Types de biocarburants: comparaison des caractéristiques des combustibles solides, liquides et gazeux

Une alternative aux ressources énergétiques traditionnelles est divers types de biocarburants, pour la fabrication desquels sont utilisées des matières premières végétales ou animales, des déchets industriels et les résultats de l'activité vitale des organismes.

Nous vous proposons de comprendre les avantages et les inconvénients de l'utilisation d'un tel carburant, de découvrir les caractéristiques de production, les caractéristiques fonctionnelles, ainsi que d'évaluer l'efficacité de l'utilisation de différents types de biocarburants. Les informations fournies vous aideront à naviguer dans la sélection de sources d'énergie alternatives.

Qu'est-ce que le biocarburant

Le domaine le plus prometteur dans le secteur de l'énergie est la technologie qui implique l'utilisation de ressources renouvelables, dont les biocarburants.

Le type de biocarburant le plus courant est le bois de chauffage conventionnel. 38% de la population mondiale les utilise pour se chauffer et cuisiner

Comme matière première pour sa production, la biomasse d'origine végétale / animale peut être prélevée, y compris les déchets industriels ou les déchets animaux.

Le traitement de ces substances est effectué par une méthode thermochimique ou biologique, dans ce dernier cas, le carburant est obtenu en utilisant différents types de micro-organismes.

La part de l'utilisation des carburants biologiques est en constante augmentation, ce qui contribue à la conservation des ressources fossiles d'hydrocarbures (+)

De nombreux pays ont des programmes spéciaux pour accroître la part des biocarburants dans la consommation d'énergie nationale et régionale. Un certain nombre d'États ont également des normes obligatoires pour l'utilisation de cette source d'énergie.

Avantages et inconvénients des biocarburants

Les types biologiques de carburant ont leurs côtés positifs et négatifs. L'intérêt pour l'utilisation de ce type de matière première est provoqué par ses avantages incontestables.

Cela comprend:

• Coût budgétaire. Bien qu'à l'heure actuelle, les prix des biocarburants coïncident presque avec le coût de l'essence, les substances biologiques sont considérées comme un type de carburant plus rentable, car elles produisent moins d'émissions lors de la combustion. Le biocarburant est adapté à une utilisation dans diverses conditions, alors qu'il peut être adapté à des moteurs de différentes conceptions. Un autre avantage est l'optimisation du moteur, qui reste propre plus longtemps en raison de la faible quantité de suie et de gaz d'échappement.
• La mobilité. Le biocarburant se distingue des autres options de sources d'énergie alternatives par sa mobilité. Les éoliennes solaires et éoliennes comprennent généralement des batteries lourdes, c'est pourquoi elles sont le plus souvent utilisées à l'arrêt, tandis que les biocarburants peuvent être transportés d'une région à l'autre sans trop de tracas.
• Source d'énergie renouvelable. Bien que, selon les chercheurs, les gisements de pétrole brut existants dureront au moins plusieurs centaines d'années, les réserves fossiles sont encore limitées. Les biocarburants fabriqués à partir de plantes et de déchets animaux font partie des ressources renouvelables qui ne sont pas menacées d'extinction dans un avenir prévisible.
• Protection de l'atmosphère terrestre. Un inconvénient majeur des hydrocarbures traditionnels est le grand pourcentage de CO₂qui est libéré par la combustion. Ce gaz crée un effet de serre dans l'atmosphère de notre planète, créant des conditions de réchauffement climatique. Lors de la combustion de substances biologiques, la quantité de dioxyde de carbone diminue à 65%. De plus, les cultures utilisées dans la production de biocarburants consomment du monoxyde de carbone, ce qui réduit sa part dans l'air.
• Sécurité économique. Les réserves d'hydrocarbures sont réparties de manière inégale, de sorte que certains États sont obligés d'acheter du pétrole ou du gaz naturel, dépensant des sommes importantes pour l'acquisition, le transport et le stockage. Différents types de carburant biologique peuvent être obtenus dans presque tous les pays. Étant donné que pour sa fabrication et sa transformation, il sera nécessaire de créer de nouvelles entreprises et, par conséquent, des emplois, cela bénéficiera à l'économie nationale et affectera positivement le bien-être des personnes.

L'amélioration de la technologie et le développement de nouvelles méthodes peuvent renforcer l'effet positif des biocarburants. Ainsi, le développement de technologies utilisant du plancton et des algues réduira considérablement son prix.

Dans le même temps, au stade actuel du développement de la science et de la technologie, la production de biocarburants est associée à un certain nombre de difficultés et d'inconvénients. Tout d'abord, ce sont des restrictions naturelles dans les plantes en croissance.

Pour la croissance des cultures utilisées pour produire de la biomasse, un certain nombre de facteurs doivent être pris en compte, à savoir:

• Utilisation de l'eau. Les plantes agricoles consomment beaucoup d'eau, ce qui est une ressource limitée, surtout dans les endroits arides.
• Invasivité. Les cultures énergétiques sont souvent agressives. Ils noient la flore authentique, ce qui pourrait endommager la biodiversité et l'écosystème de la région.
• Engrais. De nombreuses plantes nécessitent l'ajout de nutriments qui peuvent nuire à d'autres cultures ou à l'écosystème général.
• Le climat Certaines zones climatiques (par exemple le désert ou la toundra) ne conviennent pas à la culture de biocarburants.

La culture active de plantes agricoles est également associée à l'épuisement des ressources agricoles. Le non-respect des règles de la technologie agricole peut entraîner une diminution de la teneur en éléments utiles du sol et, par conséquent, leur épuisement, ce qui aggravera le problème alimentaire.

Une perturbation de l'écosystème se produit. Car la production de biomasse nécessite généralement l'extension des territoires impliqués dans l'agriculture.

Souvent, à cette fin, un nettoyage du territoire est effectué, ce qui entraîne la destruction du microécosystème (par exemple, les forêts), la mort des plantes et des animaux.

Pour produire des biocarburants, un grand volume de cultures est déjà en cours de production. Plus de 50% des graines de colza produites en Europe, plus d'un tiers des céréales américaines et près de la moitié de la canne à sucre cultivée au Brésil sont utilisées pour la production de biomasse.

Il y a des problèmes avec la croissance des monocultures. Pour produire une plus grande récolte de biomasse, les producteurs sèment souvent la terre avec une plante particulière. Cette pratique ne reflète pas bien l'état des terres agricoles, car la monoculture entraîne une modification de l'environnement.

Sur les champs occupés par une espèce de plantes, des variétés spéciales de ravageurs sont généralement parasitaires. Une tentative de les combattre avec des insecticides et des pesticides ne mène qu'au développement d'une résistance à ces médicaments.

Pour éviter les problèmes décrits ci-dessus, les scientifiques conseillent de ne pas négliger la biodiversité des cultures, en combinant plusieurs plantes dans les champs, et d'utiliser également des variétés locales de flore.

Générations de carburants alternatifs

Un large éventail de matières végétales utilisées pour la biomasse est généralement divisé en plusieurs générations.

Première génération. Cette catégorie comprend les cultures qui contiennent un pourcentage élevé d'amidon, de sucres et de graisses. Ce sont des plantes populaires comme le maïs, les betteraves sucrières, le canola et le soja.

Étant donné que la culture de ces cultures nuit au climat et que leur retrait du marché affecte le prix des produits, les scientifiques tentent de les remplacer par d'autres types de biomasse.

Presque tous les types de combustibles liquides modernes (biodiesel, éthanol) sont actuellement produits à partir de plantes agricoles appartenant à la première génération de matières premières.

Deuxième génération. Le groupe de la biomasse comprend le bois, l'herbe et les déchets agricoles (coquille, balle). L'obtention de biocarburants à partir de ces matières premières coûte cher, mais permet de résoudre le problème du recyclage des résidus non alimentaires avec la production simultanée de matériaux combustibles.

Une caractéristique des cultures incluses dans cette variété est la présence de lignine et de cellulose. Grâce à eux, la biomasse peut être brûlée et gazéifiée, ainsi que soumise à une pyrolyse, recevant du combustible liquide.

Le principal inconvénient de la biomasse de deuxième génération est considéré comme un rendement insuffisant par unité de surface, c'est pourquoi des ressources foncières importantes doivent être allouées à ces cultures.

Troisième génération. Les matières premières pour la production de biocarburants sont les algues, qui sont cultivées à l'échelle industrielle, par exemple, en eaux libres.

L'option la plus prometteuse est les biocarburants obtenus à partir d'algues unicellulaires. Ces plantes gagnent rapidement en masse, alors que des terres fertiles ne sont pas nécessaires pour les faire pousser.

Cette pratique a de grandes perspectives, cependant, à l'heure actuelle, ces technologies ne font que se développer. Les scientifiques mènent également des recherches pour créer des techniques de production de biocarburants de quatrième et même de cinquième génération.

Trois variétés de biocarburants

Selon l'état d'agrégation de la substance, il existe trois principaux types de biocarburants:

1. Solide: bois de chauffage, tourbe, déchets animaux et production agricole.
2. Liquide: biodiesel, diméthyléther, bioéthanol, biobutanol.
3. Gazeux: biogaz, méthane, biohydrogène.

Chaque type de substance a ses propres spécificités, qui seront discutées ci-dessous.

Type # 1: solide

Parmi les variétés solides de biocombustibles les plus populaires figurent le bois, la tourbe et les déchets animaux.

Bois (bois de chauffage, copeaux de bois, sciure)

L'ancien type de biocarburant est le bois de chauffage bien connu de tous et utilisé depuis longtemps pour chauffer les maisons et cuisiner. Jusqu'à présent, ils sont activement utilisés dans différents pays pour produire de la chaleur / électricité, en particulier, une grande centrale thermique autrichienne, d'une capacité de 66 mégawatts, fonctionne au bois.

En même temps, ces matières premières présentent des inconvénients. La valeur énergétique du bois de chauffage est relativement faible: une fois brûlé, une partie de la substance se dépose sous forme de suie, c'est pourquoi les foyers et les poêles doivent être régulièrement nettoyés. De plus, un certain temps est nécessaire pour reconstituer les stocks de bois - les nouveaux arbres ne pousseront qu'après 15 à 20 ans.

Une excellente alternative au bois ordinaire est les granulés (granulés), pour la production desquels du bois de qualité inférieure est utilisé: écorce, copeaux de bois, sciure de bois pressée, rameaux.

Les granulés obtenus à partir de bois, de tourbe et de divers déchets ont une couleur différente. Les plus légers sont utilisés pour brûler les foyers et les poêles, tandis que les plus sombres, à forte teneur en écorce, sont conçus pour les chaudières à combustible solide.

Pour la production de pastilles de combustible, les matières premières sont broyées en poussière, qui est ensuite séchée et pressée à haute température. En raison de la lignine contenue dans le bois, une masse adhésive se forme, à partir de laquelle se forment de petits cylindres de 5 à 70 mm de long et de 6 à 10 mm de diamètre.

Une alternative moderne au bois traditionnel est les briquettes de combustible de formes quatre, six ou octogonales. Ce matériau respectueux de l'environnement a une dissipation thermique élevée.

Vous pouvez configurer vous-même la production de granulés en presse à briquettes.

Parmi les types de biocarburants populaires, on trouve les copeaux de bois, qui servent souvent de source d'énergie dans les centrales thermiques européennes. La production de cette matière première est réalisée sur l'exploitation forestière ou sur des lignes de production spéciales équipées de broyeurs.

Tourbe à combustible marécageuse et forestière

Il s'agit d'un type commun de biocarburant utilisé à des fins domestiques et industrielles depuis des siècles. La tourbe est une couche de mousse qui n'est pas complètement décomposée dans un marais, qui est exploité dans de nombreux pays du monde: Russie, Biélorussie, Canada, Suède, Indonésie et autres.

La tourbe contenant 50 à 60% de carbone est considérée comme un matériau gazeux populaire. Cette précieuse matière première peut être utilisée non seulement comme combustible, mais aussi comme engrais ou isolant thermique.

Pour la commodité du processus de production, la biomasse est généralement traitée sur le lieu de production. Le processus consiste à nettoyer (tamiser) les matières premières des arrêts externes, suivi d'un séchage et d'un moulage sous forme de briquettes ou de granulés.

Combustible issu des déchets agricoles

Dans la production agricole, en règle générale, un grand nombre de déchets végétaux divers s'accumulent: les enveloppes extérieures des plantes, les coquilles de noix, la paille.

Ces matières premières peuvent également être pressées et granulées pour obtenir des pastilles de combustible, dont les caractéristiques sont pratiquement les mêmes que des pastilles fabriquées à partir de biomasse de bois.

Biocarburant animal

Parallèlement au bois de chauffage dans les temps anciens, les gens ont commencé à utiliser du carburant d'origine animale, à savoir du fumier séché à la bouse d'animaux domestiques. Les technologies modernes de séchage et de traitement de ces matières premières permettent d'obtenir des variétés solides de biocarburants totalement dépourvues d'odeurs désagréables.

Pendant longtemps, les peuples nomades ont utilisé du fumier séché de chevaux, de chameaux et de bétail comme combustible. Actuellement, le biocarburant sous forme de briquettes ou de boulettes est produit à partir des déchets des animaux domestiques.

Comme les déchets de bétail s'accumulent actuellement à l'échelle industrielle, la fabrication de leur combustible résout simultanément le problème de leur élimination.

Type # 2: Liquide

Les biocarburants liquides, qui sont sûrs et respectueux de l'environnement, sont principalement utilisés comme substitut de l'essence et d'autres produits similaires. Parmi les options les plus courantes figurent le bioéthanol, le biométhanol, le biobutanol, le biodiesel, l'éther diméthylique.

Bioéthanol de culture

Il s'agit d'un biocarburant liquide commun utilisé pour alimenter les voitures.Bien qu'une substance pure ne soit pas utilisée comme carburant, son ajout à l'essence améliore le fonctionnement du moteur, augmente sa puissance, contrôle le chauffage du moteur et réduit les émissions d'échappement.

De nombreuses stations-service en Europe, en Asie, en Amérique du Nord et du Sud offrent non seulement du carburant traditionnel, mais aussi divers types de biocarburants, en particulier des mélanges contenant du bioéthanol

Le bioéthanol était également apprécié des amateurs de cheminées. Cette substance a une bonne dissipation thermique; de ​​plus, elle ne produit pas de suie ou de fumée lorsqu'elle est brûlée et la quantité de dioxyde de carbone émise est minimisée.

Grâce à ces caractéristiques, le combustible peut même être utilisé pour brûler un foyer dans des immeubles d'habitation. En savoir plus sur les biocarburants pour les cheminées dans cet article.

Le bioéthanol est produit à partir de matières premières de première génération contenant de l'amidon ou du sucre. Les céréales, le maïs, la canne à sucre, les betteraves sont transformées en utilisant la technologie de la fermentation alcoolique.

Du biobutanol pour faire le plein de voitures

Le biobutanol est un analogue biologiquement obtenu du butanol. Un liquide incolore avec une odeur caractéristique est largement utilisé comme matière première chimique dans l'industrie, et peut également être utilisé comme carburant de transport.

L'intensité énergétique du butanol est proche de l'essence, ce qui permet de remplacer partiellement ce dernier dans les piles à combustible. Contrairement au bioéthanol, le biobutanol peut être utilisé indépendamment, sans ajouter de types de carburant traditionnels.

Les plantes les plus diverses servent de matières premières pour la production de cette bio-substance: betteraves, manioc, blé, maïs.

Éther diméthylique (C₂H₆O)

C'est également un carburant respectueux de l'environnement. Lorsqu'il est brûlé, il n'y a pas de composés soufrés dans les gaz d'échappement et la teneur en composés azotés est de 90% inférieure à celle de l'essence brûlée.

L'éther diméthylique peut être utilisé sans filtres spéciaux, mais des modifications fondamentales doivent être apportées à la conception de la voiture (système d'alimentation, allumage du moteur).

L'éther diméthylique est considéré comme une option prometteuse pour le carburant automobile. Les machines avec des moteurs conçus pour ce carburant sont développées par de grandes entreprises telles que Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan

Sans aucune modification, vous pouvez utiliser du carburant combiné contenant 30% d'éther diméthylique dans des machines équipées de moteurs GPL.

Les combustibles liquides peuvent être produits à partir de diverses matières premières: gaz naturel, poussière de charbon, biomasse, et principalement à partir des restes de la production de pâtes et papiers, se transformant en liquide à basse pression.

Algues unicellulaires biométhanol

Une telle substance est un analogue du méthanol ordinaire, qui est largement utilisé pour la production d'un certain nombre de composés chimiques (acide acétique, formaldéhyde), et est également utilisé comme antigel et solvant.

Pour la première fois, la question de la production de ce type de biocarburant a été soulevée dans les années 1980, lorsqu'un groupe de scientifiques a proposé d'obtenir une substance liquide par transformation biochimique du phytoplancton marin, dont la culture se fera dans des réservoirs spéciaux.

Le biométhanol présente plusieurs avantages potentiels:

• haute efficacité énergétique - 14 à la réception du méthane, 7 à la production de méthanol;
• excellente productivité du phytoplancton - jusqu'à 100 tonnes par hectare et par an;
• organismes unicellulaires peu exigeantspour la culture dont l'eau douce n'est pas nécessaire, un sol fertile;
• conservation des ressources agricolesparce que le phytoplancton est cultivé dans des étangs ou des baies marines.

Bien que la fabrication industrielle de biométhanol n'ait pas encore été établie, la recherche et le développement persistants de technologies pour le développement de la production de ce type de carburant alternatif sont actuellement en cours.

Le biodiesel comme alternative au transport de carburant

Il s'agit d'un biocarburant liquide à moteur constitué d'un mélange d'esters d'acides gras.La substance est sans danger pour les humains et les animaux, se décompose presque complètement dans la terre en 28 jours et a également une température d'inflammation relativement élevée (<100).

Le biodiesel réduit le pourcentage d'émissions de gaz nocifs et prolonge également la durée de vie du moteur, car il comprend des composants lubrifiants.

Le carburant est utilisé pour faire le plein de moteurs d'automobiles à la fois indépendamment et en combinaison avec du carburant conventionnel. Seule une courte durée de conservation de la substance biologique doit être prise en compte: après trois mois, la décomposition de la substance biologique commence par une perte complète des propriétés.

Pour le biodiesel dans l'UE, une norme spéciale EN14214 a été adoptée. Dans certains pays, la norme EN590 est également valable, permettant l'ajout de 5% de biodiesel à d'autres carburants.

Type # 3: Gazeux

Les principales variétés de biocarburants gazeux comprennent le biogaz et le biohydrogène.

Le biogaz comme substitut du gaz naturel

Le biogaz est un analogue presque complet du gaz naturel: il contient 13 à 50% de CO_2, 49 à 87% de méthane, ainsi que des impuretés H₂ et H₂S. Si cette substance est nettoyée du dioxyde de carbone, vous pouvez obtenir du biométhane.

Les biocarburants gazeux sont fabriqués à partir de biomasse par fermentation d'hydrogène ou de méthane. Ce dernier est provoqué par trois types de micro-organismes: tout d'abord, la matière première est exposée à des bactéries hydrolytiques, qui sont ensuite remplacées par des microbes acidogènes et méthanifères.

La production de biogaz peut être réalisée sur des appareils industriels et artisanaux. La méthode de production la plus courante est la digestion aérobie dans des réservoirs de méthane.

Divers matériaux peuvent être utilisés comme matières premières: ensilage, fumier, algues, eaux usées, litière, résidus fécaux, déchets ménagers. Le matériau de départ est amené dans un état homogène, après quoi il est placé dans un réacteur à l'aide d'un chargeur.

Il maintient une température confortable de + 35-38 ° C, ce qui est nécessaire pour la mise en œuvre du processus de fermentation du méthane.

Les matières premières sont constamment mélangées, tandis que le produit gazeux résultant est rejeté dans le réservoir de gaz (unité de stockage), d'où il pénètre dans le générateur électrique.

En savoir plus sur la production de biogaz à partir de fumier et l'aménagement d'une usine de biogaz dans les articles:

1. Comment fabriquer du biocarburant de vos propres mains avec du fumier à la maison
2. Installation de biogaz à faire soi-même pour une maison privée: recommandations pour l'appareil et un exemple d'amélioration de l'habitat

Biohydrogène chimique

Un type de biocarburant gazeux, qui est un analogue de l'hydrogène ordinaire, est obtenu à partir de la biomasse en utilisant des méthodes biochimiques ou thermochimiques.

Dans la méthode thermochimique, les matières premières préparées (par exemple, les déchets de bois) sont chauffées à une température de 500 à 800 ° C sans oxygène, tandis que les gaz H₂, CO, CH₄.

La biophtholyse est une méthode prometteuse pour produire du biohydrogène. Dans ce cas, le gaz est produit à l'aide d'algues, qui sont placées dans l'eau de mer, les eaux usées

Dans la méthode biochimique, la matière première est maintenue dans des conditions confortables à une pression et une température normales à environ 30 ° C.

Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes, des micro-organismes spéciaux sont introduits dans la biomasse, qui décomposent le produit initial, libérant de l'hydrogène. Les enzymes sont autorisées à accélérer la production à l'aide de polysaccharides.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Dans la vidéo ci-dessous, vous pouvez voir le processus de fabrication d'un type populaire de biocarburant - les briquettes de bois:

Les types de biocarburants diffèrent non seulement par l'état d'agrégation, mais également par leurs caractéristiques. Lors du choix d'un tel matériau, il est nécessaire de prendre en compte leur utilisation prévue, leur efficacité, leurs propriétés fonctionnelles et leur coût.

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