Types de biocarburants: comparaison des solides, des liquides et des gaz

Une alternative aux ressources énergétiques traditionnelles consiste en divers types de biocarburants, dont la fabrication matières premières végétales ou animales usagées, déchets industriels et résultats de la vie organismes.

Nous vous proposons de comprendre les avantages et les inconvénients de l’utilisation de ce carburant, découvrez les caractéristiques production, les caractéristiques fonctionnelles, ainsi que l’évaluation de l’efficacité de l’utilisation de différents types biocarburants. Cette information aidera à naviguer dans la sélection de sources d'énergie alternatives.

Qu'est-ce qu'un biocarburant

Les domaines les plus prometteurs du secteur de l’énergie sont les technologies utilisant des ressources renouvelables, notamment les biocarburants.

En tant que matière première pour sa production, vous pouvez utiliser de la biomasse d'origine végétale / animale, y compris des déchets industriels ou des résidus d'animaux.

Le traitement de ces substances est une méthode thermochimique ou biologique. Dans ce dernier cas, le combustible est obtenu à l'aide de divers types de micro-organismes.

Dans de nombreux pays, il existe des programmes spéciaux pour augmenter la part des biocarburants dans la consommation énergétique nationale et régionale. Dans plusieurs États, il existe également des normes obligatoires pour l’utilisation de cette source d’énergie.

Les avantages et inconvénients des biocarburants

Les types de combustibles biologiques ont leurs côtés positif et négatif. Intérêt pour l'utilisation de ce type de matière première en raison de ses avantages incontestables.

Ceux-ci comprennent:

• Valeur du budget. Bien que le prix des biocarburants coïncide pratiquement avec le prix de l'essence, les substances biologiques sont considérées comme un type de carburant plus rentable, car elles produisent moins d'émissions lorsqu'elles sont brûlées. Les biocarburants peuvent être utilisés dans diverses conditions, mais ils peuvent également être adaptés à des moteurs de différentes conceptions. Un autre avantage est l'optimisation du moteur, qui reste propre plus longtemps en raison de la faible quantité de suie et de gaz d'échappement.
• La mobilité. Le biocarburant se distingue des autres options d’énergie de remplacement par sa mobilité. Les centrales solaires et éoliennes sont généralement conçues avec des batteries lourdes. sont utilisés de manière permanente, tandis que le biocarburant peut être transporté d’une région à l’autre. un autre.
• Énergie renouvelable. Bien que, selon les chercheurs, les gisements existants de pétrole brut durent au moins quelques centaines d'années, les réserves minérales sont encore limitées. Les biocarburants fabriqués à partir de plantes et de déchets animaux font partie des ressources renouvelables qui ne sont pas menacées de disparaître dans un avenir proche.
• Protection de l'atmosphère terrestre. Un important inconvénient des hydrocarbures traditionnels est un pourcentage élevé de CO.₂qui est libéré pendant la combustion. Ce gaz crée un effet de serre dans l'atmosphère de notre planète, créant des conditions propices au réchauffement climatique. Lors de la combustion de substances biologiques, la quantité de dioxyde de carbone est réduite à 65%. De plus, les cultures utilisées dans la production de biocarburants consomment du monoxyde de carbone, ce qui réduit sa part dans l'air.
• Sécurité économique. Les réserves d'hydrocarbures étant inégalement réparties, certains États sont obligés d'acheter du pétrole ou du gaz naturel, dépensant de grosses sommes d'argent pour l'achat, le transport et le stockage. Différents types de carburant biologique peuvent être obtenus dans presque tous les pays. Quant à sa fabrication et à sa transformation, il sera nécessaire de créer de nouvelles entreprises et, en conséquence, les emplois profiteront à l’économie nationale et auront un effet positif sur bien-être des personnes.

L'amélioration de la technologie et le développement de nouvelles méthodes renforceront les effets positifs des biocarburants. Ainsi, le développement de technologies utilisant le plancton et les algues réduira considérablement son prix.

Dans le même temps, au stade actuel du développement de la science et de la technologie, la production de biocarburants est associée à un certain nombre de difficultés et d’inconvénients. Tout d'abord, ce sont des limitations naturelles chez les plantes en croissance.

Pour la croissance des cultures utilisées pour la production de biomasse, un certain nombre de facteurs doivent être pris en compte, à savoir:

• Utilisation de l'eau. Les plantes agricoles consomment beaucoup d’eau, une ressource limitée, en particulier dans les endroits secs.
• Invasivité. Les cultures développées pour le carburant sont souvent agressives. Ils noyent la flore authentique, ce qui peut affecter la biodiversité et l'écosystème de la région.
• Engrais. La croissance de nombreuses plantes nécessite l'ajout de nutriments pouvant nuire aux autres cultures ou à l'écosystème en général.
• Le climat Des zones climatiques distinctes (par exemple, le désert ou la toundra) ne conviennent pas à la culture de biocarburants.

La culture active de plantes agricoles est associée à l'épuisement des ressources agricoles. Le non-respect des règles du génie agricole peut entraîner une diminution de la teneur en composants bénéfiques du sol et, par conséquent, leur épuisement, ce qui entraînera une aggravation de l'alimentation problèmes.

Une perturbation de l'écosystème se produit. La production de biomasse nécessite généralement l’extension des territoires concernés par l’agriculture.

Souvent, à cette fin, un nettoyage du territoire est effectué, ce qui entraîne la destruction du micro-système (par exemple, les forêts), la mort de plantes et d'animaux.

La monoculture en croissance pose des problèmes. Pour obtenir un meilleur rendement en biomasse, les producteurs sèment souvent la terre avec une certaine plante. Cette pratique ne se reflète pas très bien dans l'état des terres agricoles, car la monoculture entraîne un changement de l'environnement.

Sur les champs occupés par une espèce de plantes, des espèces de parasites spécifiques parasitent généralement. Une tentative pour les contrôler avec des insecticides et des pesticides ne conduit qu'à développer une résistance à ces agents.

Pour éviter les problèmes décrits ci-dessus, les scientifiques conseillent de ne pas négliger la biodiversité des cultures en combinant plusieurs plantes dans les champs, ainsi que d'utiliser des variétés de flore locales.

Générations de carburants alternatifs

Une large gamme de matières premières végétales utilisées pour la biomasse peut être divisée en plusieurs générations.

Première génération. Cette catégorie comprend les cultures contenant un pourcentage élevé d’amidon, de sucres et de graisses. Ce sont des plantes populaires comme le maïs, la betterave à sucre, le canola, le soja.

Étant donné que la culture de ces cultures nuit au climat et que leur retrait du marché influe sur la tarification des produits, les scientifiques tentent de les remplacer par d'autres types de biomasse.

Deuxième génération. Le groupe biomasse comprend le bois, l'herbe, les déchets agricoles (coquilles, enveloppes). Obtenir des biocarburants à partir de telles matières premières est coûteux, mais cela résout le problème du recyclage des résidus non alimentaires avec la production simultanée de matières combustibles.

Une des caractéristiques des cultures incluses dans cette variété est la présence de lignine et de cellulose dans celles-ci. Grâce à eux, la biomasse peut être brûlée et gazéifiée, mais également soumise à une pyrolyse pour obtenir un combustible liquide.

Le principal inconvénient de la biomasse de deuxième génération est le manque de rendement par unité de surface, raison pour laquelle des ressources en terres importantes doivent être allouées à de telles cultures.

Troisième génération. La matière première pour la production de biocarburants sont des algues qui sont cultivées à l'échelle industrielle, par exemple en eau libre.

Cette pratique a de grandes perspectives, mais à l'heure actuelle, ces technologies ne font que se développer. Les scientifiques mènent également des recherches sur la création de techniques permettant d'obtenir des biocarburants de quatrième et même cinquième générations.

Trois types de biocarburants

Selon l’état d’agrégation de la substance, il existe trois types principaux de biocarburants:

1. Solide: bois de chauffage, tourbe, déchets animaux et production agricole.
2. Liquide: biodiesel, diméthyléther, bioéthanol, biobutanol.
3. Gazeux: biogaz, méthane, biohydrogène.

Chaque type de substance a ses propres spécificités, qui seront discutées ci-dessous.

Type n ° 1: solide

Les variétés solides les plus populaires de biocarburants sont le bois, la tourbe et les déchets d’animaux.

Bois (bois de chauffage, copeaux, sciure de bois)

Les formes les plus anciennes de biocarburants sont le bois de chauffage bien connu, qui a longtemps été utilisé pour chauffer les maisons et cuisiner. Jusqu'à présent, ils sont activement utilisés dans différents pays pour produire de la chaleur / de l'électricité, notamment une grande centrale thermique autrichienne d'une capacité de 66 mégawatts fonctionnant au bois de chauffage.

Dans le même temps, ces matières premières présentent des inconvénients. La valeur énergétique du bois de chauffage est relativement faible: lors de la combustion, une partie de la substance s’accumule sous forme de suie, ce qui nécessite un nettoyage régulier des foyers et des poêles. En outre, il faut du temps pour reconstituer le stock de bois - de nouveaux arbres ne pousseront que dans 15 à 20 ans.

Les granulés de bois (granulés) constituent une excellente alternative au bois de chauffage classique. Ils servent à la fabrication de bois de qualité inférieure: écorce, copeaux, sciure de bois presséebranches

Pour la production de pastilles de combustible, les matières premières sont broyées en poussières qui sont ensuite séchées et pressées à haute température. En raison de la lignine contenue dans le bois, il se forme une masse collante à partir de laquelle se forment de petits cylindres d’une longueur de 5 à 70 mm et d’un diamètre de 6 à 10 mm.

Vous pouvez configurer vous-même la production de pellets. presse à briquettes.

Parmi les types populaires de biocarburants figurent les copeaux de bois, qui servent souvent de source d'énergie aux centrales thermiques européennes. La production de cette matière première est réalisée sur des sites d'exploitation forestière ou sur des chaînes de production spéciales équipées de déchiqueteuses.

Tourbière des marais et des forêts

Il s’agit d’une forme courante de biocarburants, utilisés à des fins domestiques et industrielles depuis des siècles. La tourbe est une couche de mousse qui ne s'est pas complètement décomposée dans les conditions marécageuses et qui est récoltée dans de nombreux pays du monde: Russie, Biélorussie, Canada, Suède, Indonésie et autres.

Pour la commodité du processus de production, la biomasse est généralement traitée sur le site d'extraction. Le processus consiste à nettoyer (tamiser) les matières premières des fermetures parasites, puis à les sécher et les mouler sous forme de briquettes ou de granulés.

Combustible agricole

En règle générale, dans la production agricole, un grand nombre de déchets végétaux s'accumulent: les coquilles extérieures des plantes, les coquilles de noix, la paille.

De telles matières premières peuvent également être pressées et granulées pour obtenir des pastilles de combustible, dont les caractéristiques ne diffèrent pratiquement pas des pastilles fabriquées à partir de biomasse ligneuse.

Biocarburants d'origine animale

Avec le bois de chauffage dans les temps anciens, les gens ont commencé à utiliser du combustible d’origine animale, à savoir du fumier séché de fumier d’animaux domestiques. Les technologies modernes de séchage et de traitement de matières premières similaires permettent d'obtenir des variétés solides de biocarburants, totalement dépourvues d'odeur désagréable.

Étant donné que, à l'heure actuelle, les déchets animaux s'accumulent à l'échelle industrielle, leur production résout simultanément le problème de leur utilisation.

Type n ° 2: liquide

Les variantes de biocarburants liquides qui sont sûres et respectueuses de l'environnement sont principalement utilisées en remplacement de l'essence et d'autres moyens similaires. Les options les plus courantes comprennent le bioéthanol, le biométhanol, le biobutanol, le biodiesel et le diméthyléther.

Bioéthanol à partir de plantes

Il s'agit d'un biocarburant liquide commun utilisé pour faire le plein de voitures. Bien que la substance pure ne soit pas utilisée comme carburant, son addition à l'essence améliore les performances. moteur, augmentant sa puissance, surveillant le chauffage du moteur, réduisant les émissions d'échappement les gaz.

Le bioéthanol a également été apprécié par les amateurs de cheminée. De plus, cette substance présente un bon transfert de chaleur; lorsqu’elle est brûlée, il n’ya pas de suie ni de fumée et la quantité de dioxyde de carbone émise est minimisée.

Grâce à ces caractéristiques, le carburant peut être utilisé même pour chauffer le foyer dans les immeubles d'habitation. En savoir plus sur les biocarburants pour les cheminées écrits en cet article.

Le bioéthanol est produit à partir de matières premières de première génération contenant de l'amidon ou du sucre. Les céréales, le maïs, la canne à sucre et les betteraves sont transformés selon la technologie de la fermentation alcoolique.

Biobutanol pour le ravitaillement des voitures

Le biobutanol est un analogue de butanol produit biologiquement. Le liquide incolore, qui a une odeur caractéristique, est largement utilisé comme matière première chimique dans l’industrie et peut également être utilisé comme carburant de transport.

La teneur en énergie du butanol est proche de celle de l’essence, ce qui permet de remplacer partiellement cette dernière dans les piles à combustible. Contrairement au bioéthanol, le biobutanol peut être utilisé indépendamment, sans ajouter de carburant traditionnel.

Les matières premières pour la production de cette substance biologique sont diverses plantes: betterave, manioc, blé, maïs.

Diméthyléther (C₂H₆O)

C'est aussi un carburant écologique. Lorsqu'il est brûlé dans les gaz d'échappement, il n'y a pas de composés soufrés et la teneur en composés azotés est 90% plus basse que lors de la combustion de l'essence.

L'éther diméthylique peut être utilisé sans filtres spéciaux, mais la conception de la voiture (système d'alimentation, allumage du moteur) doit être radicalement modifiée.

Sans aucune modification, un carburant combiné contenant 30% d'éther diméthylique peut être utilisé dans les machines équipées de moteurs GPL.

Le carburant liquide peut être produit à partir de diverses matières premières: gaz naturel, poussières de charbon, biomasse et avant total des résidus de production de pâtes et papiers se transformant en un liquide sous légère pression.

Biométhanol à partir d'algues unicellulaires

Cette substance est similaire au méthanol classique, largement utilisé pour produire un certain nombre de composés chimiques (acide acétique, formaldéhyde), et est également utilisé comme antigel et solvant.

Pour la première fois, la question de la production de ce type de biocarburant a été soulevée dans les années 1980, quand un groupe de scientifiques a proposé de produire substance par la transformation biochimique du phytoplancton marin, qui sera cultivé dans des conditions spéciales. réservoirs.

Le biométhanol présente plusieurs avantages potentiels:

• haute efficacité énergétique - 14 à la réception de méthane, 7 dans la production de méthanol;
• excellente productivité phytoplanctonique - jusqu'à 100 tonnes par hectare et par an;
• organismes unicellulaires peu exigeants, pour la culture de qui n'a pas besoin d'eau douce, un sol fertile;
• conservation des ressources agricolesparce que le phytoplancton est cultivé dans des étangs ou des baies marines.

Bien que la production industrielle de biométhanol n’ait pas encore été établie, la recherche et le développement de technologies permettant de développer la production de ce type de carburant alternatif sont en cours.

Le biodiesel comme alternative au transport de carburant

Il s’agit d’un biocarburant à moteur liquide constitué d’un mélange d’esters d’acides gras. La substance est sans danger pour les humains et les animaux, se décompose presque complètement dans le sol pendant 28 jours et présente également une température d'inflammation relativement élevée (<100).

Le biodiesel réduit le pourcentage d'émissions de gaz nocifs et prolonge également la durée de vie du moteur, car il contient des composants lubrifiants.

Le carburant est utilisé pour faire le plein des moteurs de voiture de manière indépendante et en combinaison avec du carburant conventionnel. Seule une courte durée de conservation de la substance biologique doit être prise en compte: après trois mois, la décomposition de la substance biologique commence par une perte complète de propriétés.

Pour le biodiesel dans l'UE, une norme spéciale EN14214 a été adoptée. Dans un certain nombre de pays, la norme EN590 est également en vigueur, permettant d'ajouter 5% de biodiesel à d'autres carburants.

Type n ° 3: gazeux

Les principaux types de biocarburants gazeux comprennent le biogaz et le bio-hydrogène.

Le biogaz en remplacement du gaz naturel

Le biogaz est un analogue pratiquement complet du gaz naturel: il contient de 13 à 50% de CO_2, 49-87% de méthane, ainsi que des impuretés H₂ et H₂S. Si cette substance est débarrassée de son dioxyde de carbone, vous pouvez obtenir du biométhane.

Le biocarburant gazeux est produit à partir de biomasse par fermentation d’hydrogène ou de méthane. Cette dernière est causée par trois types de microorganismes: premièrement, la matière première est exposée à l'action de bactéries hydrolysantes, qui sont ensuite remplacées par des microbes formateurs d'acide et de méthane.

Divers matériaux peuvent être utilisés comme matières premières: ensilage, fumier, algues, eaux usées, litière, résidus fécaux, déchets ménagers. Le produit de départ est amené à un état homogène, après quoi il est placé dans le réacteur à l'aide d'un chargeur.

Il maintient une température confortable de + 35-38 ° C, nécessaire à la mise en œuvre du processus de fermentation du méthane.

Les matières premières sont constamment mélangées, le produit gazeux qui en résulte est déchargé dans le réservoir de gaz (unité de stockage), d'où il entre dans le générateur.

Plus d’informations sur l’obtention de biogaz à partir de fumier et l’aménagement d’une installation de biogaz sont décrites dans les articles:

1. Comment fabriquer un biocarburant avec vos propres mains à partir du fumier à la maison
2. Installation de biogaz dans une maison individuelle avec ses propres mains: recommandations relatives à l'appareil et exemple de configuration d'équipement maison

Hydrogène biologique obtenu par voie chimique

Une variété de biocarburants gazeux, qui est un analogue de l'hydrogène ordinaire, est obtenue à partir de biomasse par des méthodes biochimiques ou thermochimiques.

Dans la méthode thermochimique, la matière première préparée (par exemple, les déchets de bois) est chauffée à une température de 500 à 800 ° C sans oxygène et des gaz de H sont émis.₂, CO, CH₄.

Dans le procédé biochimique, la matière première est maintenue dans des conditions confortables à une pression normale et à une température d'environ 30 ° C.

Des microorganismes spéciaux, Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes, sont introduits dans la biomasse, qui décompose le produit d'origine en libérant de l'hydrogène. Les enzymes sont autorisés à accélérer la production en utilisant des polysaccharides.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Sur la vidéo ci-dessous, vous pouvez voir le processus de fabrication d'un type de biocarburant populaire - les briquettes de bois:

Les types de biocarburants diffèrent non seulement par l'état d'agrégation, mais aussi par leurs caractéristiques. Lors du choix de ces matériaux, il est nécessaire de prendre en compte leur utilisation prévue, leur efficacité, leurs propriétés fonctionnelles et leur coût.

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