Видове биогорива: Сравнение на твърди, течни и газообразни горива

Алтернатива на традиционните енергийни ресурси са различни видове биогорива, за производството на които се използват растителни или животински суровини, промишлени отпадъци и резултатите от жизнената активност на организмите.

Предлагаме ви да разберете предимствата и недостатъците на използването на такова гориво, да разберете характеристиките на производството, функционалните характеристики, както и да оцените ефективността от използването на различни видове биогориво. Предоставената информация ще ви помогне да се ориентирате в избора на алтернативни източници на енергия.

Какво е биогориво

Най-обещаващата област в енергийния сектор е технологията, която включва използването на възобновяеми ресурси, включително биогоривата.

Най-често срещаният вид биогориво са конвенционалните дърва за огрев. 38% от световното население ги използва за отопление и готвене

Като суровина за неговото производство може да се вземе биомаса от растителен / животински произход, включително промишлени отпадъци или животински отпадъци.

Преработката на такива вещества се извършва по термохимичен или биологичен метод, в последния случай горивото се получава с помощта на различни видове микроорганизми.

Делът на използването на биологични горива непрекъснато нараства, което допринася за запазването на изкопаемите въглеводородни ресурси (+)

Много държави имат специални програми за разширяване на дела на биогоривата в националното и регионалното потребление на енергия. Редица държави също имат задължителни стандарти за използването на този източник на енергия.

Предимства и недостатъци на биогоривата

Биологичните видове гориво имат своите положителни и отрицателни страни. Интересът към използването на този вид суровина се предизвиква от неговите несъмнени предимства.

Те включват:

• Бюджетни разходи, Въпреки че в момента цените на биогоривата почти съвпадат с цената на бензина, биологичните вещества се считат за по-печеливш вид гориво, тъй като при изгарянето те произвеждат по-малко емисии. Биогоривото е подходящо за използване в различни условия, докато може да бъде адаптирано към двигатели с различен дизайн. Друг плюс е оптимизацията на двигателя, който остава чист по-дълго поради малкото количество сажди и изгорели газове.
• подвижност, Биогоривото се различава от другите възможности за алтернативни източници на енергия по своята мобилност. Слънчевите и вятърните турбини обикновено включват тежки батерии, поради което те най-често се използват неподвижно, докато биогоривото може да се транспортира от един регион в друг без много караница.
• Възобновяем източник на енергия, Въпреки че, според изследователите, съществуващите находища на суров нефт ще продължат най-малко няколкостотин години, запасите от изкопаеми все още са ограничени. Биогоривата, произведени от растения и животински отпадъци, са сред възобновяемите ресурси, които не са застрашени от изчезване в обозримо бъдеще.
• Защита на земната атмосфера, Основен недостатък на традиционните въглеводороди е големият процент на CO₂който се освобождава чрез изгаряне. Този газ създава парников ефект в атмосферата на нашата планета, създавайки условия за глобално затопляне. При изгаряне на биологични вещества количеството въглероден диоксид намалява до 65%. В допълнение към това културите, използвани при производството на биогорива, консумират въглероден окис, намалявайки своя дял във въздуха.
• Икономическа сигурност, Запасите от въглеводород са разпределени неравномерно, така че някои държави са принудени да купуват нефт или природен газ, изразходвайки големи суми за придобиване, транспортиране и съхранение. В почти всяка страна могат да се получат различни видове биологично гориво. Тъй като за производството и преработката му ще е необходимо създаването на нови предприятия и съответно работни места, това ще е от полза за националната икономика и ще повлияе положително на благосъстоянието на хората.

Подобряването на технологиите и разработването на нови методи може да засили положителния ефект на биогоривата. По този начин развитието на технологии, използващи планктон и водорасли, ще намали значително цената му.

В същото време на настоящия етап от развитието на науката и технологиите производството на биогорива е свързано с редица трудности и неудобства. На първо място, това са естествени ограничения при отглеждането на растения.

За растежа на културите, използвани за производство на биомаса, трябва да се вземат предвид редица фактори, а именно:

• Използване на водата, Земеделските растения консумират много вода, което е ограничен ресурс, особено в сухи места.
• инвазивност, Горивните култури често са агресивни. Те заглушават автентичната флора, която може да навреди на биоразнообразието и екосистемата в региона.
• торове, Много растения изискват добавянето на хранителни вещества, които могат да навредят на други култури или общата екосистема.
• Климата. Определени климатични зони (например пустиня или тундра) не са подходящи за отглеждане на култури за биогорива.

Активното отглеждане на селскостопански растения също е свързано с изчерпването на земеделските ресурси.Неспазването на правилата на селскостопанската технология може да доведе до намаляване на съдържанието на полезни почвени компоненти и в резултат на това до тяхното изчерпване, което ще влоши хранителния проблем.

Настъпва нарушаване на екосистемата. За производството на биомаса обикновено се изисква разширяване на териториите, участващи в селското стопанство.

Често за тази цел се извършва почистване на територията, което води до унищожаване на микроекосистемата (например гори), смъртта на растенията и животните.

За производството на биогорива вече се отглежда голям обем култури. Повече от 50% от рапицата, произведена в Европа, повече от една трета от американското зърно и почти половината захарна тръстика, отглеждана в Бразилия, се използват за производство на биомаса.

Има проблеми с отглеждането на монокултури. За да произведат по-голяма реколта от биомаса, производителите често сеят земята с определено растение. Тази практика не се отразява добре на състоянието на земеделските земи, тъй като монокултурата води до промяна в околната среда.

На полетата, заети от един вид растения, специалните сортове вредители обикновено са паразитни. Опит за борба с тях с инсектициди и пестициди води само до развитие на резистентност към тези лекарства.

За да избегнат описаните по-горе проблеми, учените съветват да не се пренебрегва биоразнообразието на културите, комбинирайки няколко растения в полетата, а също така да използват и местни сортове флора.

Генерации на алтернативни горива

Широката гама от растителни материали, използвани за биомаса, обикновено се разделят на няколко поколения.

Първо поколение, Тази категория включва култури, които съдържат висок процент нишесте, захари, мазнини. Това са такива популярни растения като царевица, захарно цвекло, рапица, соя.

Тъй като отглеждането на тези култури вреди на климата и изваждането им от пазара се отразява на ценообразуването на продуктите, учените се опитват да ги заменят с други видове биомаса.

Почти всички видове съвременни течни горива (биодизел, етанол) се произвеждат от селскостопански растения, принадлежащи към първото поколение суровини.

Второ поколение, Групата на биомаса включва дървесина, трева, селскостопански отпадъци (черупка, люспа). Получаването на биогорива от такива суровини е скъпо, но позволява да се реши въпросът с рециклирането на нехранителни остатъци с едновременното производство на горими материали.

Характерна особеност на културите, включени в този сорт, е наличието на лигнин и целулоза в тях. Благодарение на тях биомасата може да бъде изгорена и газифицирана, както и да бъде подложена на пиролиза, получавайки течно гориво.

Основният недостатък на биомасата от второ поколение се счита за недостатъчна възвръщаемост на единица площ, поради което за такива култури трябва да се разпределят значителни поземлени ресурси.

Трето поколение, Суровината за производството на биогорива са водораслите, които се отглеждат в индустриален мащаб, например в открити води.

Най-обещаващият вариант са биогоривата, получени от едноклетъчни водорасли. Такива растения бързо набират маса, докато за отглеждането им не се изисква плодородна земя.

Тази практика има големи перспективи, но в момента подобни технологии само се разработват. Учените също провеждат изследвания за създаване на техники за производство на биогорива от четвърто и дори пето поколение.

Три разновидности биогорива

В зависимост от състоянието на агрегация на веществото има три основни типа биогориво:

1. една фирма: дърва за огрев, торф, животински отпадъци и селскостопанско производство.
2. течност: биодизел, диметилов етер, биоетанол, биобутанол.
3. газообразен: биогаз, метан, биохидроген.

Всеки вид вещество има своите специфики, които ще бъдат разгледани по-долу.

Тип №1: Твърди

Сред най-популярните твърди сортове биогориво са дървесината, торфът, животинските отпадъци.

Дърво (дърва за огрев, дървени стърготини, дървени стърготини)

Древният вид биогориво е дърва за огрев, които са добре познати на всички и отдавна се използват за отопление на домове и готвене. Досега те се използват активно в различни страни за производство на топлина / електричество, по-специално голяма австрийска ТЕЦ с капацитет 66 мегавата работи на дърва.

В същото време такива суровини имат недостатъци. Енергийната стойност на дървата за огрев е сравнително малка: когато се изгарят, част от веществото се утаява под формата на сажди, поради което камините и печките трябва редовно да се почистват. Освен това е необходимо известно време за попълване на запасите от дървен материал - новите дървета ще растат едва след 15-20 години.

Отлична алтернатива на обикновената дървесина са пелетите (пелетите), за производството на които се използва нестандартна дървесина: кора, дървени стърготини и др. пресовани дървени стърготини, клонки.

Пелетите, получени от дърво, торф и различни отпадъци, имат различен цвят. Леките се използват за горене на камини и печки, а тъмните с високо съдържание на кора са предназначени за котли на твърдо гориво

За производството на горивни пелети суровините се натрошават на прах, който след това се суши и пресова при висока температура. Поради съдържащия се в дървения лигнин се образува адхезивна маса, от която се образуват малки цилиндри с дължина 5-70 мм и диаметър 6-10 мм.

Модерна алтернатива на традиционната дървесина са горивните брикети с четири-, шест- или осмоъгълна форма. Този екологично чист материал има високо разсейване на топлината.

Можете сами да настроите производството на пелети, като направите брикетна преса.

Сред популярните видове биогорива е дървесният чипс, който често служи като източник на енергия в европейските ТЕЦ. Производството на тази суровина се извършва на дърводобив или на специални производствени линии, оборудвани с машини за раздробяване.

Блата и торф за горско гориво

Това е често срещан вид биогориво, което се използва за битови и промишлени цели от векове. Торфът е слой от мъх, който не се разлага напълно в блато, който се добива в много страни по света: Русия, Беларус, Канада, Швеция, Индонезия и други.

Торфът, съдържащ 50-60% въглерод, се счита за популярен материал, който носи газове. Тази ценна суровина може да се използва не само като гориво, но и като тор или топлоизолатор.

За удобство на производствения процес биомасата обикновено се обработва на мястото на производство. Процесът се състои в почистване (пресяване) на суровините от външни спирания, последвано от сушене и формоване под формата на брикети или гранули.

Гориво от селскостопански отпадъци

При селскостопанското производство по правило се натрупва голям брой различни растителни отпадъци: външните черупки на растенията, орехови черупки, слама.

Такива суровини могат да бъдат пресовани и гранулирани, за да се получат горивни пелети, чиито характеристики са практически същите като пелетите, изработени от дървесна биомаса.

Биогориво от животни

Наред с дървата за огрев в древни времена хората започват да използват гориво от животински произход, а именно - изсушен тор от домашни животни. Съвременните технологии за сушене и обработка на такива суровини позволяват получаването на твърди сортове биогорива, напълно лишени от неприятни миризми.

Дълго време номадските народи използвали като гориво изсушен тор от коне, камили и говеда. В момента биогоривото под формата на брикети или пелети се произвежда от отпадъчните продукти на домашните животни.

Тъй като в момента животинските отпадъци се натрупват в индустриален мащаб, производството на гориво от тях едновременно решава въпроса за тяхното обезвреждане.

Тип №2: Течност

Течните биогорива, които са безопасни и екологични, се използват най-вече като заместител на бензина и други подобни продукти. Сред най-често срещаните варианти са биоетанол, биометанол, биобутанол, биодизел, диметилов етер.

Растете биоетанол

Това е обикновено течно биогориво, което се използва за зареждане на автомобили.Въпреки че чисто вещество не се използва като гориво, добавянето му към бензин подобрява работата на двигателя, увеличава мощността му, контролира нагряването на двигателя и намалява емисиите на отработени газове.

Много бензиностанции в Европа, Азия, Северна и Южна Америка предлагат не само традиционно гориво, но и различни видове биогорива, особено смеси, съдържащи биоетанол

Биоетанолът беше оценен и от феновете на камините. Това вещество има добро разсейване на топлината, освен това при изгаряне не произвежда сажди и дим, а количеството на отделения въглероден диоксид е сведено до минимум.

Благодарение на тези характеристики горивото може дори да се използва за изгаряне на огнище в жилищни сгради. Прочетете повече за биогоривата за камини в тази статия.

Биоетанолът се произвежда от първо поколение суровини, съдържащи нишесте или захар. Зърнените култури, царевицата, захарната тръстика, цвеклото се обработват по технологията на алкохолната ферментация.

Биобутанол за зареждане на автомобили

Биобутанолът е биологично получен аналог на бутанол. Безцветна течност с характерен мирис се използва широко като химическа суровина в промишлеността, а може да се използва и като транспортно гориво.

Енергийната интензивност на бутанола е близка до бензина, което ви позволява частично да замените последния в горивните клетки. За разлика от биоетанола, биобутанолът може да се използва независимо, без добавяне на традиционните видове гориво.

Най-разнообразните растения служат като суровина за производството на това био вещество: цвекло, маниока, пшеница, царевица.

Диметилов етер (С₂Н₆О)

Освен това е екологично гориво. Когато се изгаря, в отработените газове няма серни съединения и съдържанието на азотни съединения е с 90% по-ниско, отколкото при изгарянето на бензин.

Диметиловият етер може да се използва без специални филтри, но трябва да се направят кардинални промени в дизайна на автомобила (система за захранване, запалване на двигателя).

Диметиловият етер се счита за обещаващ вариант за автомобилно гориво. Машините с двигатели, предназначени за това гориво, са разработени от такива големи компании като Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan

Без никакви промени можете да използвате комбинирано гориво, съдържащо 30% диметилов етер в машини, оборудвани с LPG двигатели.

Течните горива могат да бъдат произведени от различни суровини: природен газ, въглищен прах, биомаса и най-вече от остатъците от производството на целулоза и хартия, превръщащи се в течност при ниско налягане.

Едноклетъчен биометанол от водорасли

Такова вещество е аналог на обикновения метанол, който се използва широко за производството на редица химични съединения (оцетна киселина, формалдехид), а също така се използва като антифриз и разтворител.

За първи път въпросът за производството на този вид биогориво е повдигнат през 80-те години на миналия век, когато група учени предложиха да се получи течно вещество чрез биохимична трансформация на морския фитопланктон, чието отглеждане ще се извършва в специални резервоари.

Биометанолът има няколко потенциални предимства:

• висока енергийна ефективност - 14 при получаване на метан; 7 при получаване на метанол;
• отлична производителност на фитопланктона - до 100 тона на хектар годишно;
• непретенциозни едноклетъчни организмиза отглеждането на които не е необходима прясна вода, плодородна почва;
• опазване на земеделските ресурсизащото фитопланктонът се отглежда в езера или морски заливи.

Въпреки че все още не е установено промишленото производство на биометанол, в момента се провеждат постоянни изследвания и разработки на технологии за развитие на производството на този вид алтернативно гориво.

Биодизелът като алтернатива на горивото за транспорт

Това е течно моторно биогориво, състоящо се от смес от естери на мастни киселини.Веществото е безопасно за хора и животни, почти напълно се разлага в земята за 28 дни, а също така има сравнително висока (<100) температура на запалване.

Биодизелът намалява процента на емисиите на вредни газове, а също така удължава живота на двигателя, тъй като включва смазочни компоненти.

Горивото се използва за зареждане на автомобилни двигатели както независимо, така и в комбинация с конвенционално гориво. Трябва да се вземе предвид само кратък срок на годност на биологичното вещество: след три месеца, разпадането на биологичното вещество започва с пълна загуба на свойства.

За биодизела в ЕС е приет специален стандарт EN14214. В някои страни важи и стандартът EN590, който позволява добавянето на 5% биодизел към други горива.

Тип №3: газообразен

Основните разновидности на газообразно биогориво включват биогаз и биохидроген.

Биогазът като заместител на природния газ

Биогазът е почти пълен аналог на природния газ: съдържа 13-50% CO_2, 49-87% метан, както и примеси H₂ и Н₂S. Ако това вещество е почистено от въглероден диоксид, можете да получите биометан.

Газообразните биогорива се получават от биомаса чрез ферментация с водород или метан. Последното се причинява от три вида микроорганизми: първо, суровината е изложена на хидролитични бактерии, които след това се заместват от образуващи киселини и метан образуващи микроби.

Производството на биогаз може да се извърши на промишлени и занаятчийски устройства. Най-разпространеният метод за производство е аеробно храносмилане в метанови резервоари.

Като суровини могат да се използват различни материали: силаж, оборски тор, водорасли, отпадни води, отпадъци, фекални остатъци, битови отпадъци. Изходният материал се привежда в хомогенно състояние, след което се поставя в реактор с помощта на товарач.

Поддържа комфортна температура от + 35-38 ° C, която е необходима за осъществяване на процеса на метанова ферментация.

Суровините непрекъснато се смесват, докато полученият газообразен продукт се изхвърля в газовия държач (блок за съхранение), откъдето влиза в електрическия генератор.

Прочетете повече за производството на биогаз от оборски тор и подреждането на инсталация за биогаз в статиите:

1. Как да направите биогориво със собствените си ръце от оборски тор у дома
2. Направете самостоятелно инсталация за биогаз за частна къща: препоръки за устройството и пример за подобряване на дома

Химичен биохидроген

Един вид газообразно биогориво, което е аналог на обикновения водород, се получава от биомаса, използвайки биохимични или термохимични методи.

При термохимичния метод подготвените суровини (например дървесни отпадъци) се нагряват до температура 500-800 ° С без кислород, докато газовете Н₂, СО, СН₄.

Обещаващ метод за производство на биохидроген е биофтолизата. В този случай газът се произвежда с помощта на водорасли, които се поставят в морска вода, канализация

При биохимичния метод суровината се поддържа в комфортни условия при нормално налягане и температура около 30 ° C.

Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes специални микроорганизми се въвеждат в биомасата, които разлагат първоначалния продукт, отделяйки водород. На ензимите се разрешава да ускорят производството с помощта на полизахариди.

Изводи и полезно видео по темата

Във видеото по-долу можете да видите производствения процес на популярен тип биогориво - дървени брикети:

Видовете биогорива се различават не само по състоянието на агрегация, но и по характеристики. При избора на такъв материал е необходимо да се вземе предвид планираната им употреба, ефективността, функционалните свойства и цената.

Имате опит с използването на алтернативни горива? Или искате да зададете въпроси за биогоривата? Моля, коментирайте публикацията и участвайте в дискусиите.Блокът за обратна връзка се намира отдолу.