Druhy biopaliv: srovnání pevných, kapalných, plynných látek

Alternativou k tradičním energetickým zdrojům jsou různé druhy biopaliv, jejichž výroba použité rostlinné nebo živočišné suroviny, průmyslový odpad a výsledky života organismů.

Navrhujeme pochopit výhody a nevýhody používání tohoto paliva, naučit se vlastnosti funkčnost, jakož i hodnotit účinnost používání různých typů biopaliv. Tyto informace pomohou při výběru alternativních zdrojů energie.

Obsah článku:

  • Co je biopalivo
  • Výhody a nevýhody biopaliv
  • Generace alternativních paliv
  • Tři druhy biopaliv
    • Typ # 1: Pevné
    • Typ # 2: kapalina
    • Typ # 3: Plynný
  • Závěry a užitečné video na toto téma

Co je biopalivo

Nejslibnějšími oblastmi v oblasti energetiky jsou technologie využívající obnovitelné zdroje, mezi něž patří biopaliva.

Palivové dřevo - tradiční forma biopaliv

Nejběžnějším typem biopaliv je konvenční palivové dřevo. 38% světové populace je využívá k vytápění a vaření

Jako surovinu pro jeho výrobu můžete brát biomasu rostlinného / živočišného původu, včetně průmyslových odpadů nebo živočišných zbytků.

Zpracování těchto látek je termochemická nebo biologická metoda, v druhém případě se palivo získává za použití různých typů mikroorganismů.

Dynamika výroby biopaliv

Podíl biopaliv neustále roste, což přispívá k zachování zdrojů fosilních uhlovodíků (+)

V mnoha zemích existují zvláštní programy na zvýšení podílu biopaliv na vnitrostátní a regionální spotřebě energie. V řadě států existují také povinné normy pro používání tohoto zdroje energie.

Výhody a nevýhody biopaliv

Biologické typy paliv mají své kladné i záporné stránky. Zájem o využití tohoto typu surovin díky jeho nesporným výhodám.

Patří mezi ně:

  • Hodnota rozpočtu. I když se v současné době cena biopaliv prakticky shoduje s cenou benzínu, biologické látky jsou považovány za výhodnější druh paliva, protože při spalování produkují méně emisí. Biopaliva jsou vhodná pro použití v různých podmínkách, zatímco mohou být přizpůsobena motorům různých provedení. Další výhodou je optimalizace motoru, která zůstává čistá déle díky malému množství sazí a výfukových plynů.
  • Mobilita. Biopaliva se liší od jiných alternativních možností energie svou mobilitou. Konstrukce solárních a větrných elektráren obvykle zahrnuje těžké baterie, takže jsou často jsou trvale používány, zatímco biopalivo může být přepravováno z jednoho regionu do další.
  • Obnovitelná energie. I když podle výzkumníků budou existující ložiska ropy trvat nejméně několik set let, zásoby nerostných surovin jsou stále konečné. Biopaliva vyrobená z rostlin a živočišného odpadu patří mezi obnovitelné zdroje, které nejsou v dohledné době ohroženy vyhynutím.
  • Ochrana atmosféry Země. Hlavní nevýhodou tradičních uhlovodíků je velké procento CO.2který se uvolňuje při spalování. Tento plyn vytváří skleníkový efekt v atmosféře naší planety a vytváří podmínky pro globální oteplování. Během spalování biologických látek se množství oxidu uhličitého sníží na 65%. Kromě toho plodiny používané při výrobě biopaliv spotřebovávají oxid uhelnatý, což snižuje jeho podíl ve vzduchu.
  • Ekonomické zabezpečení. Zásoby uhlovodíků jsou nerovnoměrně rozděleny, proto jsou některé státy nuceny nakupovat ropu nebo zemní plyn, utrácet velké množství peněz na nákup, dopravu a skladování. Různých druhů biologického paliva lze získat téměř v každé zemi. Pokud jde o jeho výrobu a zpracování, bude nutné vytvořit nové podniky a pracovní místa tak budou přínosem pro národní hospodářství a budou mít pozitivní vliv na blahobyt lidí.

Zlepšení technologie a vývoj nových metod zvýší pozitivní účinky biopaliv. Vývoj technologií využívajících plankton a řasy tak významně sníží jeho cenu.

Zároveň je v současné fázi vývoje vědy a techniky výroba biopaliv spojena s řadou potíží a nepříjemností. Jedná se především o přirozená omezení pěstování rostlin.

Pro růst plodin používaných pro produkci biomasy je třeba zvážit řadu faktorů, a to: \ t

  • Použití vody. Zemědělské rostliny spotřebovávají velké množství vody, což je omezený zdroj, zejména na suchých místech.
  • Invazivita. Kultury pěstované na pohonné hmoty jsou často agresivní. Oni utopí autentické flóry, které mohou ovlivnit biologickou rozmanitost a ekosystém regionu.
  • Hnojiva. Růst mnoha rostlin vyžaduje přidání živin, které mohou poškodit jiné plodiny nebo obecný ekosystém.
  • Klima Samostatné klimatické zóny (například poušť nebo tundra) nejsou vhodné pro pěstování plodin na biopaliva.

Aktivní pěstování zemědělských plodin je spojeno s vyčerpáním zemědělských zdrojů, což může vést k nedodržování pravidel zemědělského inženýrství vést ke snížení obsahu prospěšných složek půdy a následně k jejich vyčerpání, což způsobí zhoršení potravy. problémy.

Narušení ekosystému. Pro výrobu biomasy obvykle vyžaduje rozšíření území zapojených do zemědělství.

Pro tento účel se často provádí čištění území, které vede ke zničení mikrokosystému (například lesů), smrti rostlin a zvířat.

Cukrová třtina

Pro výrobu biopaliv se již pěstuje velké množství zemědělských plodin. Více než 50% řepky produkované v Evropě, více než třetina amerického obilí a téměř polovina cukrové třtiny pěstované v Brazílii se používá na výrobu biomasy.

Existují problémy s pěstováním monokultur. Chcete-li získat více biomasy výnos, producenti často zasít zemi s určitou rostlinou. Tato praxe se ve stavu zemědělské půdy příliš neprojevuje, protože monokultura vede ke změně životního prostředí.

Na polích obsazených jedním druhem rostlin se obvykle parazitují speciální druhy škůdců. Pokus o jejich kontrolu insekticidy a pesticidy vede pouze k rozvoji rezistence na tyto látky.

Aby se předešlo výše popsaným problémům, vědci doporučují nezanedbávat biologickou rozmanitost plodin, kombinovat několik rostlin v polích, stejně jako používat místní odrůdy flóry.

Generace alternativních paliv

Široká škála rostlinných surovin používaných pro biomasu může být rozdělena do několika generací.

První generace. Tato kategorie zahrnuje plodiny, které obsahují vysoké procento škrobu, cukrů, tuků. Jedná se o populární rostliny jako kukuřice, cukrová řepa, řepka, sója.

Vzhledem k tomu, že pěstování těchto plodin je škodlivé pro klima a jejich odstranění z trhu ovlivňuje ceny produktů, vědci se je snaží nahradit jinými druhy biomasy.

Suroviny první generace

Ze zemědělských závodů patřících do první generace surovin se v současné době vyrábí téměř všechny typy moderních kapalných paliv (bionafta, ethanol).

Druhá generace. Skupina biomasy zahrnuje dřevo, trávu, zemědělské odpady (skořápky, slupky). Získávání biopaliv z těchto surovin je nákladné, avšak řeší problém likvidace zbytků nepotravinářských výrobků současnou výrobou hořlavých materiálů.

Charakteristikou kultur zahrnutých v této odrůdě je přítomnost ligninu a celulózy v nich. Díky nim může být biomasa spalována a zplyňována a také vystavena pyrolýze, čímž se získává kapalné palivo.

Hlavní nevýhodou biomasy druhé generace je nedostatek návratnosti na jednotku plochy, proto je třeba na tyto plodiny vyčlenit značné zdroje půdy.

Třetí generace. Surovinou pro výrobu biopaliv jsou řasy, které se pěstují v průmyslovém měřítku, například v otevřené vodě.

Biopalivo z řas

Nejslibnější možností jsou biopaliva odvozená z jednobuněčných řas. Tyto rostliny rychle získávají hmotu, zatímco pro jejich kultivaci nevyžaduje úrodnou půdu

Tato praxe má velké vyhlídky, ale v současné době se tyto technologie vyvíjejí. Vědci také provádějí výzkum tvorby technik, které umožňují získat biopaliva čtvrté a dokonce i páté generace.

Tři druhy biopaliv

V závislosti na stavu agregace látky existují tři hlavní typy biopaliv:

  1. Pevné: palivové dřevo, rašelina, živočišný odpad a zemědělská výroba.
  2. KapalinaBionafta, dimethylether, bioethanol, biobutanol.
  3. Plynný: bioplyn, metan, biohydrogen.

Každý typ látky má svá specifika, která bude popsána níže.

Typ # 1: Pevné

Mezi nejoblíbenější pevné odrůdy biopaliv patří dřevo, rašelina, živočišný odpad.

Dřevo (palivové dřevo, štěpky, piliny)

Starobylá forma biopaliv je dobře známé palivové dřevo, které se již dlouho používá pro vytápění domácností a vaření. Doposud se aktivně využívají v různých zemích k výrobě tepla / elektřiny, zejména velká rakouská tepelná elektrárna s kapacitou 66 megawattů pracuje na palivovém dříví.

Tyto suroviny mají zároveň nevýhody. Energetická hodnota palivového dříví je poměrně malá: při hoření se část látky hromadí ve formě sazí, v důsledku čehož musí být krby a kamna pravidelně čištěny. Kromě toho trvá čas doplnit zásoby dřeva - nové stromy porostou pouze za 15-20 let.

Vynikající alternativou k běžnému palivovému dříví jsou pelety (granule), pro které se používá nestandardní dřevo: kůra, štěpky, lisované pilinyvětví

Pelety různých odstínů

Pelety získané ze dřeva, rašeliny a různých odpadů mají jinou barvu. Světlé barvy se používají pro vytápění krbů a kamen, zatímco tmavé, s vysokým obsahem kůry, jsou určeny pro kotle na tuhá paliva.

Pro výrobu palivových pelet jsou suroviny rozemlety na prach, který je pak sušen a lisován při vysoké teplotě. Díky ligninu obsaženému ve dřevě se vytvoří lepivá hmota, ze které se vytvoří malé válce o délce 5 až 70 mm a průměru 6 až 10 mm.

Palivové brikety

Moderní alternativou k tradičnímu palivovému dříví jsou palivové brikety čtyř, šesti nebo oktaedrických tvarů. Tento ekologický materiál má vysoký přenos tepla.

Výrobu pelet si můžete nastavit sami. briketovací lis.

Mezi oblíbené typy biopaliv patří dřevní štěpky, které často slouží jako zdroj energie pro evropské tepelné elektrárny. Výroba této suroviny se provádí na těžebních místech nebo na speciálních výrobních linkách vybavených drticími stroji.

Bažina a lesní rašelina

Toto je obyčejná forma biopaliv, užitý na domácí a průmyslové účely po celá staletí. Rašelina je vrstva mechu, která se v bažinovém prostředí zcela nerozložila a je sklizena v mnoha zemích světa: Rusku, Bělorusku, Kanadě, Švédsku, Indonésii a dalších.

Extrakce rašeliny v močálech

Rašelina obsahující 50-60% uhlíku je považována za populární plynový materiál. Tato cenná surovina může být použita nejen jako palivo, ale také jako hnojivo nebo tepelný izolátor.

Pro pohodlí výrobního procesu se biomasa obvykle zpracovává na místě těžby. Způsob spočívá v čištění (prosévání) surovin z vnějších odstávek, následuje sušení a lisování ve formě briket nebo granulí.

Zemědělské odpadní palivo

V zemědělské produkci se zpravidla hromadí velké množství různorodých rostlinných odpadů: vnější skořápky rostlin, skořápky, sláma.

Takové suroviny mohou být také lisovány a granulovány pro získání palivových pelet, jejichž vlastnosti se prakticky neliší od pelet vyrobených z dřevní biomasy.

Biopaliva živočišného původu

Spolu s dřívím v dávných dobách lidé začali používat palivo živočišného původu, jmenovitě hnůj - sušený hnůj domácích zvířat. Moderní technologie sušení a zpracování podobných surovin umožňují získat pevné odrůdy biopaliv, zcela bez nepříjemného zápachu.

Živočišné odpadní palivo

Po dlouhou dobu používali kočovní lidé jako palivo sušené hnoje koní, velbloudů a skotu. V současné době se biopalivo vyrábí z odpadů domácích zvířat ve formě briket nebo pelet.

Jelikož se v současné době živočišný odpad hromadí v průmyslovém měřítku, výroba paliva z nich současně řeší problém jejich využití.

Typ # 2: kapalina

Varianty kapalných biopaliv, které jsou bezpečné a šetrné k životnímu prostředí, se většinou používají jako náhrada benzínu a jiných podobných prostředků. Mezi nejčastější možnosti patří bioethanol, biometanol, biobutanol, bionafta, dimethylether.

Bioetanol z rostlin

Jedná se o běžné kapalné biopalivo, které se používá k tankování automobilů. Ačkoliv se čistá látka nepoužívá jako palivo, její přidávání do benzínu zlepšuje výkon. zvýšení výkonu, monitorování vytápění motoru, snížení emisí výfukových plynů plynů.

Čerpací stanice bioetanolu

Na mnoha čerpacích stanicích v Evropě, Asii a Severní a Jižní Americe se nabízí nejen tradiční palivo, ale také různé druhy biopaliv, především směsi obsahující bioetanol.

Bioetanol ocení i milovníci krbu. Tato látka má dobrý přenos tepla, navíc když se spaluje, nevznikají žádné saze nebo kouř a množství emitovaného oxidu uhličitého je minimalizováno.

Díky těmto vlastnostem lze palivo použít i pro vytápění krbu v bytových domech. Přečtěte si více o biopalivech pro krby napsaných v tohoto článku.

Bioetanol se vyrábí ze surovin první generace obsahujících škrob nebo cukr. Obilniny, kukuřice, cukrová třtina, řepa se zpracovávají technologií alkoholového kvašení.

Biobutanol pro tankování automobilů

Biobutanol je biologicky vyráběný analog butanolu. Bezbarvá kapalina, která má charakteristický zápach, je široce používána jako chemická surovina v průmyslu a může být také použita jako dopravní palivo.

Energetický obsah butanolu se blíží benzínu, což umožňuje jeho částečnou výměnu v palivových článcích. Na rozdíl od bioetanolu lze biobutanol používat nezávisle, bez přidání tradičních druhů paliv.

Suroviny pro výrobu této bio-substance jsou různé rostliny: řepa, kasava, pšenice, kukuřice.

Dimethylether (C2H6O)

Je to také ekologicky šetrné palivo. Při spalování ve výfukových plynech nejsou žádné sloučeniny síry a obsah dusíkatých sloučenin je o 90% nižší než při spalování benzínu.

Dimethyl ether může být použit bez speciálních filtrů, ale design vozu (systém napájení, zapalování motoru) musí být změněn dramaticky.

Dimethyl Air Truck

Dimethylether je považován za slibnou volbu pro pohonné hmoty. Stroje s motory určenými pro toto palivo vyvíjejí velké společnosti jako Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan.

Bez jakýchkoliv modifikací lze kombinované palivo obsahující 30% dimethylether použít ve strojích, které jsou vybaveny motory na LPG.

Tekuté palivo lze vyrábět z různých surovin: zemního plynu, uhelného prachu, biomasy a dříve celkové množství zbytků z výroby buničiny a papíru transformovaných do kapaliny za mírného tlaku.

Biometanol z jednobuněčných řas

Tato látka je podobná konvenčnímu methanolu, který je široce používán pro výrobu řady chemické sloučeniny (kyselina octová, formaldehyd) a je také používán jako nemrznoucí směs a rozpouštědlo.

Poprvé byla otázka výroby tohoto typu biopaliv vznesena v 80. letech, kdy skupina vědců navrhla výrobu kapalných biochemickou přeměnou mořského fytoplanktonu, který bude pěstován ve zvláštních podmínkách nádrže.

Biometanol má několik potenciálních výhod:

  • vysokou energetickou účinnost - 14 po obdržení metanu, 7 při výrobě methanolu;
  • vynikající produktivita fytoplanktonu - do 100 tun na hektar za rok;
  • nenáročné jednobuněčné organismypro pěstování, které nepotřebuje sladkou vodu, úrodnou půdu;
  • zachování zemědělských zdrojůprotože fytoplankton se pěstuje v rybnících nebo mořských zátokách.

Ačkoli dosud nebyla zavedena průmyslová výroba biometanolu, v současné době probíhá výzkum a vývoj technologií pro rozvoj výroby tohoto alternativního paliva.

Bionafta jako alternativa k dopravě paliva

Jedná se o kapalné motorové biopalivo složené ze směsi esterů mastných kyselin. Látka je bezpečná pro lidi a zvířata, téměř kompletně se rozkládá v zemi po dobu 28 dnů a má také relativně vysokou teplotu (<100) vznícení.

Bionafta snižuje procento emisí škodlivých plynů a prodlužuje životnost motoru, protože obsahuje mazací komponenty.

Palivo se používá k doplňování pohonných hmot jak nezávisle, tak v kombinaci s konvenčním palivem. Je třeba vzít v úvahu pouze krátkou skladovatelnost biologické látky: po třech měsících začíná rozklad biologické látky s úplnou ztrátou vlastností.

Pro bionaftu v EU byla přijata zvláštní norma EN14214. V řadě zemí platí také norma EN590, která umožňuje přidání 5% bionafty do jiných paliv.

Typ # 3: Plynný

Mezi hlavní typy plynných biopaliv patří bioplyn a biovodík.

Bioplyn jako náhrada zemního plynu

Bioplyn je prakticky kompletním analogem zemního plynu: obsahuje 13-50% CO2, 49 až 87% metanu, jakož i nečistot H2 a H2S. Pokud je tato látka zbavena oxidu uhličitého, můžete získat biometan.

Plynné biopalivo se vyrábí z biomasy fermentací vodíku nebo metanu. Ten je způsoben třemi typy mikroorganismů: za prvé, surovina je vystavena působení hydrolyzujících bakterií, které jsou pak nahrazeny mikroby tvořícími kyseliny a methanotvornými mikroby.

Zařízení na výrobu bioplynu

Výroba bioplynu může být prováděna na průmyslových a řemeslných zařízeních. Nejběžnější výrobní metodou je aerobní digesce v metanových nádržích.

Jako suroviny lze použít různé materiály: siláž, hnůj, řasy, odpadní vody, odpadky, zbytky výkalů, odpad z domácností. Výchozí materiál se uvede do homogenního stavu, po kterém se umístí do reaktoru pomocí zavaděče.

Udržuje komfortní teplotu + 35-38 ° C, nezbytnou pro realizaci procesu fermentace metanu.

Suroviny jsou neustále míchány, výsledný plynný produkt je vypouštěn do plynové nádrže (skladovací jednotky), odkud vstupuje do generátoru.

Další informace o získávání bioplynu z hnoje a uspořádání bioplynové stanice jsou uvedeny v článcích:

  1. Jak vyrobit biopalivo vlastníma rukama z hnoje doma
  2. Instalace bioplynu pro soukromý dům vlastníma rukama: doporučení pro zařízení a příklad uspořádání domácích zařízení

Biologický vodík získaný chemickou metodou

Řada plynných biopaliv, která je analogem běžného vodíku, se získává z biomasy biochemickými nebo termochemickými metodami.

V termochemické metodě se připravená surovina (např. Dřevní odpad) zahřívá na teplotu 500–800 ° C bez kyslíku a plyny H jsou emitovány.2CO, CH4.

Produkce řas Bio-vodík

Slibnou metodou výroby bio-vodíku je bioftalýza. V tomto případě se plyn vyrábí pomocí řas, které jsou umístěny v mořské vodě, odpadních vodách

Při biochemické metodě se surovina udržuje v pohodlných podmínkách při normálním tlaku a teplotě přibližně 30 ° C.

Speciální bioorganismy Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes jsou zavedeny do biomasy, která rozkládá původní produkt a uvolňuje vodík. Enzymy umožňují urychlit produkci za použití polysacharidů.

Závěry a užitečné video na toto téma

Na videu níže můžete vidět proces výroby populárního typu biopaliv - dřevěných briket:

Druhy biopaliv se liší nejen ve stavu agregace, ale iv jejich vlastnostech. Při výběru tohoto materiálu je nutné vzít v úvahu jeho plánované použití, účinnost, funkční vlastnosti a náklady.

Máte zkušenosti s alternativním palivem? Nebo byste se chtěli ptát na biopaliva? Komentujte prosím publikaci a zúčastněte se diskusí. Blok zpětné vazby je umístěn níže.

Palivo pro biokrby: typy, přehled značek, jak to udělat sami

Palivo pro biokrby: typy, přehled značek, jak to udělat samiBiopalivo

Krb s předponou "bio" funguje skvěle v městských bytech. Zařízení nevyžaduje povolení, komín, místnost pro skladování paliva. Spektakulární jednotka nerecykluje tradiční palivové dřevo. Co potřebu...

Přečtěte Si Více
Krby na biopaliva: typy a principy působení biopaliv

Krby na biopaliva: typy a principy působení biopalivBiopalivo

Podle přísloví je „živý“ oheň jedním z jevů, které je každý z nás připraven donekonečna obdivovat. Ale pokud v soukromém domě můžete opravdu udělat skutečný oheň dřeva, pak v bytě můžete počítat p...

Přečtěte Si Více
Bioplyn z chlévské mrvy vlastních rukou: jak se dostat na bioplyn doma

Bioplyn z chlévské mrvy vlastních rukou: jak se dostat na bioplyn domaBiopalivo

Zemědělci každoročně čelí problému likvidace hnoje. Nikde opustit spoustu peněz, který je nutný pro organizaci jeho odstranění a likvidaci. Ale existuje způsob, jak ušetřit nejen peníze, ale také s...

Přečtěte Si Více