Typer af biobrændstoffer: en sammenligning af fast, flydende, gasformig

Et alternativ til traditionelle energiressourcer er forskellige typer biobrændstoffer, til fremstilling deraf brugt vegetabilsk eller animalsk råvarer, industriaffald og livets resultater organismer.

Vi foreslår at forstå fordelene og ulemperne ved brugen af ​​sådant brændsel, lære funktionerne produktion, funktionelle egenskaber, samt evaluere effektiviteten af ​​at bruge forskellige typer biobrændstof. Disse oplysninger hjælper med at navigere i valg af alternative energikilder.

Hvad er biobrændstof

De mest lovende områder inden for energisektoren er teknologier, som bruger vedvarende ressourcer, som omfatter biobrændstoffer.

Som råmateriale til dets produktion kan du tage biomasse af vegetabilsk / animalsk oprindelse, herunder industriaffald eller animalske rester.

Behandling af sådanne stoffer er termokemisk eller biologisk metode, i sidstnævnte tilfælde opnås brændstoffet ved anvendelse af forskellige typer af mikroorganismer.

I mange lande er der specielle programmer til at øge andelen af ​​biobrændstoffer i det nationale og regionale energiforbrug. I en række stater er der også obligatoriske normer for brugen af ​​denne energikilde.

Fordele og ulemper ved biobrændstoffer

Biologiske typer brændstoffer har deres positive og negative sider. Interesse i brugen af ​​denne type råmateriale på grund af sine utvivlsomme fordele.

Disse omfatter:

• Budgetværdi. Selv om prisen på biobrændstoffer i øjeblikket falder sammen med prisen på benzin, anses biologiske stoffer for at være en mere rentabel brændstoffet, da de producerer mindre emissioner ved brænding. Biobrændstoffer er egnede til brug under forskellige forhold, mens det kan tilpasses motorer med forskellige design. En anden fordel er optimeringen af ​​motoren, som forbliver ren længere på grund af den lille mængde sod- og udstødningsgasser.
• mobilitet. Biobrændstoffer adskiller sig fra andre alternative energimuligheder ved hjælp af mobilitet. Designet af sol- og vindkraftværker indeholder normalt tunge batterier, så de er ofte anvendes permanent, mens biobrændstof kan transporteres fra en region til en anden.
• Vedvarende energi. Selv om de eksisterende forekomster af råolie ifølge forskere vil vare i mindst et par hundrede år, er mineralreserverne stadig begrænsede. Biobrændstoffer fremstillet af planter og animalsk affald er blandt de vedvarende ressourcer, der ikke er truet med udryddelse inden for en overskuelig fremtid.
• Jordens atmosfærebeskyttelse. En stor ulempe ved traditionelle kulbrinter er en stor procentdel af CO.₂der frigives under forbrænding. Denne gas skaber en drivhuseffekt i atmosfæren på vores planet, hvilket skaber betingelser for global opvarmning. Ved forbrænding af biologiske stoffer reduceres mængden af ​​carbondioxid til 65%. Desuden bruger afgrøder, der anvendes til produktion af biobrændstoffer, kulilte, hvilket reducerer dets andel i luften.
• Økonomisk sikkerhed. Kulbrinte reserver er ujævnt fordelt, derfor er nogle stater tvunget til at købe olie eller naturgas, bruger store mængder penge til at købe, transportere og handle. Forskellige typer biologisk brændstof kan opnås i næsten ethvert land. Med hensyn til fremstilling og forarbejdning er det nødvendigt at oprette nye virksomheder og, Derfor vil arbejdspladser gavne den nationale økonomi og have en positiv effekt på velbefindende af mennesker.

Forbedring af teknologi og udvikling af nye metoder vil forbedre de positive virkninger af biobrændstoffer. Udviklingen af ​​teknologier, der bruger plankton og alger, vil således betydeligt reducere prisen.

Samtidig er produktionen af ​​biobrændstoffer i forbindelse med udviklingen af ​​videnskab og teknologi i forbindelse med en række vanskeligheder og ulemper. Først og fremmest er disse naturlige begrænsninger i voksende planter.

For væksten af ​​afgrøder, der anvendes til produktion af biomasse, skal der tages højde for en række faktorer, nemlig:

• Vandbrug. Landbrugsplanter bruger meget vand, hvilket er en begrænset ressource, især på tørre steder.
• invasionsevne. Kulturer dyrket til brændstof er ofte aggressive. De druknede den autentiske flora, hvilket kan påvirke biodiversiteten og økosystemet i regionen.
• gødning. Væksten i mange planter kræver tilsætning af næringsstoffer, der kan skade andre afgrøder eller det generelle økosystem.
• Klima. Separate klimazoner (for eksempel ørken eller tundra) er ikke egnede til dyrkning af biobrændstofafgrøder.

Den aktive dyrkning af landbrugsplanter er forbundet med udtømning af landbrugsressourcer. Manglende overholdelse af reglerne for landbrugsteknik kan føre til et fald i indholdet af gavnlige jordkomponenter og følgelig til deres udtømning, hvilket vil forårsage en forværring af fødevarerne problemer.

Økosystemforstyrrelser opstår. For produktion af biomasse kræves der normalt en udvidelse af de områder, der er involveret i landbruget.

Ofte gennemføres der for dette formål rensning af territoriet, hvilket fører til ødelæggelsen af ​​mikroekosystemet (for eksempel skove), planter og dyrs død.

Der er problemer med voksende monokulturer. For at få mere biomasseudbytte så producerer producenter ofte jorden med en bestemt plante. Denne praksis afspejles ikke særlig godt i landbrugslandets tilstand, da monokultur fører til en ændring i miljøet.

På de marker, der er besat af en plantearter, parasiterer særlige arter af skadedyr sædvanligvis. Et forsøg på at kontrollere dem med insekticider og pesticider fører kun til udvikling af resistens overfor disse midler.

For at undgå de ovenfor beskrevne problemer anbefaler videnskabsmændene ikke at forsømme biodiversiteten af ​​afgrøder, kombinere flere planter i markerne og anvende lokale plantersorter.

Generationer af alternativt brændstof

En bred vifte af vegetabilske råvarer anvendt til biomasse kan opdeles i flere generationer.

Første generation. Denne kategori omfatter afgrøder, der indeholder en høj procentdel stivelse, sukkerarter, fedtstoffer. Disse er så populære planter som majs, sukkerroer, canola, soja.

Da dyrkning af disse afgrøder er skadeligt for klimaet, og deres fjernelse fra markedet påvirker prisfastsættelsen af ​​produkter, forsøger forskere at erstatte dem med andre typer biomasse.

Anden generation. Biomassegruppen omfatter træ, græs, landbrugsaffald (skal, husk). At opnå biobrændstoffer fra sådanne råmaterialer er dyrt, men det løser problemet med bortskaffelse af rester uden restprodukter med samtidig fremstilling af brændbare materialer.

Et kendetegn ved de kulturer, der indgår i denne sort er tilstedeværelsen af ​​lignin og cellulose i dem. Takket være dem kan biomasse brændes og forgases og også underkastes pyrolyse, hvorved der opnås flydende brændstof.

Den største ulempe ved anden generationens biomasse er manglen på afkast pr. Arealareal, hvorfor der skal tildeles betydelige jordressourcer til sådanne afgrøder.

Tredje generation. Råmaterialet til produktion af biobrændstoffer er alger, der dyrkes i industriel skala, for eksempel i åbent vand.

Denne praksis har gode udsigter, men i øjeblikket udvikles sådanne teknologier kun. Forskere gennemfører også forskning i skabelsen af ​​teknikker, der muliggør opnåelse af fjerde- og endog femte generationens biobrændstoffer.

Tre typer biobrændstoffer

Afhængigt af stoffets aggregering er der tre hovedtyper biobrændstoffer:

1. et firma: brænde, tørv, animalsk affald og landbrugsproduktion.
2. flydende: biodiesel, dimethylether, bioethanol, biobutanol.
3. gasformig: biogas, methan, biohydrogen.

Hver type stof har sine egne specifikationer, som vil blive diskuteret nedenfor.

Type nr. 1: Fast

De mest populære solide sorter af biobrændstoffer er træ, tørv, animalsk affald.

Træ (brænde, flis, savsmuld)

Den gamle form for biobrændstoffer er velkendt brænde, der længe har været brugt til opvarmning af boliger og madlavning. Indtil nu er de aktivt brugt i forskellige lande til at producere varme / elektricitet, især et stort østrigsk kraftværker med en kapacitet på 66 megawatt, der arbejder på brænde.

På samme tid har sådanne råmaterialer ulemper. Energieværdien af ​​brænde er forholdsvis lille: når brænding ophobes, ophobes en del af stoffet i form af sod, hvorved pejse og komfurer skal rengøres regelmæssigt. Derudover tager det tid at genopbygge træbestanden - nye træer vil kun vokse om 15-20 år.

Et glimrende alternativ til konventionelt brænde er pellets (granulater), til produktion af hvilket substandard træ anvendes: bark, chips, presset savsmuld, Twigs.

Til fremstilling af brændstofpellets skal råmaterialerne formales til støv, som derefter tørres og presses ved høj temperatur. På grund af lignin indeholdt i træet dannes en klæbrig masse, hvorfra der dannes små cylindre med en længde på 5-70 mm og en diameter på 6-10 mm.

Du kan selv oprette produktionen af ​​pellets. brikett presse.

Blandt de populære typer biobrændstoffer er træflis, som ofte tjener som energikilde til europæiske termiske kraftværker. Produktionen af ​​dette råmateriale udføres ved logning eller ved særlige produktionslinjer udstyret med makuleringsmaskiner.

Marsh og skovbrændt torv

Dette er en fælles form for biobrændstoffer, der anvendes i husholdnings- og industrielle formål i århundreder. Torv er et lag af mos, der ikke er fuldstændigt nedbrudt under sumpbetingelserne og høstes i mange lande rundt om i verden: Rusland, Belarus, Canada, Sverige, Indonesien og andre.

Til brug for produktionsprocessen behandles biomasse sædvanligvis ved ekstraktionsstedet. Processen består i at rense (screening) råmaterialerne fra udefra kommende afbrydelser efterfulgt af tørring og støbning i form af briketter eller granulater.

Landbrugsaffald brændstof

I landbrugsproduktionen akkumuleres der som regel et stort antal forskellige planteaffald: de ydre skaller af planter, nødder, halm.

Sådanne råmaterialer kan også presses og granuleres for at opnå brændstofpellets, hvis egenskaber praktisk talt ikke adskiller sig fra pellets fremstillet af træagtig biomasse.

Biobrændstoffer af animalsk oprindelse

Sammen med brænde i oldtiden begyndte folk at bruge brændstof af animalsk oprindelse, nemlig gødning - tørret gødning af husdyr. Moderne teknologier til tørring og forarbejdning af lignende råvarer gør det muligt at opnå faste sorter af biobrændstoffer, helt uden en ubehagelig lugt.

Da der på nuværende tidspunkt akkumuleres animalsk affald i industriel skala, løser produktionen af ​​brændstof fra dem samtidig problemet med deres udnyttelse.

Type nr. 2: væske

Flydende biobrændstofvarianter, der er sikre og miljøvenlige, bruges oftest som erstatning for benzin og andre lignende midler. De mest almindelige muligheder omfatter bioethanol, biomethanol, biobutanol, biodiesel, dimethylether.

Bioethanol fra planter

Dette er en almindelig flydende biobrændstof, der bruges til at genoplaste biler. Selvom det rene stof ikke anvendes som brændstof, forbedrer dets tilsætning til benzin ydeevne. motor, der øger sin effekt, overvåger opvarmningen af ​​motoren, reducerer udstødningsemissionerne gasser.

Bioethanol blev også værdsat af pejselskere. Dette stof har en god varmeoverførsel, og når det brændes, dannes der ikke sod eller røg, og mængden af ​​kuldioxid udledes minimeres.

Takket være sådanne funktioner kan brændstof bruges selv til opvarmning af ildstedet i lejlighedskomplekser. Læs mere om biobrændstoffer til pejse skrevet i denne artikel.

Bioethanol er fremstillet af første generationens råvarer, der indeholder stivelse eller sukker. Korn, majs, sukkerrør, rødbeder behandles af alkoholisk gæringsteknologi.

Biobutanol til tankbiler

Biobutanol er en biologisk produceret butanolanalog. Den farveløse væske, der har en karakteristisk lugt, anvendes i vid udstrækning som et kemisk råmateriale i industrien og kan også bruges som transportbrændstof.

Energiindholdet af butanol ligger tæt på benzin, hvilket tillader delvis udskiftning af sidstnævnte i brændselsceller. Til forskel fra bioethanol kan biobutanol anvendes uafhængigt uden at tilføje traditionelle brændstoftyper.

Råmaterialerne til fremstilling af dette bio-stof er en række planter: sukkerroer, cassava, hvede, majs.

Dimethylether (C₂H₆O)

Det er også miljøvenligt brændstof. Når det er brændt i udstødningsgasserne, er der ingen svovlforbindelser, og indholdet af nitrogenforbindelser er 90% lavere end under forbrændingen af ​​benzin.

Dimethylether kan anvendes uden særlige filtre, men bilens konstruktion (elsystem, motorantænding) skal ændres dramatisk.

Uden ændringer kan et kombineret brændstof indeholdende 30% dimethylether anvendes i maskiner, der er udstyret med LPG-motorer.

Flydende brændstof kan fremstilles af forskellige råvarer: naturgas, kulstøv, biomasse og tidligere i alt rester af papirmasse og papirproduktion, der omdannes til en væske under let tryk.

Biometanol fra encellulære alger

Dette stof ligner konventionel methanol, som i vid udstrækning anvendes til at producere et antal kemiske forbindelser (eddikesyre, formaldehyd) og bruges også som frostvæske og opløsningsmiddel.

For første gang blev spørgsmålet om produktionen af ​​denne type biobrændstof rejst i 1980'erne, da en gruppe forskere foreslog at producere væske stof gennem den biokemiske transformation af marine fytoplankton, som vil blive dyrket i special reservoirer.

Biometanol har flere potentielle fordele:

• høj energieffektivitet - 14 ved modtagelse af methan, 7 ved produktion af methanol;
• fremragende phytoplankton produktivitet - op til 100 tons pr. hektar om året
• undemandende encellulære organismer, for dyrkning der ikke har brug for ferskvand, frugtbar jord;
• bevarelse af landbrugsressourcernefordi fytoplankton er dyrket i damme eller havbaser.

Selvom industriel produktion af biomethanol endnu ikke er etableret, gennemføres der i øjeblikket vedvarende forskning og udvikling af teknologier til udvikling af produktionen af ​​denne type alternativ brændsel.

Biodiesel som et alternativ til brændstoftransport

Dette er en flydende biobrændstof, der består af en blanding af fedtsyreestere. Stoffet er sikkert for mennesker og dyr, der nedbrydes næsten helt i jorden i 28 dage og har også en relativt høj (<100) antændelsestemperatur.

Biodiesel reducerer procentdelen af ​​udslip af skadelige gasser, og forlænger også motorens levetid, da det indeholder smøremidler.

Brændstof bruges til at genoplive bilmotorer både uafhængigt og i kombination med konventionelt brændstof. Der bør kun tages hensyn til en kort holdbarhed af det biologiske stof. Efter tre måneder begynder dekomponeringen af ​​det biologiske stof med et fuldstændigt tab af egenskaber.

For biodiesel i EU blev der vedtaget en særlig standard EN14214. I en række lande er EN590-standarden også i kraft, hvilket tillader tilsætning af 5% biodiesel til andre brændstoffer.

Type nr. 3: Gasformig

De vigtigste typer af gasformige biobrændstoffer omfatter biogas og bio-hydrogen.

Biogas som erstatning for naturgas

Biogas er en næsten fuldstændig analog naturgas: den indeholder 13-50% CO_2, 49-87% methan, såvel som urenheder H₂ og H₂S. Hvis dette stof er renset for kuldioxid, kan du få biometan.

Gasformig biobrændstof fremstilles af biomasse ved hydrogen- eller metanfermentering. Sidstnævnte er forårsaget af tre typer mikroorganismer: For det første udsættes råmaterialet for virkningen af ​​hydrolyserende bakterier, som derefter erstattes af syreformende og metandannende mikrober.

En række forskellige materialer kan anvendes som råvarer: ensilage, gødning, alger, spildevand, affald, fækale rester, husholdningsaffald. Udgangsmaterialet bringes i en homogen tilstand, hvorefter den anbringes i reaktoren ved hjælp af en læsser.

Den opretholder en behagelig temperatur på + 35-38 ° C, som er nødvendig til gennemførelse af metanfermenteringsprocessen.

Råmaterialer blandes konstant, med det resulterende gasformige produkt udledes i gasbeholderen (opbevaringsenhed), hvorfra den kommer ind i generatoren.

Mere information om opnåelse af biogas fra gødning og arrangement af et biogasanlæg er skrevet i artiklerne:

1. Hvordan man laver en biobrændstof med egne hænder fra gødningen derhjemme
2. Biogasinstallation til et privat hus med egne hænder: anbefalinger til enheden og et eksempel på hjemmelavet udstyrsarrangement

Biologisk hydrogen opnået ved kemisk metode

En række gasformige biobrændstoffer, som er en analog af almindeligt hydrogen, opnås fra biomasse ved anvendelse af biokemiske eller termokemiske metoder.

I den termokemiske metode opvarmes det fremstillede råmateriale (fx træaffald) til en temperatur på 500-800 ° C uden oxygen, og gasser af H udsendes.₂, CO, CH₄.

I den biokemiske metode opretholdes råmaterialet under behagelige forhold ved normalt tryk og en temperatur på ca. 30 ° C.

Særlige mikroorganismer Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes introduceres i biomasse, som nedbryder det oprindelige produkt, der frigiver hydrogen. Enzymer må accelerere produktionen ved hjælp af polysaccharider.

Konklusioner og brugbar video om emnet

På videoen nedenfor kan du se processen med fremstilling af en populær type biobrændstof - træbriketter:

Typer af biobrændstoffer adskiller sig ikke kun i aggregeringen, men også i deres egenskaber. Ved valg af sådant materiale er det nødvendigt at tage hensyn til deres planlagte anvendelse, effektivitet, funktionelle egenskaber og omkostninger.

Har du erfaring med at bruge alternativt brændstof? Eller vil du gerne stille spørgsmål om biobrændstoffer? Vær venlig at kommentere publikationen og deltage i diskussioner. Feedbackblokken er placeret nedenfor.