Arten von Biokraftstoffen: ein Vergleich von festen, flüssigen und gasförmigen Kraftstoffen

Eine Alternative zu herkömmlichen Energieressourcen sind verschiedene Arten von Biokraftstoffen, zu deren Herstellung gebrauchte pflanzliche oder tierische Rohstoffe, Industrieabfälle und die Ergebnisse des Lebens Organismen.

Wir schlagen vor, die Vor- und Nachteile der Verwendung eines solchen Kraftstoffs zu verstehen, die Eigenschaften zu lernen Produktion, funktionale Eigenschaften sowie die Wirksamkeit der Verwendung verschiedener Arten zu bewerten Biokraftstoffe. Diese Informationen helfen bei der Auswahl alternativer Energiequellen.

Was ist Biokraftstoff?

Die vielversprechendsten Bereiche im Energiesektor sind Technologien, die erneuerbare Ressourcen nutzen, einschließlich Biokraftstoffe.

Als Rohstoff für seine Herstellung können Sie Biomasse pflanzlichen / tierischen Ursprungs verwenden, einschließlich Industrieabfällen oder tierischen Rückständen.

Die Verarbeitung solcher Substanzen erfolgt thermochemisch oder biologisch, im letzteren Fall wird der Brennstoff unter Verwendung verschiedener Arten von Mikroorganismen gewonnen.

In vielen Ländern gibt es spezielle Programme zur Erhöhung des Anteils von Biokraftstoffen am nationalen und regionalen Energieverbrauch. In einigen Staaten gibt es auch verbindliche Normen für die Nutzung dieser Energiequelle.

Vor- und Nachteile von Biokraftstoffen

Biologische Kraftstoffe haben ihre positiven und negativen Seiten. Interesse an der Verwendung dieser Art von Rohmaterial aufgrund seiner zweifelsfreien Vorteile.

Dazu gehören:

• Budgetwert. Obwohl der Preis für Biokraftstoffe derzeit praktisch mit den Benzinkosten übereinstimmt, gelten biologische Stoffe als rentablerer Kraftstoff, da sie beim Verbrennen weniger Emissionen verursachen. Biokraftstoffe eignen sich für den Einsatz unter verschiedenen Bedingungen, während sie an Motoren unterschiedlicher Bauart angepasst werden können. Ein weiterer Vorteil ist die Optimierung des Motors, der aufgrund der geringen Menge an Ruß und Abgasen länger sauber bleibt.
• Mobilität. Biokraftstoff unterscheidet sich von anderen alternativen Energieoptionen durch seine Mobilität. Die Auslegung von Solar- und Windkraftanlagen umfasst in der Regel schwere Batterien, so dass dies häufig der Fall ist dauerhaft genutzt werden, während Biokraftstoff von einer Region in die andere transportiert werden kann eine andere.
• Erneuerbare Energie. Obwohl die vorhandenen Erdölvorkommen laut Forschern noch einige hundert Jahre Bestand haben, sind die Mineralvorkommen noch begrenzt. Biokraftstoffe aus pflanzlichen und tierischen Abfällen gehören zu den nachwachsenden Rohstoffen, die auf absehbare Zeit nicht vom Aussterben bedroht sind.
• Schutz der Erdatmosphäre. Ein Hauptnachteil herkömmlicher Kohlenwasserstoffe ist ein großer Prozentsatz an CO.₂das wird bei der Verbrennung freigesetzt. Dieses Gas erzeugt einen Treibhauseffekt in der Atmosphäre unseres Planeten und schafft Bedingungen für die globale Erwärmung. Bei der Verbrennung von biologischen Substanzen wird die Menge an Kohlendioxid auf 65% reduziert. Darüber hinaus verbrauchen Pflanzen, die zur Herstellung von Biokraftstoffen verwendet werden, Kohlenmonoxid, wodurch ihr Anteil an der Luft verringert wird.
• Wirtschaftliche Sicherheit. Die Kohlenwasserstoffreserven sind ungleich verteilt, daher sind einige Staaten gezwungen, Öl oder Erdgas zu kaufen und viel Geld für Kauf, Transport und Lagerung auszugeben. In fast jedem Land sind verschiedene Arten von biologischem Kraftstoff erhältlich. Bei der Herstellung und Verarbeitung müssen neue Unternehmen gegründet und dementsprechend werden Arbeitsplätze der Volkswirtschaft zugute kommen und sich positiv auf die Wirtschaft auswirken Wohlbefinden der Menschen.

Die Verbesserung der Technologie und die Entwicklung neuer Methoden werden die positiven Auswirkungen von Biokraftstoffen verstärken. So wird die Entwicklung von Technologien mit Plankton und Algen den Preis erheblich senken.

Gleichzeitig ist die Herstellung von Biokraftstoffen im gegenwärtigen Stadium der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie mit einer Reihe von Schwierigkeiten und Unannehmlichkeiten verbunden. Erstens sind dies natürliche Einschränkungen beim Anbau von Pflanzen.

Für das Wachstum von Pflanzen, die zur Erzeugung von Biomasse verwendet werden, müssen eine Reihe von Faktoren berücksichtigt werden, nämlich:

• Wasserverbrauch. Landwirtschaftliche Pflanzen verbrauchen viel Wasser, was insbesondere an trockenen Orten eine begrenzte Ressource darstellt.
• Invasivität. Kulturen, die für Kraftstoff angebaut werden, sind oft aggressiv. Sie übertönen die authentische Flora, die die biologische Vielfalt und das Ökosystem der Region beeinträchtigen kann.
• Düngemittel. Das Wachstum vieler Pflanzen erfordert die Zugabe von Nährstoffen, die andere Pflanzen oder das allgemeine Ökosystem schädigen können.
• Klima Separate Klimazonen (z. B. Wüste oder Tundra) eignen sich nicht für den Anbau von Biokraftstoffen.

Der aktive Anbau landwirtschaftlicher Pflanzen ist mit der Erschöpfung der landwirtschaftlichen Ressourcen verbunden. Die Nichteinhaltung der Regeln der Landtechnik kann führen zu einer Abnahme des Gehalts an nützlichen Bodenbestandteilen und folglich zu deren Erschöpfung, was zu einer Verschlimmerung der Nahrung führt Probleme.

Es kommt zu Störungen des Ökosystems. Zur Gewinnung von Biomasse bedarf es in der Regel der Ausweitung der an der Landwirtschaft beteiligten Gebiete.

Oft wird zu diesem Zweck eine Gebietsreinigung durchgeführt, die zur Zerstörung des Mikroökosystems (z. B. Wälder), zum Tod von Pflanzen und Tieren führt.

Es gibt Probleme mit dem Anbau von Monokulturen. Um einen höheren Biomasseertrag zu erzielen, säen die Erzeuger das Land häufig mit einer bestimmten Pflanze. Diese Praxis spiegelt sich im Zustand der landwirtschaftlichen Nutzfläche nicht sehr gut wider, da die Monokultur zu einer Veränderung der Umwelt führt.

Auf den von einer Pflanzenart besetzten Feldern parasitieren in der Regel spezielle Schädlingsarten. Der Versuch, sie mit Insektiziden und Pestiziden zu bekämpfen, führt nur zu einer Resistenzentwicklung gegen diese Mittel.

Um die oben beschriebenen Probleme zu vermeiden, raten die Wissenschaftler, die Artenvielfalt der Pflanzen nicht zu vernachlässigen, indem sie mehrere Pflanzen auf den Feldern kombinieren und lokale Sorten der Flora verwenden.

Generationen von alternativen Kraftstoffen

Eine breite Palette pflanzlicher Rohstoffe für die Biomasse kann in mehrere Generationen unterteilt werden.

Erste Generation. Diese Kategorie umfasst Pflanzen, die einen hohen Anteil an Stärke, Zucker und Fetten enthalten. Dies sind so beliebte Pflanzen wie Mais, Zuckerrüben, Raps, Soja.

Da der Anbau dieser Kulturpflanzen für das Klima schädlich ist und sich ihre Entfernung vom Markt auf die Preisgestaltung der Produkte auswirkt, versuchen Wissenschaftler, sie durch andere Arten von Biomasse zu ersetzen.

Zweite Generation. Die Biomassegruppe umfasst Holz, Gras, landwirtschaftliche Abfälle (Schale, Schale). Die Gewinnung von Biokraftstoffen aus solchen Rohstoffen ist kostspielig, löst jedoch das Problem der Entsorgung von Nichtlebensmittelresten bei gleichzeitiger Erzeugung brennbarer Stoffe.

Ein Merkmal der Kulturen in dieser Sorte ist das Vorhandensein von Lignin und Cellulose in ihnen. Dank ihnen kann Biomasse verbrannt und vergast sowie einer Pyrolyse unterzogen werden, um flüssigen Brennstoff zu erhalten.

Der Hauptnachteil der Biomasse der zweiten Generation ist der geringe Ertrag pro Flächeneinheit, weshalb für solche Kulturen erhebliche Landressourcen bereitgestellt werden müssen.

Dritte Generation. Der Rohstoff für die Herstellung von Biokraftstoffen sind Algen, die im industriellen Maßstab, beispielsweise im offenen Wasser, gezüchtet werden.

Diese Praxis hat große Perspektiven, aber derzeit werden solche Technologien nur entwickelt. Wissenschaftler erforschen auch die Entwicklung von Techniken, mit denen Biokraftstoffe der vierten und sogar fünften Generation gewonnen werden können.

Drei Arten von Biokraftstoffen

Je nach Aggregatzustand des Stoffes gibt es drei Haupttypen von Biokraftstoffen:

1. Solide: Brennholz, Torf, tierische Abfälle und landwirtschaftliche Produktion.
2. Liquid: Biodiesel, Dimethylether, Bioethanol, Biobutanol.
3. Gasförmig: Biogas, Methan, Biowasserstoff.

Jede Art von Substanz hat ihre eigenen Besonderheiten, auf die weiter unten eingegangen wird.

Typ 1: Fest

Die beliebtesten festen Arten von Biokraftstoffen sind Holz, Torf und tierische Abfälle.

Holz (Brennholz, Hackschnitzel, Sägemehl)

Die uralte Form von Biokraftstoffen ist das bekannte Brennholz, das seit langem zum Heizen von Häusern und zum Kochen verwendet wird. Bisher werden sie in verschiedenen Ländern aktiv zur Erzeugung von Wärme / Strom eingesetzt. Insbesondere ein großes österreichisches Wärmekraftwerk mit einer Leistung von 66 Megawatt wird mit Brennholz betrieben.

Gleichzeitig haben solche Rohstoffe Nachteile. Der Energiewert von Brennholz ist relativ gering: Beim Verbrennen fällt ein Teil des Stoffes in Form von Ruß an, wodurch die Kamine und Öfen regelmäßig gereinigt werden müssen. Außerdem braucht es Zeit, um den Holzbestand wieder aufzufüllen - neue Bäume werden erst in 15 bis 20 Jahren wachsen.

Eine hervorragende Alternative zu herkömmlichem Brennholz sind Pellets (Granulate), für deren Herstellung minderwertiges Holz verwendet wird: Rinde, Hackschnitzel, gepresstes SägemehlÄste

Für die Herstellung von Brennstoffpellets werden die Rohstoffe zu Staub zermahlen, der dann getrocknet und bei hoher Temperatur gepresst wird. Durch das im Holz enthaltene Lignin entsteht eine klebrige Masse, aus der sich kleine Zylinder mit einer Länge von 5-70 mm und einem Durchmesser von 6-10 mm bilden.

Sie können die Pelletsherstellung selbst einrichten. Brikettpresse.

Zu den beliebten Biokraftstoffen zählen Hackschnitzel, die häufig als Energieträger für europäische Wärmekraftwerke dienen. Die Herstellung dieses Rohstoffs erfolgt an Holzfällern oder an speziellen Produktionslinien, die mit Zerkleinerungsmaschinen ausgestattet sind.

Sumpf- und Waldbrenntorf

Dies ist eine übliche Form von Biokraftstoffen, die seit Jahrhunderten in Haushalten und in der Industrie verwendet werden. Torf ist eine Moosschicht, die sich im Sumpf nicht vollständig zersetzt hat und in vielen Ländern der Welt geerntet wird: Russland, Weißrussland, Kanada, Schweden, Indonesien und anderen.

Zur Vereinfachung des Produktionsprozesses wird Biomasse normalerweise an der Extraktionsstelle verarbeitet. Das Verfahren besteht aus der Reinigung (Sieben) der Rohmaterialien von Fremdstillständen, gefolgt vom Trocknen und Formen in Form von Briketts oder Granulaten.

Abfälle aus der Landwirtschaft

In der landwirtschaftlichen Produktion fällt in der Regel eine Vielzahl unterschiedlicher Pflanzenabfälle an: die Außenschalen von Pflanzen, Nussschalen, Stroh.

Solche Rohstoffe können auch gepresst und granuliert werden, um Brennstoffpellets zu erhalten, deren Eigenschaften sich praktisch nicht von Pellets aus Holzbiomasse unterscheiden.

Biokraftstoffe tierischen Ursprungs

In der Antike wurde neben Brennholz auch Brennstoff tierischen Ursprungs verwendet, dunggetrockneter Dünger von Haustieren. Moderne Technologien zur Trocknung und Verarbeitung ähnlicher Rohstoffe ermöglichen die Gewinnung fester Biokraftstoffsorten, die völlig geruchsneutral sind.

Da gegenwärtig tierische Abfälle in industriellem Maßstab anfallen, löst die Herstellung von Brennstoff aus ihnen gleichzeitig das Problem ihrer Verwendung.

Typ 2: Flüssigkeit

Flüssige Biokraftstoffvarianten, die sicher und umweltfreundlich sind, werden meistens als Ersatz für Benzin und andere ähnliche Mittel verwendet. Die gängigsten Optionen sind Bioethanol, Biomethanol, Biobutanol, Biodiesel und Dimethylether.

Bioethanol aus Pflanzen

Dies ist ein üblicher flüssiger Biokraftstoff, mit dem Autos betankt werden. Obwohl die Reinsubstanz nicht als Kraftstoff verwendet wird, verbessert ihr Zusatz zu Benzin die Leistung. Motor, seine Leistung zu erhöhen, die Heizung des Motors zu überwachen, Abgasemissionen zu reduzieren Gase.

Bioethanol wurde auch von Kaminliebhabern geschätzt. Diese Substanz hat einen guten Wärmeübergang, außerdem wird beim Verbrennen kein Ruß oder Rauch gebildet und die Menge an Kohlendioxid wird minimiert.

Dank dieser Eigenschaften kann der Brennstoff sogar zur Beheizung des Kamins in Mehrfamilienhäusern verwendet werden. Lesen Sie mehr über Biokraftstoffe für Kamine in dieser Artikel.

Bioethanol wird aus Rohstoffen der ersten Generation hergestellt, die Stärke oder Zucker enthalten. Getreide, Mais, Zuckerrohr und Rüben werden mit der Technologie der alkoholischen Gärung verarbeitet.

Biobutanol zum Tanken von Autos

Biobutanol ist ein biologisch hergestelltes Butanolanalogon. Die farblose Flüssigkeit, die einen charakteristischen Geruch aufweist, wird in der Industrie häufig als chemischer Rohstoff verwendet und kann auch als Transporttreibstoff verwendet werden.

Der Energiegehalt von Butanol liegt in der Nähe von Benzin, wodurch dieses in Brennstoffzellen teilweise ersetzt werden kann. Im Gegensatz zu Bioethanol kann Biobutanol unabhängig voneinander verwendet werden, ohne dass herkömmliche Kraftstoffe zugesetzt werden müssen.

Die Rohstoffe für die Herstellung dieser Biosubstanz sind verschiedene Pflanzen: Zuckerrüben, Maniok, Weizen, Mais.

Dimethylether (C₂H₆O)

Es ist auch umweltfreundlicher Kraftstoff. Wenn es in den Abgasen verbrannt wird, gibt es keine Schwefelverbindungen, und der Gehalt an Stickstoffverbindungen ist um 90% niedriger als bei der Verbrennung von Benzin.

Dimethylether kann ohne spezielle Filter verwendet werden, aber das Design des Autos (Antriebssystem, Motorzündung) muss drastisch geändert werden.

In Maschinen, die mit LPG-Motoren ausgerüstet sind, kann unverändert ein kombinierter Kraftstoff mit 30% Dimethylether verwendet werden.

Flüssiger Brennstoff kann aus verschiedenen Rohstoffen hergestellt werden: Erdgas, Kohlenstaub, Biomasse und vor Gesamtmenge der Rückstände der Zellstoff- und Papierherstellung, die sich unter leichtem Druck in eine Flüssigkeit verwandeln.

Biomethanol aus einzelligen Algen

Diese Substanz ähnelt konventionellem Methanol, das in großem Umfang zur Herstellung einer Reihe von Methanols verwendet wird chemische Verbindungen (Essigsäure, Formaldehyd) und wird auch als Frostschutzmittel und verwendet Lösungsmittel.

Zum ersten Mal wurde die Frage nach der Herstellung dieser Art von Biokraftstoff in den 1980er Jahren aufgeworfen, als eine Gruppe von Wissenschaftlern vorschlug, Flüssigkeit herzustellen Substanz durch die biochemische Umwandlung von marinem Phytoplankton, das in besonderer Weise kultiviert wird Stauseen.

Biomethanol hat mehrere potenzielle Vorteile:

• hohe energieeffizienz - 14 nach Erhalt von Methan, 7 bei der Herstellung von Methanol;
• Hervorragende Phytoplankton-Produktivität - bis zu 100 Tonnen pro Hektar pro Jahr;
• anspruchslose einzellige Organismen, für deren Anbau kein frisches Wasser benötigt wird, fruchtbarer Boden;
• Erhaltung der landwirtschaftlichen Ressourcenweil Phytoplankton in Teichen oder Meeresbuchten gezüchtet wird.

Obwohl die industrielle Produktion von Biomethanol noch nicht etabliert ist, werden derzeit beständige Forschungs- und Entwicklungstechnologien für die Entwicklung der Produktion dieser Art von alternativem Kraftstoff durchgeführt.

Biodiesel als Alternative zum Kraftstofftransport

Dies ist ein flüssiger Motor-Biokraftstoff, der aus einem Gemisch von Fettsäureestern besteht. Der Stoff ist für Mensch und Tier ungefährlich, zersetzt sich 28 Tage lang fast vollständig im Boden und hat auch eine relativ hohe Zündtemperatur (<100).

Biodiesel reduziert den Schadstoffausstoß und verlängert die Lebensdauer des Motors, da er Schmierkomponenten enthält.

Mit Kraftstoff werden Automotoren sowohl eigenständig als auch in Kombination mit herkömmlichem Kraftstoff betankt. Es sollte nur eine kurze Haltbarkeit der biologischen Substanz berücksichtigt werden: Nach drei Monaten beginnt der Abbau der biologischen Substanz mit einem vollständigen Verlust der Eigenschaften.

Für Biodiesel in der EU wurde eine spezielle Norm EN14214 verabschiedet. In einigen Ländern gilt auch die Norm EN590, die den Zusatz von 5% Biodiesel zu anderen Kraftstoffen ermöglicht.

Typ 3: gasförmig

Die wichtigsten Arten gasförmiger Biokraftstoffe sind Biogas und Biowasserstoff.

Biogas als Ersatz für Erdgas

Biogas ist ein praktisch vollständiges Erdgasanalog: Es enthält 13-50% CO_2, 49-87% Methan sowie Verunreinigungen H₂ und H₂S. Wenn dieser Stoff von Kohlendioxid befreit ist, können Sie Biomethan erhalten.

Aus Biomasse wird durch Wasserstoff- oder Methangärung gasförmiger Biokraftstoff hergestellt. Letzteres wird durch drei Arten von Mikroorganismen verursacht: Erstens ist das Rohmaterial der Einwirkung hydrolysierender Bakterien ausgesetzt, die dann durch säurebildende und methanbildende Mikroben ersetzt werden.

Als Rohstoffe können verschiedene Materialien verwendet werden: Silage, Mist, Algen, Abwasser, Müll, Fäkalien, Haushaltsabfälle. Das Ausgangsmaterial wird in einen homogenen Zustand gebracht, wonach es mit Hilfe eines Beschickers in den Reaktor gegeben wird.

Es hält eine angenehme Temperatur von + 35-38 ° C aufrecht, die für die Durchführung des Methangärungsprozesses erforderlich ist.

Die Rohstoffe werden ständig gemischt, wobei das entstehende gasförmige Produkt in den Gastank (Speicher) geleitet wird und von dort in den Generator gelangt.

Weitere Informationen zur Gewinnung von Biogas aus Gülle und zur Einrichtung einer Biogasanlage finden Sie in den Artikeln:

1. Wie man aus dem Dung zu Hause mit eigenen Händen einen Biokraftstoff macht
2. Biogasanlage für ein Privathaus mit eigenen Händen: Empfehlungen für das Gerät und ein Beispiel für eine hausgemachte Geräteanordnung

Biologischer Wasserstoff auf chemischem Wege gewonnen

Aus Biomasse wird mit biochemischen oder thermochemischen Methoden eine Vielzahl gasförmiger Biokraftstoffe gewonnen, bei denen es sich um ein Analogon zu gewöhnlichem Wasserstoff handelt.

Bei der thermochemischen Methode wird der aufbereitete Rohstoff (zB Holzabfall) ohne Sauerstoff auf eine Temperatur von 500–800 ° C erhitzt, während Gase von H₂, CO, CH₄.

Bei der biochemischen Methode wird das Rohmaterial unter angenehmen Bedingungen bei Normaldruck und einer Temperatur von ca. 30 ° C gehalten.

Spezielle Mikroorganismen Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes werden in Biomasse eingebracht, die das ursprüngliche Produkt unter Freisetzung von Wasserstoff zersetzt. Mit Polysacchariden können Enzyme die Produktion beschleunigen.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

In dem Video unten sehen Sie den Herstellungsprozess einer beliebten Art von Biokraftstoff - Holzbriketts:

Arten von Biokraftstoffen unterscheiden sich nicht nur im Aggregatzustand, sondern auch in ihren Eigenschaften. Bei der Auswahl eines solchen Materials müssen der geplante Einsatz, die Effizienz, die funktionalen Eigenschaften und die Kosten berücksichtigt werden.

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