Tipurile de biocombustibili: o comparație a substanțelor solide, lichide, gazoase

O alternativă la resursele tradiționale de energie sunt diferitele tipuri de biocarburanți, pentru fabricarea cărora materii prime vegetale sau animale folosite, deșeuri industriale și rezultatele vieții organisme.

Propunem să înțelegem avantajele și dezavantajele utilizării acestui tip de combustibil, să învățăm caracteristicile producția, caracteristicile funcționale, precum și evaluarea eficacității utilizării diferitelor tipuri biocombustibil. Aceste informații vor ajuta la navigarea în selectarea surselor alternative de energie.

Ce este biocombustibilul

Cele mai promițătoare domenii din sectorul energetic sunt tehnologiile care utilizează resurse regenerabile, care includ biocarburanții.

Ca materie primă pentru producția sa, puteți lua biomasă de origine vegetală / animală, inclusiv deșeuri industriale sau reziduuri de origine animală.

Prelucrarea acestor substanțe este metoda termochimică sau biologică, în acest ultim caz, combustibilul este obținut utilizând diferite tipuri de microorganisme.

În multe țări, există programe speciale de creștere a ponderii biocarburanților în consumul de energie la nivel național și regional. În mai multe state există, de asemenea, norme obligatorii pentru utilizarea acestei surse de energie.

Avantajele și dezavantajele biocarburanților

Tipurile biologice de combustibil au partea lor pozitivă și negativă. Interesul față de utilizarea acestui tip de materie primă datorită avantajelor sale indiscutabile.

Acestea includ:

• Valoarea bugetului. Deși, în prezent, prețul biocarburanților coincide practic cu costul benzinei, substanțele biologice sunt considerate a fi un tip mai avantajos de combustibil, deoarece produc mai puține emisii când sunt arse. Biocombustibilii sunt adecvați pentru utilizare în diferite condiții, în timp ce pot fi adaptate la motoarele de diferite modele. Un alt avantaj este optimizarea motorului, care rămâne mai curat datorită cantității mici de funingine și a gazelor de eșapament.
• mobilitate. Biofuelul diferă de alte opțiuni alternative de energie prin mobilitatea sa. Proiectarea centralelor solare și eoliene include, de obicei, baterii grele, astfel încât acestea sunt adesea sunt utilizate permanent, în timp ce biocombustibilul poate fi transportat dintr-o regiune în altul.
• Energie regenerabilă. Deși, potrivit cercetătorilor, depozitele existente de țiței vor dura cel puțin câteva sute de ani, rezervele de minereu sunt încă finite. Biocombustibilii proveniți din plante și deșeurile animale sunt printre resursele regenerabile care nu sunt amenințate cu dispariția în viitorul apropiat.
• Protecția atmosferei la pământ. Un dezavantaj major al hidrocarburilor tradiționale este reprezentat de un procent mare de CO.₂care este eliberat în timpul arderii. Acest gaz creează un efect de seră în atmosfera planetei noastre, creând condiții pentru încălzirea globală. În timpul arderii de substanțe biologice, cantitatea de dioxid de carbon este redusă la 65%. În plus, culturile utilizate în producția de biocombustibili consumă monoxid de carbon, reducând ponderea sa în aer.
• Securitatea economică. Rezervele de hidrocarburi sunt distribuite inegal, prin urmare, unele state sunt forțate să cumpere petrol sau gaze naturale, cheltuind sume mari de bani pentru cumpărare, transport și depozitare. Diferite tipuri de combustibil biologic pot fi obținute în aproape orice țară. În ceea ce privește fabricarea și prelucrarea sa, va fi necesar să se creeze noi întreprinderi și, în consecință, locurile de muncă vor aduce beneficii economiei naționale și vor avea un efect pozitiv asupra acestora bunăstarea oamenilor.

Îmbunătățirea tehnologiei și dezvoltarea de metode noi vor spori efectele pozitive ale biocombustibililor. Astfel, dezvoltarea tehnologiilor care utilizează plancton și alge va reduce semnificativ prețul.

În același timp, în stadiul actual de dezvoltare a științei și tehnologiei, producția de biocombustibili este asociată cu o serie de dificultăți și inconveniente. În primul rând, acestea sunt limitări naturale în plantele în creștere.

Pentru creșterea culturilor utilizate pentru producția de biomasă trebuie luate în considerare mai mulți factori, și anume:

• Utilizarea apei. Plantele agricole consumă multă apă, care este o resursă limitată, în special în locuri uscate.
• invazivitate. Culturile cultivate pentru combustibil sunt adesea agresive. Ei îneacă flora autentică, care poate afecta biodiversitatea și ecosistemul regiunii.
• îngrășăminte. Creșterea multor plante necesită adăugarea de nutrienți care pot dăuna altor culturi sau ecosistemului general.
• Clima. Zonele climatice separate (de exemplu, deșert sau tundră) nu sunt adecvate pentru cultivarea culturilor de biocombustibil.

Cultivarea activă a plantelor agricole este asociată cu epuizarea resurselor agricole, nerespectarea regulilor de inginerie agricolă conduc la o scădere a conținutului componentelor solului benefice și, în consecință, la epuizarea lor, ceea ce va cauza o agravare a alimentelor probleme.

Are loc perturbarea ecosistemului. Pentru producerea de biomasă necesită de obicei extinderea teritoriilor implicate în agricultură.

De multe ori, în acest scop, se efectuează curățarea teritoriului, ceea ce duce la distrugerea microecosistemului (de exemplu, pădurile), moartea plantelor și a animalelor.

Există probleme cu creșterea monoculturilor. Pentru a obține mai mult randament de biomasă, producătorii semănau terenul cu o anumită plantă. Această practică nu se reflectă foarte bine în starea terenurilor agricole, deoarece monocultura conduce la o schimbare a mediului.

Pe câmpurile ocupate de o specie de plante, speciile de dăunători speciale parazitează de obicei. O încercare de a le controla cu insecticide și pesticide duce doar la dezvoltarea rezistenței la acești agenți.

Pentru a evita problemele descrise mai sus, oamenii de știință recomandă să nu se neglijeze biodiversitatea culturilor, să se combine mai multe plante pe câmp, precum și să se utilizeze soiuri locale de floră.

Generații de combustibil alternativ

O gamă largă de materii prime vegetale utilizate pentru biomasă pot fi împărțite în mai multe generații.

Prima generație. Această categorie include culturi care conțin un procent ridicat de amidon, zaharuri, grăsimi. Acestea sunt plante atât de populare ca porumb, sfeclă de zahăr, canola, soia.

Deoarece cultivarea acestor culturi este în detrimentul climei, iar îndepărtarea lor de pe piață afectează prețurile produselor, oamenii de știință încearcă să le înlocuiască cu alte tipuri de biomasă.

A doua generație. Grupul de biomasă include lemn, iarbă, deșeuri agricole (coajă, coajă). Obținerea de biocombustibili din astfel de materii prime este costisitoare, însă rezolvă problema eliminării reziduurilor nealimentare prin producerea simultană de materiale combustibile.

O caracteristică a culturilor incluse în acest soi este prezența ligninei și a celulozei în ele. Datorită acestora, biomasa poate fi arsă și gazificată și, de asemenea, supusă pirolizei, obținând combustibil lichid.

Principalul dezavantaj al biomasei de a doua generație este lipsa de rentabilitate pe unitate de suprafață, motiv pentru care trebuie să fie alocate resurse terestre importante pentru aceste culturi.

A treia generație. Materiile prime pentru producția de biocombustibili sunt algele cultivate la scară industrială, de exemplu, în apă deschisă.

Această practică are mari perspective, dar în prezent aceste tehnologii sunt dezvoltate. Oamenii de știință desfășoară, de asemenea, cercetări privind crearea de tehnici care să permită obținerea biocarburanților de a patra și chiar a cincea generație.

Trei tipuri de biocombustibili

În funcție de starea de agregare a substanței, există trei tipuri principale de biocombustibili:

1. o firmă: lemn de foc, turbă, deșeuri animale și producție agricolă.
2. lichid: biodiesel, dimetil eter, bioetanol, biobutanol.
3. gazos: biogaz, metan, biohidrogen.

Fiecare tip de substanță are propriile sale specificități, care vor fi discutate mai jos.

Tipul 1: Solid

Cele mai populare soiuri solide de biocarburanți sunt lemnul, turba, deșeurile animale.

Lemn (lemn de foc, talas, rumegus)

Forma veche a biocombustibililor sunt lemn de foc bine cunoscuți, care a fost folosit de mult timp pentru încălzirea locuințelor și pentru gătit. Până în prezent, acestea sunt utilizate în mod activ în diferite țări pentru a produce energie termică / electrică, în special o mare centrală termică austriacă cu o capacitate de 66 megawați funcționează pe lemn de foc.

În același timp, astfel de materii prime au dezavantaje. Valoarea energetică a lemnului de foc este relativ mică: atunci când se arde, o parte din substanță se acumulează sub formă de funingine, datorită căreia șemineele și sobele trebuie curățate în mod regulat. În plus, este nevoie de timp pentru a umple stocul de lemn - noii copaci vor crește doar în 15-20 de ani.

O alternativă excelentă la lemnul de foc convențional este peletele (granulele), pentru producția cărora se utilizează lemn de calitate inferioară: coaja, așchii, presat rumegus, Nuiele.

Pentru producerea de pelete de combustibil, materiile prime sunt măcinate în praf, care apoi sunt uscate și presate la temperaturi ridicate. Datorită ligninei conținute în lemn, se formează o masă lipicioasă, din care se formează mici cilindri cu lungimea de 5-70 mm și un diametru de 6-10 mm.

Puteți crea singură producția de pelete. brichetă de presă.

Printre tipurile populare de biocarburanți se numără așchii de lemn, care deseori servesc drept sursă de energie pentru centralele termice europene. Producția acestei materii prime se efectuează la situri de exploatare sau la linii speciale de producție echipate cu mașini de mărunțire.

Marsh și turbă de combustibil de pădure

Aceasta este o formă comună de biocombustibili, folosită în scopuri casnice și industriale de secole. Turba este un strat de mușchi care nu sa descompus complet în condițiile de mlaștină și este recoltat în multe țări din întreaga lume: Rusia, Belarus, Canada, Suedia, Indonezia și altele.

Pentru confortul procesului de producție, biomasa este de obicei prelucrată la locul de extracție. Procesul constă în curățarea (sortarea) materiilor prime din închideri străine, urmată de uscarea și turnarea sub formă de brichete sau granule.

Deșeuri agricole de combustibil

În producția agricolă, de regulă se acumulează un număr mare de deșeuri vegetale diverse: cojile exterioare ale plantelor, nucilor, paie.

Astfel de materii prime pot fi, de asemenea, presate și granulate pentru a obține pelete de combustibil, ale căror caracteristici practic nu diferă de peletele realizate din biomasă lemnoasă.

Biocarburanți de origine animală

Împreună cu lemnele de foc din cele mai vechi timpuri, oamenii au început să folosească combustibil de origine animală, și anume gunoi de grajd uscat de îngrășăminte de animale domestice. Tehnologiile moderne de uscare și prelucrare a materiilor prime similare fac posibilă obținerea de soiuri solide de biocombustibili, complet lipsite de miros neplăcut.

Deoarece în prezent se acumulează deșeuri animale la scară industrială, producția de combustibil de la acestea rezolvă simultan problema utilizării lor.

Tipul 2: lichid

Variantele de biocombustibili lichizi, care sunt sigure și ecologice, sunt utilizate în cea mai mare parte ca substitut pentru benzină și alte mijloace similare. Cele mai comune opțiuni includ bioetanol, biometanol, biobutanol, biodiesel, dimetil eter.

Bioetanol din plante

Acesta este un biocombustibil obișnuit care este folosit pentru a alimenta autoturismele. Deși substanța pură nu este utilizată drept combustibil, adăugarea acesteia la benzină îmbunătățește performanța. motor, creșterea puterii sale, monitorizarea încălzirii motorului, reducerea emisiilor de gaze de eșapament Gaze.

Bioetanolul a fost, de asemenea, apreciat de iubitorii de șemineu. Această substanță are un transfer bun de căldură, în plus, când este arsă, nu se formează fum și fum și cantitatea de dioxid de carbon emis este minimizată.

Datorită acestor caracteristici, combustibilul poate fi utilizat chiar și pentru încălzirea vetrei în clădirile cu apartamente. Citiți mai multe despre biocarburanți pentru șemineele scrise în acest articol.

Bioetanolul este produs din materii prime de prima generație care conțin amidon sau zahăr. Cerealele, porumbul, trestia de zahăr, sfeclă sunt prelucrate prin tehnologia de fermentație alcoolică.

Biobutanol pentru alimentarea cu autoturisme

Biobutanolul este un analog de butanol produs biologic. Lichidul incolor, care are un miros caracteristic, este folosit pe scară largă ca materie primă chimică în industrie și poate fi folosit și ca combustibil pentru transport.

Conținutul energetic al butanolului este aproape de benzină, ceea ce permite înlocuirea parțială a acestuia din urmă în celulele de combustie. Spre deosebire de bioetanol, biobutanolul poate fi folosit în mod independent, fără a adăuga combustibili tradiționali.

Materiile prime pentru producerea acestei bio-substanțe sunt o varietate de plante: sfeclă, mani, grâu, porumb.

Dimetil eter (C.₂H₆O)

Este, de asemenea, combustibil ecologic. Atunci când este ars în gazele de evacuare nu există compuși de sulf și conținutul de compuși de azot este cu 90% mai mic decât în ​​timpul arderii de benzină.

Dimetil eterul poate fi utilizat fără filtre speciale, însă designul mașinii (sistemul de alimentare, aprinderea motorului) trebuie schimbat dramatic.

Fără alte modificări, un combustibil combinat care conține 30% dimetil eter poate fi utilizat în mașinile care sunt echipate cu motoare GPL.

Combustibilul lichid poate fi produs din diferite materii prime: gaze naturale, praf de cărbune, biomasă și înainte totalul reziduurilor de producție de celuloză și hârtie transformându-se într-un lichid sub o ușoară presiune.

Biometanol din alge unicelulare

Această substanță este similară metanolului convențional, care este utilizat pe scară largă pentru a produce un număr de compuși chimici (acid acetic, formaldehidă) și este, de asemenea, utilizat ca antigel și solvent.

Pentru prima dată, problema producerii acestui tip de biocombustibil a fost ridicată în anii 1980, când un grup de oameni de știință au propus să producă lichide prin transformarea biochimică a fitoplanctonului marin, care va fi cultivată în special rezervoare.

Biometanolul are mai multe avantaje potențiale:

• eficiență energetică ridicată - 14 după primirea metanului, 7 în producția de metanol;
• o productivitate excelentă a fitoplanctonului - până la 100 de tone pe hectar pe an;
• organisme unicelulare nedemontabile, pentru cultivarea cărora nu este nevoie de apă dulce, sol fertil;
• conservarea resurselor agricoledeoarece fitoplanctonul este cultivat în iazuri sau golfuri marine.

Deși producția industrială de biomethanol nu a fost încă stabilită, în prezent se desfășoară cercetări și dezvoltarea durabilă a tehnologiilor pentru dezvoltarea producției acestui tip de combustibil alternativ.

Biodieselul ca alternativă la transportul de combustibil

Acesta este un biocombustibil lichid cu motor care constă dintr-un amestec de esteri ai acizilor grași. Substanța este sigură pentru oameni și animale, se descompune aproape complet în sol timp de 28 de zile și are, de asemenea, o temperatură de aprindere relativ ridicată (<100).

Biodieselul reduce procentul de emisii de gaze nocive și, de asemenea, prelungește durata de viață a motorului, deoarece conține componente lubrifiante.

Combustibilul este utilizat pentru a umple autovehiculele atât în ​​mod independent, cât și în combinație cu combustibilul convențional. Trebuie luată în considerare numai o durată de valabilitate scurtă a substanței biologice: după trei luni, descompunerea substanței biologice începe cu pierderea completă a proprietăților.

Pentru biodieselul din UE, a fost adoptat un standard special EN14214. Într-o serie de țări, standardul EN590 este, de asemenea, în vigoare, permițând adăugarea de biodiesel 5% la alți combustibili.

Tipul 3: gazos

Principalele tipuri de biocombustibili gazoși includ biogazul și bio-hidrogenul.

Biogazul ca înlocuitor al gazelor naturale

Biogazul este un analog practic practic al gazelor naturale: conține 13-50% CO_2, 49-87% metan, precum și impuritățile H₂ și H₂S. Dacă această substanță este curățată de dioxid de carbon, puteți obține biometan.

Biocombustibilul gazos este produs din biomasă prin hidrogen sau prin fermentarea metanului. Aceasta din urmă este cauzată de trei tipuri de microorganisme: în primul rând, materia primă este expusă acțiunii de hidroliză a bacteriilor, care sunt apoi înlocuite cu microbi care formează acid și care formează metan.

O varietate de materiale pot fi utilizate ca materii prime: siloz, gunoi de grajd, alge, canalizare, gunoi, reziduuri fecale, deșeuri menajere. Materia primă este adusă într-o stare omogenă, după care este pusă în reactor cu ajutorul unui încărcător.

Menține o temperatură confortabilă de + 35-38 ° C, necesară pentru implementarea procesului de fermentare cu metan.

Materiile prime sunt amestecate în mod constant, produsul gazos rezultat fiind descărcat în rezervorul de gaz (unitatea de stocare), de unde intră în generator.

Mai multe informații despre obținerea biogazului din gunoi de grajd și a aranjamentului unei instalații de biogaz sunt scrise în articole:

1. Cum sa faci un biocombustibil cu propriile tale maini din gunoi de grajd la domiciliu
2. Instalarea de biogaz pentru o casă privată cu propriile sale mâini: recomandări pentru dispozitiv și un exemplu de aranjament de echipament de casă

Biologică hidrogen obținută prin metode chimice

O varietate de biocombustibili gazoși, care este un analog al hidrogenului obișnuit, este obținut din biomasă utilizând metode biochimice sau termochimice.

În metoda termochemică, materia primă preparată (de exemplu, deșeurile lemnoase) este încălzită la o temperatură de 500-800 ° C fără oxigen și sunt emise gaze de H.₂, CO, CH₄.

În metoda biochimică, materia primă este menținută în condiții confortabile la presiune normală și la o temperatură de aproximativ 30 ° C.

Microorganismele speciale Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes sunt introduse în biomasă, care descompune produsul original, eliberând hidrogen. Enzimele sunt permise să accelereze producția utilizând polizaharide.

Concluzii și video util pe această temă

Pe videoclipul de mai jos puteți vedea procesul de fabricare a unui tip popular de brichete pentru biocombustibili:

Tipurile de biocarburanți diferă nu numai în starea de agregare, ci și în caracteristicile lor. Atunci când alegeți un astfel de material, este necesar să luați în considerare utilizarea planificată, eficiența, proprietățile funcționale și costurile.

Aveți experiență folosind combustibil alternativ? Sau doriți să adresați întrebări despre biocombustibili? Vă rugăm să comentați publicația și să participați la discuții. Blocul de feedback este localizat mai jos.