает издание «Наука в Сибири».

«Одно из направлений деятельности нашей лаборатории — получение биотоплива из микроводорослей. Они подходят для этих целей, потому что быстро растут, широко распространены в природе, к тому же запасают большое количество липидов, которые можно потом перерабатывать в ценные химические вещества, например, в биодизель», — рассказывает младший научный сотрудник ИК СО РАН Александр Пилигаев.

Обычно жизненный цикл микроводорослей, за который они успевают вырасти и набрать биомассу, составляет порядка двух недель. Один из способов выращивания этой культуры‑ на сточных водах пищевой промышленности. Стоки пивоваренных производств относятся к пятому (наименьшему) классу опасности, так как содержат большое количество органического компонента, который микроводоросли способны потреблять и перерабатывать.

«Было бы эффективнее, чтобы туда поступали менее богатые органическими компонентами отходы. Как раз с этим могут справиться микроводоросли, которые способны осуществлять так называемую "предпереработку". То есть с помощью одной технологии можно убить сразу двух зайцев — и снизить нагрузку на городские сточные системы, и получить биотопливо», — объяснил Пилигаев.

К настоящему времени в специально сконструированных фотобиореакторах учёным уже удалось получить образцы биомассы микроводорослей, а также провести опыты по их переработке. Результат — экспериментальные образцы биотоплива. Сейчас ведутся дальнейшие исследования по увеличению продуктивности липидов и оптимизации переработки получаемого сырья.

Проблема в том, что если сейчас создавать такую технологию и воплощать её на практике, то топливо на выходе будет дороже традиционного из нефти в 5–6 раз. Получит ли это направление дальнейшее развитие, будет зависеть от того, насколько учёным удастся удешевить способы культивирования водорослей, извлечения из них масла, а из него — биотоплива.

Японская транспортная компания Nishida Shoun использует в качестве топлива остатки бульона традиционного супа рамен. Биодизельное топливо может стать отличной альтернативой нефтяному дизельному топливу и значительно сократит выбросы парниковых газов.

Масуми Нисида, предприимчивый президент транспортной фирмы на юго‑западе Японии, придумал устройство, которое позволяет отделить свиной жир от бульона, именно жир нужен для производства топлива, потому что имеет свойство быстро затвердевать. Нисида придумал способ удалять из него опеределенные химические элементы во время переработки, чтобы сохранить его в жидком состоянии. Полученное сало предприниматель смешивает с отходами растительного масла, чтобы получить свое биодизельное топливо.

Идея использовать рамен в качестве компонента для топлива возникла ещё в 2013 году. Однажды администратор дружественной сети ресторанов поделился с директором транспортной компании давней болью японского общепита — остатки несъеденного рамена девать некуда, а утилизация обходится очень дорого. Подумав, директор решил попробовать использовать жирный бульон как источник энергии. Так со временем и пришёл к биодизелю на рамене.

Компания Nishida Shoun уже начала заправлять новым видом топлива некоторых изсвоих грузовиков. С сентября 2021 года фирма перевела весь свой автопарк на биодизельное топливо.

В 2021 году Forbes описал модель бизнеса финской компании Neste, которая считается мировым лидером в производстве возобновляемого дизельного топлива:

1. компания выкупает у ресторанных сетей отработанное масло, а чтобы оно не уходило в канализацию, компания за свой счет ставит на раковины специальные маслоуловители. Ради этого она даже купила американскую компанию Mahoney Environmental;

2. сырье отправляется на заводы в Финляндии, Роттердаме и Сингапуре, где с помощью специальной гидрообработки производится биодизель;

3. полученное топливо отправляется обратно в США.

По словам ученых, масло из фритюрниц при сгорании выделяет на 90% меньше парниковых газов в сравнении с обычным бензином, а также выбрасывает намного меньше микрочастиц. При этом нельзя просто вылить растительное масло из кастрюли в бензобак. Его нужно отфильтровать, а затем добавить до 30% обычного топлива. Кроме того, далеко не все транспортные средства можно заправлять таким биотопливом. Речь может идти только о более старых моделях дизельных машинах.

Пока экономическая часть сходится только с учетом субсидии – компания выкупает отработанное масло по 30 центов за фунт, а на галлон (3,7 л) биодизеля нужно 7,5 фунтов масла (на 2,25 доллара). При этом готовое топливо стоит 2,5 доллара за галлон.

Самое популярное сырье для производства биодизеля – это рапсовое или пальмовое масло. Правда, масличные пальмы недавно признали опасными для окружающей среды, потому что фермеры вырубают тропические леса ради плантаций таких пальм. А вот отработанное фритюрное масло – источник практически бесконечный – среднестатистический ресторан быстрого питания за год дает примерно 4000 килограммов отработанного масла, а из 100 литров фритюрного масла больше 60 кг идет в отходы.

Компания Celtic Renewables Ltd. совместно с учеными из Эдинбургского университета создала новую технологию для производства биотоплива из переработанного сырья для виски. Топливо предназначено для замены бензина и дизеля, при этом никаких изменений в строение двигателя вносить не нужно.

Биотопливо сделано из остатков после производства виски, которые сами по себе бесполезны: отработанных зерен ячменя и отходов, оставшихся после затирания солода, смешанных с остатками дистиллята.

«Мы использовали совершенно традиционный процесс ферментации под названием ABE, и в результате получили из отходов биобутанол. И это вещество может прямо заменить бензин. Впервые в истории машина проехала на биотопливе, созданном из отходов, оставшихся после производства виски», — заявил профессор Мартин Тангни, основатель Celtic Renewables.

Но в промышленных масштабах производитель намерен вырабатывать именно бутанол, который можно использовать не только для заправки автомобилей, но и в качестве топлива для воздушных и морских судов.

У экологического бутанола несколько преимуществ:

По заверениям инноваторов, оригинальное биогорючее с шотландским акцентом станет доступным для британских водителей в ближайшие три года.

Новая технология также поможет улучшить состояние воды и сократить количество пищевых отходов при производстве виски. Ежегодно в Шотландии набирается 1,6 млрд литров жидких и 500 тыс. тонн твердых отходов. Ведь в процессе изготовления виски 90% всех принимающих участие в этом действии ингредиентов — вода, дрожжи и зерно - превращается в биологический мусор, который в лучшем случае применяется как удобрение или корм для скота, а в худшем сваливается в море.

Житель американского штата Миннесота Кай Майклсон изобрел мотоцикл, который работает на пиве.

По словам создателя, бензиновый двигатель в своем мотоцикле он заменил на специальную 14-галлонную бочку с нагревательным змеевиком. В бочке пиво нагревается до 300 градусов и превращается в перегретый пар. Он выбрасывается из сопла и толкает машину вперед своим потоком.

Изобретатель отметил, что его мотоцикл оказался полезным изобретением, так как цены на бензин постоянно растут, а пиво стоит не очень дорого. «Сам я непьющий, поэтому я не могу придумать ничего лучше, чем использовать пиво в качестве топлива», — пояснил американец.

Он также рассказал, что планирует выставить свой мотоцикл на гонки, чтобы продемонстрировать публике его возможности. Майклсон уверяет, что его техника способна перемещаться на скорости около 250 км/ч. Сын Майклсона, Бадди, сказал, что мотоцикл можно приспособить для работы практически на любом напитке: Red Bull, кофе Caribou и т.д.

В дальнейшем мотоцикл планируют оставить в домашнем музее изобретений Майклсона.

Винтажный Aston Martin короля Карла III теперь работает на топливе из белого вина и сыра. Если быть точнее, то топливо Е85 представляет собой смесь 85% биоэтанола, полученного из остатков вина, сырной сыворотки и 15% неэтилированного бензина.

Этанол обычно производится из множества различных побочных продуктов растений, в первую очередь из кукурузы и сахара. Однако могут использоваться и некоторые остатки от процессов производства вина и сыра. Для создания топлива не используют качественное вино и сыр, ведь подойдет испорченное вино и сырная сыворотка.

Карл III также отметил еще один приятный побочный эффект роскошного топлива: «Когда едешь, вкусно пахнет». Однако, The Guardian отмечает, что использование биотоплива может нанести вред окружающей среде.

«Необычное решение принца Чарльза обезуглеродить Aston Martin с использованием высокой смеси биоэтанола, полученного из отходов сыра и вина, не следует принимать за серьезное решение по обезуглероживанию автомобилей. В больших масштабах биотопливо приносит больше вреда, чем пользы, вызывая вырубку лесов и изменение землепользования, что усугубляет климатический кризис», – сказал Грег Арчер (Greg Archer), британский директор группы компаний T&E, занимающейся чистым транспортом.

Если вспомните ещё истории или стартапы, где в качестве топлива использовали еду, делитесь в комментариях.

Ещё больше свежих новостей из мира агротеха, ИТ и бизнеса, а также актуальные вакансии и стажировки вы можете найти на платформе «РСХБ в цифре» и в нашем телеграм-канале.