Tipos de biocombustíveis: uma comparação de sólido, líquido, gasoso

Uma alternativa aos recursos energéticos tradicionais são os diversos tipos de biocombustíveis, cuja fabricação matérias-primas vegetais ou animais usadas, resíduos industriais e os resultados da vida organismos.

Propomos compreender as vantagens e desvantagens do uso de tal combustível, aprender as características produção, características funcionais, bem como avaliar a eficácia da utilização de diferentes tipos biocombustíveis. Esta informação ajudará a navegar na seleção de fontes alternativas de energia.

O que é biocombustível

As áreas mais promissoras no setor de energia são tecnologias que usam recursos renováveis, que incluem biocombustíveis.

Como matéria-prima para sua produção, você pode obter biomassa de origem vegetal / animal, incluindo resíduos industriais ou resíduos de origem animal.

O processamento de tais substâncias é um método termoquímico ou biológico, no último caso, o combustível é obtido usando vários tipos de microorganismos.

Em muitos países, existem programas especiais para aumentar a participação de biocombustíveis no consumo de energia nacional e regional. Em vários estados também existem normas obrigatórias para o uso dessa fonte de energia.

As vantagens e desvantagens dos biocombustíveis

Os tipos biológicos de combustível têm seus lados positivos e negativos. Interesse no uso deste tipo de matéria prima devido às suas vantagens indubitáveis.

Estes incluem:

• Valor orçamentário. Embora no momento o preço dos biocombustíveis praticamente coincida com o custo da gasolina, as substâncias biológicas são consideradas um tipo de combustível mais lucrativo, uma vez que produzem menos emissões quando queimadas. Os biocombustíveis são adequados para uso em várias condições, enquanto podem ser adaptados a motores de diferentes modelos. Outra vantagem é a otimização do motor, que permanece limpo por mais tempo devido à pequena quantidade de fuligem e gases de exaustão.
• Mobilidade. O biocombustível difere de outras opções de energia alternativa pela sua mobilidade. O projeto de usinas de energia solar e eólica geralmente inclui baterias pesadas, então elas são utilizados permanentemente, enquanto o biocombustível pode ser transportado de uma região para outra. outro.
• Energia renovável. Embora, segundo os pesquisadores, os depósitos existentes de petróleo durem pelo menos algumas centenas de anos, as reservas minerais ainda são finitas. Os biocombustíveis produzidos a partir de plantas e resíduos animais estão entre os recursos renováveis ​​que não estão ameaçados de extinção no futuro previsível.
• Proteção Atmosférica Terrestre. Uma grande desvantagem dos hidrocarbonetos tradicionais é uma grande porcentagem de CO.₂que é liberado durante a combustão. Este gás cria um efeito estufa na atmosfera do nosso planeta, criando condições para o aquecimento global. Durante a combustão de substâncias biológicas, a quantidade de dióxido de carbono é reduzida para 65%. Além disso, as culturas utilizadas na produção de biocombustíveis consomem monóxido de carbono, reduzindo sua participação no ar.
• Segurança econômica. As reservas de hidrocarbonetos são distribuídas de forma desigual, portanto, alguns estados são forçados a comprar petróleo ou gás natural, gastando grandes quantias em dinheiro para comprar, transportar e armazenar. Diferentes tipos de combustível biológico podem ser obtidos em quase todos os países. Quanto à sua fabricação e processamento, será necessário criar novos empreendimentos e, consequentemente, os empregos beneficiarão a economia nacional e terão um efeito positivo bem-estar das pessoas.

Melhorar a tecnologia e desenvolver novos métodos aumentará os efeitos positivos dos biocombustíveis. Assim, o desenvolvimento de tecnologias utilizando plâncton e algas reduzirá significativamente seu preço.

Ao mesmo tempo, no atual estágio de desenvolvimento da ciência e tecnologia, a produção de biocombustíveis está associada a várias dificuldades e inconvenientes. Primeiro de tudo, estas são limitações naturais em plantas em crescimento.

Para o crescimento das culturas utilizadas para a produção de biomassa, vários fatores precisam ser considerados, a saber:

• Uso da água. As plantas agrícolas consomem muita água, o que é um recurso limitado, especialmente em locais secos.
• Invasividade. Culturas cultivadas para combustível são frequentemente agressivas. Eles afogam a flora autêntica, que pode afetar a biodiversidade e o ecossistema da região.
• Fertilizantes. O crescimento de muitas plantas requer a adição de nutrientes que podem prejudicar outras culturas ou o ecossistema geral.
• Clima Zonas climáticas separadas (por exemplo, deserto ou tundra) não são adequadas para o cultivo de biocombustíveis.

O cultivo ativo de plantas agrícolas está associado ao esgotamento dos recursos agrícolas, podendo o descumprimento das regras da engenharia agrícola. levar a uma diminuição no conteúdo dos componentes benéficos do solo e, consequentemente, à sua depleção, o que causará um agravamento dos alimentos problemas.

Ocorre perturbação do ecossistema. Para a produção de biomassa geralmente requer a expansão dos territórios envolvidos na agricultura.

Muitas vezes, para este fim, a limpeza do território é realizada, o que leva à destruição do microecossistema (por exemplo, florestas), a morte de plantas e animais.

Existem problemas com monoculturas em crescimento. Para obter mais rendimento de biomassa, os produtores geralmente plantam a terra com uma determinada planta. Esta prática não está muito bem refletida no estado das terras agrícolas, uma vez que a monocultura leva a uma mudança no meio ambiente.

Nos campos ocupados por uma espécie de planta, espécies especiais de pragas costumam parasitar. Uma tentativa de controlá-los com inseticidas e pesticidas apenas leva ao desenvolvimento de resistência a esses agentes.

Para evitar os problemas descritos acima, os cientistas aconselham a não negligenciar a biodiversidade das culturas, combinando várias plantas nos campos, bem como usar variedades locais de flora.

Gerações de Combustível Alternativo

Uma ampla gama de matérias-primas vegetais usadas para biomassa pode ser dividida em várias gerações.

Primeira geração. Esta categoria inclui culturas que contêm uma alta porcentagem de amido, açúcares e gorduras. Estas são plantas populares como milho, beterraba, canola e soja.

Como o cultivo dessas culturas é prejudicial ao clima e sua remoção do mercado afeta os preços dos produtos, os cientistas estão tentando substituí-los por outros tipos de biomassa.

Segunda geração. O grupo de biomassa inclui madeira, grama, resíduos agrícolas (casca, casca). A obtenção de biocombustíveis a partir de tais matérias-primas é dispendiosa, no entanto, resolve o problema da reciclagem de resíduos não alimentares com a produção simultânea de materiais combustíveis.

Uma característica das culturas incluídas nesta variedade é a presença de lignina e celulose nelas. Graças a eles, a biomassa pode ser queimada e gaseificada, e também submetida à pirólise, obtendo combustível líquido.

A principal desvantagem da biomassa de segunda geração é a falta de retorno por unidade de área, e é por isso que os recursos significativos da terra devem ser alocados para essas culturas.

Terceira geração. A matéria-prima para a produção de biocombustíveis são algas que são cultivadas em escala industrial, por exemplo, em águas abertas.

Essa prática tem grandes perspectivas, mas no momento essas tecnologias só estão sendo desenvolvidas. Os cientistas também estão realizando pesquisas sobre a criação de técnicas que permitam a obtenção de biocombustíveis de quarta e até de quinta geração.

Três tipos de biocombustíveis

Dependendo do estado de agregação da substância, existem três tipos principais de biocombustíveis:

1. Sólido: lenha, turfa, resíduos animais e produção agrícola.
2. Líquido: biodiesel, éter dimetílico, bioetanol, biobutanol.
3. Gasoso: biogás, metano, biohidrogênio.

Cada tipo de substância tem suas próprias especificidades, que serão discutidas abaixo.

Tipo # 1: sólido

As variedades sólidas mais populares de biocombustíveis são a madeira, turfa, resíduos animais.

Madeira (lenha, lascas, serragem)

A antiga forma de biocombustíveis é uma lenha bem conhecida, usada há muito tempo para aquecer residências e cozinhar. Até agora, eles são usados ​​ativamente em diferentes países para produzir calor / eletricidade, em particular, uma grande usina termelétrica austríaca com capacidade de 66 megawatts opera com lenha.

Ao mesmo tempo, essas matérias-primas têm desvantagens. O valor energético da lenha é relativamente pequeno: ao queimar, uma parte da substância se acumula na forma de fuligem, devido à qual as lareiras e fogões devem ser limpos regularmente. Além disso, leva tempo para reabastecer o estoque de madeira - novas árvores crescerão apenas entre 15 e 20 anos.

Uma excelente alternativa à lenha convencional são as pelotas (grânulos), cuja produção é de madeira precária: cascas, cavacos, serragem prensadagalhos

Para a produção de pelotas de combustível, as matérias-primas são moídas à poeira, que é então seca e prensada a alta temperatura. Devido à lignina contida na madeira, forma-se uma massa pegajosa, da qual se formam pequenos cilindros com um comprimento de 5-70 mm e um diâmetro de 6-10 mm.

Você pode configurar a produção de pellets por conta própria. imprensa de briquetes.

Entre os tipos populares de biocombustíveis estão os cavacos de madeira, que muitas vezes servem como fonte de energia para usinas térmicas européias. A produção desta matéria-prima é realizada em locais de extração de madeira ou em linhas de produção especiais equipadas com máquinas de trituração.

Turfa do pântano e da floresta

Esta é uma forma comum de biocombustíveis, usada em fins domésticos e industriais durante séculos. A turfa é uma camada de musgo que não se decompõe completamente nas condições do pântano e é colhida em muitos países do mundo: Rússia, Bielorrússia, Canadá, Suécia, Indonésia e outros.

Para a conveniência do processo de produção, a biomassa é geralmente processada no local de extração. O processo consiste em limpar (peneirar) as matérias-primas a partir de paradas estranhas, seguido de secagem e moldagem na forma de briquetes ou grânulos.

Combustível para Resíduos Agrícolas

Na produção agrícola, como regra, um grande número de resíduos vegetais se acumula: as camadas externas de plantas, cascas de nozes, palha.

Tais matérias-primas também podem ser prensadas e granuladas para obter pelotas de combustível, cujas características praticamente não diferem das pelotas feitas de biomassa lenhosa.

Biocombustíveis de origem animal

Junto com a lenha nos tempos antigos, as pessoas começaram a usar combustível de origem animal, ou seja, estrume seco de animais domésticos. As modernas tecnologias de secagem e processamento de matérias-primas similares permitem a obtenção de variedades sólidas de biocombustíveis, completamente desprovidos de odor desagradável.

Uma vez que, atualmente, o lixo animal é acumulado em escala industrial, a produção de combustível a partir deles simultaneamente resolve o problema de sua utilização.

Tipo 2: líquido

Variantes de biocombustível líquido que são seguras e ambientalmente amigáveis ​​são usadas principalmente como um substituto para a gasolina e outros meios similares. As opções mais comuns incluem bioetanol, biometanol, biobutanol, biodiesel, éter dimetílico.

Bioetanol de plantas

Este é um biocombustível líquido comum usado para reabastecer carros. Embora a substância pura não seja usada como combustível, sua adição à gasolina melhora o desempenho. motor, aumentando sua potência, monitorando o aquecimento do motor, reduzindo as emissões de escape gases.

O bioetanol também foi apreciado pelos amantes da lareira. Esta substância tem uma boa transferência de calor, além disso, quando é queimada, não se forma fuligem ou fumaça, e a quantidade de dióxido de carbono emitida é minimizada.

Graças a esses recursos, o combustível pode ser usado até mesmo para aquecer a lareira em prédios de apartamentos. Leia mais sobre biocombustíveis para lareiras este artigo.

O bioetanol é produzido a partir da primeira geração de matérias-primas contendo amido ou açúcar. Cereais, milho, cana-de-açúcar, beterraba são processados ​​pela tecnologia de fermentação alcoólica.

Biobutanol para reabastecimento de carros

O biobutanol é um análogo de butanol produzido biologicamente. O líquido incolor, que tem um odor característico, é amplamente utilizado como matéria-prima química na indústria e também pode ser usado como combustível de transporte.

O conteúdo de energia do butanol está próximo da gasolina, o que permite substituir parcialmente o último nas células de combustível. Ao contrário do bioetanol, o biobutanol pode ser usado independentemente, sem adicionar os tipos tradicionais de combustível.

As matérias-primas para a produção desta bio-substância são uma variedade de plantas: beterraba, mandioca, trigo, milho.

Éter dimetílico (C₂H₆O)

Também é um combustível ecológico. Quando é queimado nos gases de exaustão, não há compostos de enxofre e o conteúdo dos compostos de nitrogênio é 90% menor do que durante a combustão da gasolina.

O dimetil éter pode ser usado sem filtros especiais, mas o design do carro (sistema de potência, ignição do motor) deve ser mudado drasticamente.

Sem quaisquer alterações, um combustível combinado contendo 30% de éter dimetílico pode ser usado em máquinas equipadas com motores a GLP.

O combustível líquido pode ser produzido a partir de várias matérias-primas: gás natural, pó de carvão, biomassa e antes total de resíduos de produção de celulose e papel transformando-se em líquido sob ligeira pressão.

Biometanol de algas unicelulares

Esta substância é semelhante ao metanol convencional, que é amplamente utilizado para produzir uma série de compostos químicos (ácido acético, formaldeído), e também é usado como anticongelante e solvente.

Pela primeira vez, a questão da produção desse tipo de biocombustível foi levantada na década de 1980, quando um grupo de cientistas propôs produzir substância através da transformação bioquímica do fitoplâncton marinho, que será cultivada em especial reservatórios.

O biometanol tem vários benefícios potenciais:

• alta eficiência energética - 14 após o recebimento de metano, 7 na produção de metanol;
• excelente produtividade do fitoplâncton - até 100 toneladas por hectare por ano;
• organismos unicelulares pouco exigentes, para o cultivo de que não precisa de água fresca, solo fértil;
• conservação de recursos agrícolasporque o fitoplâncton é cultivado em lagoas ou baías marinhas.

Embora a produção industrial de biometanol ainda não tenha sido estabelecida, pesquisas e desenvolvimentos persistentes de tecnologias para o desenvolvimento da produção desse tipo de combustível alternativo estão atualmente sendo conduzidos.

Biodiesel como alternativa ao transporte de combustíveis

Este é um biocombustível motor líquido composto por uma mistura de ésteres de ácidos graxos. A substância é segura para pessoas e animais, decompõe-se quase completamente no solo durante 28 dias e também tem uma temperatura de ignição relativamente alta (<100).

O biodiesel reduz a porcentagem de emissões de gases nocivos e também prolonga a vida útil do motor, já que contém componentes lubrificantes.

O combustível é usado para reabastecer os motores dos carros de forma independente e em combinação com o combustível convencional. Apenas uma vida útil curta da substância biológica deve ser levada em conta: após três meses, a decomposição da substância biológica começa com uma perda completa de propriedades.

Para o biodiesel na UE, foi adotada uma norma especial EN14214. Em vários países, a norma EN590 também está em vigor, permitindo a adição de 5% de biodiesel a outros combustíveis.

Tipo # 3: gasoso

Os principais tipos de biocombustíveis gasosos incluem biogás e bio-hidrogênio.

O biogás como substituto do gás natural

O biogás é um análogo praticamente completo do gás natural: contém 13-50% de CO_2, 49-87% de metano, bem como impurezas₂ e H₂S. Se esta substância é limpa de dióxido de carbono, você pode obter biometano.

O biocombustível gasoso é produzido a partir de biomassa por fermentação de hidrogênio ou metano. Este último é causado por três tipos de microrganismos: primeiro, a matéria-prima é exposta à ação de bactérias hidrolisantes, que são então substituídas por micróbios formadores de ácido e formadores de metano.

Uma variedade de materiais pode ser usada como matéria-prima: silagem, esterco, algas, esgoto, lixo, resíduos fecais, lixo doméstico. O material de partida é levado a um estado homogêneo, após o qual é colocado no reator com a ajuda de um carregador.

Mantém uma temperatura confortável de + 35-38 ° C, necessária para a implementação do processo de fermentação de metano.

As matérias-primas são constantemente misturadas, com o produto gasoso resultante sendo descarregado no tanque de gás (unidade de armazenamento), de onde ele entra no gerador.

Mais informações sobre a obtenção de biogás a partir de esterco e disposição de uma usina de biogás estão escritas nos artigos:

1. Como fazer um biocombustível com suas próprias mãos a partir de estrume em casa
2. Instalação de biogás para uma casa particular com as próprias mãos: recomendações para o dispositivo e um exemplo de arranjo de equipamentos caseiros

Hidrogênio biológico obtido por método químico

Uma variedade de biocombustível gasoso, que é um análogo do hidrogênio comum, é obtida da biomassa usando métodos bioquímicos ou termoquímicos.

No método termoquímico, a matéria-prima preparada (por exemplo, resíduos de madeira) é aquecida a uma temperatura de 500 a 800 ° C sem oxigênio, e gases de H são emitidos.₂, CO, CH₄.

No método bioquímico, a matéria-prima é mantida em condições confortáveis ​​à pressão normal e a uma temperatura de cerca de 30 ° C.

Microrganismos especiais Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes são introduzidos na biomassa, que decompõe o produto original, liberando hidrogênio. As enzimas podem acelerar a produção usando polissacarídeos.

Conclusões e vídeos úteis sobre o tema

No vídeo abaixo você pode ver o processo de fabricação de um tipo popular de biocombustível - briquetes de madeira:

Os tipos de biocombustíveis diferem não apenas no estado de agregação, mas também em suas características. Ao escolher esse material, é necessário levar em conta o uso planejado, a eficiência, as propriedades funcionais e o custo.

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