Tipi di biocarburanti: un confronto tra solido, liquido, gassoso

Un'alternativa alle risorse energetiche tradizionali sono vari tipi di biocarburanti, per la cui fabbricazione utilizzato materie prime vegetali o animali, rifiuti industriali e i risultati della vita organismi.

Proponiamo di comprendere i vantaggi e gli svantaggi dell'uso di tale combustibile, apprendere le caratteristiche produzione, caratteristiche funzionali, nonché valutare l'efficacia dell'utilizzo di diversi tipi biocarburante. Queste informazioni aiuteranno a navigare nella selezione di fonti di energia alternative.

Cos'è il biocarburante

Le aree più promettenti nel settore energetico sono le tecnologie che utilizzano risorse rinnovabili, tra cui i biocarburanti.

Come materia prima per la sua produzione, puoi prendere biomasse di origine vegetale / animale, compresi rifiuti industriali o residui di animali.

Il trattamento di tali sostanze è un metodo termochimico o biologico, nel secondo caso il combustibile è ottenuto utilizzando vari tipi di microrganismi.

In molti paesi esistono programmi speciali per aumentare la quota di biocarburanti nel consumo energetico nazionale e regionale. In un certo numero di stati ci sono anche norme obbligatorie per l'uso di questa fonte di energia.

I vantaggi e gli svantaggi dei biocarburanti

I tipi biologici di carburante hanno i loro lati positivi e negativi. Interesse per l'uso di questo tipo di materia prima a causa dei suoi indubbi vantaggi.

Questi includono:

• Valore di bilancio. Sebbene al momento il prezzo dei biocarburanti coincida praticamente con il costo della benzina, le sostanze biologiche sono considerate un tipo di carburante più redditizio, poiché producono meno emissioni quando vengono bruciate. I biocarburanti sono adatti all'uso in varie condizioni, mentre possono essere adattati a motori di diversi design. Un altro vantaggio è l'ottimizzazione del motore, che rimane pulito più a lungo a causa della piccola quantità di fuliggine e gas di scarico.
• mobilità. Il biocarburante si differenzia da altre opzioni energetiche alternative per la sua mobilità. Il design di impianti solari ed eolici di solito include batterie pesanti, quindi sono spesso sono utilizzati in modo permanente, mentre il biocarburante può essere trasportato da una regione a un'altra.
• Energia rinnovabile. Anche se, secondo i ricercatori, i depositi esistenti di petrolio greggio dureranno per almeno alcune centinaia di anni, le riserve minerali sono ancora finite. I biocarburanti prodotti da piante e rifiuti animali sono tra le risorse rinnovabili che non sono in pericolo di estinzione nel prossimo futuro.
• Protezione per l'atmosfera terrestre. Uno svantaggio principale degli idrocarburi tradizionali è una grande percentuale di CO.₂che viene rilasciato durante la combustione. Questo gas crea un effetto serra nell'atmosfera del nostro pianeta, creando le condizioni per il riscaldamento globale. Durante la combustione di sostanze biologiche, la quantità di anidride carbonica viene ridotta al 65%. Inoltre, le colture utilizzate nella produzione di biocarburanti consumano monossido di carbonio, riducendo la sua quota nell'aria.
• Sicurezza economica. Le riserve di idrocarburi sono distribuite in modo non uniforme, quindi alcuni stati sono costretti ad acquistare petrolio o gas naturale, spendendo grandi quantità di denaro per acquistare, trasportare e immagazzinare. Diversi tipi di combustibile biologico possono essere ottenuti in quasi tutti i paesi. Per quanto riguarda la sua fabbricazione e lavorazione, sarà necessario creare nuove imprese e, di conseguenza, i posti di lavoro andranno a beneficio dell'economia nazionale e avranno un effetto positivo benessere delle persone.

Migliorare la tecnologia e sviluppare nuovi metodi migliorerà gli effetti positivi dei biocarburanti. Pertanto, lo sviluppo di tecnologie che utilizzano plancton e alghe ridurrà significativamente il suo prezzo.

Allo stesso tempo, nella fase attuale dello sviluppo della scienza e della tecnologia, la produzione di biocarburanti è associata a una serie di difficoltà e inconvenienti. Prima di tutto, questi sono limiti naturali nelle piante in crescita.

Per la crescita delle colture utilizzate per la produzione di biomassa, è necessario considerare una serie di fattori, in particolare:

• Uso dell'acqua. Le piante agricole consumano molta acqua, che è una risorsa limitata, soprattutto in luoghi asciutti.
• invasività. Le culture coltivate per il carburante sono spesso aggressive. Sopprimono la flora autentica, che può influenzare la biodiversità e l'ecosistema della regione.
• fertilizzanti. La crescita di molte piante richiede l'aggiunta di nutrienti che possono danneggiare altre colture o l'ecosistema generale.
• Clima. Zone climatiche separate (ad esempio, deserto o tundra) non sono adatte alla coltivazione di biocarburanti.

La coltivazione attiva di piante agricole è associata all'esaurimento delle risorse agricole e l'inosservanza delle regole dell'ingegneria agraria portare ad una diminuzione del contenuto di componenti utili del suolo e, di conseguenza, al loro esaurimento, che causerà un peggioramento del cibo problemi.

Si verifica un disturbo nell'ecosistema. Per la produzione di biomassa di solito richiede l'espansione dei territori coinvolti in agricoltura.

Spesso, a tal fine, viene effettuata la pulizia del territorio, che porta alla distruzione del microecosistema (ad esempio, foreste), alla morte di piante e animali.

Ci sono problemi con le monocolture in crescita. Per ottenere una maggiore produzione di biomassa, i produttori spesso seminano il terreno con una certa pianta. Questa pratica non si riflette molto bene nello stato delle terre agricole, poiché la monocultura comporta un cambiamento nell'ambiente.

Nei campi occupati da una specie di piante, specie speciali di parassiti di solito si parassitano. Un tentativo di controllarli con insetticidi e pesticidi porta solo allo sviluppo di resistenza a questi agenti.

Per evitare i problemi sopra descritti, gli scienziati consigliano di non trascurare la biodiversità delle colture, combinando diverse piante nei campi, e utilizzare le varietà locali di flora.

Generazioni di carburante alternativo

Una vasta gamma di materie prime vegetali utilizzate per la biomassa può essere suddivisa in diverse generazioni.

Prima generazione. Questa categoria comprende colture che contengono un'alta percentuale di amido, zuccheri e grassi. Queste sono piante così popolari come mais, barbabietola da zucchero, colza, soia.

Poiché la coltivazione di queste colture è dannosa per il clima e la loro eliminazione dal mercato influenza il prezzo dei prodotti, gli scienziati stanno cercando di sostituirli con altri tipi di biomassa.

Seconda generazione. Il gruppo della biomassa comprende legno, erba, rifiuti agricoli (gusci, gusci). Ottenere i biocarburanti da tali materie prime è costoso, tuttavia, risolve il problema del riciclaggio dei residui non alimentari con la produzione simultanea di materiali combustibili.

Una caratteristica delle culture incluse in questa varietà è la presenza di lignina e cellulosa in esse. Grazie a loro, la biomassa può essere bruciata e gassificata e sottoposta a pirolisi, ottenendo combustibile liquido.

Il principale svantaggio della biomassa di seconda generazione è la mancanza di rendimento per unità di superficie, motivo per cui importanti risorse territoriali devono essere stanziate per tali colture.

Terza generazione. La materia prima per la produzione di biocarburanti è costituita da alghe cresciute su scala industriale, ad esempio in acque libere.

Questa pratica ha grandi prospettive, ma attualmente queste tecnologie vengono sviluppate solo. Gli scienziati stanno anche conducendo ricerche sulla creazione di tecniche che consentono di ottenere biocarburanti di quarta e persino quinta generazione.

Tre tipi di biocarburanti

A seconda dello stato di aggregazione della sostanza, esistono tre principali tipi di biocarburanti:

1. una ditta: legna da ardere, torba, rifiuti animali e produzione agricola.
2. liquido: biodiesel, dimetiletere, bioetanolo, biobutanolo.
3. gassoso: biogas, metano, bioidrogeno.

Ogni tipo di sostanza ha le sue specifiche, che saranno discusse di seguito.

Tipo n. 1: solido

Le varietà solide più popolari di biocarburanti sono il legno, la torba, i rifiuti di origine animale.

Legno (legna da ardere, trucioli, segatura)

L'antica forma di biocarburanti è la nota legna da ardere, che è stata a lungo utilizzata per il riscaldamento di case e cucina. Fino ad ora, sono attivamente utilizzati in diversi paesi per produrre calore / elettricità, in particolare, una grande centrale termica austriaca con una capacità di 66 megawatt opera su legna da ardere.

Allo stesso tempo, tali materie prime hanno degli svantaggi. Il valore energetico della legna da ardere è relativamente piccolo: quando si brucia, una parte della sostanza si accumula sotto forma di fuliggine, a causa della quale i caminetti e le stufe devono essere puliti regolarmente. Inoltre, ci vuole tempo per riempire lo stock di legno - nuovi alberi cresceranno solo tra 15-20 anni.

Un'alternativa eccellente alla legna da ardere convenzionale è il pellet (granuli), per la produzione di cui viene utilizzato un legno scadente: corteccia, trucioli, segatura pressata, Ramoscelli.

Per la produzione di pellet di combustibile, le materie prime vengono macinate a polvere, che viene quindi essiccata e pressata ad alta temperatura. A causa della lignina contenuta nel legno, si forma una massa appiccicosa, dalla quale si formano piccoli cilindri con una lunghezza di 5-70 mm e un diametro di 6-10 mm.

È possibile impostare la produzione di pellet da soli. pressa per bricchette.

Tra i tipi popolari di biocarburanti vi sono i trucioli di legno, che spesso servono come fonte di energia per le centrali termoelettriche europee. La produzione di questa materia prima viene effettuata presso i siti di registrazione o presso le linee di produzione speciali dotate di trituratori.

Torba di palude e foresta

Questa è una forma comune di biocarburanti, utilizzata per scopi domestici e industriali da secoli. La torba è uno strato di muschio che non si è completamente decomposto nelle condizioni della palude e viene raccolto in molti paesi del mondo: Russia, Bielorussia, Canada, Svezia, Indonesia e altri.

Per comodità del processo di produzione, la biomassa viene solitamente lavorata nel sito di estrazione. Il processo consiste nella pulizia (screening) delle materie prime da spegnimenti estranei, seguita da essiccazione e stampaggio sotto forma di bricchette o granuli.

Carburante per rifiuti agricoli

Nella produzione agricola, di regola, si accumula un gran numero di rifiuti vegetali diversi: i gusci esterni di piante, gusci di noci, paglia.

Tali materie prime possono anche essere pressate e granulate per ottenere pastiglie di combustibile, le cui caratteristiche praticamente non differiscono dai pellet ricavati dalla biomassa legnosa.

Biocarburanti di origine animale

Insieme con la legna da ardere nei tempi antichi, la gente cominciò a usare combustibile di origine animale, cioè letame di animali domestici essiccato con letame. Le moderne tecnologie di essiccazione e lavorazione di materie prime simili consentono di ottenere varietà solide di biocarburanti, completamente prive di odore sgradevole.

Poiché attualmente i rifiuti di origine animale sono accumulati su scala industriale, la produzione di combustibile da essi risolve contemporaneamente il problema del loro utilizzo.

Tipo n. 2: liquido

Le varianti di biocarburanti liquidi che sono sicuri e rispettosi dell'ambiente sono usate principalmente come sostituto della benzina e di altri mezzi simili. Le opzioni più comuni includono bioetanolo, biometanolo, biobutanolo, biodiesel, dimetiletere.

Bioetanolo dalle piante

Questo è un comune biocarburante liquido usato per rifornire di carburante le auto. Sebbene la sostanza pura non sia usata come combustibile, la sua aggiunta alla benzina migliora le prestazioni. motore, aumentando la sua potenza, monitorando il riscaldamento del motore, riducendo le emissioni di scarico gas.

Il bioetanolo era anche apprezzato dagli amanti del caminetto. Questa sostanza ha un buon trasferimento di calore, inoltre, quando viene bruciata, non si formano fuliggine o fumo e la quantità di anidride carbonica emessa è ridotta al minimo.

Grazie a tali caratteristiche, il combustibile può essere utilizzato anche per riscaldare il focolare nei condomini. Maggiori informazioni sui biocarburanti per i caminetti scritti in questo articolo.

Il bioetanolo è prodotto dalle materie prime di prima generazione contenenti amido o zucchero. Cereali, mais, canna da zucchero, barbabietole vengono lavorati con la tecnologia della fermentazione alcolica.

Biobutanolo per il rifornimento di autovetture

Il biobutanolo è un analogo del butanolo prodotto biologicamente. Il liquido incolore, che ha un odore caratteristico, è ampiamente usato come materia prima chimica nell'industria e può anche essere usato come carburante per il trasporto.

Il contenuto energetico del butanolo è vicino alla benzina, il che consente di sostituire parzialmente quest'ultimo nelle celle a combustibile. A differenza del bioetanolo, il biobutanolo può essere utilizzato indipendentemente, senza aggiungere tipi di combustibile tradizionali.

Le materie prime per la produzione di questa bio-sostanza sono una varietà di piante: barbabietola, manioca, grano, mais.

Dimetiletere (C₂H₆O)

È anche combustibile rispettoso dell'ambiente. Quando viene bruciato nei gas di scarico non ci sono composti di zolfo e il contenuto di composti di azoto è inferiore del 90% rispetto alla combustione della benzina.

L'etere dimetilico può essere usato senza filtri speciali, ma il design dell'auto (sistema di alimentazione, accensione del motore) deve essere cambiato radicalmente.

Senza alterazioni, un carburante combinato contenente il 30% di dimetiletere può essere utilizzato in macchine dotate di motori a GPL.

Il combustibile liquido può essere prodotto da varie materie prime: gas naturale, polvere di carbone, biomassa e prima totale dei residui di produzione della polpa e della carta che si trasformano in un liquido sotto leggera pressione.

Biometanolo da alghe unicellulari

Questa sostanza è simile al metanolo convenzionale, che è ampiamente utilizzato per produrre un numero di composti chimici (acido acetico, formaldeide), ed è anche usato come antigelo e solvente.

Per la prima volta, la questione della produzione di questo tipo di biocarburante è stata sollevata negli anni '80, quando un gruppo di scienziati ha proposto di produrre sostanza attraverso la trasformazione biochimica del fitoplancton marino, che sarà coltivato in particolare serbatoi.

Il biometanolo ha diversi potenziali vantaggi:

• alta efficienza energetica - 14 al ricevimento del metano, 7 nella produzione di metanolo;
• eccellente produttività del fitoplancton - fino a 100 tonnellate per ettaro all'anno;
• organismi unicellulari poco esigenti, per la cui coltivazione non ha bisogno di acqua dolce, suolo fertile;
• conservazione delle risorse agricoleperché il fitoplancton viene coltivato in stagni o baie marine.

Sebbene la produzione industriale di biometanolo non sia stata ancora stabilita, sono attualmente in corso ricerche e sviluppo di tecnologie per lo sviluppo della produzione di questo tipo di combustibile alternativo.

Biodiesel come alternativa al trasporto di carburante

Questo è un biocarburante liquido per motori costituito da una miscela di esteri di acidi grassi. La sostanza è sicura per le persone e gli animali, si decompone quasi completamente nel terreno per 28 giorni e ha anche una temperatura di accensione relativamente elevata (<100).

Il biodiesel riduce la percentuale di emissioni di gas nocivi e prolunga la vita del motore, poiché contiene componenti lubrificanti.

Il carburante viene utilizzato per rifornire i motori delle auto sia in modo indipendente che in combinazione con il carburante convenzionale. Si dovrebbe prendere in considerazione solo una breve durata della sostanza biologica: dopo tre mesi, la decomposizione della sostanza biologica inizia con una completa perdita di proprietà.

Per il biodiesel nell'UE è stata adottata una norma speciale EN14214. In un certo numero di paesi, è in vigore anche la norma EN590, che consente l'aggiunta del 5% di biodiesel ad altri combustibili.

Tipo # 3: Gassoso

I principali tipi di biocarburanti gassosi includono biogas e bio-idrogeno.

Biogas in sostituzione del gas naturale

Il biogas è un analogo praticamente completo del gas naturale: contiene il 13-50% di CO_2, Il 49-87% di metano e le impurità H₂ e H₂S. Se questa sostanza viene eliminata dal biossido di carbonio, è possibile ottenere biometano.

Il biocarburante gassoso viene prodotto dalla biomassa mediante idrogeno o fermentazione del metano. Quest'ultimo è causato da tre tipi di microrganismi: in primo luogo, la materia prima viene esposta all'azione dei batteri idrolizzanti, che vengono poi sostituiti da microbi che formano acido e che generano metano.

Una varietà di materiali può essere utilizzata come materia prima: insilati, letame, alghe, liquami, rifiuti, residui fecali, rifiuti domestici. Il materiale di partenza viene portato in uno stato omogeneo, dopo di che viene collocato nel reattore con l'aiuto di un caricatore.

Mantiene una temperatura confortevole di + 35-38 ° C, necessaria per l'implementazione del processo di fermentazione del metano.

Le materie prime vengono costantemente miscelate, con il prodotto gassoso che ne deriva viene scaricato nel serbatoio del gas (unità di stoccaggio), da dove entra nel generatore.

Ulteriori informazioni su come ottenere il biogas dal letame e la disposizione di un impianto di biogas sono riportate negli articoli:

1. Come fare un biocarburante con le proprie mani dal letame di casa
2. Installazione di biogas per una casa privata con le proprie mani: consigli per il dispositivo e un esempio di disposizione di attrezzature fatte in casa

Idrogeno biologico ottenuto con metodo chimico

Una varietà di biocarburanti gassosi, che è un analogo dell'idrogeno ordinario, è ottenuta dalla biomassa usando metodi biochimici o termochimici.

Nel metodo termochimico, la materia prima preparata (ad esempio, i rifiuti di legno) viene riscaldata a una temperatura di 500-800 ° C senza ossigeno e vengono emessi gas di H.₂, CO, CH₄.

Nel metodo biochimico, la materia prima viene mantenuta in condizioni confortevoli a pressione normale e una temperatura di circa 30 ° C.

Microrganismi speciali Enterobacter cloacae, gli speriodi di Rodobacter sono introdotti nella biomassa, che decompone il prodotto originale, liberando idrogeno. Gli enzimi sono autorizzati ad accelerare la produzione utilizzando polisaccaridi.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Nel video qui sotto puoi vedere il processo di produzione di un tipo popolare di biocarburante - bricchette di legno:

I tipi di biocarburanti differiscono non solo nello stato di aggregazione, ma anche nelle loro caratteristiche. Quando si sceglie tale materiale, è necessario tener conto del loro uso pianificato, efficienza, proprietà funzionali e costi.

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