Биотопливо — это топливо, которое вырабатывается в современных биологических процессах, таких как сельское хозяйство и анаэробное переваривание, а не топливо, производимое такими геологическими процессами, как те, которые участвуют в образовании ископаемых видов топлива, таких как уголь и нефть, из доисторического биологического вещества.

Биотопливо может быть получено непосредственно из растений (т.е. энергетических культур) или косвенно из сельскохозяйственных, коммерческих, бытовых и / или промышленных отходов. Возобновляемые виды биотоплива обычно включают в себя современную фиксацию углерода, такую ​​как те, которые происходят в растениях или микроводорослеях в процессе фотосинтеза. Другие возобновляемые виды биотоплива производятся путем использования или конверсии биомассы (см. Недавние живые организмы, чаще всего относящиеся к растениям или растительным материалам). Эта биомасса может быть преобразована в удобные энергосодержащие вещества тремя различными способами: термической конверсией, химической конверсией и биохимическим превращением. Это преобразование биомассы может привести к получению топлива в твердой, жидкой или газообразной форме. Эта новая биомасса также может быть использована непосредственно для биотоплива.

Биотопливо теоретически устойчиво к углероду, потому что углекислый газ, который поглощается растениями, равен углекислым газам, выделяющимся при сжигании топлива. Однако на практике, независимо от того, является ли биотопливо нейтральным по отношению к углероду, также сильно зависит от того, должна ли земля, которая используется для выращивания биотоплива (с биотопливом 1-го и 2-го поколения), очищаться от углеродсодержащей растительности или нет.

Биоэтанол представляет собой спирт, полученный ферментацией, главным образом из углеводов, полученных в сахаре или крахмальных культурах, таких как кукуруза, сахарный тростник или сладкий сорго. Целлюлозная биомасса, полученная из непищевых источников, таких как деревья и травы, также разрабатывается как сырье для производства этанола. Этанол можно использовать в качестве топлива для транспортных средств в чистом виде (E100), но он обычно используется в качестве бензиновой добавки для увеличения октана и улучшения выбросов транспортных средств. Биоэтанол широко используется в Соединенных Штатах и ​​Бразилии. Текущая конструкция установки не предусматривает преобразования лигниновой части растительного сырья в топливные компоненты путем ферментации.

Биодизель может использоваться в качестве топлива для транспортных средств в чистом виде (B100), но он обычно используется в качестве дизельной добавки для снижения уровня твердых частиц, монооксида углерода и углеводородов на дизельных транспортных средствах. Биодизель производится из масел или жиров с использованием переэтерификации и является самым распространенным биотопливом в Европе.

В 2010 году мировое производство биотоплива достигло 105 миллиардов литров (28 миллиардов галлонов в США), что на 17% больше, чем в 2009 году, а биотопливо обеспечило 2,7% мирового топлива для автомобильного транспорта. В 2010 году мировое производство этанолового топлива достигло 86 миллиардов литров (23 миллиарда галлонов США), а США и Бразилия — крупнейшие производители в мире, составляющие около 90% мирового производства. Крупнейшим в мире производителем биодизеля является Европейский союз, на который приходится 53% всего производства биодизеля в 2010 году. По состоянию на 2011 год мандаты на смешивание биотоплива существуют в 31 стране на национальном уровне и в 29 штатах или провинциях. Международное энергетическое агентство имеет целью биотопливо для удовлетворения более четверти мирового спроса на транспортные топлива к 2050 году для снижения зависимости от нефти и угля. Производство биотоплива также привело к процветающей автомобильной промышленности, где к 2010 году 79% всех автомобилей, произведенных в Бразилии, были изготовлены с использованием гибридной топливной системы биоэтанола и бензина.

Существуют различные социальные, экономические, экологические и технические вопросы, связанные с производством и использованием биотоплива, которые обсуждались в популярных СМИ и научных журналах.

Поколения

Биотопливо первого поколения
«Первое поколение» или обычное биотопливо — это биотопливо, произведенное из продовольственных культур, выращиваемых на пахотных землях. Таким образом, производство этого биотоплива вырабатывается таким образом для производства топлива, а не что-то еще. Сахар, крахмал или растительное масло, полученные из посевов, преобразуются в биодизель или этанол с использованием переэтерификации или ферментации дрожжей.

Биотопливо второго поколения
Биотопливо второго поколения — это топливо, произведенное из различных видов биомассы. Биомасса является широко распространенным термином, означающим любой источник органического углерода, который быстро обновляется как часть углеродного цикла. Биомасса происходит из растительных материалов, но может также включать материалы для животных.

В то время как биотопливо первого поколения производится из сахаров и растительных масел, полученных в сельскохозяйственных культурах, биотопливо второго поколения производится из лигноцеллюлозной биомассы или древесных культур, сельскохозяйственных отходов или отходов растительного материала (из продовольственных культур, которые уже выполнили свои пищевые цели). Сырье, используемое для производства биотоплива второго поколения, таким образом, либо растет на пахотных землях, но и является побочным продуктом фактического урожая (основной культуры) или выращивается на землях, которые не могут использоваться для эффективного выращивания продовольственных культур, а в некоторых случаях и дополнительной воды или удобрение применяется к ним. Источники сырья второго поколения, не относящиеся к человеческому корму, включают травы, ятрофа и другие семенные культуры, отработанное растительное масло, муниципальные твердые отходы и т. Д.

Это имеет как преимущества, так и недостатки. Преимущество состоит в том, что, в отличие от обычных продовольственных культур, никакие пахотные земли не используются исключительно для производства топлива. Недостатком является то, что в отличие от обычных продовольственных культур, может быть довольно сложно добывать топливо. Например, для переработки лигноцеллюлозной биомассы в жидкие топлива, пригодные для транспортировки, может потребоваться серия физических и химических методов обработки.

Биотопливо третьего поколения
С 1978 по 1996 год американская NREL экспериментировала с использованием водорослей в качестве источника биотоплива в «Программе водных видов». В опубликованной в статье статье Майкла Бриггса в UNH Biofuels Group предлагаются оценки для реальной замены всего автомобильного топлива биотопливом с использованием водорослей с содержанием масла более 50%, которые, по мнению Бриггса, можно выращивать на водоемах водорослей на очистных сооружениях. Эти богатые нефтью водоросли можно затем экстрагировать из системы и перерабатывать в биотопливо, причем высушенный остаток дополнительно перерабатывают для получения этанола. Добыча водорослей для сбора нефти для биотоплива еще не проводилась в коммерческих масштабах, но были проведены технико-экономические исследования для достижения вышеуказанной оценки урожайности. В дополнение к прогнозируемому высокому урожаю, альгакультура — в отличие от биотоплива на основе сельскохозяйственных культур — не приводит к снижению производства продуктов питания, поскольку для этого не требуются ни сельскохозяйственные угодья, ни пресная вода. Многие компании проводят биореакторы водорослей для различных целей, включая расширение производства биотоплива до коммерческого уровня. Профессор Родриго Э. Тейшейра из Университета Алабамы в Хантсвилле продемонстрировал извлечение липидов биотоплива из влажных водорослей с помощью простой и экономичной реакции в ионных жидкостях.

Биотопливо четвертого поколения
Подобно биотопливу третьего поколения, биотопливо четвертого поколения производится с использованием непахотных земель. Однако, в отличие от биотоплива третьего поколения, они не требуют уничтожения биомассы. Этот класс биотоплива включает электротопливо и фотобиологическое солнечное топливо. Некоторые из этих видов топлива являются нейтральными по отношению к углероду. Конверсия сырой нефти из семян растения в полезные виды топлива называется переэтерификацией.

Типы
Следующие виды топлива могут быть получены с использованием процедур производства биотоплива первого, второго, четвертого или четвертого поколения. Большинство из них могут даже производиться с использованием двух или трех различных процедур производства биотоплива.

биогаз
Биогаз — это метан, полученный путем анаэробного переваривания органического материала анаэробами. Он может быть получен либо из биодеградируемых отходов, либо путем использования энергетических культур, подаваемых в анаэробные пищеварительные установки, в дополнение к выходам газа. Твердый побочный продукт, дигестат, может использоваться в качестве биотоплива или удобрения.

Биогаз может быть извлечен из систем обработки отходов механической биологической обработки. Свалка газа, менее чистая форма биогаза, производится на свалках путем естественного анаэробного сбраживания. Если он выйдет в атмосферу, это потенциальный парниковый газ.

Фермеры могут производить биогаз из навоза из своего крупного рогатого скота с помощью анаэробных варочных котлов.

Syngas
Синтез, смесь монооксида углерода, водорода и других углеводородов, образуется путем частичного сжигания биомассы, то есть сжигания с количеством кислорода, которое недостаточно для полного преобразования биомассы в углекислый газ и воду. Перед частичным сжиганием биомасса высушивается и иногда пиролизуется. Полученная газовая смесь, синтез-газ, более эффективна, чем непосредственное сжигание исходного биотоплива; извлекается больше энергии, содержащейся в топливе.

Синтез может сжигаться непосредственно в двигателях внутреннего сгорания, турбинах или высокотемпературных топливных элементах. Генератор древесного газа, реактор газификации на древесном топливе, может быть подключен к двигателю внутреннего сгорания.

Синтез можно использовать для получения метанола, ДМЭ и водорода или превращать в процессе Фишера-Тропша для получения дизельного заменителя или смеси спиртов, которые могут быть смешаны с бензином. Обычно газификация зависит от температуры выше 700 ° C.

Низкотемпературная газификация является желательной при совместном продуцировании биочара, но приводит к образованию синтез-газа, загрязненного смолой.

Этиловый спирт
Биологически продуцируемые спирты, чаще всего этанол и реже пропанол и бутанол, получают путем воздействия микроорганизмов и ферментов путем ферментации сахаров или крахмалов (проще всего) или целлюлозы (что более сложно). Биобутанол (также называемый биогазолином) часто заявляют, что он обеспечивает прямую замену бензина, поскольку он может использоваться непосредственно в бензиновом двигателе.

Топливо этанола является наиболее распространенным биотопливом во всем мире, особенно в Бразилии. Алкогольные топлива производятся путем ферментации сахаров, полученных из пшеницы, кукурузы, сахарной свеклы, сахарного тростника, мелассы и любого сахара или крахмала, из которых могут быть изготовлены алкогольные напитки, такие как виски (например, картофельные и фруктовые отходы и т. Д.). Используемые способы получения этанола — ферментативное расщепление (высвобождение сахаров из хранимых крахмалов), ферментация сахаров, дистилляция и сушка. Процесс перегонки требует значительных затрат энергии на тепло (иногда неустойчивое природное топливо на ископаемом топливе, но целлюлозная биомасса, такая как багас, отходы, оставленные после того, как сахарный тростник прессуется для извлечения его сока, является наиболее распространенным топливом в Бразилии, а гранулы, древесная щепа а также отработанное тепло более распространены в Европе). Отработанный пар — это этанольная фабрика, где отработанное тепло от заводов также используется в сетях централизованного теплоснабжения.

Этанол может использоваться в бензиновых двигателях в качестве замены бензина; его можно смешивать с бензином до любого процента. Большинство существующих автомобильных бензиновых двигателей могут работать на смеси до 15% биоэтанола с нефтью / бензином. Этанол имеет меньшую плотность энергии, чем плотность бензина; это означает, что для получения такого же объема работы требуется больше топлива (объем и масса). Преимущество этанола (CH
3CH
2OH) заключается в том, что он имеет более высокий октановый показатель, чем бензин, не содержащий этанола, доступный на придорожных бензоколонках, что позволяет увеличить коэффициент сжатия двигателя для повышения тепловой эффективности. В местах с высокой высотой (тонким воздухом) некоторые государства предусматривают сочетание бензина и этанола в качестве зимнего окислителя для снижения выбросов в атмосферу.

Этанол также используется для сжигания биоэтаноловых каминов. Поскольку они не требуют дымохода и «бескомпромиссны», пожары на биоэтаноле чрезвычайно полезны для вновь построенных домов и квартир без дымохода. Недостатки этих каминов заключаются в том, что их тепловая мощность немного меньше, чем электрическое отопление или газовые пожары, и необходимо принять меры предосторожности, чтобы избежать отравления угарным газом.

Кукуруза-этанол и другие запасы продовольствия привели к развитию целлюлозного этанола. Согласно совместной исследовательской программе, проводимой Министерством энергетики США, соотношение ископаемых энергоносителей (FER) для целлюлозного этанола, этанола кукурузы и бензина составляет соответственно 10,3, 1,36 и 0,81.

Этанол имеет примерно треть потребления энергии на единицу объема по сравнению с бензином. Это частично противодействует лучшей эффективности использования этанола (при долгосрочном испытании более 2,1 миллиона км, проект BEST показал, что автомобили FFV будут на 1-26% более энергоэффективными, чем бензиновые автомобили, но объемное потребление увеличивается на примерно 30%, поэтому требуется больше остановок топлива).

При нынешних субсидиях этанольное топливо немного дешевле на расстояние, пройденное в Соединенных Штатах.

Другие биоспирты
В настоящее время метанол производится из природного газа, невозобновляемого ископаемого топлива. В будущем ожидается, что он будет получен из биомассы в качестве биометанола. Это технически осуществимо, но производство в настоящее время переносится на опасения Джейкоба С. Гиббса и Бринсли Колеберда о том, что экономическая жизнеспособность еще не решена. Экономика метанола является альтернативой водородной экономике, по сравнению с сегодняшним производством водорода из природного газа.

Бутанол (C
4H
9OH) образуется путем ферментации ABE (ацетон, бутанол, этанол), а экспериментальные модификации процесса показывают потенциально высокую чистую прирост энергии при использовании бутанола в качестве единственного жидкого продукта. Бутанол будет производить больше энергии и, как утверждается, может быть сожжен «прямо» в существующих бензиновых двигателях (без модификации двигателя или автомобиля) и менее коррозионным и менее водорастворимым, чем этанол, и может распространяться через существующие инфраструктуры. DuPont и BP работают вместе, чтобы помочь в разработке бутанола. Штаммы Escherichia coli также были успешно сконструированы для производства бутанола путем изменения их метаболизма аминокислот. Одним из недостатков в производстве бутанола в E. coli остается высокая стоимость богатых питательными веществами носителей, однако недавняя работа продемонстрировала, что E. coli может продуцировать бутанол с минимальными питательными добавками.

Биодизель
Биодизель является самым распространенным биотопливом в Европе. Он производится из масел или жиров с использованием переэтерификации и представляет собой жидкость, похожую по составу на ископаемое / минеральное дизельное топливо. Химически он состоит в основном из метиловых (или этиловых) эфиров жирных кислот (FAMEs). Сырьем для биодизеля являются животные жиры, растительные масла, соя, рапс, ятрофа, махуа, горчица, лен, подсолнечник, пальмовое масло, пенька, полевая пеньница, понгамская пинната и водоросли. Чистый биодизель (B100, также известный как «аккуратный» биодизель) в настоящее время снижает выбросы до 60% по сравнению с дизельным двигателем второго поколения B100.

Биодизель может использоваться в любом дизельном двигателе при смешивании с минеральным дизелем. Его также можно использовать в чистом виде (B100) в дизельных двигателях, но при использовании зимой могут возникать некоторые проблемы с обслуживанием и эксплуатацией, так как при более низких температурах топливо становится несколько более вязким, в зависимости от используемого сырья. В некоторых странах производители покрывают свои дизельные двигатели под гарантию на использование B100, хотя, например, Volkswagen из Германии просит водителей проверить по телефону с отделом экологических служб VW до перехода на B100. В большинстве случаев биодизель совместим с дизельными двигателями с 1994 года, которые используют синтетический каучук «Viton» (по Дюпон) в своих механических системах впрыска топлива. Обратите внимание, однако, что никакие транспортные средства не сертифицированы для использования чистого биодизеля до 2014 года, поскольку до этой даты не существует протокола контроля за выбросами для биодизеля.

Электронно-управляемые системы типа «common rail» и «unit injector» с конца 1990-х годов могут использовать только биодизель, смешанное с обычным дизельным топливом. Эти двигатели имеют точно дозированные и распыленные многоступенчатые системы впрыска, которые очень чувствительны к вязкости топлива. Многие современные дизельные двигатели производятся так, что они могут работать на B100 без изменения самого двигателя, хотя это зависит от конструкции топливной рампы. Поскольку биодизель является эффективным растворителем и очищает остатки, осажденные минеральным дизельным топливом, фильтры двигателей, возможно, придется заменять чаще, так как биотопливо растворяет старые отложения в топливном баке и трубах. Он также эффективно очищает камеру сгорания двигателя отложений углерода, помогая поддерживать эффективность. Во многих европейских странах широко используется 5-процентная смесь биодизеля и доступна на тысячах автозаправочных станций. Биодизель также является кислородсодержащим топливом, то есть он содержит уменьшенное количество углерода и более высокое содержание водорода и кислорода, чем ископаемое дизельное топливо. Это улучшает сгорание биодизеля и уменьшает выбросы твердых частиц из несгоревшего углерода. Однако использование чистого биодизеля может увеличить выбросы NOx

Биодизель также безопасен в обращении и транспортировке, потому что он нетоксичен и биоразлагается и имеет высокую температуру вспышки около 148 ° C (300 ° F) по сравнению с дизельным топливом с температурой вспышки 125 ° F (52 ° С).

В США более 80% коммерческих грузовиков и городских автобусов работают на дизельном топливе. По прогнозам, появляющийся американский рынок биодизеля вырастет на 200% с 2004 по 2005 год. «К концу 2006 года производство биодизеля увеличилось в четыре раза [с 2004 года] до более чем 1 миллиарда галлонов США (3 800 000 м3).

Во Франции биодизель включен в размере 8% в топливе, используемом всеми французскими дизельными транспортными средствами. Avril Group производит под брендом Diester, пятую часть из 11 миллионов тонн биодизеля, потребляемого ежегодно Европейским Союзом. Это ведущий европейский производитель биодизеля.

Зеленый дизель
Зеленый дизель производится посредством гидрокрекинга биологического нефтяного сырья, такого как растительные масла и животные жиры. Гидрокрекинг — это метод нефтепереработки, который использует повышенные температуры и давление в присутствии катализатора для разрушения более крупных молекул, таких как те, которые содержатся в растительных маслах, в более короткие углеводородные цепи, используемые в дизельных двигателях. Его также можно назвать возобновляемым дизельным топливом, гидроочищенным растительным маслом или возобновляемым дизельным топливом на основе водорода. В отличие от биодизеля, зеленый дизель имеет те же самые химические свойства, что и дизельное топливо на нефтяной основе. Он не требует, чтобы новые двигатели, трубопроводы или инфраструктура распространялись и использовались, но не производились по цене, конкурентоспособной с нефтью. Также разрабатываются версии бензина. Зеленый дизель разрабатывается в Луизиане и Сингапуре компаниями ConocoPhillips, Neste Oil, Valero, Dynamic Fuels и Honeywell UOP, а также Preem в Гетеборге, Швеция, создавая так называемый Evolution Diesel.

Прямое растительное масло
Прямое немодифицированное съедобное растительное масло обычно не используется в качестве топлива, но для этой цели используется масло более низкого качества. Используемое растительное масло все чаще перерабатывается в биодизель или (реже) очищается от воды и твердых частиц, а затем используется в качестве топлива.

Как и для 100% -ного биодизеля (B100), чтобы топливные форсунки распыляли растительное масло в правильной схеме для эффективного сжигания, растительное масло для масла должно быть нагрет, чтобы снизить его вязкость до уровня дизельного топлива, как электрическими катушками, так и теплообменниками. Это легче в теплом или умеренном климате. MAN B & W Diesel, Wärtsilä и Deutz AG, а также ряд небольших компаний, таких как Elsbett, предлагают двигатели, совместимые с прямым растительным маслом, без необходимости модификации после рынка.

Растительное масло также может использоваться во многих старых дизельных двигателях, которые не используют электронные системы впрыска топлива с электронным впрыском или впрыска. Благодаря конструкции камер сгорания в двигателях с непрямым впрыском, это лучшие двигатели для использования с растительным маслом. Эта система позволяет относительно большему количеству молекул масла больше времени гореть. Некоторые более старые двигатели, особенно Mercedes, экспериментально управляются энтузиастами без какой-либо конверсии, несколько водителей испытывают ограниченный успех с ранее установленными двигателями VW TDI «Pumpe Duse» и другими подобными двигателями с прямым впрыском. Несколько компаний, таких как Elsbett или Wolf, разработали профессиональные конверсионные комплекты и успешно установили сотни из них за последние десятилетия.

Масла и жиры могут быть гидрированы, чтобы получить заменитель дизельного топлива. Полученный продукт представляет собой углеводород с прямой цепью с высоким цетановым числом, низким содержанием ароматических соединений и серы и не содержит кислорода. Гидрированные масла можно смешивать с дизельным топливом во всех пропорциях. У них есть несколько преимуществ перед биодизелем, в том числе хорошая производительность при низких температурах, отсутствие проблем с устойчивостью к хранению и отсутствие чувствительности к микробной атаке.

Bioethers
Биоэфиры (также называемые топливными эфирами или кислородсодержащими топливами) являются экономически эффективными соединениями, которые действуют как усилители с октановым числом. «Биоэфиры получают реакцией реакционноспособных изоолефинов, таких как изобутилен, с биоэтанолом». Биоэфиры создаются пшеницей или сахарной свеклой. Они также повышают производительность двигателя, значительно снижая износ двигателя и токсичные выбросы выхлопных газов. Несмотря на то, что биоэфиры, вероятно, заменят петроэфиры в Великобритании, маловероятно, что они сами станут топливом из-за низкой плотности энергии. Значительно уменьшая количество выбросов озона на уровне земли, они вносят вклад в качество воздуха.

Когда речь заходит о транспортном топливе, имеется шесть эфирных добавок: диметиловый эфир (ДМЭ), диэтиловый эфир (DEE), метилтермический бутиловый эфир (MTBE), этилтербутиловый эфир (ETBE), тер-амиловый метиловый эфир (TAME) , и тер-амиловый этиловый эфир (TAEE).

Европейская ассоциация топливных оксигенатов (EFOA) кредитует метил-трет-бутиловый эфир (MTBE) и этил-трет-бутиловый эфир (ETBE) в качестве наиболее часто используемых эфиров в топливе для замены свинца. Эфиры были введены в Европе в 1970-х годах для замены высокотоксичного соединения. Хотя европейцы по-прежнему используют добавки биоэфира, у США больше нет требования к кислороду, поэтому биоэфиры больше не используются в качестве основной топливной добавки.

Топливо с твердой биомассой
Примеры включают древесину, опилки, обрезки травы, бытовые мусор, древесный уголь, сельскохозяйственные отходы, непищевые энергетические культуры и сушеный навоз.

Когда твердая биомасса уже находится в подходящей форме (например, дрова), она может гореть непосредственно в печи или печи для обеспечения тепла или повышения пара. Когда твердая биомасса находится в неудобной форме (такой как опилки, древесная щепа, трава, древесные отходы, сельскохозяйственные остатки), типичным процессом является уплотнение биомассы. Этот процесс включает измельчение исходной биомассы до соответствующего размера частиц (известного как hogfuel), который в зависимости от типа уплотнения может составлять от 1 до 3 см (0,4-1,2 дюйма), который затем концентрируется в топливном продукте. Нынешние процессы производят древесные гранулы, кубики или шайбы. Процесс гранулы наиболее распространен в Европе и обычно представляет собой чистый древесный продукт. Другие типы уплотнения более крупные по размеру по сравнению с гранулой и совместимы с широким диапазоном входного сырья. Полученное уплотненное топливо легче транспортировать и подавать в системы тепловой генерации, такие как котлы.

Опилки, кора и чипсы уже используются в течение десятилетий для топлива в промышленных процессах; примеры включают целлюлозно-бумажную промышленность и промышленность сахарного тростника. Бойлеры в диапазоне 500 000 фунтов / час пара и более крупные, в обычной эксплуатации, используют колосниковые решетки, разбрасыватель соковыжималки, сжигание суспензии и сжигание в псевдоожиженном слое. Утилиты генерируют мощность, обычно в диапазоне от 5 до 50 МВт, с использованием местного топлива. В других отраслях промышленности также были установлены котлы и сушилки с древесными отходами в районах с дешевым топливом.

Одним из преимуществ твердого топлива для биомассы является то, что он часто является побочным продуктом, остатком или отходами других процессов, таких как сельское хозяйство, животноводство и лесное хозяйство. Теоретически это означает, что производство топлива и продуктов питания не конкурирует за ресурсы, хотя это не всегда так.

Проблема сжигания твердого топлива из биомассы заключается в том, что она выделяет значительные количества загрязняющих веществ, таких как частицы и полициклические ароматические углеводороды. Даже современные котлы-гранулы генерируют гораздо больше загрязняющих веществ, чем нефтяные или газовые котлы. Пеллеты из сельскохозяйственных отходов обычно хуже, чем древесные гранулы, производя гораздо большие выбросы диоксинов и хлорфенолов.

Выработанное топливо представляет собой биочар, который образуется при пиролизе биомассы. Биохарак из сельскохозяйственных отходов может заменить древесный уголь. Поскольку запас древесины становится дефицитным, эта альтернатива набирает силу. Например, в восточной части Демократической Республики Конго брикеты из биомассы продаются в качестве альтернативы древесному углю для защиты национального парка Вирунга от обезлесения, связанного с производством древесного угля.

Текущее исследование
Продолжается работа по поиску более подходящих культур для производства биотоплива и повышению урожайности этих культур. Используя текущие урожаи, потребуется огромное количество земли и пресной воды для производства достаточного количества масла, чтобы полностью заменить использование ископаемого топлива. Для того чтобы удовлетворить текущие потребности в отоплении и транспортировке в США, потребуется вдвое больше площади суши США, или две трети, которые будут направлены на производство рапса.

Специально разведенные сорта горчицы могут давать достаточно высокие урожаи нефти и очень полезны при севообороте зерновыми культурами и имеют дополнительное преимущество в том, что еда, оставшаяся после выталкивания масла, может действовать как эффективный и биодеградируемый пестицид.

NFESC, основанная в Сан-Барбаре Biodiesel Industries, работает над разработкой технологий биотоплива для военно-морских сил США и военных, одного из крупнейших в мире производителей дизельного топлива. Группа испанских разработчиков, работающих в компании Ecofasa, объявила о выпуске нового биотоплива из мусора. Топливо создается из общих городских отходов, которые обрабатываются бактериями для производства жирных кислот, которые могут быть использованы для производства биотоплива. До его закрытия Joule Unlimited пыталась сделать дешевый этанол и биодизель из генетически модифицированной фотосинтетической бактерии.

Биотопливо этанола (биоэтанол)
Являясь основным источником биотоплива в Северной Америке, многие организации проводят исследования в области производства этанола. Национальный исследовательский центр по выращиванию кукурузы и этанола (NCERC) является исследовательским подразделением Университета Южного Иллинойса Эдвардсвилл, специализирующимся исключительно на исследовательских проектах по разработке биотоплива на основе этанола. На федеральном уровне Министерство сельского хозяйства США проводит большое количество исследований в области производства этанола в Соединенных Штатах. Большая часть этих исследований нацелена на эффект производства этанола на внутренних продовольственных рынках. Отделение Министерства энергетики США, Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL), также провело различные исследовательские проекты по этанолу, главным образом в области целлюлозного этанола.

Коммерциализация целлюлозного этанола — это процесс создания промышленности из методов превращения целлюлозосодержащего органического вещества в топливо. Компании, такие как Iogen, POET и Abengoa, строят нефтеперерабатывающие заводы, которые могут перерабатывать биомассу и превращать ее в биоэтанол. Компании, такие как Diversa, Novozymes и Dyadic, производят ферменты, которые могут обеспечить будущее целлюлозного этанола. Переход от кормопроизводства к отработанным остаткам и родным травам открывает широкие возможности для целого ряда игроков: от фермеров до биотехнологических фирм и от разработчиков проектов до инвесторов.

С 2013 года начались работы первых промышленных предприятий по производству целлюлозных биотоплив. Используются несколько путей для конверсии различных биотопливных исходных материалов. В ближайшие несколько лет станут доступны данные о стоимости этих технологий, работающих в коммерческом масштабе, и их относительная производительность. Извлеченные уроки снижают затраты на вовлеченные промышленные процессы.

В некоторых частях Азии и Африки, где преобладают засушливые земли, изучается сладкий сорго как потенциальный источник пищи, комбикормов и топлива. Урожай особенно подходит для выращивания в засушливых условиях, так как он извлекает только одну седьмую часть воды, используемой сахарным тростником. В Индии и других местах сладкие стебли сорго используются для производства биотоплива путем сжимания сока и затем ферментации в этанол.

Исследование, проведенное исследователями Международного научно-исследовательского института сельскохозяйственных культур для полузасушливых тропиков (ICRISAT), показало, что выращивание сладкого сорго вместо зернового сорго может увеличить доходы фермеров на 40 долл. США за гектар на каждый урожай, поскольку оно может обеспечить топливо в дополнение к пище и животным кормить. С зерновым сорго, который в настоящее время выращивается на более чем 11 миллионах гектаров в Азии и 23,4 миллиона гектаров в Африке, переход на сладкий сорго может оказать значительное экономическое воздействие.

Ятрофа
Несколько групп в различных секторах проводят исследования ярофических курков, ядовитого кустарникового дерева, которое производит семена, которые многие считают жизнеспособным источником растительного масла биотоплива. Большая часть этих исследований сосредоточена на улучшении общей урожайности нефти на акров Ятрофы путем развития генетики, почвоведения и практики садоводства.

SG Biofuels, разработчик jatropha на основе Сан-Диего, использовал молекулярное размножение и биотехнологию для производства элитных гибридных семян, которые демонстрируют значительное улучшение урожайности по сравнению с сортами первого поколения. SG Biofuels также заявляет о дополнительных преимуществах от таких штаммов, включая улучшенную синхронизацию цветения, более высокую устойчивость к вредителям и болезням и повышенную толерантность к холодной погоде.

Plant Research International, отдел Университета Вагенингена и Исследовательского центра в Нидерландах, ведет постоянный проект оценки Jatropha, который рассматривает возможность крупномасштабного выращивания ятрофы на полевых и лабораторных экспериментах. Центр устойчивого энергетического земледелия (CfSEF) — некоммерческая научно-исследовательская организация в Лос-Анджелесе, специализирующаяся на исследованиях ятрофы в области растениеводства, агрономии и садоводства. По прогнозам, успешное исследование этих дисциплин приведет к увеличению урожайности ятрофной фермы на 200-300% в ближайшие 10 лет.

Грибы
Группа в Российской академии наук в Москве в статье за ​​2008 год заявила, что они изолировали большое количество липидов от одноцепочечных грибов и превратили их в биотопливо экономически эффективным способом. Больше исследований этого грибкового вида, Cunninghamella japonica и других, скорее всего, появится в ближайшем будущем. Недавнее открытие варианта гриба Gliocladium roseum (позже переименованного в Ascocoryne sarcoides) указывает на производство так называемого микодизеля из целлюлозы. Этот организм был недавно обнаружен в тропических лесах северной Патагонии и обладает уникальной способностью превращать целлюлозу в углеводороды средней длины, обычно находящиеся в дизельном топливе. Было обнаружено, что многие другие грибы, способные разлагать целлюлозу и другие полимеры, производят молекулы, которые в настоящее время разрабатываются с использованием организмов из других королевств, что указывает на то, что грибы могут играть большую роль в биопроизводстве топлива в будущем (см. Обзор).

Бактерии кишечника животных
Микробная желудочно-кишечная флора у разных животных показала потенциал для производства биотоплива. Недавние исследования показали, что TU-103, штамм бактерий Clostridium, обнаруженный в фекалиях Zebra, может превращать почти любую форму целлюлозы в бутаноловое топливо. Микробы в отходах панды исследуются для их использования при создании биотоплива из бамбука и других растительных материалов. There has also been substantial research into the technology of using the gut microbiomes of wood-feeding insects for the conversion of lignocellulotic material into biofuel.