Tipus de biocombustibles: comparació de les característiques dels combustibles sòlids, líquids i gasosos

Una alternativa als recursos energètics tradicionals són diversos tipus de biocombustibles, per a la fabricació dels quals s’utilitzen matèries primeres vegetals o animals, els residus industrials i els resultats de l’activitat vital dels organismes.

T’oferim que entenguis els avantatges i els desavantatges d’utilitzar un combustible d’aquest tipus, esbrinis les característiques de producció, les característiques funcionals, així com avaluem l’eficàcia d’utilitzar diferents tipus de biocombustible. La informació proporcionada us ajudarà a navegar per la selecció de fonts d’energia alternatives.

Què és el biocombustible

L’àrea més prometedora del sector energètic és la tecnologia que implica l’ús de recursos renovables, que inclouen biocombustibles.

El tipus més comú de biocombustible és la llenya convencional. El 38% de la població mundial els utilitza per escalfar i cuinar

Com a matèries primeres per a la seva producció, es pot prendre biomassa d'origen vegetal o animal, inclosos els residus industrials o els residus animals.

El processament d’aquestes substàncies es realitza mitjançant un mètode termoquímic o biològic; en aquest darrer cas, s’obté combustible mitjançant diversos tipus de microorganismes.

La part de l’ús de combustibles biològics està en constant creixement, cosa que contribueix a la conservació dels recursos d’hidrocarburs fòssils (+)

Molts països tenen programes especials per ampliar la part de biocombustibles en el consum energètic nacional i regional. Alguns estats també tenen estàndards obligatoris per a l'ús d'aquesta font d'energia.

Avantatges i desavantatges dels biocombustibles

Els tipus biològics de combustible tenen els seus costats positius i negatius. L'interès per l'ús d'aquest tipus de matèries primeres es deu als seus indubtables avantatges.

Aquests inclouen:

• Cost pressupostari. Tot i que actualment els preus dels biocombustibles coincideixen pràcticament amb el cost de la benzina, es considera que les substàncies biològiques són un tipus de combustible més rendible, ja que produeixen menys emissions durant la combustió. El biocombustible és adequat per a ús en diverses condicions, alhora que es pot adaptar a motors de diferents dissenys. Un altre avantatge és l’optimització del motor, que es manté net durant més temps degut a la petita quantitat de sutge i gasos d’escapament.
• Mobilitat. El biocombustible difereix d’altres opcions de fonts d’energia alternatives en la seva mobilitat. Els aerogeneradors solars i eòlics solen incloure bateries pesades, és per això que s’utilitzen més sovint estacionàriament, mentre que el biocombustible es pot transportar d’una regió a una altra sense gaire molèsties.
• Font d’energia renovable. Tot i que, segons els investigadors, els dipòsits existents de cru tindran una durada mínima de diversos centenars d’anys, les reserves fòssils encara són finites. Entre els recursos renovables que no estan amenaçats d'extinció en un futur previsible, es troben els biocombustibles produïts a partir de plantes i residus animals.
• Protecció atmosfèrica terrestre. Un gran inconvenient dels hidrocarburs tradicionals és el gran percentatge de CO₂que s’allibera mitjançant la crema. Aquest gas crea un efecte hivernacle a l’atmosfera del nostre planeta, creant condicions per a l’escalfament global. En cremar substàncies biològiques, la quantitat de diòxid de carboni disminueix fins al 65%. A més d’això, els cultius utilitzats en la producció de biocombustibles consumeixen monòxid de carboni, reduint la seva part a l’aire.
• Seguretat econòmica. Les reserves d’hidrocarburs es distribueixen desigualment, de manera que alguns estats es veuen obligats a comprar petroli o gas natural, gastant grans sumes en l’adquisició, el transport i l’emmagatzematge. Es poden obtenir diversos tipus de combustible biològic a gairebé qualsevol país. Ja que per a la seva producció i transformació serà necessari crear noves empreses i, en conseqüència, llocs de treball, això beneficiarà l’economia nacional i afectarà positivament el benestar de les persones.

La millora de la tecnologia i el desenvolupament de nous mètodes poden millorar l'efecte positiu dels biocombustibles. Així, el desenvolupament de tecnologies que utilitzen plàncton i algues reduirà significativament el seu preu.

Al mateix temps, en la fase actual del desenvolupament de la ciència i la tecnologia, la producció de biocombustible està associada a diverses dificultats i inconvenients. En primer lloc, es tracta de restriccions naturals en plantes de cultiu.

Per al creixement de conreus destinats a produir biomassa, s’han de tenir en compte diversos factors, a saber:

• Ús d’aigua. Les plantes agrícoles consumeixen molta aigua, que és un recurs limitat, sobretot en llocs àrids.
• Invasivitat. Els conreus de combustible solen ser agressius. Van ofegar l’autèntica flora, que podria danyar la biodiversitat i l’ecosistema de la regió.
• Fertilitzants. Moltes plantes requereixen l’addició de nutrients que puguin perjudicar altres cultius o l’ecosistema general.
• Clima Algunes zones climàtiques (per exemple, el desert o la tundra) no són adequades per al cultiu de biocombustibles.

El conreu actiu de plantes agrícoles també s’associa amb l’esgotament dels recursos agrícoles.El no compliment de les normes de la tecnologia agrícola pot provocar una disminució del contingut de components útils del sòl i, com a conseqüència, al seu esgotament, cosa que agreujarà el problema alimentari.

Es produeix una interrupció dels ecosistemes. Per a la producció de biomassa es requereix generalment l’expansió dels territoris implicats en l’agricultura.

Sovint, amb aquesta finalitat, es fa una neteja del territori, que comporta la destrucció del microecosistema (per exemple, boscos), la mort de plantes i animals.

Per produir biocombustibles, ja s'està produint un gran volum de cultius. Més del 50% de la colza produïda a Europa, més d’un terç del gra americà i gairebé la meitat de la canya de sucre cultivada al Brasil s’utilitzen per a la producció de biomassa.

Hi ha problemes amb monocultius en creixement. Per produir un cultiu de biomassa més gran, els productors sovint sembren la terra amb una planta determinada. Aquesta pràctica no reflecteix bé les condicions del sòl agrícola, ja que el monocultiu comporta un canvi en el medi ambient.

Als camps ocupats per una espècie de planta, solen ser paràsits varietats especials de plagues. L’intent de combatre’ls amb insecticides i pesticides només condueix al desenvolupament de resistències a aquests fàrmacs.

Per evitar els problemes descrits anteriorment, els científics aconsellen no descuidar la biodiversitat dels cultius, combinant diverses plantes als camps i utilitzar també varietats de flora locals.

Generacions de combustibles alternatius

Una àmplia gamma de materials vegetals utilitzats per a la biomassa se sol dividir en diverses generacions.

Primera generació. Aquesta categoria inclou els conreus que contenen un alt percentatge de midó, sucres i greixos. Es tracta de plantes tan populars com el blat de moro, la remolatxa sucrera, la canola i la soja.

Atès que el cultiu d’aquests cultius perjudica el clima i la seva retirada del mercat afecta el preu dels productes, els científics estan intentant substituir-los per un altre tipus de biomassa.

Gairebé tots els tipus de combustibles líquids moderns (biodièsel, etanol) actualment s’estan produint a partir de plantes agrícoles pertanyents a la primera generació de matèries primeres.

Segona generació. El grup de biomassa inclou fusta, herba, residus agrícoles (closca, closca). L’obtenció de biocombustibles a partir d’aquestes matèries primeres és costosa, però permet solucionar el problema del reciclatge de residus no alimentaris amb la producció simultània de materials combustibles.

Una característica dels cultius inclosos en aquesta varietat és la presència de lignina i cel·lulosa en ells. Gràcies a ells, la biomassa es pot cremar i gasificar, a més de ser sotmesa a piròlisi, rebent combustible líquid.

Es considera que el principal desavantatge de la biomassa de segona generació és una rendibilitat insuficient per unitat de superfície, per la qual cosa s’han de destinar recursos terrestres significatius a aquests cultius.

Tercera generació. Les matèries primeres per a la producció de biocombustibles són les algues que es cultiven a escala industrial, per exemple, en aigües obertes.

L’opció més prometedora són els biocombustibles obtinguts a partir d’algues unicel·lulars. Aquestes plantes guanyen massa ràpidament, mentre que no es necessita terres fèrtils per conrear-les.

Aquesta pràctica té grans perspectives, però, actualment, aquestes tecnologies només s'estan desenvolupant. Els científics també estan realitzant investigacions per crear tècniques per produir biocombustibles de quarta i fins i tot cinquena generació.

Tres varietats de biocombustibles

Segons l'estat d'agregació de la substància, hi ha tres tipus principals de biocombustible:

1. Sòlid: producció de llenya, torba, residus animals i producció agrícola.
2. Líquid: biodièsel, dimetilè, bioetanol, biobutanol.
3. Gaseós: biogàs, metà, biohidrogen.

Cada tipus de substància té els seus propis detalls, que es parlaran a continuació.

Tipus 1: sòlid

Entre les varietats sòlides més populars de biocombustibles es troben la fusta, la torba i els residus animals.

Fusta (llenya, encenalls de serra)

L’antic tipus de biocombustible és llenya que és coneguda per tothom i que fa temps que s’utilitza per escalfar cases i cuinar. Fins ara, s’utilitzaven activament en diferents països per produir calor / electricitat, en concret, una gran central tèrmica austríaca, amb una capacitat de 66 megavatios, funciona sobre fusta.

Al mateix temps, aquestes matèries primeres tenen desavantatges. El valor energètic de la llenya és relativament reduït: quan es crema, part de la substància s’instal·la en forma de sutge, és per això que neteja regularment les xemeneies i les estufes. A més, es requereix un cert temps per reposar les existències de fusta: els nous arbres creixeran només als 15-20 anys.

Una excel·lent alternativa a la fusta corrent són els pellets (pellets), per a la producció dels quals s'utilitza la fusta de subàmbit: escorça, encenalls de fusta, serrada premsada, branques.

Els pellets obtinguts de la fusta, la torba i diversos residus tenen un color diferent. Les clares s’utilitzen per cremar xemeneies i estufes, mentre que les fosques, amb un gran contingut d’escorça, estan dissenyades per a calderes de combustible sòlid.

Per a la producció de pellets de combustible, les matèries primeres són triturades en pols, que després s’assequen i es pressionen a alta temperatura. A causa de la lignina continguda a la fusta, es forma una massa adhesiva, a partir de la qual es formen petits cilindres de 5-70 mm de llarg per 6-10 mm de diàmetre.

Una alternativa moderna a la fusta tradicional són les brotes de combustible de quatre, sis o octogonals. Aquest material respectuós amb el medi ambient té una gran dissipació de la calor.

Podeu configurar les produccions de pellets tu mateix premsa de brioix.

Entre els tipus més populars de biocombustibles hi ha les encenalls de fusta, que sovint serveixen de font d’energia a les centrals tèrmiques europees. La producció d’aquesta matèria primera es realitza en tala o en línies especials de producció equipades amb màquines trituradores.

Turba de pantans i boscos

Aquest és un tipus comú de biocombustible que s’ha utilitzat per segles domèstics i industrials durant segles. La torba és una capa de molsa que no es descompon completament en un pantà, minada a molts països del món: Rússia, Bielorússia, Canadà, Suècia, Indonèsia i altres.

La torba que conté un 50-60% de carboni és considerada un popular material portador de gas. Aquesta valuosa matèria primera es pot utilitzar no només com a combustible, sinó també com a fertilitzant o aïllant tèrmic.

Per a la comoditat del procés de producció, la biomassa es processa generalment al lloc de producció. El procés consisteix en netejar (tamisar) les matèries primeres procedents d’aturades alienes, seguides d’assecat i emmotllat en forma de briquetes o grànuls.

Combustible de residus agrícoles

En la producció agrícola, per regla general, s’acumulen un gran nombre de residus vegetals diversos: les closques exteriors de les plantes, les closques de fruits secs, la palla.

Aquestes matèries primeres també poden ser premsades i granulades per obtenir pellets de combustible, les característiques dels quals són pràcticament les mateixes que les de pellets de biomassa de fusta.

Biocombustible animal

Juntament amb la llenya a l'antiguitat, la gent va començar a utilitzar combustible d'origen animal, és a dir, els fems d'animals domèstics. Les tecnologies modernes d’assecat i processament d’aquestes matèries primeres permeten obtenir varietats sòlides de biocombustibles completament desprovistos d’olors desagradables.

Durant molt de temps, els pobles nòmades van utilitzar com a combustible els fems secs de cavalls, camells i bestiar. Actualment, es produeix biocombustible en forma de briquetes o pellets a partir dels productes de rebuig d’animals domèstics.

Atès que els residus ramaders s’acumulen actualment a escala industrial, la fabricació de combustible a partir d’aquests soluciona simultàniament el problema de la seva eliminació.

Tipus # 2: Líquid

Els biocombustibles líquids, que són segurs i respectuosos amb el medi ambient, s’utilitzen principalment com a substitut de la gasolina i altres productes similars. Entre les opcions més comunes es troben el bioetanol, el biometanol, el biobutanol, el biodièsel, el dimetilèter.

Bioetanol de cultiu

Es tracta d’un biocombustible líquid comú que s’utilitza per alimentar vehicles.Tot i que una substància pura no s’utilitza com a combustible, la seva addició a gasolina millora el rendiment del motor, augmenta la seva potència, controla la calefacció del motor i redueix les emissions d’escapament.

Moltes benzineres d'Europa, Àsia, Amèrica del Nord i del Sud ofereixen no només combustible tradicional, sinó també diversos tipus de biocombustibles, especialment barreges que contenen bioetanol

Els aficionats a les xemeneies també van apreciar el bioetanol. Aquesta substància té una bona dissipació de la calor; a més, no produeix sutge ni fum quan es crema, i es minimitza la quantitat de diòxid de carboni emès.

Gràcies a aquestes característiques, el combustible fins i tot es pot utilitzar per cremar una llar en edificis d'apartaments. Llegiu més informació sobre els biocombustibles per a les xemeneies a aquest article.

El bioetanol es produeix a partir de matèries primeres de primera generació que contenen midó o sucre. Els cereals, el blat de moro, la canya de sucre i la remolatxa es processen mitjançant la tecnologia de la fermentació alcohòlica.

Biobutanol per a la recàrrega de vehicles

El biobutanol és un analògic obtingut biològicament del butanol. Un líquid incolor amb una olor característica s’utilitza àmpliament com a matèria primera química a la indústria i també es pot utilitzar com a combustible de transport.

La intensitat d’energia del butanol és propera a la gasolina, cosa que permet substituir parcialment aquest últim en piles de combustible. A diferència del bioetanol, el biobutanol es pot utilitzar de forma independent, sense afegir tipus tradicionals de combustible.

Les plantes més diverses serveixen de matèries primeres per a la producció d’aquesta bio-substància: remolatxa, iuca, blat, blat de moro.

Èter dimetílic (C₂H₆O)

També és un combustible ecològic. Quan es crema, no hi ha compostos de sofre en els gasos d'escapament i el contingut de compostos de nitrogen és un 90% inferior al de la crema de gasolina.

L’èter dimetílic es pot utilitzar sense filtres especials, però cal fer canvis cardinals en el disseny del cotxe (sistema d’alimentació, encès del motor).

L’etè de dimetil es considera una opció prometedora per al combustible per a automoció. Les màquines amb motors dissenyats per a aquest combustible són desenvolupades per grans empreses com Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan

Sense cap modificació, podeu utilitzar combustible combinat que conté un 30% d’etè dimetil en màquines equipades amb motors de GLP.

Els combustibles líquids es poden produir a partir de diverses matèries primeres: gas natural, pols de carbó, biomassa, i principalment a partir de les restes de producció de pasta i paper, transformant-se en un líquid a baixa pressió.

Biometanol d'algues unicel·lulars

Una substància similar és un anàleg del metanol ordinari, que s’utilitza àmpliament per a la producció de diversos compostos químics (àcid acètic, formaldehid) i també s’utilitza com anticongelant i dissolvent.

Per primera vegada, es va plantejar la qüestió de la producció d’aquest tipus de biocombustible a la dècada de 1980, quan un grup de científics va proposar obtenir una substància líquida mitjançant la transformació bioquímica del fitoplàncton marí, el cultiu del qual es realitzarà en embassaments especials.

El biometanol té diversos avantatges possibles:

• alta eficiència energètica - 14 a la recepció de metà; 7 a la producció de metanol;
• excel·lent productivitat del fitoplàncton - fins a 100 tones per hectàrea i any;
• organismes unicel·lulars no exigentsper al cultiu de la qual no es necessita aigua dolça, sòl fèrtil;
• conservació dels recursos agrícolesperquè el fitoplàncton es cultiva en estanys o badies marines.

Tot i que encara no s’ha establert la producció industrial de biometanol, actualment hi ha en marxa investigació i desenvolupament de tecnologies per al desenvolupament de la producció d’aquest tipus de combustible alternatiu.

El biodièsel com a alternativa al transport de combustible

Es tracta d’un biocombustible de motor líquid que consisteix en una barreja d’èsters d’àcids grassos.La substància és segura per a humans i animals, es descompon gairebé completament a la terra en 28 dies i també té una temperatura d’ignició relativament alta (<100).

El biodièsel redueix el percentatge d’emissions de gasos nocius i també allarga la vida útil del motor, ja que inclou components lubricants.

El combustible s'utilitza per alimentar motors automàtics tant de manera independent com en combinació amb el combustible convencional. Només s’ha de tenir en compte una vida útil breu de la substància biològica: al cap de tres mesos, la decadència de la substància biològica comença amb una pèrdua completa de propietats.

Per al biodièsel a la UE, s'ha adoptat una norma especial EN14214. En alguns països, la norma EN590 també és vàlida, permetent afegir 5% de biodièsel a altres combustibles.

Tipus # 3: Gaseós

Les principals varietats de biocombustibles gasosos són el biogàs i el biohidrogen.

El biogàs com a substitut del gas natural

El biogàs és un analògic gairebé complet del gas natural: conté un 13-50% de CO_2, 49-87% de metà, així com impureses H₂ i H₂S. Si aquesta substància es neteja de diòxid de carboni, podeu obtenir biometà.

Els biocombustibles gasosos es fabriquen a partir de biomassa mitjançant fermentació d’hidrogen o metà. Aquest últim és causat per tres tipus de microorganismes: en primer lloc, la matèria primera està exposada a bacteris hidrolítics, que després són substituïts per microbis formadors d’àcids i metaners.

La producció de biogàs es pot realitzar en dispositius industrials i artesanals. El mètode de producció més comú és la digestió aeròbica en dipòsits de metà.

Com a matèries primeres es poden utilitzar diversos materials: ensilatge, fems, algues, aigües residuals, escombraries, residus fecals, residus domèstics. El material de partida es porta a un estat homogeni i després es col·loca en un reactor mitjançant un carregador.

Manté una temperatura còmoda de + 35-38 ° C, necessària per a la implementació del procés de fermentació de metà.

Les matèries primeres es barregen constantment, mentre que el producte gasós resultant es descarrega al porta-gas (unitat d’emmagatzematge), des d’on entra al generador elèctric.

Més informació sobre la producció de biogàs a partir de fems i la disposició d’una planta de biogàs als articles:

1. Com fer biocombustible amb les teves pròpies mans a partir de fems a casa
2. Planta de biogàs que necessiteu per a casa particular: recomanacions per al dispositiu i un exemple de millora de la llar

Biohidrogen químic

Un tipus de biocombustible gasós, que és un anàleg de l’hidrogen normal, s’obté de la biomassa mitjançant mètodes bioquímics o termoquímics.

En el mètode termoquímic, les matèries primeres preparades (per exemple, residus de fusta) s’escalfen fins a una temperatura de 500-800 ° C sense oxigen, mentre que els gasos H₂, CO, CH₄.

Un mètode prometedor per produir biohidrogen és la bioftòlisi. En aquest cas, el gas es produeix mitjançant algues, que es col·loquen a l'aigua de mar, aigües residuals

En el mètode bioquímic, la matèria primera es manté en condicions còmodes a pressió i temperatura normals a uns 30 ° C.

Els microorganismes especials Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes són introduïts a la biomassa, que descomponen el producte inicial, alliberant hidrogen. Els enzims poden accelerar la producció mitjançant polisacàrids.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Al vídeo següent, podeu veure el procés de fabricació d'un popular tipus de biocombustibles: les briquetes de fusta:

Els tipus de biocombustibles difereixen no només en estat d’agregació, sinó també en característiques. A l’hora d’escollir aquest material, cal tenir en compte l’ús previst, l’efectivitat, les propietats funcionals i el cost.

Teniu experiència utilitzant combustibles alternatius? O voleu fer preguntes sobre biocombustibles? Comenteu la publicació i participeu en els debats.El bloc de comentaris es troba a sota.