Typer av biobränslen: en jämförelse av fast, flytande, gasformig

Ett alternativ till traditionella energiresurser är olika typer av biobränslen, för tillverkning av dessa använt råvaror eller animaliska råmaterial, industriavfall och livets resultat organismer.

Vi föreslår att förstå fördelarna och nackdelarna med användningen av sådant bränsle, lära kännetecknen produktion, funktionella egenskaper samt utvärdera effektiviteten av att använda olika typer biobränsle. Denna information hjälper till att navigera i valet av alternativa energikällor.

Vad är biobränsle

De mest lovande områdena inom energisektorn är tekniker som använder förnybara resurser, som inkluderar biobränslen.

Som råvara för dess produktion kan du ta biomassa av vegetabiliskt eller animaliskt ursprung, inklusive industriavfall eller djurrester.

Bearbetning av sådana ämnen är termokemisk eller biologisk metod, i det senare fallet erhålles bränslet med användning av olika typer av mikroorganismer.

I många länder finns det särskilda program för att öka andelen biobränslen i nationell och regional energiförbrukning. I ett antal stater finns det också obligatoriska normer för användningen av denna energikälla.

Fördelarna och nackdelarna med biobränslen

Biologiska typer av bränsle har sina positiva och negativa sidor. Intresset för användningen av denna typ av råmaterial på grund av sina otvivelaktiga fördelar.

Dessa inkluderar:

• Budgetvärde. Även om priset för biobränslen i praktiken sammanfaller med bensinkostnaden, anses biologiska ämnen vara en mer lönsam typ av bränsle, eftersom de ger mindre utsläpp vid bränning. Biobränslen är lämpliga för användning under olika förhållanden, medan det kan anpassas till motorer med olika konstruktioner. En annan fördel är optimeringen av motorn, som stannar längre på grund av den lilla mängd sot och avgaser.
• mobilitet. Biobränslen skiljer sig från andra alternativa energianläggningar genom sin rörlighet. Utformningen av sol- och vindkraftverk innehåller vanligtvis tunga batterier, så de är ofta används permanent, medan biobränsle kan transporteras från en region till annan.
• Förnybar energi. Även om, enligt forskare, de befintliga insättningarna av råolja kommer att vara i minst några hundra år, är mineralreserverna fortfarande ändliga. Biobränslen från växter och animaliskt avfall är bland de förnybara resurserna som inte hotas av utrotning inom överskådlig framtid.
• Earth Atmosphere Protection. En stor nackdel med traditionella kolväten är en stor andel CO.₂som släpps under förbränning. Denna gas skapar en växthuseffekt i atmosfären på vår planet, vilket skapar förutsättningar för global uppvärmning. Vid förbränning av biologiska ämnen reduceras mängden koldioxid till 65%. Dessutom förbrukar grödor som används vid produktion av biobränslen kolmonoxid, vilket minskar dess andel i luften.
• Ekonomisk säkerhet. Koldioxidreserverna är ojämnt fördelade. Därför tvingas vissa stater att köpa olja eller naturgas, spendera stora mängder pengar att köpa, transportera och lagra. Olika typer av biologiskt bränsle kan erhållas i nästan vilket land som helst. När det gäller tillverkning och bearbetning är det nödvändigt att skapa nya företag och, Därför kommer arbetstillfällen att gynna den nationella ekonomin och ha en positiv effekt på välbefinnande hos människor.

Förbättrad teknik och utveckling av nya metoder kommer att förbättra de positiva effekterna av biobränslen. Således kommer utvecklingen av teknik som använder plankton och alger att sänka sitt pris avsevärt.

Samtidigt är det vid det nuvarande skedet av utveckling av vetenskap och teknik, produktion av biobränslen förknippat med ett antal svårigheter och olägenheter. Först och främst är det naturliga begränsningar i växande växter.

För tillväxten av grödor som används för produktion av biomassa måste ett antal faktorer beaktas, nämligen:

• Vattenanvändning. Jordbruksanläggningar förbrukar mycket vatten, vilket är en begränsad resurs, särskilt på torra platser.
• invasivitet. Kulturer som odlas för bränsle är ofta aggressiva. De dränkade ut den autentiska floran, vilket kan påverka biodiversiteten och ekosystemet i regionen.
• gödningsmedel. Tillväxten av många växter kräver tillsättning av näringsämnen som kan skada andra grödor eller det allmänna ekosystemet.
• Klimatet. Separata klimatzoner (till exempel öken eller tundra) är inte lämpliga för odling av biobränslegrödor.

Den aktiva odlingen av jordbruksväxter är förknippad med utarmningen av jordbruksresurser. Icke-överensstämmelse med reglerna för jordbrukssteknik kan leda till en minskning av innehållet i fördelaktiga jordkomponenter och följaktligen till deras utarmning, vilket kommer att leda till en försämring av mat problem.

Ekosystemstörning uppstår. För produktion av biomassa krävs vanligtvis utbyggnaden av de områden som är involverade i jordbruket.

Ofta utförs rengöring av territoriet för detta ändamål, vilket leder till att mikroekosystemet förstörs (till exempel skogar), växter och djurs död.

Det finns problem med växande monokulturer. För att få mer biomassautbyte sårar producenterna ofta marken med en viss växt. Denna praxis återspeglas inte särskilt väl i jordbruksmarkens tillstånd, eftersom monokulturen leder till en förändring i miljön.

På fälten upptagna av en art av växter parasiterar speciella arter av skadedjur. Ett försök att kontrollera dem med insektsmedel och bekämpningsmedel leder endast till utveckling av resistens mot dessa medel.

För att undvika problem som beskrivits ovan, rekommenderar vetenskapsmän att inte försumma den biologiska mångfalden av grödor, kombinera flera växter i fälten och använda lokala floraorter.

Generationer av alternativt bränsle

Ett brett sortiment av vegetabiliska råmaterial som används för biomassa kan delas upp i flera generationer.

Första generationen. Denna kategori omfattar grödor som innehåller en hög procentandel stärkelse, sockerarter, fetter. Dessa är sådana populära växter som majs, sockerbetor, canola, soja.

Eftersom odlingen av dessa grödor är skadlig för klimatet, och deras borttagning från marknaden påverkar prissättningen av produkter, försöker forskarna ersätta dem med andra typer av biomassa.

Andra generationen. Biomassgruppen omfattar trä, gräs, jordbruksavfall (skal, skinka). Att erhålla biobränslen från sådana råmaterial är dyrt, men löser problemet med bortskaffande av rester av icke-livsmedelsrester med samtidig produktion av brännbara material.

En egenskap hos kulturerna som ingår i denna variation är närvaron av lignin och cellulosa i dem. Tack vare dem kan biomassa brännas och förgasas och utsättas också för pyrolys, vilket ger flytande bränsle.

Den största nackdelen med andra generationens biomassa är brist på avkastning per areal, varför betydande markresurser måste fördelas för sådana grödor.

Tredje generationen. Råmaterialet för produktion av biobränslen är alger som odlas i industriell skala, till exempel i öppet vatten.

Denna praxis har stora utsikter, men för närvarande utvecklas sådana tekniker bara. Forskare bedriver också forskning om skapandet av tekniker som möjliggör att man erhåller fjärde- och till och med femte generationens biobränslen.

Tre typer av biobränslen

Beroende på substansens aggregeringstillstånd finns tre huvudtyper biobränslen:

1. en fast: ved, torv, animaliskt avfall och jordbruksproduktion.
2. vätska: biodiesel, dimetyleter, bioetanol, biobutanol.
3. gasformigt: biogas, metan, biohydrogen.

Varje typ av ämne har sina egna egenskaper som kommer att diskuteras nedan.

Typ # 1: Fast

De mest populära fasta sorterna av biobränslen är trä, torv, animaliskt avfall.

Trä (ved, flis, sågspån)

Den gamla formen av biobränslen är känd ved, som länge har använts för uppvärmning av hem och matlagning. Hittills används de aktivt i olika länder för att producera värme / el, i synnerhet en stor österrikisk värmekraftverk med en kapacitet på 66 megawatt som arbetar på ved.

Samtidigt har sådana råmaterial nackdelar. Energivärdet för ved är relativt litet: vid bränning ackumuleras en del av ämnet i form av sot, varför eldstäderna och ugnarna måste rengöras regelbundet. Dessutom tar det tid att fylla på träslaget - nya träd kommer att växa endast om 15-20 år.

Ett utmärkt alternativ till konventionell ved är pellets (granulat), för produktion av vilket substandard trä används: bark, chips, pressad sågspån, Kvistar.

För framställning av bränslepellets mals råmaterialen till damm, som sedan torkas och pressas vid hög temperatur. På grund av ligninet i träet bildas en klibbig massa, från vilken små cylindrar med en längd av 5-70 mm och en diameter av 6-10 mm bildas.

Du kan själv sätta upp produktionen av pellets. brikettpress.

Bland de populära typerna av biobränslen är träflis, som ofta tjänar som energikälla för europeiska värmekraftverk. Produktionen av detta råmaterial utförs vid avverkningsställen eller vid speciella produktionslinjer utrustade med strimlingsmaskiner.

Marsh och skogsbränna torv

Detta är en vanlig form av biobränslen, som används i hushålls- och industriändamål i århundraden. Torv är ett lager av moss som inte helt sönderdelats under träskförhållandena och skördas i många länder runt om i världen: Ryssland, Vitryssland, Kanada, Sverige, Indonesien och andra.

För tillverkningsprocessens bekvämlighet behandlas biomassa vanligen vid utvinningsstället. Processen består i att rengöra (screening) råvarorna från externa avstängningar, följt av torkning och formning i form av briketter eller granuler.

Jordbruksavfall

I jordbruksproduktionen ackumuleras i regel ett stort antal olika växtavfall: de yttre skalen av växter, nötskal, halm.

Sådana råmaterial kan också pressas och granuleras för att erhålla bränslepellets, vars egenskaper i praktiken inte skiljer sig från pellets gjorda av träaktig biomassa.

Biobränslen av animaliskt ursprung

Tillsammans med ved i antiken började människor använda bränsle av animaliskt ursprung, nämligen gödsel - torkat gödsel av husdjur. Modern teknik för torkning och bearbetning av liknande råvaror gör det möjligt att få fasta sorter av biobränslen, helt utan en obehaglig lukt.

Eftersom för närvarande animaliskt avfall ackumuleras i industriell skala, löser produktionen av bränsle från dem samtidigt problemet med deras utnyttjande.

Typ nr 2: flytande

Flytande biobränslevarianter som är säkra och miljövänliga används oftast som ersättning för bensin och andra liknande medel. De vanligaste alternativen är bioetanol, biometanol, biobutanol, biodiesel, dimetyleter.

Bioetanol från växter

Detta är en vanlig flytande biobränsle som används för att tanka bilar. Även om ren substans inte används som bränsle, förbättrar dess tillsats till bensin prestanda. motor, ökar kraften, övervakar uppvärmningen av motorn och minskar avgasutsläppen gaser.

Bioetanol uppskattades också av eldstäder. Detta ämne har en bra värmeöverföring, dessutom när det brinner, bildas ingen sot eller rök och mängden koldioxid som utsänts minimeras.

Tack vare sådana egenskaper kan bränslet användas även för uppvärmning av härden i bostadshus. Läs mer om biobränslen för eldstäder skrivna i den här artikeln.

Bioetanol produceras från första generationens råmaterial som innehåller stärkelse eller socker. Spannmål, majs, sockerrör, betor bearbetas av tekniken för alkoholjäsning.

Biobutanol för tankning av bilar

Biobutanol är en biologiskt producerad butanolanalog. Den färglösa vätskan, som har en karakteristisk lukt, används i stor utsträckning som ett kemiskt råmaterial i industrin, och kan också användas som ett transportbränsle.

Energinivån i butanol ligger nära bensin, vilket möjliggör delvis att ersätta den senare i bränsleceller. Till skillnad från bioetanol kan biobutanol användas oberoende, utan att lägga till traditionella bränslen.

Råvarorna för framställning av detta biämne är en mängd olika växter: betor, kassava, vete, majs.

Dimetyleter (C₂H₆O)

Det är också miljövänligt bränsle. När det brinner i avgaserna finns det inga svavelföreningar, och kväveföreningarna är 90% lägre än vid förbränning av bensin.

Dimetyleter kan användas utan specialfilter, men bilens konstruktion (elsystem, motortändning) måste ändras dramatiskt.

Utan några ändringar kan ett kombinerat bränsle innehållande 30% dimetyleter användas i maskiner som är utrustade med LPG-motorer.

Flytande bränsle kan framställas av olika råvaror: naturgas, kolstoft, biomassa och tidigare Totalt rester av massa- och pappersproduktion omvandlas till en vätska under lätt tryck.

Biometanol från enhälliga alger

Detta ämne liknar konventionell metanol, som används i stor utsträckning för att producera ett antal kemiska föreningar (ättiksyra, formaldehyd) och används också som frostskyddsmedel och lösningsmedel.

För första gången ökade frågan om produktionen av denna typ av biobränsle på 1980-talet, när en grupp forskare föreslog att producera flytande substans genom biokemisk omvandling av marina fytoplankton, som kommer att odlas i special reservoarer.

Biometanol har flera potentiella fördelar:

• hög energieffektivitet - 14 vid mottagande av metan, 7 vid framställning av metanol;
• utmärkt fytoplanktonproduktivitet - upp till 100 ton per hektar per år
• obehagliga enhälliga organismer, för att odlingen inte behöver sötvatten, bördig jord;
• bevarande av jordbruksresursernaeftersom fytoplankton odlas i dammar eller marina vikar.

Trots att industriproduktionen av biometanol ännu inte har fastställts, bedrivs för närvarande forskning och utveckling av teknik för utveckling av produktionen av denna typ av alternativt bränsle.

Biodiesel som ett alternativ till bränsletransport

Detta är en flytande biobränsle som består av en blandning av fettsyraestrar. Ämnet är säkert för människor och djur, sönderdelas nästan helt i marken i 28 dagar och har också en relativt hög (<100) antändningstemperatur.

Biodiesel minskar andelen utsläpp av skadliga gaser, och förlänger också motorns livslängd, eftersom det innehåller smörjmedel.

Bränsle används för att tanka bilmotorer både oberoende och i kombination med konventionellt bränsle. Endast en kort hållbarhet för den biologiska substansen bör beaktas: efter tre månader börjar sönderdelningen av det biologiska ämnet med en fullständig förlust av egenskaper.

För biodiesel i EU antogs en särskild standard EN14214. I ett antal länder är EN590-standarden också i kraft, vilket möjliggör tillsättning av 5% biodiesel till andra bränslen.

Typ # 3: Gasformig

Huvudtyperna av gasformiga biobränslen innefattar biogas och biologiskt väte.

Biogas som ersättning för naturgas

Biogas är en praktiskt komplett analog naturgas: den innehåller 13-50% CO_2, 49-87% metan, liksom föroreningar H₂ och H₂S. Om detta ämne rensas av koldioxid kan du få biometan.

Gasformigt biobränsle produceras från biomassa genom väte- eller metangasering. Den senare orsakas av tre typer av mikroorganismer: För det första utsätts råmaterialet för verkan av hydrolysande bakterier, vilka sedan ersätts med syrabildande och metanbildande mikrober.

En mängd olika material kan användas som råmaterial: ensilage, gödsel, alger, avloppsvatten, skräp, fekalrester, hushållsavfall. Utgångsmaterialet bringas till ett homogent tillstånd, varefter det placeras i reaktorn med hjälp av en lastare.

Den upprätthåller en bekväm temperatur på +35-38 ° C, som är nödvändig för genomförandet av metanfermenteringsprocessen.

Råvaror blandas ständigt, med den resulterande gasformiga produkten släpps ut i tanken (lagringsenhet), varifrån den går in i generatorn.

Mer information om att få biogas från gödsel och arrangemang av en biogasanläggning finns i artiklarna:

1. Hur man gör en biobränsle med egna händer från gödseln hemma
2. Biogasinstallation för ett privat hus med egna händer: rekommendationer för enheten och ett exempel på hemlagad utrustning

Biologiskt väte erhållet genom kemisk metod

En mängd gasformig biobränsle, som är en analog av vanligt väte, erhålls från biomassa med användning av biokemiska eller termokemiska metoder.

I den termokemiska metoden upphettas det beredda råmaterialet (till exempel träavfall) till en temperatur av 500-800 ° C utan syre och gaser av H emitteras.₂, CO, CH₄.

I den biokemiska metoden bibehålls råmaterialet i bekväma förhållanden vid normalt tryck och en temperatur på ca 30 ° C.

Speciella mikroorganismer Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes introduceras i biomassa, som sönderdelar den ursprungliga produkten, vilket frigör väte. Enzymer får accelerera produktionen med hjälp av polysackarider.

Slutsatser och användbar video om ämnet

På videon nedan ser du processen att tillverka en populär typ av biobränsle - träbriketter:

Typer av biobränslen skiljer sig inte bara i aggregeringsläget, men också i deras egenskaper. Vid val av sådant material är det nödvändigt att ta hänsyn till deras planerade användning, effektivitet, funktionella egenskaper och kostnad.

Har du erfarenhet av att använda alternativt bränsle? Eller vill du ställa frågor om biobränslen? Vänligen kommentera publikationen och delta i diskussioner. Återkopplingsblocket finns nedan.