Biopolttoaineiden tyypit: kiinteän, nestemäisen, kaasumaisen vertailun

Vaihtoehto perinteisille energialähteille ovat erilaiset biopolttoaineet, joiden valmistukseen käytetyt kasvi- tai eläinraaka-aineet, teollisuusjätteet ja elämän tulokset organismeja.

Ehdotamme ymmärtää tällaisen polttoaineen käytön edut ja haitat, oppia ominaisuudet tuotantoa, toiminnallisia ominaisuuksia sekä arvioida eri tyyppien käytön tehokkuutta biopolttoaine. Nämä tiedot auttavat navigoimaan vaihtoehtoisten energialähteiden valinnassa.

Mikä on biopolttoaine

Energiasektorin lupaavimmat alueet ovat uusiutuvia luonnonvaroja käyttäviä teknologioita, joihin kuuluvat myös biopolttoaineet.

Tuotannon raaka-aineena voit ottaa kasvi- / eläinperäisen biomassan, mukaan lukien teollisuusjätteet tai eläinjätteet.

Tällaisten aineiden käsittely on termokemiallista tai biologista menetelmää, jälkimmäisessä tapauksessa polttoaine saadaan erilaisilla mikro-organismeilla.

Monissa maissa on olemassa erityisohjelmia biopolttoaineiden osuuden lisäämiseksi kansallisella ja alueellisella energiankulutuksella. Joissakin valtioissa on myös pakollisia normeja tämän energialähteen käyttöön.

Biopolttoaineiden edut ja haitat

Biologisilla polttoaineilla on positiiviset ja negatiiviset puolet. Kiinnostus tämäntyyppisen raaka-aineen käyttöön sen epäilemättömien etujen vuoksi.

Näitä ovat:

• Budjettiarvo. Vaikka tällä hetkellä biopolttoaineiden hinta vastaa käytännössä bensiinin kustannuksia, biologisia aineita pidetään kannattavampana polttoaineena, koska ne tuottavat poltettaessa vähemmän päästöjä. Biopolttoaineet soveltuvat käytettäviksi erilaisissa olosuhteissa, kun taas niitä voidaan mukauttaa eri mallien moottoreihin. Toinen etu on moottorin optimointi, joka pysyy puhtaana pidempään noken ja pakokaasujen pienen määrän vuoksi.
• liikkuvuus. Biopolttoaine eroaa muista vaihtoehtoisista energiamuodoista liikkuvuudellaan. Aurinko- ja tuulivoimaloiden suunnittelussa on yleensä raskaita paristoja, joten ne ovat usein käytetään jatkuvasti, kun taas biopolttoaine voidaan kuljettaa alueelta toinen.
• Uusiutuva energia. Vaikka tutkijoiden mukaan raakaöljyn nykyiset talletukset kestävät ainakin muutama sata vuotta, mineraalivarannot ovat edelleen rajalliset. Kasveista ja eläinjätteistä valmistetut biopolttoaineet ovat sellaisten uusiutuvien luonnonvarojen joukossa, joita ei uhkaudu sukupuuttoon lähitulevaisuudessa.
• Earth Atmosphere Protection. Perinteisten hiilivetyjen suurin haitta on suuri prosenttiosuus CO: sta.₂joka vapautuu palamisen aikana. Tämä kaasu luo kasvihuoneilmiön planeettamme ilmapiiriin ja luo edellytykset ilmaston lämpenemiselle. Biologisten aineiden palamisen aikana hiilidioksidin määrä vähenee 65 prosenttiin. Lisäksi biopolttoaineiden tuotannossa käytetyt kasvit kuluttavat hiilimonoksidia ja vähentävät sen osuutta ilmassa.
• Taloudellinen turvallisuus. Hiilivetyjen varastot jakautuvat epätasaisesti, joten jotkut valtiot joutuvat ostamaan öljyä tai maakaasua, kuluttamalla suuria määriä rahaa ostamaan, kuljettamaan ja varastoimaan. Lähes missä tahansa maassa voi saada erilaisia ​​biologisia polttoaineita. Tuotannon ja jalostuksen osalta on tarpeen luoda uusia yrityksiä ja Näin ollen työpaikat hyödyttävät kansantaloutta ja vaikuttavat myönteisesti ihmisten hyvinvointi.

Teknologian parantaminen ja uusien menetelmien kehittäminen lisäävät biopolttoaineiden myönteisiä vaikutuksia. Planktonia ja leviä käyttävien teknologioiden kehittäminen alentaa merkittävästi sen hintoja.

Samanaikaisesti biopolttoaineiden tuotanto liittyy tieteen ja teknologian nykyisessä kehitysvaiheessa useisiin vaikeuksiin ja haittoihin. Ensinnäkin nämä ovat luonnollisia rajoituksia kasvavilla kasveilla.

Biomassan tuotantoon käytettävien viljelykasvien kasvattamiseksi on otettava huomioon useita tekijöitä:

• Veden käyttö. Maatalouslaitokset kuluttavat paljon vettä, joka on rajallinen resurssi, erityisesti kuivissa paikoissa.
• invasiivisuus. Polttoaineeksi kasvatetut kulttuurit ovat usein aggressiivisia. He hukuttavat aidon kasviston, joka voi vaikuttaa alueen biologiseen monimuotoisuuteen ja ekosysteemiin.
• lannoitteet. Monien kasvien kasvu edellyttää ravinteiden lisäämistä, jotka voivat vahingoittaa muita kasveja tai yleistä ekosysteemiä.
• Ilmasto. Erilaiset ilmastovyöhykkeet (esimerkiksi aavikko tai tundra) eivät sovi biopolttoaineiden viljelyyn.

Maatalouslaitosten aktiivinen viljely liittyy maatalouden resurssien heikkenemiseen, maatalouden teknisten sääntöjen noudattamatta jättäminen johtaa hyödyllisten maaperän osien määrän vähenemiseen ja näin ollen niiden heikkenemiseen, mikä aiheuttaa ruoan pahenemista. ongelmia.

Ekosysteemihäiriöitä esiintyy. Biomassan tuotanto edellyttää yleensä maatalouden laajentamista.

Usein tätä tarkoitusta varten suoritetaan alueen puhdistus, joka johtaa mikroekosysteemin (esimerkiksi metsien) tuhoutumiseen, kasvien ja eläinten kuolemaan.

Monokulttuurien kasvussa on ongelmia. Biomassatuotannon lisäämiseksi tuottajat kylvävät usein maata tietyn laitoksen kanssa. Tämä käytäntö ei heijastu kovin hyvin maatalousmaan tilanteeseen, koska monokulttuuri johtaa muutokseen ympäristössä.

Yhden kasvilajin käytössä olevilla aloilla erityiset tuholaislajit yleensä loisevat. Pyrkimys hallita niitä hyönteismyrkkyillä ja torjunta-aineilla johtaa vain näiden aineiden vastustuskyvyn kehittymiseen.

Edellä kuvattujen ongelmien välttämiseksi tutkijat eivät suosittele viljelykasvien biologisen monimuotoisuuden laiminlyöntiä yhdistämällä useita peltokasveja ja käyttämään paikallisia kasvilajikkeita.

Vaihtoehtoisen polttoaineen sukupolvet

Laaja valikoima biomassan raaka-aineita voidaan jakaa useisiin sukupolviin.

Ensimmäinen sukupolvi. Tähän luokkaan kuuluvat kasvit, jotka sisältävät runsaasti tärkkelystä, sokereita, rasvoja. Nämä ovat sellaisia ​​suosittuja kasveja kuin maissi, sokerijuurikas, rapsi, soija.

Koska näiden viljelykasvien viljely on haitallista ilmastolle, ja niiden poistaminen markkinoilta vaikuttaa tuotteiden hinnoitteluun, tutkijat yrittävät korvata ne muilla biomassatyypeillä.

Toinen sukupolvi. Biomassaryhmään kuuluvat puu, ruoho, maatalousjätteet (kuori, kuori). Biopolttoaineiden saaminen tällaisista raaka-aineista on kallista, mutta se ratkaisee ongelman, joka koskee muiden kuin elintarvikkeiden jäämien hävittämistä samanaikaisesti tuotettavien palavien materiaalien kanssa.

Tähän lajikkeeseen sisältyvien viljelmien piirre on ligniinin ja selluloosan läsnäolo niissä. Niiden ansiosta biomassaa voidaan polttaa ja kaasuttaa sekä myös pyrolyysiä, jolloin saadaan nestemäistä polttoainetta.

Toisen sukupolven biomassan pääasiallinen haitta on tuotannon heikkeneminen pinta-alayksikköä kohti, minkä vuoksi tällaisille viljelykasveille on osoitettava merkittäviä maavaroja.

Kolmas sukupolvi. Biopolttoaineiden tuotannon raaka-aineena ovat levät, joita kasvatetaan teollisessa mittakaavassa, esimerkiksi avoimessa vedessä.

Tällä käytännöllä on hyvät mahdollisuudet, mutta tällä hetkellä tällaisia ​​teknologioita kehitetään vain. Tutkijat tekevät myös tutkimusta sellaisten tekniikoiden luomisesta, jotka mahdollistavat neljännen ja jopa viidennen sukupolven biopolttoaineiden saamisen.

Kolme biopolttoaineiden tyyppiä

Aineen aggregaatiotilanteesta riippuen biopolttoaineita on kolme:

1. yritys: polttopuut, turve, eläinjätteet ja maataloustuotanto.
2. neste: biodieseli, dimetyylieetteri, bioetanoli, biobutanoli.
3. kaasumainen: biokaasu, metaani, biohydrogeeni.

Jokaisella aineen tyypillä on omat erityispiirteensä, joita käsitellään jäljempänä.

Tyyppi # 1: Kiinteä

Biopolttoaineiden suosituimmat kiinteät lajikkeet ovat puu, turve, eläinjätteet.

Puu (polttopuut, lastut, sahanpuru)

Antiikin biopolttoaineiden muoto on tunnettu polttopuu, jota on pitkään käytetty kodeissa ja ruoanlaitossa. Tähän saakka niitä käytetään aktiivisesti eri maissa lämmön / sähkön tuottamiseksi, erityisesti suuri itävaltalainen lämpövoimala, jonka kapasiteetti on 66 megawattia, toimii polttopuilla.

Samaan aikaan tällaisilla raaka-aineilla on haittoja. Polttopuun energiasisältö on suhteellisen pieni: palamisen aikana osa aineesta kertyy nokea, jonka takia takat ja uunit on puhdistettava säännöllisesti. Lisäksi puun varaston täydentäminen vie aikaa - uudet puut kasvavat vain 15-20 vuotta.

Erinomainen vaihtoehto perinteisille polttopuille on pellettejä (rakeita), joiden valmistuksessa käytetään huonompaa puuta: kuori, lastut, puristettu sahanpuru, Oksia.

Polttoainepellettien valmistuksessa raaka-aineet jauhetaan pölyksi, joka kuivataan ja puristetaan korkeassa lämpötilassa. Puun sisältämän ligniinin takia muodostuu tahmea massa, josta muodostuu pieniä sylintereitä, joiden pituus on 5-70 mm ja halkaisija 6-10 mm.

Voit asettaa pellettien tuotannon itse. brikettipuristin.

Suosittuja biopolttoaineita ovat puulastut, jotka toimivat usein Euroopan lämpövoimaloiden energialähteenä. Tämän raaka-aineen tuotanto tapahtuu hakkuualueilla tai erityisillä murskauskoneilla varustetuilla tuotantolinjoilla.

Marsh ja metsäpoltto turve

Tämä on yleinen biopolttoaineiden muoto, jota käytetään kotimaassa ja teollisuudessa vuosisatojen ajan. Turve on sammalainen kerros, joka ei ole täysin hajonnut suon olosuhteissa ja joka on korjattu monissa maissa ympäri maailmaa: Venäjällä, Valko-Venäjällä, Kanadassa, Ruotsissa, Indonesiassa ja muissa maissa.

Tuotantoprosessin helpottamiseksi biomassaa käsitellään tavallisesti uuttolaitoksessa. Prosessi käsittää raaka-aineiden puhdistamisen (seulonnan) ulkopuolisista sulkemisista, mitä seuraa kuivaus ja muovaus brikettien tai rakeiden muodossa.

Maatalousjätteen polttoaine

Maataloustuotannossa kertyy yleensä suuri määrä erilaisia ​​kasvijätteitä: kasvien ulkokuoret, pähkinänkuoret, olki.

Tällaisia ​​raaka-aineita voidaan myös painaa ja rakeistaa polttoainepellettien saamiseksi, joiden ominaisuudet eivät käytännössä poikkea puumaisesta biomassasta valmistetuista pelleteistä.

Eläinperäiset biopolttoaineet

Muina aikoina polttopuun rinnalla ihmiset alkoivat käyttää eläinperäistä polttoainetta, nimittäin kotieläinten kuivattua lantaa. Nykyaikaiset tekniikat samanlaisten raaka-aineiden kuivaamisen ja käsittelyn avulla mahdollistavat kiinteiden biopolttoaineiden lajikkeiden saamisen, joilla ei ole mitään epämiellyttävää hajua.

Koska tällä hetkellä eläinjätteet kerätään teollisessa mittakaavassa, polttoaineen tuotanto samanaikaisesti ratkaisee niiden hyödyntämisen ongelman.

Tyyppi # 2: neste

Nestemäisiä biopolttoaineita, jotka ovat turvallisia ja ympäristöystävällisiä, käytetään enimmäkseen bensiinin ja muiden vastaavien keinojen korvikkeena. Yleisimpiä vaihtoehtoja ovat bioetanoli, biometanoli, biobutanoli, biodiesel, dimetyylieetteri.

Bioetanoli kasveista

Tämä on yleinen nestemäinen biopolttoaine, jota käytetään autojen tankkaamiseen. Vaikka puhdasta ainetta ei käytetä polttoaineena, sen lisäys bensiiniin parantaa suorituskykyä. moottorin teho, moottorin lämmityksen seuranta, pakokaasupäästöjen vähentäminen kaasut.

Myös takan ystäville arvostettiin bioetanolia. Tällä aineella on hyvä lämmönsiirto, lisäksi, kun se poltetaan, ei muodostu nokea tai savua, ja päästetyn hiilidioksidin määrä minimoidaan.

Tällaisten ominaisuuksien ansiosta polttoainetta voidaan käyttää jopa lämmityslämmitykseen kerrostaloissa. Lue lisää tulisijojen biopolttoaineista tämän artikkelin.

Bioetanolia valmistetaan ensimmäisen sukupolven tärkkelystä tai sokeria sisältävistä raaka-aineista. Vilja, maissi, sokeriruoko, sokerijuurikkaat jalostetaan alkoholikäymisen avulla.

Biobutanoli autojen tankkaamiseen

Biobutanoli on biologisesti tuotettu butanolianalogi. Väritöntä nestettä, jolla on tyypillinen haju, käytetään laajalti kemiallisena raaka-aineena teollisuudessa, ja sitä voidaan käyttää myös kuljetuspolttoaineena.

Butanolin energiasisältö on lähellä bensiiniä, mikä mahdollistaa sen osittaisen korvaamisen polttokennoissa. Toisin kuin bioetanoli, biobutanolia voidaan käyttää itsenäisesti lisäämättä perinteisiä polttoaineita.

Raaka-aineet tämän bio-aineen valmistamiseksi ovat erilaisia ​​kasveja: juurikkaita, maniokkia, vehnää, maissia.

Dimetyylieetteri (C₂H₆O)

Se on myös ympäristöystävällinen polttoaine. Kun se poltetaan pakokaasuissa, ei ole rikkiyhdisteitä, ja typpiyhdisteiden pitoisuus on 90% pienempi kuin bensiinin palamisen aikana.

Dimetyylieetteriä voidaan käyttää ilman erityisiä suodattimia, mutta auton rakenne (sähköjärjestelmä, moottorin sytytys) on vaihdettava dramaattisesti.

Ilman mitään muutoksia voidaan käyttää yhdistettyä polttoainetta, joka sisältää 30% dimetyylieetteriä, LPG-moottoreilla varustetuissa koneissa.

Nestemäistä polttoainetta voidaan valmistaa eri raaka-aineista: maakaasusta, hiilipölystä, biomassasta ja ennen massa- ja paperinvalmistusjäämien kokonaismäärä, joka muuttuu nesteeksi lievällä paineella.

Biometanoli yksisoluisista levistä

Tämä aine on samanlainen kuin tavanomainen metanoli, jota käytetään laajalti useiden valmistuksessa kemialliset yhdisteet (etikkahappo, formaldehydi), ja sitä käytetään myös jäätymisenestoaineena ja liuotin.

Ensimmäistä kertaa kysyttiin tämäntyyppisen biopolttoaineen tuotannosta 1980-luvulla, jolloin ryhmä tutkijoita ehdotti nestemäisen tuotannon tuottamista. meren fytoplanktonin biokemiallisella muuntumisella, jota viljellään erityisillä tekoaltaat.

Biometanolilla on useita mahdollisia etuja:

• korkea energiatehokkuus - 14 metaanin vastaanottamisen jälkeen, 7 metanolin valmistuksessa;
• erinomainen fitoplanktonin tuottavuus - enintään 100 tonnia hehtaaria kohti vuodessa;
• vaatimattomia yksisoluisia organismeja, jonka viljelyyn ei tarvita makeaa vettä, hedelmällistä maaperää;
• maatalousvarojen säilyttäminenkoska kasviplanktonia kasvatetaan lammikoissa tai merenlahdilla.

Vaikka biometanolin teollista tuotantoa ei ole vielä luotu, tällä hetkellä suoritetaan jatkuvaa tutkimusta ja teknologian kehittämistä tämäntyyppisten vaihtoehtoisten polttoaineiden tuotannon kehittämiseksi.

Biodieseli vaihtoehtona polttoaineen kuljetukselle

Tämä on nestemäistä biopolttoainetta, joka koostuu rasvahappoesterien seoksesta. Aine on turvallinen ihmisille ja eläimille, melkein täysin hajoaa maahan 28 vuorokautta, ja sillä on myös suhteellisen korkea (<100) syttymislämpötila.

Biodiesel vähentää haitallisten kaasujen päästöjä ja pidentää myös moottorin käyttöikää, koska se sisältää voiteluaineita.

Polttoainetta käytetään auton moottoreiden tankkaamiseen sekä itsenäisesti että yhdessä tavanomaisen polttoaineen kanssa. Biologisen aineen lyhyt säilyvyysaika on otettava huomioon: kolmen kuukauden kuluttua biologisen aineen hajoaminen alkaa ominaisuuksien täydellisestä häviämisestä.

EU: n biodieselin osalta hyväksyttiin erityinen standardi EN14214. Useissa maissa standardi EN590 on myös voimassa, mikä mahdollistaa 5 prosentin biodieselin lisäämisen muihin polttoaineisiin.

Tyyppi # 3: kaasumainen

Kaasumaisia ​​biopolttoaineita ovat muun muassa biokaasu ja bio-vety.

Biokaasu maakaasun korvaavana aineena

Biokaasu on käytännöllisesti katsoen täydellinen maakaasun analogi: se sisältää 13-50% CO_2, 49 - 87% metaania sekä epäpuhtauksia H₂ ja H₂S. Jos tämä aine poistuu hiilidioksidista, saat biometaania.

Kaasumainen biopolttoaine tuotetaan biomassasta vedyn tai metaanin käymisen avulla. Jälkimmäinen johtuu kolmesta mikro-organismityypistä: ensinnäkin raaka-aine altistuu bakteerien hydrolysoimiselle, joka korvataan sitten happoa muodostavilla ja metaania muodostavilla mikrobeilla.

Raaka-aineina voidaan käyttää erilaisia ​​materiaaleja: silo, lanta, levät, jätevedet, pentue, ulosteen jäämät, kotitalousjätteet. Lähtöaine saatetaan homogeeniseen tilaan, minkä jälkeen se asetetaan reaktoriin kuormaimen avulla.

Se ylläpitää mukavaa lämpötilaa + 35-38 ° C, joka on välttämätön metaanin käymisen prosessin toteuttamiseksi.

Raaka-aineet sekoitetaan jatkuvasti, jolloin syntyvä kaasumainen tuote johdetaan kaasusäiliöön (varastointiyksikköön), josta se tulee generaattoriin.

Lisätietoa biokaasun hankinnasta lannasta ja biokaasulaitoksen järjestelystä on kirjoitettu artikkeleissa:

1. Miten tehdä biopolttoaine omilla käsillään lannasta kotona
2. Biogaaniasennus omaan taloon omalla kädellä: suositukset laitteelle ja esimerkki kotitekoisista laitteista

Biologinen vety, joka saadaan kemiallisella menetelmällä

Biomassasta saadaan erilaisia ​​biopolttoaineita, jotka ovat tavanomaisen vedyn analogia, biokemiallisia tai termokemiallisia menetelmiä käyttäen.

Termokemiallisella menetelmällä valmistettu raaka-aine (esimerkiksi puujätteet) kuumennetaan 500–800 ° C: n lämpötilaan ilman happea, ja H-kaasuja päästetään.₂, CO, CH₄.

Biokemiallisessa menetelmässä raaka-aine pidetään mukavissa olosuhteissa normaalipaineessa ja noin 30 ° C: n lämpötilassa.

Erityiset mikro-organismit Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes tuodaan biomassaan, joka hajottaa alkuperäisen tuotteen ja vapauttaa vetyä. Entsyymien annetaan kiihdyttää tuotantoa polysakkarideilla.

Päätelmät ja hyödyllinen video aiheesta

Alla olevalla videolla näet prosessin, jossa valmistetaan suosittu biopolttoaineen - brikettien tyyppi:

Biopolttoaineiden tyypit eroavat paitsi aggregaation tilasta myös niiden ominaisuuksista. Tällaista materiaalia valittaessa on otettava huomioon niiden suunniteltu käyttö, tehokkuus, toiminnalliset ominaisuudet ja kustannukset.

Onko sinulla kokemusta vaihtoehtoisesta polttoaineesta? Vai haluaisitko esittää kysymyksiä biopolttoaineista? Kommentoi julkaisua ja osallistu keskusteluihin. Palautelohko sijaitsee alla.