Возобновляемое углеводородное биотопливо

Возобновляемое углеводородное биотопливо (также называемое «зеленым» или биотопливом) — это топливо, получаемое из источников биомассы с помощью различных биологических, термических и химических процессов. Эти продукты химически идентичны нефтяному бензину, дизельному топливу или топливу для реактивных двигателей. Поскольку они соответствуют тем же стандартам качества топлива ASTM, что и нефтяное топливо, которое они заменяют, это биотопливо можно использовать в существующих двигателях и инфраструктуре.

Типы возобновляемого углеводородного биотоплива включают:

Возобновляемое дизельное топливо и биодизельное топливо — это не одно и то же топливо. Возобновляемое дизельное топливо, ранее известное как «зеленое дизельное топливо», представляет собой углеводород, получаемый чаще всего путем гидроочистки, а также путем газификации, пиролиза и других биохимических и термохимических технологий. Соответствует спецификации ASTM D975 для нефтяного дизельного топлива. Биодизель представляет собой моноалкиловый эфир, полученный путем переэтерификации. Биодизель соответствует стандарту ASTM D6751 и одобрен для смешивания с нефтяным дизельным топливом.

• Гидроочищенное синтезированное парафиновое керосиновое (SPK) топливо Фишера-Тропша (FT) с использованием ресурсов твердой биомассы (например, древесных отходов) (FT-SPK); максимальный уровень смеси 50%
• Синтезированный парафиновый керосин из гидрообработанных сложных эфиров и жирных кислот (HEFA), топливо, полученное из использованного кулинарного масла, животных жиров, водорослей и растительных масел (например, рыжикового) (HEFA-SPK); максимальный уровень смеси 50%
• Синтезированное изопарафиновое топливо из гидрообработанных ферментированных сахаров (SIP), ранее известное как топливо с прямым преобразованием сахара в углеводород (HFS-SIP); максимальный уровень смеси 10%
• ФТ-СПК с ароматическим топливом с использованием ресурсов твердой биомассы (например, древесных отходов) (ФТ-СПК/А); максимальный уровень смеси 50%
• Спиртовое реактивное топливо СПК, произведенное из изобутанола или этанола (АТЖ-СПК); максимальный уровень смеси 50%
• Каталитический гидротермолиз (или гидротермальное сжижение) реактивного топлива, полученного из жиров, масел и смазок (CHJ); максимальный уровень смеси 50%.
• HEFA с углеводородами (HC-HEFA), полученный из сложных эфиров и жирных кислот при максимальной концентрации смеси 10%.

Производство

Возобновляемое углеводородное биотопливо можно производить из различных источников биомассы. К ним относятся липиды (такие как растительные масла, животные жиры, жиры и водоросли) и целлюлозные материалы (такие как пожнивные остатки, древесная биомасса и специальные энергетические культуры). Там, где ведется производство, коммерческие объекты в основном сосредоточены на производстве возобновляемого дизельного топлива, хотя ожидается увеличение производства SAF, поскольку несколько заводов находятся в стадии строительства. Обычно на одном и том же предприятии производят как возобновляемое дизельное топливо, так и SAF. По состоянию на 2020 год насчитывалось пять коммерческих заводов по производству возобновляемого дизельного топлива общей мощностью 550 миллионов галлонов и одно предприятие по производству как возобновляемого дизельного топлива, так и SAF мощностью 42 миллиона галлонов. Три завода расширяются и восемь строятся, что, как ожидается, добавит еще 2 миллиарда галлонов мощности. Большинство новых заводов и расширение существующих заводов предназначены для производства дизельного топлива из возобновляемых источников — по крайней мере, три объекта также будут производить SAF. Соединенные Штаты продолжают импортировать возобновляемое дизельное топливо, в основном с производственных мощностей в Сингапуре. Все SAF и почти все возобновляемое дизельное топливо используются в Калифорнии в связи с принятым в штате стандартом низкоуглеродного топлива.

Исследователи изучают различные методы производства возобновляемого углеводородного биотоплива. Производственные установки могут быть автономными или совмещенными с нефтеперерабатывающими заводами.

Технологические пути, изучаемые для производства возобновляемого углеводородного биотоплива, включают:

• Традиционная гидроочистка— Гидроочистка, используемая на нефтеперерабатывающих заводах, включает реакцию сырья (липидов) с водородом при повышенных температурах и давлениях в присутствии катализатора. Коммерческие заводы в настоящее время используют эту технологию.
• Биологическая модернизация сахара— Этот путь использует процесс биохимической деконструкции, аналогичный тому, который используется с целлюлозным этанолом с добавлением организмов, которые превращают сахара в углеводороды.
• Каталитическая конверсия сахаров— Этот путь включает серию каталитических реакций для преобразования потока углеводов в углеводородное топливо.
• Газификация—В ходе этого процесса биомасса термически преобразуется в синтетический газ и каталитически преобразуется в углеводородное топливо.
• Пиролиз— Этот путь включает химическое разложение органических материалов при повышенных температурах в отсутствие кислорода. В процессе производится жидкое пиролизное масло, которое может быть улучшено до углеводородного топлива либо в автономном процессе, либо в качестве сырья для совместной подачи с сырой нефтью на стандартный нефтеперерабатывающий завод.
• Гидротермальная обработка— В этом процессе используется высокое давление и умеренная температура, чтобы инициировать химическое разложение биомассы или влажных отходов с получением масла, которое может быть каталитически улучшено до углеводородного топлива.

Преимущества

Возобновляемое углеводородное биотопливо предлагает множество преимуществ, в том числе:

• Совместимость с движком и инфраструктурой— Возобновляемое углеводородное биотопливо химически идентично своему нефтяному аналогу и, следовательно, сводит к минимуму проблемы совместимости с существующей инфраструктурой и двигателями.
• Повышенная энергетическая безопасность— Возобновляемое углеводородное биотопливо может производиться внутри страны из различных видов сырья и способствовать созданию рабочих мест в США.
• Меньше выбросов—Двуокись углерода, улавливаемая растущим сырьем, снижает общие выбросы парниковых газов за счет уравновешивания выбросов углекислого газа при сжигании возобновляемого углеводородного биотоплива по сравнению с обычными видами топлива.
• Больше гибкости— Возобновляемое углеводородное биотопливо заменяет обычное дизельное топливо, топливо для реактивных двигателей и бензин, позволяя получать несколько продуктов из различных видов сырья и технологий производства.

Исследования и разработки

Управление биоэнергетических технологий Министерства энергетики США (DOE) поддерживает исследования, разработки и анализ, а также проекты (см. ниже) для возобновляемого углеводородного топлива.

• Биохимические углеводородные пути
• Биологическая конверсия сахаров
• Термохимические углеводородные пути
• Пиролиз in situ и ex situ
• Обновленный дизайн быстрого пиролиза
• Пути углеводородов водорослей
• Цельное гидротермальное сжижение водорослей и модернизация
• Преобразование биореактивного топлива

Дополнительная информация

Узнайте больше о биотопливе из возобновляемых углеводородов по ссылкам ниже. Центр данных по альтернативным видам топлива (AFDC) и Министерство энергетики не обязательно рекомендуют или поддерживают эти компании (см. отказ от ответственности).

• Передовая ассоциация биотоплива
• Инициатива по альтернативным видам топлива для коммерческой авиации
• Инфраструктура аэропортов США и экологичное авиационное топливо
• Возможность производства и использования дизельного и реактивного топлива на основе биомассы в США
• Производство бензина и дизельного топлива из биомассы с помощью быстрого пиролиза, гидроочистки и гидрокрекинга: вариант проектирования

AFDC также обеспечивает поиск публикаций для получения дополнительной информации.