Typer biodrivstoff: En sammenligning av fast, flytende, gassformig

Et alternativ til tradisjonelle energiressurser er ulike typer biodrivstoff, for fremstilling derav brukt råvarer eller animalske råvarer, industriavfall og livets resultater organismer.

Vi foreslår å forstå fordelene og ulempene ved bruk av slikt brensel, lære funksjonene produksjon, funksjonelle egenskaper, samt evaluere effektiviteten ved å bruke forskjellige typer biobrensel. Denne informasjonen vil bidra til å navigere i valg av alternative energikilder.

Hva er biodrivstoff

De mest lovende områdene i energisektoren er teknologier som bruker fornybare ressurser, som inkluderer biodrivstoff.

Som råmateriale for produksjonen kan du ta biomasse av plante- / animalsk opprinnelse, inkludert industriavfall eller animalske rester.

Behandling av slike stoffer er termokjemisk eller biologisk metode, i sistnevnte tilfelle blir drivstoffet oppnådd ved bruk av forskjellige typer mikroorganismer.

I mange land er det spesielle programmer for å øke andelen biodrivstoff i nasjonalt og regionalt energiforbruk. I en rekke stater er det også obligatoriske normer for bruken av denne energikilden.

Fordelene og ulempene med biodrivstoff

Biologiske typer drivstoff har sine positive og negative sider. Interesse i bruk av denne typen råmateriale på grunn av sine utvilsomme fordeler.

Disse inkluderer:

• Budsjett verdi. Selv om prisen på biodrivstoff praktisk talt faller sammen med prisen på bensin, anses biologiske stoffer for å være en mer lønnsom type drivstoff, siden de produserer mindre utslipp når de brennes. Biodrivstoff er egnet for bruk under ulike forhold, mens det kan tilpasses motorer med forskjellig design. En annen fordel er optimalisering av motoren, som forblir ren lenger på grunn av den lave mengden sot og eksosgasser.
• mobilitet. Biodrivstoff skiller seg fra andre alternative energimuligheter ved sin mobilitet. Utformingen av sol- og vindkraftverk inneholder vanligvis tunge batterier, så de er ofte brukes permanent, mens biobrensel kan transporteres fra en region til en annen.
• Fornybar energi. Selv om de eksisterende forekomsten av råolje, ifølge forskere, varer i minst noen hundre år, er mineralreservene fortsatt begrensede. Biodrivstoff fra planter og animalsk avfall er blant de fornybare ressursene som ikke er truet med utryddelse i overskuelig fremtid.
• Earth Atmosphere Protection. En stor ulempe ved tradisjonelle hydrokarboner er en stor andel CO.₂som frigjøres under forbrenning. Denne gassen skaper en drivhuseffekt i atmosfæren på planeten vår, og skaper forhold for global oppvarming. Ved forbrenning av biologiske stoffer reduseres mengden karbondioksid til 65%. I tillegg bruker avlinger brukt i produksjon av biodrivstoff karbonmonoksid, noe som reduserer sin andel i luften.
• Økonomisk sikkerhet. Hydrokarbonreserver er ujevnt fordelt, derfor er enkelte stater tvunget til å kjøpe olje eller naturgass, bruke store mengder penger til å kjøpe, transportere og handle. Ulike typer biologisk brensel kan oppnås i nesten alle land. Når det gjelder produksjon og prosessering, vil det være nødvendig å skape nye bedrifter og, Derfor vil arbeidsplasser komme til nytte for nasjonaløkonomien og ha en positiv effekt på trivsel av mennesker.

Forbedring av teknologi og utvikling av nye metoder vil forbedre de positive effektene av biodrivstoff. Dermed vil utviklingen av teknologier som bruker plankton og alger, redusere prisen betydelig.

Samtidig, i dagens stadium av utvikling av vitenskap og teknologi, er produksjonen av biodrivstoff forbundet med en rekke vanskeligheter og ulemper. Først av alt er disse naturlige begrensninger i voksende planter.

For veksten av avlinger som brukes til produksjon av biomasse, må en rekke faktorer vurderes, nemlig:

• Vannbruk. Jordbruksanlegg bruker mye vann, noe som er en begrenset ressurs, spesielt på tørre steder.
• invasivitet. Kulturer dyrket for drivstoff er ofte aggressive. De druknet ut den autentiske floraen, noe som kan påvirke biologisk mangfold og økosystemet i regionen.
• gjødsel. Veksten til mange planter krever tilsetning av næringsstoffer som kan skade andre avlinger eller det generelle økosystemet.
• Klima. Separate klimasoner (for eksempel ørken eller tundra) er ikke egnet for dyrking av biodrivstoffavlinger.

Den aktive dyrkingen av landbruksplanter er forbundet med utarmingen av landbruksressursene. Manglende overholdelse av reglene for landbruksmaskiner kan føre til en reduksjon i innholdet av gunstige jordkomponenter og følgelig til deres utarming, noe som vil føre til forverring av mat problemer.

Økosystemforstyrrelser oppstår. For produksjon av biomasse krever det vanligvis utvidelse av de territoriene som er involvert i landbruket.

Ofte, for dette formål, utføres rengjøring av territoriet, noe som fører til ødeleggelse av mikroekosystemet (for eksempel skog), død av planter og dyr.

Det er problemer med voksende monokulturer. For å få mer biomasseavkastning, sårer produsentene ofte landet med en bestemt plante. Denne praksisen er ikke særlig godt reflektert i jordbrukslandets tilstand, siden monokultur fører til endring i miljøet.

På feltene okkupert av en plantearter, parasiterer spesielle arter av skadedyr vanligvis. Et forsøk på å kontrollere dem med insektmidler og plantevernmidler fører bare til utvikling av resistens mot disse midlene.

For å unngå problemene beskrevet ovenfor, anbefaler forskerne ikke å overse den biologiske mangfoldet av avlinger, kombinere flere planter i feltene, samt bruke lokale varianter av flora.

Generasjoner av alternativt drivstoff

Et bredt spekter av vegetabilske råvarer brukt til biomasse kan deles inn i flere generasjoner.

Første generasjon. Denne kategorien inkluderer avlinger som inneholder en høy prosentandel stivelse, sukker, fett. Disse er så populære planter som mais, sukkerroer, canola, soya.

Siden dyrking av disse avlingene er skadelig for klimaet, og deres fjerning fra markedet påvirker prisingen av produkter, forsøker forskere å erstatte dem med andre typer biomasse.

Andre generasjon. Biomassegruppen inneholder tre, gress, jordbruksavfall (skall, husk). Det er kostbart å skaffe biodrivstoff fra slike råmaterialer, men det løser problemet med å disponere rester av ikke-matrester med samtidig produksjon av brennbare materialer.

En egenskap av kulturer som inngår i denne variasjonen er tilstedeværelsen av lignin og cellulose i dem. Takket være dem kan biomasse bli brent og gassifisert, og også utsatt for pyrolyse, og oppnå flytende brensel.

Den største ulempen ved andre generasjons biomasse er mangelen på avkastning per areal, og derfor må betydelige ressursressurser bli tildelt for slike avlinger.

Tredje generasjon. Råmaterialet til produksjon av biodrivstoff er alger som dyrkes i industriell skala, for eksempel i åpent vann.

Denne praksisen har gode utsikter, men i dag er slike teknologier bare utviklet. Forskere gjennomfører også forskning om opprettelse av teknikker som tillater å skaffe fjerde og til og med femte generasjons biodrivstoff.

Tre typer biodrivstoff

Avhengig av stoffets aggregering, er det tre hovedtyper av biodrivstoff:

1. et firma: brensel, torv, animalsk avfall og landbruksproduksjon.
2. flytende: biodiesel, dimetyleter, bioetanol, biobutanol.
3. gassformig: biogas, metan, biohydrogen.

Hver type stoff har sine egne detaljer, som vil bli diskutert nedenfor.

Type nr. 1: Solid

De mest populære solide varianter av biodrivstoff er tre, torv, animalsk avfall.

Tre (brensel, sjetonger, sagflis)

Den gamle formen av biodrivstoff er kjent brensel, som lenge har vært brukt til oppvarming av boliger og matlaging. Hittil er de aktivt brukt i ulike land for å produsere varme / elektrisitet, særlig et stort østerriksk termisk kraftverk med en kapasitet på 66 megawatt, opererer på ved.

Samtidig har slike råvarer ulemper. Energiværdien av brensel er relativt liten: Ved brenning akkumuleres en del av stoffet i form av sot, noe som skyldes at peisene og ovner må rengjøres regelmessig. I tillegg tar det tid å fylle opp lagret av tre - nye trær vil vokse bare i 15-20 år.

Et utmerket alternativ til konvensjonelt brensel er pellets (granulater), for produksjon av hvilket substandard tre som brukes: bark, chips, presset sagflis, Twigs.

For produksjon av drivstoffpellets blir råmaterialene malt til støv, som deretter tørkes og presses ved høy temperatur. På grunn av lignin inneholdt i treet, dannes en klebrig masse, hvorfra små sylindre med en lengde på 5-70 mm og en diameter på 6-10 mm dannes.

Du kan selv sette opp produksjonen av pellets. brikettpress.

Blant de populære typene biodrivstoff er treflis, som ofte tjener som energikilde for europeiske termiske kraftverk. Produksjonen av dette råmaterialet utføres ved logging eller på spesielle produksjonslinjer utstyrt med makuleringsmaskiner.

Myr og skogsbrenselvev

Dette er en vanlig form for biodrivstoff, brukt i husholdnings- og industrielle formål i århundrer. Torv er et lag med mos som ikke er helt nedbrytet i sumpforholdene, og høstes i mange land rundt om i verden: Russland, Hviterussland, Canada, Sverige, Indonesia og andre.

For enkelhets skyld i produksjonsprosessen blir biomasse vanligvis behandlet på utvinningsstedet. Prosessen består i å rense (screening) råmaterialene fra utestengt avstengning, etterfulgt av tørking og støping i form av briketter eller granulater.

Landbruksavfall

I landbruksproduksjonen akkumuleres som regel et stort antall forskjellige planteavfall: de ytre skallene av planter, nøtteskall, halm.

Slike råmaterialer kan også presses og granuleres for å oppnå drivstoffpellets, karakteristikker som praktisk talt ikke er forskjellig fra pellets laget av treaktig biomasse.

Biodrivstoff av animalsk opprinnelse

Sammen med brensel i oldtiden begynte folk å bruke drivstoff av animalsk opprinnelse, nemlig gjødsel - tørket gjødsel av husdyr. Moderne teknologier for tørking og bearbeiding av lignende råvarer gjør det mulig å skaffe solide varianter av biodrivstoff, helt uten en ubehagelig lukt.

Siden for tiden animalsk avfall akkumuleres i industriell skala, løser produksjonen av drivstoff fra dem samtidig problemet med deres utnyttelse.

Type nr. 2: væske

Flytende biodrivstoffvarianter som er trygge og miljøvennlige, brukes hovedsakelig som erstatning for bensin og andre lignende midler. De vanligste alternativene er bioetanol, biometanol, biobutanol, biodiesel, dimetyleter.

Bioetanol fra planter

Dette er en vanlig flytende biobrensel som brukes til å fylle opp biler. Selv om det rene stoffet ikke brukes som drivstoff, forbedrer tillegget til bensin ytelsen. motor, øker kraften, overvåker oppvarming av motoren, reduserer eksosutslippene gasser.

Bioetanol ble også verdsatt av peiselskere. Dette stoffet har en god varmeoverføring, i tillegg, når den blir brent, blir det ikke dannet sot eller røyk, og mengden av karbondioksid utstråles minimert.

Takket være slike funksjoner kan brensel brukes til å varme opp herden i leilighetene. Les mer om biodrivstoff for peiser skrevet inn denne artikkelen.

Bioetanol er produsert fra første generasjons råvarer som inneholder stivelse eller sukker. Korn, korn, sukkerrør, rødbeter er behandlet av teknologien for alkoholholdig gjæring.

Biobutanol for bensinstasjoner

Biobutanol er en biologisk produsert butanolanalog. Den fargeløse væsken, som har en karakteristisk lukt, brukes mye som et kjemisk råmateriale i industrien, og kan også brukes som transportbrensel.

Energiinnholdet av butanol er nær bensin, noe som tillater delvis å erstatte sistnevnte i brenselceller. I motsetning til bioetanol kan biobutanol brukes uavhengig, uten å legge til tradisjonelle brenseltyper.

Råmaterialene til produksjon av dette bio-stoffet er en rekke planter: sukkerroer, kassava, hvete, mais.

Dimetyleter (C₂H₆O)

Det er også miljøvennlig drivstoff. Når det blir brent i eksosgassene, er det ingen svovelforbindelser, og innholdet av nitrogenforbindelser er 90% lavere enn ved forbrenning av bensin.

Dimetyleter kan brukes uten spesielle filtre, men bilens konstruksjon (kraftsystem, motor-tenning) må endres dramatisk.

Uten noen endringer kan et kombinert brensel inneholdende 30% dimetyleter brukes i maskiner som er utstyrt med LPG-motorer.

Flytende brensel kan produseres fra ulike råvarer: naturgass, kullstøv, biomasse og tidligere Totalt gjenværende masse- og papirproduksjonsrester omdannet til en væske under lett trykk.

Biometanol fra unicellular alger

Dette stoffet ligner på konvensjonell metanol, som er mye brukt til å produsere en rekke kjemiske forbindelser (eddiksyre, formaldehyd), og brukes også som frostvæske og løsningsmiddel.

For første gang ble spørsmålet om produksjon av denne typen biodrivstoff oppvokst på 1980-tallet, da en gruppe forskere foreslo å produsere væske stoff gjennom biokjemisk transformasjon av marine fytoplankton, som vil bli dyrket i spesielle reservoarer.

Biometanol har flere potensielle fordeler:

• høy energieffektivitet - 14 ved mottak av metan, 7 ved produksjon av metanol;
• utmerket fytoplanktonproduktivitet - opptil 100 tonn per hektar per år
• unemanding unicellular organismer, for dyrking av som ikke trenger ferskvann, fruktbar jord;
• bevaring av landbruksressursenefordi fytoplankton er dyrket i dammer eller havbaser.

Selv om industriproduksjon av biometanol ennå ikke er etablert, utføres for tiden forskning og utvikling av teknologier for utvikling av produksjon av denne typen alternativt drivstoff.

Biodiesel som et alternativ til drivstofftransport

Dette er en flytende motorbiodrivstoff bestående av en blanding av fettsyreestere. Stoffet er trygt for mennesker og dyr, nesten helt nedbrytes i bakken i 28 dager, og har også en relativt høy (<100) antennelsestemperatur.

Biodiesel reduserer andelen utslipp av skadelige gasser, og forlenger også levetiden til motoren, siden den inneholder smørekomponenter.

Drivstoff brukes til å fylle bensinmotorer både uavhengig og i kombinasjon med konvensjonelt drivstoff. Bare en kort holdbarhet for det biologiske stoffet bør tas i betraktning: etter tre måneder begynner dekomponeringen av det biologiske stoffet med et fullstendig tap av egenskaper.

For biodiesel i EU ble en spesiell standard EN14214 vedtatt. I en rekke land er EN590-standarden også i kraft, slik at tilsetning av 5% biodiesel til andre drivstoff.

Type nr. 3: gassformig

Hovedtyper av gassformige biodrivstoff er biogas og bio-hydrogen.

Biogas som erstatning for naturgass

Biogas er en praktisk komplett analog naturgass: den inneholder 13-50% CO_2, 49-87% metan, så vel som urenheter H₂ og H₂S. Hvis dette stoffet er renset for karbondioksid, kan du få biometan.

Gassbasert biobrensel er produsert fra biomasse ved hydrogen eller metanfermentering. Sistnevnte er forårsaket av tre typer mikroorganismer: For det første blir råmaterialet utsatt for virkningen av hydrolyserende bakterier, som deretter erstattes av syreformende og metandannende mikrober.

En rekke materialer kan brukes som råvarer: ensilasje, gjødsel, alger, kloakk, søppel, fecale rester, husholdningsavfall. Utgangsmaterialet bringes i en homogen tilstand, hvorpå den plasseres i reaktoren ved hjelp av en laster.

Den opprettholder en behagelig temperatur på +35-38 ° C, som er nødvendig for gjennomføringen av metanfermenteringsprosessen.

Råvarer blandes kontinuerlig, og det resulterende gassformige produktet slippes ut i bensintanken (lagringsenhet), hvorfra det kommer inn i generatoren.

Mer informasjon om å skaffe biogass fra gjødsel og arrangement av biogassanlegg er skrevet i artiklene:

1. Hvordan lage en biodrivstoff med egne hender fra husdyrgjødsel hjemme
2. Biogassinstallasjon for privat hus med egne hender: anbefalinger for enheten og et eksempel på hjemmelaget utstyrsarrangement

Biologisk hydrogen oppnådd ved kjemisk metode

En rekke gassformig biobrensel, som er en analog av vanlig hydrogen, er oppnådd fra biomasse ved bruk av biokjemiske eller termokjemiske metoder.

I den termokemiske metoden blir det preparerte råmaterialet (for eksempel vedavfall) oppvarmet til en temperatur på 500-800 ° C uten oksygen, og gasser av H utstråles.₂, CO, CH₄.

I den biokjemiske metoden opprettholdes råmaterialet i behagelige forhold ved normalt trykk og en temperatur på ca. 30 ° C.

Spesielle mikroorganismer Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes blir introdusert i biomasse, som dekomponerer det opprinnelige produktet, som frigir hydrogen. Enzymer har lov til å akselerere produksjonen ved hjelp av polysakkarider.

Konklusjoner og nyttig video om emnet

På videoen nedenfor kan du se prosessen med å lage en populær type biodrivstoff - trebriketter:

Typer biodrivstoff varierer ikke bare i aggregeringsstaten, men også i deres egenskaper. Ved valg av slikt materiale er det nødvendig å ta hensyn til deres planlagte bruk, effektivitet, funksjonelle egenskaper og kostnader.

Har du erfaring med å bruke alternativt drivstoff? Eller vil du stille spørsmål om biodrivstoff? Vennligst kommentere publikasjonen og delta i diskusjoner. Tilbakemeldingsblokken ligger nedenfor.