Druhy biopaliv: srovnání charakteristik pevných, kapalných a plynných paliv

Alternativou k tradičním energetickým zdrojům jsou různé druhy biopaliv, pro jejichž výrobu se používají rostlinné nebo živočišné suroviny, průmyslový odpad a výsledky životně důležité činnosti organismů.

Nabízíme pochopení výhod a nevýhod používání takového paliva, zjištění vlastností výroby, funkčních charakteristik a vyhodnocení účinnosti používání různých typů biopaliv. Poskytnuté informace vám pomohou orientovat se v výběru alternativních zdrojů energie.

Co je to biopalivo

Nejslibnější oblastí v energetickém sektoru je technologie, která zahrnuje využívání obnovitelných zdrojů, které zahrnují biopaliva.

Nejběžnějším typem biopaliva je konvenční palivové dřevo. 38% světové populace je používá pro vytápění a vaření

Jako suroviny pro jeho výrobu lze odebrat biomasu rostlinného / živočišného původu, včetně průmyslového odpadu nebo živočišného odpadu.

Zpracování takových látek se provádí termochemickou nebo biologickou metodou, v druhém případě se palivo získává pomocí různých typů mikroorganismů.

Podíl využívání biologických paliv neustále roste, což přispívá k zachování fosilních uhlovodíkových zdrojů (+)

Mnoho zemí má speciální programy pro rozšíření podílu biopaliv na národní a regionální spotřebě energie. Řada států má také závazné normy pro používání tohoto zdroje energie.

Výhody a nevýhody biopaliv

Biologické druhy paliva mají své pozitivní i negativní stránky. Zájem o použití tohoto druhu surovin je způsoben jeho nepochybnými výhodami.

Mezi ně patří:

• Rozpočtové náklady. I když v současné době se ceny biopaliv téměř shodují s náklady na benzín, biologické látky se považují za výnosnější druh paliva, protože během spalování produkují méně emisí. Biopalivo je vhodné pro použití v různých podmínkách, zatímco může být přizpůsobeno motorům různých konstrukcí. Další výhodou je optimalizace motoru, která zůstává čistá déle díky malému množství sazí a výfukových plynů.
• Mobilita. Biopalivo se ve své mobilitě liší od jiných možností alternativních zdrojů energie. Solární a větrné turbíny obvykle zahrnují těžké baterie, proto jsou nejčastěji používány stacionární, zatímco biopalivo může být přepravováno z jednoho regionu do druhého bez větších potíží.
• Obnovitelný zdroj energie. Ačkoli podle vědců budou existující ložiska ropy trvat nejméně několik set let, fosilní zásoby jsou stále omezené. Biopaliva vyrobená z rostlin a živočišného odpadu patří mezi obnovitelné zdroje, kterým v dohledné budoucnosti nebude hrozit vyhynutí.
• Ochrana atmosféry Země. Hlavní nevýhodou tradičních uhlovodíků je velké procento CO₂to se uvolní spálením. Tento plyn vytváří skleníkový efekt v atmosféře naší planety a vytváří podmínky pro globální oteplování. Při spalování biologických látek se množství oxidu uhličitého snižuje na 65%. Navíc plodiny používané při výrobě biopaliv spotřebovávají oxid uhelnatý, což snižuje jeho podíl ve vzduchu.
• Ekonomická bezpečnost. Zásoby uhlovodíků jsou rozloženy nerovnoměrně, takže některé státy jsou nuceny nakupovat ropu nebo zemní plyn a vynakládat velké částky na pořízení, přepravu a skladování. Téměř v každé zemi lze získat různé druhy biologického paliva. Protože pro jeho výrobu a zpracování bude nutné vytvářet nové podniky, a tedy i pracovní místa, bude to prospěšné pro národní hospodářství a pozitivně ovlivňuje blahobyt lidí.

Pozitivní účinek biopaliv může zlepšit vylepšení technologie a vývoj nových metod. Vývoj technologií využívajících plankton a řasy tak výrazně sníží jeho cenu.

Současně v současné fázi vývoje vědy a techniky je výroba biopaliv spojena s řadou obtíží a nepříjemností. Nejprve to jsou přirozená omezení v pěstování rostlin.

Pro růst plodin používaných k produkci biomasy je třeba vzít v úvahu řadu faktorů, jmenovitě:

• Využití vody. Zemědělské rostliny spotřebovávají hodně vody, což je omezený zdroj, zejména na suchých místech.
• Invazivita. Palivové plodiny jsou často agresivní. Utopili autentickou flóru, která by mohla poškodit biologickou rozmanitost a ekosystém regionu.
• Hnojiva. Mnoho rostlin vyžaduje přidání živin, které mohou poškodit jiné plodiny nebo obecný ekosystém.
• Podnebí Některé klimatické zóny (například poušť nebo tundra) nejsou vhodné pro pěstování plodin biopaliv.

Aktivní pěstování zemědělských rostlin je také spojeno s vyčerpáním zemědělských zdrojů, nedodržování pravidel zemědělské technologie může vést ke snížení obsahu užitečných půdních složek a v důsledku toho k jejich vyčerpání, což zhorší potravinový problém.

Dochází k narušení ekosystému. Pro výrobu biomasy obvykle vyžaduje rozšíření území zapojených do zemědělství.

Často se za tímto účelem provádí čištění území, které vede ke zničení mikroekosystému (například lesů), ke smrti rostlin a zvířat.

Pro výrobu biopaliv se již pěstuje velké množství plodin. Více než 50% řepky pěstované v Evropě, více než třetina amerického obilí a téměř polovina cukrové třtiny pěstované v Brazílii se používají k výrobě biomasy.

S rostoucími monokulturami jsou problémy. Aby produkovali větší plodinu na biomasu, producenti často zasejí půdu konkrétní rostlinou. Tato praxe neodráží dobře stav zemědělské půdy, protože monokultura vede ke změně životního prostředí.

Na polích obsazených jedním druhem rostlin jsou zvláštní odrůdy škůdců obvykle parazitní. Pokus s nimi bojovat s insekticidy a pesticidy vede pouze k rozvoji rezistence vůči těmto lékům.

Aby se předešlo výše popsaným problémům, vědci doporučují nezanedbávat biologickou rozmanitost plodin, kombinovat několik rostlin na polích a také používat místní odrůdy flóry.

Výroba alternativních paliv

Široká škála rostlinných materiálů používaných pro biomasu je obvykle rozdělena do několika generací.

První generace. Tato kategorie zahrnuje plodiny, které obsahují vysoké procento škrobu, cukrů, tuků. Jedná se o populární rostliny jako kukuřice, cukrová řepa, řepka, sója.

Protože pěstování těchto plodin poškozuje klima a jejich stažení z trhu má vliv na stanovení cen produktů, snaží se vědci je nahradit jinými druhy biomasy.

Téměř všechny typy moderních kapalných paliv (bionafta, ethanol) se v současnosti vyrábějí ze zemědělských rostlin patřících do první generace surovin.

Druhá generace. Skupina biomasy zahrnuje dřevo, trávu, zemědělský odpad (skořápka, plevy). Získávání biopaliv z těchto surovin je drahé, umožňuje však řešit problém recyklace nepotravinářských zbytků se současnou výrobou hořlavých materiálů.

Charakteristikou kultur obsažených v této odrůdě je přítomnost ligninu a celulózy v nich. Díky nim lze biomasu spalovat a zplynovat, stejně jako podrobovat pyrolýze a přijímat kapalné palivo.

Za hlavní nevýhodu biomasy druhé generace se považují nedostatečné výnosy na jednotku plochy, a proto musí být na takové plodiny přiděleny značné půdní zdroje.

Třetí generace. Surovinami pro výrobu biopaliv jsou řasy, které se pěstují v průmyslovém měřítku, například v otevřených vodách.

Nejslibnější možností jsou biopaliva získaná z jednobuněčných řas. Takové rostliny rychle získávají hmotu, zatímco úrodná půda není pro jejich pěstování nutná.

Tato praxe má velké vyhlídky, ale takové technologie se vyvíjejí teprve v současnosti. Vědci také provádějí výzkum s cílem vytvořit techniky pro výrobu biopaliv čtvrté a dokonce páté generace.

Tři odrůdy biopaliv

V závislosti na stavu agregace látky existují tři hlavní typy biopaliv:

1. Pevné: palivové dříví, rašelina, živočišný odpad a zemědělská výroba.
2. Kapalina: bionafta, dimethyl ether, bioethanol, biobutanol.
3. Plynné: bioplyn, metan, biohydrogen.

Každý typ látky má svá specifika, která budou popsána níže.

Type # 1: Solid

Mezi nejoblíbenější pevné odrůdy biopaliv patří dřevo, rašelina, živočišný odpad.

Dřevo (palivové dříví, štěpky, piliny)

Starobylým typem biopaliva je palivové dřevo, které je dobře známé všem a už dlouho se používá pro vytápění domů a vaření. Až dosud se v různých zemích aktivně používají k výrobě tepla / elektřiny, zejména velká rakouská tepelná elektrárna s kapacitou 66 megawattů pracuje na dřevě.

Zároveň mají takové suroviny nevýhody. Energetická hodnota palivového dřeva je relativně nízká: při spalování se část látky usazuje ve formě sazí, proto musí být krby a kamna pravidelně čištěna. Kromě toho je zapotřebí určité množství času k doplnění zásob dřeva - nové stromy porostou až po 15–20 letech.

Vynikající alternativou k běžnému dřevu jsou pelety (pelety), k jejichž výrobě se používá nestandardní dřevo: kůra, štěpka, lisované piliny, větve.

Pelety získané ze dřeva, rašeliny a různých odpadních produktů mají jinou barvu. Lehké se používají pro spalování krbů a kamen, zatímco tmavé s vysokým obsahem kůry jsou určeny pro kotle na pevná paliva.

Pro výrobu palivových pelet jsou suroviny rozdrceny na prach, který je potom sušen a lisován při vysoké teplotě. V důsledku ligninu obsaženého ve dřevě se vytvoří adhezivní hmota, ze které se vytvoří malé válce o délce 5 až 70 mm a průměru 6 až 10 mm.

Moderní alternativou k tradičnímu dřevu jsou palivové brikety čtyř, šesti nebo osmiúhelníkových tvarů. Tento ekologický materiál má vysoký odvod tepla.

Výrobu pelet můžete nastavit sami briketovací lis.

Mezi oblíbené druhy biopaliv patří štěpky, které často slouží jako zdroj energie v evropských tepelných elektrárnách. Výroba této suroviny se provádí na těžbě dřeva nebo na speciálních výrobních linkách vybavených skartovacími stroji.

Rašelina bažinatá a lesní

Jedná se o běžný typ biopaliva, který se po staletí používá pro domácí a průmyslové účely. Rašelina je vrstva mechu, která není úplně rozložena v bažině, která se těží v mnoha zemích světa: v Rusku, Bělorusku, Kanadě, Švédsku, Indonésii a dalších.

Rašelina obsahující 50-60% uhlíku je považována za populární materiál obsahující plyn. Tato cenná surovina může být použita nejen jako palivo, ale také jako hnojivo nebo tepelný izolátor.

Pro pohodlí výrobního procesu se biomasa obvykle zpracovává v místě výroby. Tento proces spočívá v čištění (prosévání) surovin z vnějších odstávek, po kterém následuje sušení a formování ve formě briket nebo granulí.

Palivo ze zemědělského odpadu

V zemědělské produkci se zpravidla hromadí velké množství různých rostlinných odpadů: vnější skořápky rostlin, skořápky, sláma.

Tyto suroviny lze také lisovat a granulovat, aby se získaly palivové pelety, jejichž vlastnosti jsou prakticky stejné jako pelety vyrobené z dřevěné biomasy.

Živočišné biopalivo

Spolu s palivem ve starověku začali lidé používat palivo živočišného původu, konkrétně hnojivo z domácích zvířat sušené hnojem. Moderní technologie sušení a zpracování těchto surovin umožňují získat tuhé odrůdy biopaliv zcela bez nepříjemných pachů.

Po dlouhou dobu kočovníci používali jako palivo sušený hnůj koní, velbloudů a skotu. V současné době se biopalivo ve formě briket nebo pelet vyrábí z odpadních produktů domácích zvířat.

Vzhledem k tomu, že živočišný odpad se v současné době hromadí v průmyslovém měřítku, výroba paliva z nich současně řeší otázku jeho likvidace.

Typ # 2: Liquid

Kapalná biopaliva, která jsou bezpečná a šetrná k životnímu prostředí, se většinou používají jako náhrada benzínu a jiných podobných produktů. Mezi nejčastější možnosti patří bioethanol, biometanol, biobutanol, bionafta, dimethyl ether.

Rostlinný bioethanol

Jedná se o běžné kapalné biopalivo, které se používá k pohonům automobilů.Přestože čistá látka není používána jako palivo, její přidání do benzínu zlepšuje provoz motoru, zvyšuje jeho výkon, řídí zahřívání motoru a snižuje emise výfukových plynů.

Mnoho čerpacích stanic v Evropě, Asii, Severní a Jižní Americe nabízí nejen tradiční palivo, ale také různé druhy biopaliv, zejména směsi obsahující bioethanol.

Bioetanol ocenili také příznivci krbů. Tato látka má dobrý odvod tepla, navíc při spalování nevytváří saze ani kouř a minimalizuje se množství emitovaného oxidu uhličitého.

Díky těmto vlastnostem lze palivo dokonce použít pro spalování krbu v bytových domech. Přečtěte si více o biopalivech pro krby v tento článek.

Bioethanol se vyrábí ze surovin první generace obsahujících škrob nebo cukr. Obiloviny, kukuřice, cukrová třtina, řepa se zpracovávají technologií alkoholového kvašení.

Biobutanol pro tankování automobilů

Biobutanol je biologicky získaný analog butanolu. Bezbarvá kapalina s charakteristickým zápachem se v průmyslu běžně používá jako chemická surovina a lze ji také použít jako palivo pro přepravu.

Energetická náročnost butanolu je blízká benzínu, což umožňuje jeho částečnou výměnu v palivových článcích. Na rozdíl od bioethanolu lze biobutanol používat nezávisle, bez přidávání tradičních druhů paliv.

Nejrozmanitější rostliny slouží jako suroviny pro výrobu této biologické látky: řepa, kasava, pšenice, kukuřice.

Dimethylether (C₂H₆O)

Je to také palivo šetrné k životnímu prostředí. Při spalování nejsou ve výfukových plynech žádné sloučeniny síry a obsah sloučenin dusíku je o 90% nižší než při spalování benzínu.

Dimethylether lze použít bez speciálních filtrů, ale v designu automobilu je třeba provést zásadní změny (energetický systém, zapalování motoru).

Dimethylether je považován za slibnou možnost pro automobilové palivo. Stroje s motory určenými pro toto palivo vyvíjejí velké společnosti jako Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan

Ve strojích vybavených motory na LPG můžete bez jakýchkoli změn použít kombinované palivo obsahující 30% dimethyl etheru.

Kapalná paliva mohou být vyráběna z různých surovin: zemního plynu, uhelného prachu, biomasy a především ze zbytků výroby buničiny a papíru, které se mění na kapalinu při nízkém tlaku.

Jednobuněčný biometanol z řas

Taková látka je analogem běžného methanolu, který se široce používá pro výrobu řady chemických sloučenin (kyselina octová, formaldehyd), a používá se také jako nemrznoucí směs a rozpouštědlo.

Otázka výroby tohoto typu biopaliva byla poprvé nastolena v 80. letech, kdy skupina vědců navrhla získat kapalnou látku biochemickou přeměnou mořského fytoplanktonu, jejíž pěstování bude probíhat ve zvláštních nádržích.

Biometanol má několik potenciálních výhod:

• vysoká energetická účinnost - 14 po přijetí metanu; 7 po výrobě methanolu;
• vynikající produktivita fytoplanktonu - až 100 tun na hektar ročně;
• nenáročné jednobuněčné organismypro pěstování, u kterého není potřeba čerstvá voda, úrodná půda;
• zachování zemědělských zdrojůprotože fytoplankton se pěstuje v rybnících nebo mořských zátokách.

Ačkoli průmyslová výroba biometanolu dosud nebyla zavedena, v současné době probíhá trvalý výzkum a vývoj technologií pro vývoj výroby tohoto typu alternativního paliva.

Bionafta jako alternativa k přepravě paliva

Jedná se o kapalné motorové biopalivo sestávající ze směsi esterů mastných kyselin.Látka je bezpečná pro lidi a zvířata, téměř se za 28 dní rozkládá na Zemi a má také relativně vysokou (<100) teplotu vznícení.

Bionafta snižuje procento emisí škodlivých plynů a také prodlužuje životnost motoru, protože zahrnuje mazací komponenty.

Palivo se používá k doplňování benzínových motorů jak samostatně, tak v kombinaci s konvenčním palivem. Je třeba vzít v úvahu pouze krátkou dobu použitelnosti biologické látky: po třech měsících začíná rozklad biologické látky úplnou ztrátou vlastností.

Pro bionaftu v EU byla přijata zvláštní norma EN14214. V některých zemích je také platná norma EN590, která umožňuje přidávání 5% bionafty k jiným palivům.

Typ # 3: Plynný

Mezi hlavní odrůdy plynných biopaliv patří bioplyn a biohydrogen.

Bioplyn jako náhrada za zemní plyn

Bioplyn je téměř kompletní analog zemního plynu: obsahuje 13-50% CO_2, 49-87% methanu a nečistot H₂ a H₂S. Pokud je tato látka očištěna od oxidu uhličitého, můžete získat biomethan.

Plynná biopaliva se vyrábějí z biomasy fermentací vodíku nebo metanu. Ten je způsoben třemi typy mikroorganismů: nejprve je surovina vystavena hydrolytickým bakteriím, které jsou poté nahrazeny mikroby vytvářejícími kyselinu a metan.

Výroba bioplynu může být prováděna na průmyslových a řemeslných zařízeních. Nejběžnějším výrobním postupem je aerobní digesce v metanových nádržích.

Jako suroviny mohou být použity různé materiály: siláž, hnůj, řasy, odpadní voda, stelivo, fekální zbytky, domácí odpad. Výchozí materiál se uvede do homogenního stavu a poté se umístí do reaktoru pomocí zavaděče.

Udržuje pohodlnou teplotu + 35 - 38 ° C, která je nezbytná pro realizaci procesu fermentace metanu.

Suroviny jsou neustále míchány, zatímco výsledný plynný produkt je vypouštěn do držáku plynu (skladovací jednotka), odkud vstupuje do elektrického generátoru.

Přečtěte si více o produkci bioplynu z hnoje a uspořádání bioplynové stanice v článcích:

1. Jak vyrobit biopalivo z vlastních rukou z hnoje doma
2. Zařízení na výrobu bioplynu pro vlastní potřebu pro soukromý dům: doporučení pro zařízení a příklad zlepšení domova

Chemický biohydrogen

Druh plynného biopaliva, který je analogem běžného vodíku, se získává z biomasy biochemickými nebo termochemickými metodami.

Při termochemické metodě se připravené suroviny (například dřevní odpad) zahřívají na teplotu 500 - 800 ° C bez kyslíku, zatímco plyny H₂, CO, CH₄.

Slibnou metodou pro výrobu biohydrogenu je bioftolýza. V tomto případě se plyn vyrábí pomocí řas, které se ukládají do mořské vody, odpadních vod

Při biochemické metodě se surovina udržuje v příjemných podmínkách při normálním tlaku a teplotě asi 30 ° C.

Enterobacter cloacae, speciální mikroorganismy Rodobacter speriodes, jsou zaváděny do biomasy, která rozkládá původní produkt a uvolňuje vodík. Enzymy mají povoleno urychlit produkci pomocí polysacharidů.

Závěry a užitečné video na toto téma

Ve videu níže můžete vidět výrobní proces oblíbeného typu biopaliva - dřevěné brikety:

Druhy biopaliv se liší nejen ve stavu agregace, ale také ve vlastnostech. Při výběru takového materiálu je třeba vzít v úvahu jejich plánované použití, účinnost, funkční vlastnosti a náklady.

Máte zkušenosti s používáním alternativních paliv? Nebo se chcete zeptat na biopaliva? Prosím, komentujte publikaci a účastněte se diskusí.Blok zpětné vazby je umístěn níže.