A hagyományos energiaforrások alternatívája a különböző típusú bioüzemanyagok, amelyek előállításához használt növényi vagy állati alapanyagok, ipari hulladékok és az élet eredménye szervezetekre.
Javasoljuk, hogy megértsük az ilyen üzemanyag használatának előnyeit és hátrányait, megtanuljuk a jellemzőket termelés, funkcionális jellemzők, valamint a különböző típusok alkalmazásának hatékonysága bioüzemanyag. Ez az információ segít az alternatív energiaforrások kiválasztásában.
A cikk tartalma:
- Mi az a bioüzemanyag?
- A bioüzemanyagok előnyei és hátrányai
- Alternatív üzemanyag generációk
-
Háromféle bioüzemanyag
- # 1-es típus: szilárd
- 2. típus: folyadék
- 3. típus: Gáznemű
- Következtetések és hasznos videó a témáról
Mi az a bioüzemanyag?
Az energiaszektor legígéretesebb területei a megújuló erőforrásokat használó technológiák, amelyek magukban foglalják a bioüzemanyagokat is.
A leggyakoribb típusú bioüzemanyagok a hagyományos tűzifa. A világ népességének 38% -a használja őket fűtésre és főzésre
A termelés nyersanyagaként a növényi / állati eredetű biomasszát, beleértve az ipari hulladékokat vagy az állati maradványokat is.
Az ilyen anyagok feldolgozása termokémiai vagy biológiai módszer, utóbbi esetben az üzemanyagot különböző típusú mikroorganizmusok felhasználásával állítják elő.
A bioüzemanyagok részesedése folyamatosan növekszik, ami hozzájárul a fosszilis szénhidrogén-erőforrások megőrzéséhez (+)
Számos országban vannak olyan speciális programok, amelyek növelik a bioüzemanyagok részesedését a nemzeti és regionális energiafogyasztásban. Számos államban kötelezőek az energiaforrás használatára vonatkozó normák is.
A bioüzemanyagok előnyei és hátrányai
Az üzemanyag biológiai típusai pozitív és negatív oldala. Érdeklődés az ilyen típusú nyersanyag felhasználása iránt, kétségtelen előnyei miatt.
Ezek a következők:
- Költségvetési érték. Bár jelenleg a bioüzemanyagok ára gyakorlatilag egybeesik a benzin költségével, a biológiai anyagok jövedelmezőbb üzemanyagnak tekintendők, mivel az égés során kevesebb kibocsátást termelnek. A bioüzemanyagok alkalmasak a különböző körülmények között történő felhasználásra, míg a különböző kivitelű motorokhoz igazítható. Másik előnye a motor optimalizálása, amely a korom és a kipufogógázok kis mennyisége miatt hosszabb ideig tiszta marad.
- mobilitás. A bioüzemanyag a többi alternatív energiával szembeni mobilitástól eltér. A napenergia és a szélerőművek tervezése általában nehéz elemeket tartalmaz, ezért gyakran tartósan használják, míg a bioüzemanyagot egy régióból szállítják másik.
- Megújuló energia. Bár a kutatók szerint a meglévő kőolajbetétek legalább néhány száz évig tartanak, az ásványi tartalékok még mindig végesek. A növényekből és az állati hulladékból előállított bioüzemanyagok a megújuló erőforrások közé tartoznak, amelyeket a közeljövőben nem fenyeget ki a kihalás.
- Föld légkör védelme. A hagyományos szénhidrogének nagy hátránya a CO nagy része.2amely égés közben szabadul fel. Ez a gáz üvegházhatást okoz a bolygónk légkörében, ami feltételeket teremt a globális felmelegedés számára. A biológiai anyagok égése során a szén-dioxid mennyisége 65% -ra csökken. Emellett a bioüzemanyagok előállításához használt növények szénmonoxidot fogyasztanak, csökkentve ezzel a levegőben való részesedését.
- Gazdasági biztonság. A szénhidrogének tartalékai egyenlőtlenek, ezért egyes államok olaj- vagy földgázvásárlásra kényszerülnek, nagy mennyiségű pénzt költenek a vásárlásra, szállításra és tárolásra. Szinte minden országban különféle biológiai tüzelőanyagokat lehet beszerezni. A gyártás és feldolgozás tekintetében új vállalkozások létrehozása szükséges, és ennek megfelelően a munkahelyek előnyösek lesznek a nemzetgazdaság számára, és pozitív hatással lesznek jólétét.
A technológia javítása és új módszerek kidolgozása növeli a bioüzemanyagok pozitív hatásait. Így planktonot és algákat használó technológiák fejlesztése jelentősen csökkenti az árát.
Ugyanakkor a tudomány és a technológia fejlődésének jelenlegi szakaszában a bioüzemanyagok előállítása számos nehézséggel és kellemetlenséggel jár együtt. Először is, ezek a növények természetes korlátozásai.
A biomassza-termeléshez használt növények növekedéséhez számos tényezőt kell figyelembe venni, nevezetesen:
- Vízhasználat. A mezőgazdasági üzemek sok vizet fogyasztanak, ami korlátozott erőforrás, különösen száraz helyen.
- invazív. Az üzemanyagra termesztett kultúrák gyakran agresszívek. Elfojtják a valódi növényt, ami befolyásolhatja a régió biológiai sokféleségét és ökoszisztémáját.
- műtrágyák. Számos növény növekedése megköveteli a tápanyagok hozzáadását, amelyek károsíthatják más növényeket vagy az általános ökoszisztémát.
- Éghajlat. A különféle éghajlati övezetek (például sivatag vagy tundra) nem alkalmasak a bioüzemanyagok termesztésére.
A mezőgazdasági növények aktív termesztése a mezőgazdasági erőforrások kimerüléséhez kapcsolódik, a mezőgazdasági technika szabályainak be nem tartása az előnyös talajösszetevők tartalmának csökkenéséhez, és ennek következtében kimerüléséhez vezet, ami az élelmiszerek súlyosbodását okozhatja. problémákat.
Az ökoszisztéma zavarja. A biomassza előállításához általában szükség van a mezőgazdaságban érintett területek bővítésére.
E célból gyakran a terület tisztítását végzik, ami a mikroökoszisztéma (például erdők) megsemmisítéséhez, a növények és állatok halálához vezet.
A bioüzemanyagok előállításához már nagy mennyiségű mezőgazdasági növénytermesztés történik. Az Európában termesztett repce több mint 50% -át, az amerikai gabona több mint egyharmadát és a Brazíliában termesztett cukornád közel felét biomassza-termelésre használják.
Problémák vannak a növekvő monokultúrákkal. Ahhoz, hogy több biomassza hozamot kapjunk, a termelők gyakran egy bizonyos növénykel vetik a földet. Ez a gyakorlat nem igazán tükröződik a mezőgazdasági területek állapotában, mivel a monokultúra a környezet változásához vezet.
Az egyik növényfaj által elfoglalt területeken speciális kártevő fajok általában parazitálódnak. A rovarirtó szerekkel és peszticidekkel való kontrollálásra irányuló kísérlet csak az említett szerekkel szembeni rezisztencia kialakulásához vezet.
A fentebb leírt problémák elkerülése érdekében a tudósok azt tanácsolják, hogy ne hagyják figyelmen kívül a növények biológiai sokféleségét, kombinálva a mezők több növényét, valamint a helyi növényfajtákat.
Alternatív üzemanyag generációk
A biomasszához használt növényi nyersanyagok széles választéka több generációra osztható.
Első generáció. Ebbe a kategóriába tartoznak azok a növények, amelyek nagy százalékban tartalmaznak keményítőt, cukrot, zsírokat. Ezek olyan népszerű növények, mint a kukorica, a cukorrépa, a repce, a szója.
Mivel ezeknek a növényeknek a termesztése káros az éghajlatra, és a piacról való eltávolítása befolyásolja a termékek árképzését, a tudósok más biomassza-típusokkal próbálják helyettesíteni őket.
A nyersanyagok első generációjába tartozó mezőgazdasági üzemekből szinte minden típusú modern folyékony tüzelőanyag (biodízel, etanol) készül.
Második generáció. A biomassza csoportba tartozik a fa, a fű, a mezőgazdasági hulladék (héj, héj). A bioüzemanyagok ilyen nyersanyagokból történő beszerzése költséges, de megoldja a nem élelmiszer-maradékok ártalmatlanításának problémáját éghető anyagok egyidejű előállításával.
Az ebbe a fajta kultúrákba tartozó kultúrák jellemzője a lignin és a cellulóz jelenléte. Ezeknek köszönhetően a biomassza éghető és gázolható, és pirolízisnek is alávethető, folyékony üzemanyagot kapva.
A második generációs biomassza fő hátránya az egységnyi területre jutó visszatérés hiánya, ezért jelentős természeti erőforrásokat kell elosztani az ilyen növények számára.
Harmadik generáció. A bioüzemanyagok előállításának alapanyaga az algák, amelyeket ipari méretben, például nyílt vízben termesztenek.
A legígéretesebb lehetőség az egysejtű algákból származó bioüzemanyagok. Ezek a növények gyorsan gyarapodnak, míg termesztésükért nem igényel termékeny földet
Ez a gyakorlat nagyszerű kilátásokkal rendelkezik, de jelenleg ezek a technológiák csak fejlesztés alatt állnak. A tudósok kutatást is végeznek a negyedik és az ötödik generációs bioüzemanyagok megszerzését lehetővé tevő technikák létrehozásáról.
Háromféle bioüzemanyag
Az anyag összesítésének állapotától függően a bioüzemanyagok három fő típusa van:
- határozott: tűzifa, tőzeg, állati hulladék és mezőgazdasági termelés.
- folyadék: biodízel, dimetil-éter, bioetanol, biobutanol.
- gáznemű: biogáz, metán, biohidrogén.
Minden anyagtípusnak saját sajátosságai vannak, amelyeket az alábbiakban tárgyalunk.
# 1-es típus: szilárd
A bioüzemanyagok legnépszerűbb szilárd fajtái a fa, a tőzeg, az állati hulladék.
Fa (tűzifa, forgács, fűrészpor)
A bioüzemanyagok ősi formája a jól ismert tűzifa, amelyet már régóta használnak otthoni és főzési célokra. Mostanáig különböző országokban aktívan használják fel hő / villamos energia előállítására, különösen egy nagy osztrák 66 megawatt kapacitású hőerőmű működik tűzifa.
Ugyanakkor az ilyen nyersanyagok hátrányai vannak. A tűzifa energiaértéke viszonylag kicsi: égetéskor az anyag egy része felhalmozódik korom formájában, ami miatt a kandallókat és kályhákat rendszeresen tisztítani kell. Ezen túlmenően időbe telik a fa feltöltése - az új fák csak 15-20 év alatt nőnek.
A hagyományos tűzifa kiváló alternatívája a pellet (granulátum), amelynek előállításához nem megfelelő faanyagot használnak: kéreg, forgács, préselt fűrészpor, Gallyak.
A fa, a tőzeg és a különböző hulladékok pelletei eltérő színűek. A világos színeket a kandallók és a kályhák fűtésére használják, míg a sötét, magas kéregtartalmú, szilárd tüzelőanyag-kazánok.
Az üzemanyag-pelletek előállításához a nyersanyagot porra őröljük, majd szárítjuk és magas hőmérsékleten préseljük. A fa ligninje miatt ragadós tömeg keletkezik, amelyből 5-70 mm hosszú és 6-10 mm átmérőjű kis palackok képződnek.
A hagyományos tűzifa modern alternatívája négy, hat vagy nyolcszög alakú tüzelőanyag brikett. Ez a környezetbarát anyag nagy hőátadással rendelkezik.
Beállíthatja a pelletek gyártását. brikett prés.
A népszerű típusú bioüzemanyagok közé tartozik a faforgács, amely gyakran az európai hőerőművek energiaforrásaként szolgál. Ennek a nyersanyagnak a gyártása fakitermelési helyeken vagy aprítógépekkel felszerelt speciális gyártósorokon történik.
Marsh és erdei tüzelőanyag tőzeg
Ez a bioüzemanyagok gyakori formája, amelyet évszázadok óta használnak hazai és ipari célokra. A tőzeg olyan moha réteg, amely a mocsaras körülmények között nem teljesen lebomlott, és világszerte számos országban van betakarítva: Oroszország, Fehéroroszország, Kanada, Svédország, Indonézia és mások.
Az 50-60% -os széntartalmú tőzeget népszerű gáztartalmú anyagnak tekintik. Ez az értékes nyersanyag nem csak tüzelőanyagként, hanem műtrágyaként vagy hőszigetelőként is használható.
A gyártási folyamat kényelme érdekében a biomasszát általában az extrakciós helyszínen dolgozzák fel. Az eljárás során a nyersanyagok tisztítása (szkrínelése) történik az idegen leállásoktól, majd szárítás és öntés brikett vagy granulátum formájában.
Mezőgazdasági hulladék tüzelőanyag
A mezőgazdasági termelésben általában sokféle növényi hulladék halmozódik fel: a növények külső héja, dióhéj, szalma.
Ilyen nyersanyagok is préselhetők és granulálhatók üzemanyag-pelletek előállításához, amelyek jellemzői gyakorlatilag nem különböznek a fás biomasszából előállított pelletektől.
Állati eredetű bioüzemanyagok
Az ókorban a tűzifa mellett állati eredetű tüzelőanyagot használtak, nevezetesen a háziállatok trágya-szárított trágya. A hasonló nyersanyagok szárításának és feldolgozásának modern technológiái lehetővé teszik a szilárd bioüzemanyag-fajták beszerzését, amelyek teljesen mentesek a kellemetlen szagtól.
Hosszú ideig a nomád népek üzemanyagként szárított lovakat, tevéket és szarvasmarhákat használtak. Jelenleg a bioüzemanyagot háziállatok hulladékaiból állítják elő brikett vagy pellet formájában.
Mivel jelenleg az állati hulladék ipari méretekben halmozódik fel, a belőlük üzemelő tüzelőanyag előállítása egyidejűleg megoldja a használatuk problémáját.
2. típus: folyadék
A biztonságos és környezetbarát folyékony bioüzemanyag-változatokat főleg a benzin és más hasonló eszközök helyettesítésére használják. A leggyakoribb lehetőségek a bioetanol, a biometanol, a biobutanol, a biodízel, a dimetil-éter.
Bioetanol a növényekből
Ez egy közönséges folyékony bioüzemanyag, amelyet autók tankolására használnak. Bár a tiszta anyagot nem használják tüzelőanyagként, a benzinhez való hozzáadása javítja a teljesítményt. motor, a teljesítmény növelése, a motor fűtésének ellenőrzése, a kipufogógáz-kibocsátás csökkentése gázokat.
Európában, Ázsiában és Észak- és Dél-Amerikában számos benzinkútnál nemcsak hagyományos üzemanyagot kínálnak, hanem különböző bioüzemanyagokat is, elsősorban bioetanolt tartalmazó keverékeket.
A bioetanolt a kandalló szerelmesei is értékelik. Ez az anyag jó hőátadással rendelkezik, továbbá égéskor nem keletkezik korom vagy füst, és a kibocsátott szén-dioxid mennyisége minimális.
Ilyen jellemzőknek köszönhetően a tüzelőanyag is használható az apartmanházak kandallójának fűtésére. További információ a kandallók bioüzemanyagairól ezt a cikket.
A bioetanolt az első generációs keményítőt vagy cukrot tartalmazó nyersanyagokból állítják elő. A gabonaféléket, a kukoricát, a cukornádot, a cukorrépát az alkoholos erjesztés technológiájával dolgozzák fel.
Biobutanol az autók tankolásához
A biobutanol biológiailag előállított butanol analóg. A jellegzetes szagú, színtelen folyadékot széles körben használják kémiai nyersanyagként az iparban, és közlekedési üzemanyagként is használható.
A butanol energia-tartalma közel áll a benzinhez, ami lehetővé teszi az utóbbi részleges cseréjét üzemanyagcellákban. A bioetanollal ellentétben a bio-butanol önállóan használható, hagyományos üzemanyag-típusok hozzáadása nélkül.
A biológiai anyag előállításához szükséges alapanyagok különböző növények: répa, kaszava, búza, kukorica.
Dimetil-éter (C2H6O)
Környezetbarát üzemanyag. Amikor a kipufogógázokban égetik, nincsenek kénvegyületek, és a nitrogénvegyületek tartalma 90% -kal alacsonyabb, mint a benzin égésekor.
A dimetil-éter speciális szűrők nélkül használható, de az autó kialakítását (áramellátó rendszer, motorgyújtás) drámaian meg kell változtatni.
A dimetil-éter az autóipari üzemanyag számára ígéretes lehetőségnek tekinthető. Az erre az üzemanyagra tervezett motorokat olyan nagy cégek fejlesztik ki, mint a Volvo, a SAIC Motor, a KAMAZ, a Nissan.
Bármilyen változtatás nélkül, a 30% -os dimetil-étert tartalmazó kombinált üzemanyag használható LPG-motorokkal felszerelt gépekben.
A folyékony tüzelőanyagot különböző nyersanyagokból állíthatjuk elő: földgáz, szénpor, biomassza és korábban a cellulóz- és papírgyártási maradékok összességében enyhe nyomás alatt folyadékká alakulnak.
Biometanol egysejtű algákból
Ez az anyag hasonló a hagyományos metanolhoz, amelyet széles körben alkalmaznak számos kémiai vegyületek (ecetsav, formaldehid), és fagyálló anyagként is alkalmazhatók oldószert.
Az 1980-as években először felvetették az ilyen típusú bioüzemanyagok előállításának kérdését, amikor egy tudóscsoport javasolta folyadékgyártást. a tengeri fitoplankton biokémiai átalakulása révén, amelyet speciálisan termesztenek tározók.
A biometanolnak számos lehetséges előnye van:
- magas energiahatékonyság - 14 metán beérkezésekor, 7 a metanol előállításában;
- kiváló fitoplankton termelékenység - évi 100 tonna hektáronként;
- szükségtelen egysejtű szervezetek, amelynek termesztése nem igényel friss vizet, termékeny talajt;
- a mezőgazdasági erőforrások megőrzésemert a fitoplanktonot tavakban vagy tengeri öblökben termesztik.
Bár a biometanol ipari termelése még nem alakult ki, jelenleg folyamatos kutatás és fejlesztés van az ilyen típusú alternatív üzemanyagok előállításának fejlesztésére.
Biodízel az üzemanyag-szállítás alternatívájaként
Ez egy folyékony motoros bioüzemanyag, amely zsírsav-észterek keverékéből áll. Az anyag biztonságos az emberek és állatok számára, majdnem 28 napig bomlik a talajban, és viszonylag magas (<100) gyújtási hőmérséklete is van.
A biodízel csökkenti a káros gázok kibocsátásának százalékos arányát, és meghosszabbítja a motor élettartamát, mivel kenőanyagokat tartalmaz.
Az üzemanyagot az autómotorok tankolására használják, függetlenül és a hagyományos üzemanyaggal kombinálva. Csak a biológiai anyag rövid eltarthatóságát kell figyelembe venni: három hónap elteltével a biológiai anyag bomlása a tulajdonságok teljes elvesztésével kezdődik.
Az EU-ban a biodízel esetében egy speciális EN14214 szabvány került elfogadásra. Számos országban érvényes az EN590 szabvány is, amely lehetővé teszi 5% -os biodízel hozzáadása más tüzelőanyagokhoz.
3. típus: Gáznemű
A gáz-halmazállapotú bioüzemanyagok fő típusai a biogáz és a bio-hidrogén.
Biogáz, mint a földgáz helyettesítője
A biogáz gyakorlatilag teljes földgáz analóg: 13-50% CO2, 49-87% metán, valamint H szennyeződések2 és H2S. Ha ezt az anyagot szén-dioxidból eltávolítják, biometánt kaphat.
A gázhalmazállapotú bioüzemanyagot biomasszából hidrogén vagy metán fermentációval állítják elő. Az utóbbit háromféle mikroorganizmus okozza: először a nyersanyagot a baktériumok hidrolizáló hatásának teszik ki, melyet ezután savképző és metánképző mikrobák váltanak fel.
A biogáz-termelést ipari és kézműves eszközökön is el lehet végezni. A leggyakoribb módszer az aerob emésztés metántartályokban.
Nyersanyagként sokféle anyag használható: szilázs, trágya, algák, szennyvíz, alom, székletmaradványok, háztartási hulladék. A kiindulási anyagot homogén állapotba hozzuk, majd egy rakodó segítségével a reaktorba helyezzük.
Megtartja a + 35-38 ° C-os kényelmes hőmérsékletet, ami szükséges a metán-fermentáció folyamatához.
A nyersanyagokat folyamatosan összekeverjük, a keletkező gáznemű terméket a gáztartályba (tárolóegységbe) vezetik, ahonnan belép a generátorba.
A biogáz trágyából történő beszerzéséről és a biogázüzem elrendezéséről további információ a cikkekben található:
- Hogyan készítsünk saját kezűleg egy bioüzemanyagot a trágyából otthon
- Biogáz telepítés saját kezű családi házhoz: ajánlások az eszközhöz és a házi berendezés elrendezésének példája
Kémiai módszerrel nyert biológiai hidrogén
A biomasszából biokémiai vagy termokémiai módszerekkel nyerünk különféle gáznemű bioüzemanyagokat, amely a szokásos hidrogén analógja.
A termokémiai módszer szerint az előállított nyersanyagot (például fahulladékot) oxigén nélkül 500–800 ° C hőmérsékletre melegítjük, és H gázokat bocsátanak ki.2, CO, CH4.
A bio-hidrogén előállítására ígéretes módszer a bioftalízis. Ebben az esetben a gáz a tengervízben, szennyvízben elhelyezett algák segítségével készül
A biokémiai módszer szerint a nyersanyagot normál nyomáson és körülbelül 30 ° C hőmérsékleten kényelmes körülmények között tartjuk.
Az Enterobacter cloacae, a Rodobacter speriodes speciális mikroorganizmusokat vezetnek be a biomasszába, amelyek az eredeti terméket bontják, és hidrogént szabadítanak fel. Az enzimeknek lehetővé kell tenniük, hogy poliszacharidokkal gyorsítsák a termelést.
Következtetések és hasznos videó a témáról
Az alábbi videón látható a népszerű típusú bioüzemanyagok - fa brikett gyártása:
A bioüzemanyagok típusai nemcsak az aggregáció állapotában különböznek, hanem azok jellemzőit is. Az ilyen anyagok kiválasztásakor figyelembe kell venni a tervezett felhasználást, a hatékonyságot, a funkcionális tulajdonságokat és a költségeket.
Van tapasztalata az alternatív üzemanyag használatával? Vagy kérdéseket tesz fel a bioüzemanyagokkal kapcsolatban? Kérjük, kommentálja a kiadványt, és vegyen részt a megbeszéléseken. A visszacsatolási blokk az alábbiakban található.
