Biodegvielu veidi: cietā, šķidrā, gāzveida salīdzinājums

Alternatīva tradicionālajiem energoresursiem ir dažādi biodegvielas veidi, kuru ražošanai lietotas augu vai dzīvnieku izejvielas, rūpnieciskie atkritumi un dzīves rezultāti organismiem.

Mēs ierosinām saprast šādas degvielas izmantošanas priekšrocības un trūkumus, iemācīties funkcijas ražošanu, funkcionālās īpašības, kā arī dažādu veidu izmantošanas efektivitāti biodegvielas. Šī informācija palīdzēs orientēties alternatīvo enerģijas avotu izvēlē.

Kas ir biodegviela

Daudzsološākās jomas enerģētikas nozarē ir tehnoloģijas, kas izmanto atjaunojamos resursus, tostarp biodegvielas.

Kā izejmateriālu tās ražošanai jūs varat lietot augu / dzīvnieku izcelsmes biomasu, tostarp rūpnieciskos atkritumus vai dzīvnieku atliekas.

Šādu vielu apstrāde ir termoķīmiskā vai bioloģiskā metode, pēdējā gadījumā degvielu iegūst, izmantojot dažāda veida mikroorganismus.

Daudzās valstīs ir īpašas programmas, lai palielinātu biodegvielas īpatsvaru valsts un reģionālajā enerģijas patēriņā. Vairākās valstīs ir arī obligātas normas šīs enerģijas avota izmantošanai.

Biodegvielu priekšrocības un trūkumi

Bioloģiskajiem degvielas veidiem ir pozitīva un negatīva puse. Interese par šāda veida izejvielu izmantošanu tās neapšaubāmo priekšrocību dēļ.

Tie ietver:

• Budžeta vērtība. Lai gan pašlaik biodegvielas cena praktiski sakrīt ar benzīna izmaksām, bioloģiskās vielas tiek uzskatītas par rentablāku degvielas veidu, jo tās sadedzinot rada mazāk emisiju. Biodegvielas ir piemērotas lietošanai dažādos apstākļos, bet to var pielāgot dažādu konstrukciju dzinējiem. Vēl viena priekšrocība ir dzinēja optimizācija, kas paliek tīra ilgāk, jo kvēpu un izplūdes gāzu daudzums ir neliels.
• Mobilitāte. Biodegviela atšķiras no citām alternatīvajām enerģijas iespējām ar mobilitāti. Saules un vēja elektrostaciju projektēšana parasti ietver smagus akumulatorus, tāpēc tie bieži ir tiek izmantoti pastāvīgi, bet biodegvielu var transportēt no viena reģiona uz otru.
• Atjaunojamā enerģija. Lai gan, pēc pētnieku domām, esošie jēlnaftas noguldījumi ilgs vismaz dažus simtus gadu, minerālresursi joprojām ir ierobežoti. Biodegviela, kas iegūta no augiem un dzīvnieku atkritumiem, ir viens no atjaunojamiem resursiem, kuriem tuvākajā nākotnē draud izzušana.
• Zemes atmosfēras aizsardzība. Galvenais tradicionālo ogļūdeņražu trūkums ir liels CO daudzums.₂degšanas laikā. Šī gāze rada siltumnīcas efektu mūsu planētas atmosfērā, radot apstākļus globālai sasilšanai. Bioloģisko vielu sadegšanas laikā oglekļa dioksīda daudzums tiek samazināts līdz 65%. Turklāt biodegvielu ražošanā izmantotās kultūras patērē oglekļa monoksīdu, samazinot tās daļu gaisā.
• Ekonomiskā drošība. Ogļūdeņražu rezerves ir nevienmērīgi sadalītas, tāpēc dažas valstis ir spiestas iegādāties naftu vai dabasgāzi, tērējot lielas naudas summas, lai iegādātos, transportētu un uzglabātu. Gandrīz jebkurā valstī var iegūt dažāda veida bioloģisko degvielu. Attiecībā uz ražošanu un pārstrādi būs nepieciešams izveidot jaunus uzņēmumus un, \ t attiecīgi darbavietas gūs labumu valsts ekonomikai un pozitīvi ietekmēs cilvēku labklājību.

Tehnoloģiju uzlabošana un jaunu metožu izstrāde uzlabos biodegvielu pozitīvo ietekmi. Tādējādi tehnoloģiju attīstība, kas izmanto planktonu un aļģes, ievērojami samazinās tās cenu.

Tajā pašā laikā pašreizējā zinātnes un tehnoloģijas attīstības stadijā biodegvielu ražošana ir saistīta ar vairākām grūtībām un neērtībām. Pirmkārt, tie ir dabiski ierobežojumi augu audzēšanā.

Biomasas ražošanai izmantojamo kultūru audzēšanai ir jāņem vērā vairāki faktori, proti:

• Ūdens izmantošana. Lauksaimniecības augi patērē daudz ūdens, kas ir ierobežots resurss, jo īpaši sausās vietās.
• Invazitāte. Kultūras, kas audzētas degvielai, bieži ir agresīvas. Viņi noslīcina autentisko floru, kas var ietekmēt reģiona bioloģisko daudzveidību un ekosistēmu.
• Mēslošanas līdzekļi. Daudzu augu augšanai nepieciešams pievienot barības vielas, kas var kaitēt citām kultūrām vai vispārējai ekosistēmai.
• Klimats Atsevišķas klimatiskās zonas (piemēram, tuksnesis vai tundra) nav piemērotas biodegvielas kultūru audzēšanai.

Aktīvā lauksaimniecības augu audzēšana ir saistīta ar lauksaimniecības resursu izsīkšanu, lauksaimniecības tehnikas noteikumu neievērošana samazinās labvēlīgu augsnes komponentu saturs un līdz ar to arī to izsīkšana, kas izraisīs pārtikas produktu pasliktināšanos. problēmas.

Notiek ekosistēmas traucējumi. Biomasas ražošanai parasti nepieciešama lauksaimniecībā iesaistīto teritoriju paplašināšana.

Šim nolūkam bieži tiek veikta teritorijas tīrīšana, kas noved pie mikroekosistēmas (piemēram, mežu) iznīcināšanas, augu un dzīvnieku nāves.

Ir problēmas ar monokultūru audzēšanu. Lai iegūtu lielāku biomasas ražu, ražotāji bieži sēj zemi ar noteiktu augu. Šī prakse nav ļoti labi atspoguļota lauksaimniecības zemes stāvoklī, jo monokultūra rada pārmaiņas vidē.

Jomās, ko aizņem viena augu suga, īpašas kaitēkļu sugas parasti parazitē. Mēģinājums tos kontrolēt ar insekticīdiem un pesticīdiem izraisa tikai rezistences veidošanos pret šiem līdzekļiem.

Lai izvairītos no iepriekš aprakstītajām problēmām, zinātnieki iesaka neņemt vērā kultūraugu bioloģisko daudzveidību, apvienojot vairākus augus laukos, kā arī izmantot vietējās floras šķirnes.

Alternatīvās degvielas paaudzes

Plašu biomasai izmantojamo augu izejvielu klāstu var iedalīt vairākās paaudzēs.

Pirmā paaudze. Šajā kategorijā ietilpst kultūras, kurās ir liels cietes, cukura, tauku procentuālais daudzums. Tie ir tādi populāri augi kā kukurūza, cukurbietes, rapši, sojas.

Tā kā šo kultūru audzēšana kaitē klimatam, un to izņemšana no tirgus ietekmē produktu cenu noteikšanu, zinātnieki cenšas tos aizstāt ar citiem biomasas veidiem.

Otrā paaudze. Biomasas grupā ietilpst koksne, zāle, lauksaimniecības atkritumi (apvalks, miziņa). Biodegvielu iegūšana no šādām izejvielām ir dārga, tomēr tā atrisina problēmu, kas saistīta ar nepārtikas atlieku apglabāšanu, vienlaikus ražojot degošus materiālus.

Šajā šķirnē iekļauto kultūru iezīme ir lignīna un celulozes klātbūtne tajās. Pateicoties tiem, biomasu var sadedzināt un gazificēt, kā arī pakļaut to pirolīzei, iegūstot šķidro kurināmo.

Otrās paaudzes biomasas galvenais trūkums ir atgriešanās trūkums uz platības vienību, tāpēc šādiem kultūraugiem ir jāpiešķir nozīmīgi zemes resursi.

Trešā paaudze. Biodegvielu ražošanas izejvielas ir aļģes, kas tiek audzētas rūpnieciskā mērogā, piemēram, atklātā ūdenī.

Šai praksei ir lielas izredzes, bet pašlaik šādas tehnoloģijas tiek attīstītas tikai. Zinātnieki veic arī pētījumus par tādu metožu radīšanu, kas ļauj iegūt ceturtās un pat piektās paaudzes biodegvielas.

Trīs veidu biodegvielas

Atkarībā no vielas apkopošanas stāvokļa ir trīs galvenie biodegvielas veidi:

1. Cieta viela: malkas, kūdras, dzīvnieku atkritumi un lauksaimnieciskā ražošana.
2. Šķidrums: biodīzeļdegviela, dimetilēteris, bioetanols, biobutanols.
3. Gāzveida: biogāze, metāns, bioūdeņradis.

Katram vielas veidam ir savas īpatnības, kas tiks aplūkotas turpmāk.

1. tips: ciets

Populārākās biodegvielas šķirnes ir koksne, kūdra, dzīvnieku atkritumi.

Koksne (malka, šķeldas, zāģu skaidas)

Senais biodegvielas veids ir plaši pazīstama malka, kuru jau sen izmanto mājokļu un ēdiena gatavošanai. Līdz šim tie aktīvi tiek izmantoti dažādās valstīs, lai ražotu siltumu / elektroenerģiju, jo īpaši liela Austrijas termoelektrostacija ar 66 megavatu jaudu darbojas malka.

Tajā pašā laikā šādām izejvielām ir trūkumi. Malkas enerģētiskā vērtība ir salīdzinoši neliela: sadedzinot, daļa vielas uzkrājas kvēpu veidā, tāpēc kamīni un krāsnis regulāri jātīra. Turklāt ir nepieciešams laiks, lai papildinātu koksnes krājumus - jauni koki pieaugs tikai 15-20 gadu laikā.

Lieliska alternatīva parastai malkai ir granulas (granulas), kuru ražošanai tiek izmantota neatbilstoša koksne: miza, šķeldas, presētas zāģu skaidaszariem

Degvielas granulu ražošanai izejvielas tiek noslīpētas putekļos, kas pēc tam tiek žāvētas un saspiestas augstā temperatūrā. Koksnes lignīna dēļ veidojas lipīga masa, no kuras veidojas mazie baloni ar garumu 5-70 mm un diametru 6-10 mm.

Jūs varat izveidot granulu ražošanu pats. brikešu prese.

Viens no populārākajiem biodegvielas veidiem ir šķeldas, kas bieži kalpo kā enerģijas avots Eiropas termoelektrostacijām. Šīs izejvielas ražošana tiek veikta mežizstrādes vietās vai īpašās ražošanas līnijās, kas aprīkotas ar sasmalcināšanas mašīnām.

Pelnu un meža kurināmā kūdra

Tas ir kopīgs biodegvielas veids, ko izmanto vietējos un rūpnieciskos nolūkos gadsimtiem ilgi. Kūdra ir sūnu slānis, kas purva apstākļos nav pilnībā sadalījies un ir ievākts daudzās pasaules valstīs: Krievijā, Baltkrievijā, Kanādā, Zviedrijā, Indonēzijā un citās valstīs.

Ražošanas procesa ērtībai biomasu parasti apstrādā ekstrakcijas vietā. Šis process ietver izejvielu tīrīšanu (skrīningu) no svešām slēgšanām, kam seko žāvēšana un formēšana brikešu vai granulu veidā.

Lauksaimniecības atkritumu degviela

Lauksaimniecības ražošanā parasti uzkrājas liels daudzums dažādu augu atkritumu: augu ārējie apvalki, rieksti, salmi.

Šādas izejvielas var arī saspiest un granulēt, lai iegūtu degvielas granulas, kuru īpašības praktiski neatšķiras no granulām, kas izgatavotas no koksnes biomasas.

Dzīvnieku izcelsmes biodegvielas

Kopā ar malku senos laikos cilvēki sāka izmantot dzīvnieku izcelsmes degvielu, proti, kūtsmēslu žāvētu mājdzīvnieku kūtsmēslus. Mūsdienīgas līdzīgu izejvielu žāvēšanas un pārstrādes tehnoloģijas ļauj iegūt cietas biodegvielas šķirnes, kurām nav nekādas nepatīkamas smakas.

Tā kā šobrīd dzīvnieku atkritumi tiek uzkrāti rūpnieciskā mērogā, degvielas ražošana no tiem vienlaikus risina to izmantošanas problēmu.

2. tips: šķidrums

Droši un videi draudzīgi šķidrie biodegvielas varianti galvenokārt tiek izmantoti kā benzīna un citu līdzīgu līdzekļu aizstājēji. Visizplatītākās iespējas ir bioetanols, biometanols, biobutanols, biodīzeļdegviela, dimetilēteris.

Bioetanols no augiem

Tā ir kopējā šķidrā biodegviela, ko izmanto automašīnu uzpildīšanai. Lai gan tīra viela netiek izmantota kā degviela, tā pievienošana benzīnam uzlabo veiktspēju. dzinēju, palielinot jaudu, pārraugot motora sildīšanu, samazinot izplūdes gāzu emisijas gāzes.

Bioetanolu vērtēja arī kamīna cienītāji. Šai vielai ir laba siltuma pārnešana, turklāt, kad tas ir sadedzināts, nav veidojas kvēpi vai dūmi, un emisijas oglekļa dioksīda daudzums ir samazināts līdz minimumam.

Pateicoties šādām īpašībām, kurināmo var izmantot pat daudzdzīvokļu ēku sildīšanai. Lasiet vairāk par biokurināmām, kas rakstītas kamīnos šo rakstu.

Bioetanolu ražo no pirmās paaudzes izejvielām, kas satur cieti vai cukuru. Labība, kukurūza, cukurniedres, bietes apstrādā ar spirta fermentācijas tehnoloģiju.

Biobutanols automašīnu uzpildīšanai

Biobutanols ir bioloģiski ražots butanola analogs. Bezkrāsains šķidrums, kam ir raksturīga smarža, tiek plaši izmantots kā ķīmiska izejviela rūpniecībā, un to var izmantot arī kā transporta degvielu.

Butanola enerģijas saturs ir tuvu benzīnam, kas ļauj daļēji nomainīt to degvielas šūnās. Atšķirībā no bioetanola biobutanolu var lietot neatkarīgi, nepievienojot tradicionālos degvielas veidus.

Izejvielas šīs bioloģiskās vielas ražošanai ir dažādi augi: bietes, kasava, kvieši, kukurūza.

Dimetilēteris (C) |₂H₆O)

Tā ir arī videi draudzīga degviela. Kad to sadedzina izplūdes gāzēs, nav sēra savienojumu, un slāpekļa savienojumu saturs ir par 90% mazāks nekā benzīna sadedzināšanas laikā.

Dimetilēteri var izmantot bez īpašiem filtriem, bet automašīnas konstrukcija (elektroenerģijas sistēma, dzinēja aizdedze) ir dramatiski jāmaina.

Bez jebkādām izmaiņām kombinētās degvielas, kas satur 30% dimetilēteri, var izmantot mašīnās, kas aprīkotas ar LPG dzinējiem.

Šķidro degvielu var ražot no dažādām izejvielām: dabasgāzi, ogļu putekļiem, biomasu un agrāk kopējais celulozes un papīra ražošanas atlikums, kas nelielā spiedienā pārvēršas šķidrumā.

Biometanols no vienšūnas aļģēm

Šī viela ir līdzīga parastajam metanolam, ko plaši izmanto, lai ražotu vairākus ķīmiskie savienojumi (etiķskābe, formaldehīds) un tiek izmantoti arī kā antifrīzs un šķīdinātāju.

Pirmo reizi jautājums par šāda veida biodegvielas ražošanu tika izvirzīts 80. gados, kad zinātnieku grupa ierosināja ražot šķidrumu. jūras fitoplanktona bioķīmisko pārveidi, kas tiks audzēta īpašā veidā rezervuāri.

Biometanolam ir vairākas iespējamās priekšrocības:

• augsta energoefektivitāte - 14 pēc metāna saņemšanas, 7, ražojot metanolu;
• lieliska fitoplanktona produktivitāte - līdz 100 tonnām uz hektāru gadā;
• nevienmērīgi vienšūnas organismi, kuru audzēšanai nav nepieciešams saldūdens, auglīga augsne;
• lauksaimniecības resursu saglabāšanujo fitoplanktonu audzē dīķos vai jūras līčos.

Lai gan biometanola rūpnieciskā ražošana vēl nav noskaidrota, pašlaik tiek veikti pastāvīgi pētījumi un tehnoloģiju izstrāde šāda veida alternatīvās degvielas ražošanas attīstībai.

Biodīzeļdegviela kā alternatīva degvielas transportam

Tas ir šķidra motora biodegviela, kas sastāv no taukskābju esteru maisījuma. Viela ir droša cilvēkiem un dzīvniekiem, gandrīz pilnībā sadalās zemē 28 dienas, un tai ir arī salīdzinoši augsta (<100) aizdegšanās temperatūra.

Biodīzeļdegviela samazina kaitīgo gāzu emisijas procentus, kā arī pagarina dzinēja ekspluatācijas laiku, jo tajā ir eļļošanas sastāvdaļas.

Degvielu izmanto, lai uzpildītu automobiļu dzinējus gan atsevišķi, gan kopā ar parasto degvielu. Jāņem vērā tikai īss bioloģiskās vielas glabāšanas laiks: pēc trim mēnešiem bioloģiskās vielas sadalīšanās sākas ar pilnīgu īpašību zudumu.

Attiecībā uz biodīzeļdegvielu ES tika pieņemts īpašs standarts EN14214. Vairākās valstīs ir spēkā arī EN590 standarts, kas ļauj pievienot 5% biodīzeļdegvielu citām degvielām.

3. tips: Gāzveida

Galvenie gāzveida biodegvielas veidi ir biogāze un bio-ūdeņradis.

Biogāze kā dabasgāzes aizvietotājs

Biogāze ir praktiski pilnīgs dabasgāzes analogs: tajā ir 13-50% CO_2, 49-87% metāna, kā arī piemaisījumi H₂ un H₂S. Ja šī viela ir izvadīta no oglekļa dioksīda, jūs varat iegūt biometānu.

Gāzveida biodegvielu ražo no biomasas ar ūdeņraža vai metāna fermentāciju. Pēdējo izraisa trīs veidu mikroorganismi: pirmkārt, izejmateriāls ir pakļauts baktēriju hidrolizācijai, ko pēc tam aizstāj ar skābju veidojošiem un metāna veidojošiem mikrobiem.

Kā izejvielas var izmantot dažādus materiālus: skābbarību, kūtsmēslus, aļģes, notekūdeņus, pakaišus, fekāliju atliekas, sadzīves atkritumus. Izejmateriāls nonāk viendabīgā stāvoklī, pēc tam to ievieto reaktorā ar iekrāvēja palīdzību.

Tā uztur ērtu + 35-38 ° C temperatūru, kas nepieciešama metāna fermentācijas procesa īstenošanai.

Izejvielas tiek pastāvīgi sajauktas, un iegūtais gāzveida produkts tiek novadīts gāzes tvertnē (uzglabāšanas blokā), no kurienes tas nonāk ģeneratorā.

Plašāka informācija par biogāzes ieguvi no kūtsmēsliem un biogāzes stacijas izkārtojuma ir iekļauta rakstos:

1. Kā padarīt biodegvielu ar savām rokām no kūtsmēsliem mājās
2. Biogāzes uzstādīšana privātmājā ar savām rokām: ieteikumi ierīcei un mājās gatavotu iekārtu piemērs

Bioloģiskais ūdeņradis, kas iegūts ar ķīmisko metodi

No biomasas iegūst dažādas gāzveida biodegvielas, kas ir parastās ūdeņraža analogs, izmantojot bioķīmiskas vai termoķīmiskas metodes.

Termoķīmiskā metodē sagatavoto izejvielu (piemēram, koksnes atkritumus) karsē līdz 500–800 ° C temperatūrai bez skābekļa, un izdalās H gāzes.₂, CO, CH₄.

Bioķīmiskajā metodē izejvielas tiek uzturētas komfortablos apstākļos normālā spiedienā un apmēram 30 ° C temperatūrā.

Biomasā ievada īpašus mikroorganismus Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes, kas sadala oriģinālo produktu, atbrīvojot ūdeņradi. Fermentiem ir atļauts paātrināt ražošanu, izmantojot polisaharīdus.

Secinājumi un noderīgs video par šo tēmu

Zemāk redzamajā videoklipā redzams populāro biodegvielas - brikešu ražošanas process.

Biodegvielas veidi atšķiras ne tikai agregācijas stāvoklī, bet arī to īpašības. Izvēloties šādu materiālu, nepieciešams ņemt vērā to plānoto izmantošanu, efektivitāti, funkcionālās īpašības un izmaksas.

Vai ir pieredze, izmantojot alternatīvo degvielu? Vai vēlaties uzdot jautājumus par biodegvielu? Lūdzu, komentējiet publikāciju un piedalieties diskusijās. Atsauksmes bloks atrodas zemāk.