Biopolttoaineiden tyypit: kiinteiden, nestemäisten ja kaasumaisten polttoaineiden ominaisuuksien vertailu
Vaihtoehto perinteisille energialähteille on erityyppisiä biopolttoaineita, joiden valmistuksessa käytetään kasvi- tai eläinraaka-aineita, teollisuusjätettä ja organismien elintärkeän toiminnan tuloksia.
Tarjoamme sinulle ymmärtää tällaisen polttoaineen käytön edut ja haitat, selvittää tuotantoominaisuudet, toiminnalliset ominaisuudet sekä arvioida erityyppisten biopolttoaineiden käytön tehokkuutta. Toimitettujen tietojen avulla voit navigoida vaihtoehtoisten energialähteiden valinnassa.
Artikkelin sisältö:
Mikä on biopolttoaine?
Energia-alan lupaavin ala on tekniikka, johon sisältyy uusiutuvien luonnonvarojen käyttö, mukaan lukien biopolttoaineet.
Tuotannon raaka-aineina voidaan ottaa kasvi- / eläinperäistä biomassaa, mukaan lukien teollisuusjätteet tai eläinjätteet.
Tällaisten aineiden käsittely suoritetaan lämpökemiallisella tai biologisella menetelmällä, jälkimmäisessä tapauksessa polttoainetta saadaan erityyppisiä mikro-organismeja käyttämällä.
Monissa maissa on erityisiä ohjelmia biopolttoaineiden osuuden lisäämiseksi kansallisessa ja alueellisessa energiankulutuksessa. Useilla valtioilla on myös pakolliset standardit tämän energialähteen käytölle.
Biopolttoaineiden edut ja haitat
Biologisilla polttoainetyypeillä on positiiviset ja negatiiviset puolensa. Kiinnostus tämän tyyppisten raaka-aineiden käyttöön aiheuttaa sen kiistattomat edut.
Näitä ovat:
- Budjetin kustannukset. Vaikka tällä hetkellä biopolttoaineiden hinnat vastaavat käytännössä bensiinin kustannuksia, biologisia aineita pidetään kannattavampana polttoainetyyppinä, koska ne tuottavat vähemmän päästöjä palamisen aikana. Biopolttoaine soveltuu käytettäväksi erilaisissa olosuhteissa, kun taas sitä voidaan mukauttaa erityyppisiin moottoreihin. Toinen plus on moottorin optimointi, joka pysyy puhtaana pidempään noen ja pakokaasujen pienen määrän vuoksi.
- liikkuvuus. Biopolttoaine eroaa muista vaihtoehtoisten energialähteiden vaihtoehdoista liikkuvuudellaan. Aurinko- ja tuulivoimalat sisältävät yleensä raskaita akkuja, minkä vuoksi niitä käytetään useimmiten paikallaan, kun taas biopolttoaineita voidaan kuljettaa alueelta toiselle ilman vaivaa.
- Uusiutuvat energialähteet. Vaikka tutkijoiden mukaan nykyiset raakaöljyvarastot kestävät vähintään useita satoja vuosia, fossiiliset varannot ovat edelleen rajalliset. Kasveista valmistetut biopolttoaineet ja eläinjätteet kuuluvat uusiutuviin luonnonvaroihin, joita ei uhkaa sukupuuttoon lähitulevaisuudessa.
- Maan ilmakehän suojaus. Perinteisten hiilivetyjen merkittävä haitta on suuri CO-prosenttimäärä2joka vapautuu palamalla. Tämä kaasu luo kasvihuoneilmiön planeettamme ilmakehään ja luo olosuhteet ilmaston lämpenemiselle. Biologisia aineita poltettaessa hiilidioksidin määrä laskee 65%: iin. Lisäksi biopolttoaineiden tuotannossa käytetyt viljelykasvit kuluttavat hiilimonoksidia vähentäen sen osuutta ilmassa.
- Taloudellinen turvallisuus. Hiilivetyvarat jakautuvat epätasaisesti, joten jotkut valtiot pakotetaan ostamaan öljyä tai maakaasua kuluttamalla suuria summia hankintaan, kuljetukseen ja varastointiin. Erilaisia biologisia polttoaineita voidaan saada melkein mistä tahansa maasta. Koska sen valmistukseen ja jalostukseen on tarpeen luoda uusia yrityksiä ja vastaavasti myös työpaikkoja, tämä hyödyttää kansantaloutta ja vaikuttaa myönteisesti ihmisten hyvinvointiin.
Teknologian parantaminen ja uusien menetelmien kehittäminen voivat lisätä biopolttoaineiden myönteisiä vaikutuksia. Siten planktonia ja leviä käyttävän tekniikan kehittäminen alentaa merkittävästi sen hintaa.
Samalla biopolttoaineiden tuotantoon liittyy tieteen ja tekniikan nykyisessä kehitysvaiheessa useita vaikeuksia ja haittoja. Ensinnäkin, nämä ovat luonnollisia rajoituksia kasvien kasvamisessa.
Biomassan tuotantoon tarkoitettujen kasvien viljelyssä on otettava huomioon seuraavat tekijät:
- Veden käyttö. Maatalouskasvit kuluttavat paljon vettä, joka on rajallinen resurssi, etenkin kuivilla paikoilla.
- invasiivisuus. Polttoainekasvit ovat usein aggressiivisia. He hukuttavat aiton kasviston, joka voi vahingoittaa alueen biologista monimuotoisuutta ja ekosysteemiä.
- lannoitteet. Monet kasvit vaativat ravintoaineiden lisäämistä, jotka voivat vahingoittaa muita viljelykasveja tai yleistä ekosysteemiä.
- Ilmasto. Tietyt ilmastovyöhykkeet (esimerkiksi aavikko tai tundra) eivät sovellu biopolttoainekasvien viljelyyn.
Maatalouskasvien aktiiviseen viljelyyn liittyy myös maatalouden resurssien ehtyminen.Maatalouden tekniikan sääntöjen noudattamatta jättäminen voi johtaa hyödyllisten maaperäkomponenttien pitoisuuden vähentymiseen ja seurauksena niiden ehtymiseen, mikä pahentaa ruokaongelmaa.
Ekosysteemihäiriö tapahtuu. Biomassan tuottamiseksi tarvitaan yleensä maatalouden alueiden laajentamista.
Usein tätä tarkoitusta varten alue puhdistetaan, mikä johtaa mikroekosysteemin tuhoutumiseen (esimerkiksi metsät), kasvien ja eläinten kuolemaan.
Monokulttuurien kasvamisessa on ongelmia. Suuremman biomassasaannon tuottamiseksi tuottajat kylväävät maata usein tietyllä kasveilla. Tämä käytäntö ei heijasta hyvin maatalousmaan tilaa, koska monokulttuuri johtaa muutoksiin ympäristössä.
Yhden kasvilajin käytössä olevilla peltoilla erityiset tuholaisten lajikkeet ovat yleensä loisia. Yritykset torjua niitä hyönteismyrkkyillä ja torjunta-aineilla johtaa vain näiden lääkkeiden vastustuskyvyn kehittymiseen.
Edellä kuvattujen ongelmien välttämiseksi tutkijat suosittelevat, että ei unohdeta viljelykasvien biologista monimuotoisuutta, yhdistämällä useat peltokasvit ja käytettäessä myös paikallisia kasvilajeja.
Sukupolvien vaihtoehtoisia polttoaineita
Laaja valikoima biomassassa käytettyjä kasvimateriaaleja jaetaan yleensä useisiin sukupolviin.
Ensimmäinen sukupolvi. Tähän luokkaan kuuluvat viljelykasvit, jotka sisältävät paljon tärkkelystä, sokereita ja rasvoja. Nämä ovat suosittuja kasveja kuten maissi, sokerijuurikas, rypsi, soija.
Koska näiden kasvien viljely vahingoittaa ilmastoa ja niiden poistaminen markkinoilta vaikuttaa tuotteiden hinnoitteluun, tutkijat yrittävät korvata ne muun tyyppisellä biomassalla.
Toinen sukupolvi. Biomassaryhmään kuuluvat puu, ruoho, maatalousjätteet (kuori, kuori). Biopolttoaineiden hankkiminen tällaisista raaka-aineista on kallista, mutta se mahdollistaa muiden kuin ruokajäämien kierrätyksen ratkaisemisen palavien materiaalien samanaikaisen tuotannon avulla.
Tähän lajikkeeseen kuuluvien viljelmien piirre on ligniinin ja selluloosan läsnäolo niissä. Niiden ansiosta biomassa voidaan polttaa ja kaasuttaa sekä altistaa pyrolyysille vastaanottaen nestemäistä polttoainetta.
Toisen sukupolven biomassan pääasiallisena haittana pidetään riittämätöntä tuottoa pinta-alayksikköä kohden, minkä vuoksi tällaisille kasveille on osoitettava huomattavat maavarat.
Kolmas sukupolvi. Biopolttoaineiden tuotannon raaka-aineet ovat levät, joita kasvatetaan teollisessa mittakaavassa, esimerkiksi avoimilla vesillä.
Tällä käytännöllä on hyvät näkymät, mutta tällä hetkellä tällaista tekniikkaa vain kehitetään. Tutkijat tekevät myös tutkimusta luodakseen tekniikoita neljännen ja jopa viidennen sukupolven biopolttoaineiden tuottamiseksi.
Kolme biopolttoainelajiketta
Aineen aggregoitumisen tilasta riippuen biopolttoaineita on kolme päätyyppiä:
- yritys: polttopuut, turve, eläinjätteet ja maataloustuotanto.
- neste: biodieseli, dimetyylieetteri, bioetanoli, biobutanoli.
- kaasumainen: biokaasu, metaani, biovety.
Jokaisella ainetyypillä on omat erityispiirteensä, joista keskustellaan jäljempänä.
Tyyppi # 1: Kiinteä
Biopolttoaineiden suosituimpia kiinteitä lajikkeita ovat puu, turve, eläinjätteet.
Puu (polttopuut, hake, sahanpuru)
Muinainen biopolttoaine on polttopuut, jotka ovat kaikkien tunnettuja ja joita on jo pitkään käytetty kodien lämmitykseen ja ruoanlaittoon. Tähän saakka niitä käytetään aktiivisesti eri maissa lämmön / sähkön tuottamiseen, etenkin suuri Itävallan lämpövoimala, jonka kapasiteetti on 66 megawattia, toimii puulla.
Samanaikaisesti tällaisilla raaka-aineilla on haittoja. Polttopuun energia-arvo on suhteellisen pieni: palaessaan osa aineesta laskeutuu noen muodossa, minkä vuoksi takat ja uunit on puhdistettava säännöllisesti. Lisäksi puutavarakannan täydentämiseen tarvitaan tietty aika - uudet puut kasvavat vasta 15-20 vuoden kuluttua.
Erinomainen vaihtoehto tavalliselle puulle on pelletit (pelletit), joiden tuotannossa käytetään huonompaa puuta: kuorta, hakkuita, puristettu sahanpuru, nauraa.
Polttoainepellettien tuottamiseksi raaka-aineet murskataan pölyksi, joka sitten kuivataan ja puristetaan korkeassa lämpötilassa. Puussa olevan ligniinin takia muodostuu liimamassa, josta muodostetaan pienet 5–70 mm pitkät ja halkaisijaltaan 6–10 mm sylinterit.
Voit määrittää pellettituotannon itse tekemällä brikettipuristin.
Yksi suosituimmista biopolttoainetyypeistä on puuhake, joka toimii usein energianlähteenä Euroopan lämpövoimalaitoksissa. Tämän raaka-aineen tuotanto tapahtuu hakkuilla tai murskauskoneilla varustetuilla erityisillä tuotantolinjoilla.
Soiden ja metsäpolttoaineiden turve
Tämä on yleinen tyyppi biopolttoaineita, joita on käytetty kotitalous- ja teollisuuskäyttöön vuosisatojen ajan. Turve on kerros sammalta, joka ei hajoa kokonaan suolla, jota louhitaan monissa maailman maissa: Venäjällä, Valkovenäjällä, Kanadassa, Ruotsissa, Indonesiassa ja muissa.
Tuotantoprosessin helpottamiseksi biomassa jalostetaan yleensä tuotantopaikassa. Prosessi koostuu raaka-aineiden puhdistamisesta (seulomisesta) vieraista sulkemisista, minkä jälkeen kuivataan ja muovataan briketin tai rakeen muodossa.
Polttoaine maatalouden jätteistä
Maatalouden tuotannossa yleensä kertyy suuri määrä erilaisia kasvijätteitä: kasvien ulkokuoret, pähkinänkuoret, oljet.
Tällaisia raaka-aineita voidaan myös puristaa ja rakeistaa polttoainepellettien saamiseksi, joiden ominaisuudet ovat käytännöllisesti katsoen samat kuin puubiomassasta valmistetut pelletit.
Eläinten biopolttoaine
Muinaisten aikojen polttopuun ohella ihmiset alkoivat käyttää eläinperäistä polttoainetta, nimittäin kotieläinten lannoitettua kuivalantaa. Nykyaikaiset tekniikat tällaisten raaka-aineiden kuivaamiseksi ja käsittelemiseksi mahdollistavat sellaisten biopolttoaineiden kiinteiden lajikkeiden saamisen, joissa ei ole epämiellyttäviä hajuja.
Koska karjajätettä kerätään tällä hetkellä teollisessa mittakaavassa, polttoaineen valmistus niistä ratkaisee samanaikaisesti hävittämisen kysymyksen.
Tyyppi 2: Nestemäinen
Nestemäisiä biopolttoaineita, jotka ovat turvallisia ja ympäristöystävällisiä, käytetään enimmäkseen bensiinin ja muiden vastaavien tuotteiden korvikkeena. Yleisimpiä vaihtoehtoja ovat bioetanoli, biometanoli, biobutanoli, biodieseli, dimetyylieetteri.
Rajaa bioetanolia
Tämä on yleinen nestemäinen biopolttoaine, jota käytetään autojen polttoon.Vaikka puhdasta ainetta ei käytetä polttoaineena, sen lisääminen bensiiniin parantaa moottorin toimintaa, lisää moottorin tehoa, ohjaa moottorin lämmitystä ja vähentää pakokaasupäästöjä.
Bioetanolia arvostivat myös takkatuulettimet. Tällä aineella on hyvä lämmönpoisto, ja lisäksi se ei tuota nokea tai savua poltettaessa, ja vapautuvan hiilidioksidin määrä on minimoitu.
Näiden ominaisuuksien ansiosta polttoainetta voidaan käyttää jopa tulisijan polttamiseen kerrostaloissa. Lue lisää takkajen biopolttoaineista tämä artikkeli.
Bioetanoli tuotetaan ensimmäisen sukupolven raaka-aineista, jotka sisältävät tärkkelystä tai sokeria. Vilja, maissi, sokeriruoko, juurikkaat jalostetaan käyttämällä alkoholikäymistekniikkaa.
Biobutanoli autojen tankkaamiseen
Biobutanoli on butanolin biologisesti saatu analogi. Väritöntä nestettä, jolla on ominainen haju, käytetään laajasti kemiallisena raaka-aineena teollisuudessa, ja sitä voidaan käyttää myös kuljetuspolttoaineena.
Butanolin energiaintensiteetti on lähellä bensiiniä, mikä mahdollistaa sen korvaamisen osittain polttokennoissa. Toisin kuin bioetanolia, biobutanolia voidaan käyttää itsenäisesti lisäämättä perinteisiä polttoaineita.
Tämän bioaineen tuotannossa käytetään raaka-aineina monimuotoisimpia kasveja: punajuuria, kassavaa, vehnää, maissia.
Dimetyylieetteri (C2H6O)
Se on myös ympäristöystävällinen polttoaine. Palaaessaan pakokaasuissa ei ole rikkiyhdisteitä, ja typpiyhdisteiden pitoisuus on 90% pienempi kuin silloin, kun bensiiniä poltetaan.
Dimetyylieetteriä voidaan käyttää ilman erityisiä suodattimia, mutta auton suunnitteluun on tehtävä perinpohjaisia muutoksia (sähköjärjestelmä, moottorin sytytys).
Ilman muutoksia voit käyttää yhdistettyä polttoainetta, joka sisältää 30% dimetyylieetteriä, koneissa, jotka on varustettu nestekaasumoottoreilla.
Nestemäisiä polttoaineita voidaan tuottaa erilaisista raaka-aineista: maakaasusta, kivihiilipölystä, biomassasta ja pääasiassa sellun ja paperin tuotannon jäännöksistä, jotka muuttuvat nesteeksi matalassa paineessa.
Yksisoluisten levien biometanoli
Tällainen aine on tavallisen metanolin analogi, jota käytetään laajalti useiden kemiallisten yhdisteiden (etikkahappo, formaldehydi) valmistukseen, ja sitä käytetään myös jäätymisenestoaineena ja liuottimena.
Ensimmäistä kertaa kysymys tämän tyyppisen biopolttoaineen tuotannosta nostettiin esiin 1980-luvulla, kun ryhmä tutkijoita ehdotti nestemäisen aineen saamista meren kasviplanktonin biokemiallisella muuntamisella, jonka viljely tapahtuu erityisissä säiliöissä.
Biometanolilla on useita potentiaalisia etuja:
- korkea energiatehokkuus - 14 metaanin vastaanottamisen jälkeen; 7 metanolin tuotannossa;
- erinomainen kasviplanktonin tuottavuus - enintään 100 tonnia hehtaaria kohti vuodessa
- tarpeettomat yksisoluiset organismitjoiden viljelyyn makeaa vettä ei tarvita, hedelmällinen maaperä;
- maatalousvarojen säilyttäminenkoska kasviplanktonia kasvatetaan lampissa tai meriloissa.
Vaikka biometanolin teollista valmistusta ei ole vielä perustettu, tämän tyyppisen vaihtoehtoisen polttoaineen tuotannon kehittämistä varten jatketaan jatkuvaa tutkimusta ja teknologian kehittämistä.
Biodieseli vaihtoehtona polttoaineelle
Tämä on nestemäinen moottoripolttoaine, joka koostuu rasvahappoestereiden seoksesta.Aine on turvallinen ihmisille ja eläimille, hajoaa melkein kokonaan maassa 28 päivässä, ja sillä on myös suhteellisen korkea (<100) syttymislämpötila.
Biodieseli vähentää haitallisten kaasujen päästöjä ja pidentää myös moottorin käyttöikää, koska se sisältää voitelukomponentteja.
Polttoainetta käytetään autojen moottorien tankkaamiseen sekä itsenäisesti että yhdessä tavanomaisen polttoaineen kanssa. Ainoastaan lyhyt biologisen aineen varastointiaika olisi otettava huomioon: kolmen kuukauden kuluttua biologisen aineen hajoaminen alkaa ominaisuuksien täydellisellä menettämisellä.
Biodieselille EU: ssa on hyväksytty erityinen standardi EN14214. Joissakin maissa myös EN590-standardi on voimassa, mikä sallii 5-prosenttisen biodieselin lisäämisen muihin polttoaineisiin.
Tyyppi # 3: Kaasumainen
Kaasumaisen biopolttoaineen tärkeimpiä lajikkeita ovat biokaasu ja biovety.
Biokaasu maakaasun korvikkeena
Biokaasu on melkein täydellinen maakaasun analogi: se sisältää 13-50% CO2, 49 - 87% metaania, samoin kuin epäpuhtaudet H2 ja H2S. Jos tämä aine puhdistetaan hiilidioksidista, saat biometaania.
Kaasumaiset biopolttoaineet valmistetaan biomassasta fermentoimalla vetyä tai metaania. Jälkimmäistä aiheuttavat kolmen tyyppiset mikro-organismit: ensinnäkin raaka-aine altistetaan hydrolyyttisille bakteereille, jotka korvataan sitten happoa muodostavilla ja metaania muodostavilla mikrobilla.
Raaka-aineina voidaan käyttää erilaisia materiaaleja: säilörehu, lanta, levät, jätevedet, roskat, fekaalijäämät, talousjätteet. Lähtöaine saatetaan homogeeniseen tilaan, jonka jälkeen se asetetaan reaktoriin kuormaajaa käyttämällä.
Se ylläpitää mukavaa lämpötilaa + 35-38 ° C, mikä on välttämätöntä metaanikäymisprosessin toteuttamiseksi.
Raaka-aineita sekoitetaan jatkuvasti samalla kun tuloksena oleva kaasumainen tuote johdetaan kaasun pidikkeeseen (varastointiyksikköön), josta se tulee sähkögeneraattoriin.
Lue lisää artikkeleista biokaasun tuotannosta lannasta ja biokaasulaitoksen järjestelyistä:
- Kuinka tehdä biopolttoaine omilla käsilläsi lannasta kotona
- Tee itse-biokaasulaitos omakotitalolle: suosituksia laitteelle ja esimerkki kodinsisustamisesta
Kemiallinen biovety
Tyyppinen kaasumainen biopolttoaine, joka on tavallisen vedyn analogi, saadaan biomassasta käyttämällä biokemiallisia tai lämpökemiallisia menetelmiä.
Lämpökemiallisessa menetelmässä valmistetut raaka-aineet (esimerkiksi puujätteet) kuumennetaan lämpötilaan 500-800 ° C ilman happea, kun taas kaasut H2, CO, CH4.
Biokemiallisessa menetelmässä raaka-aine pidetään mukavissa olosuhteissa normaalissa paineessa ja lämpötilassa noin 30 ° C.
Enterobakterikelloja, Rodobacter speriodes erityisiä mikro-organismeja johdetaan biomassaan, joka hajottaa lähtötuotteen vapauttaen vetyä. Entsyymien annetaan nopeuttaa tuotantoa polysakkaridien avulla.
Päätelmät ja hyödyllinen video aiheesta
Alla olevassa videossa voit nähdä suositun biopolttoaineen - puubriketin - valmistusprosessin:
Biopolttoaineiden tyypit eroavat paitsi aggregoitumisen tilassa myös ominaisuuksista. Tällaista materiaalia valittaessa on otettava huomioon niiden suunniteltu käyttö, tehokkuus, toiminnalliset ominaisuudet ja kustannukset.
Onko sinulla kokemusta vaihtoehtoisten polttoaineiden käytöstä? Tai haluatko kysyä biopolttoaineista? Kommentoi julkaisua ja osallistu keskusteluihin.Palautelohko sijaitsee alla.
Pidän siitä biopolttoaineesta, jossa käsitellään puunjalostusteollisuuden ja muun teollisuuden jätettä - sahanpuru siellä, huonompaa puuta. Tämä on hyvä tapa säästää planeetan resursseja. Levä on myös vaihtoehto, he eivät erityisesti tarvitse mitään, mutta kasvavat nopeasti.
Pellon viljely vaikuttaa kuitenkin ympäristöystävälliseltä - se vie paljon makeaa vettä ja hyödyllistä tuotetta on vähän.
En voi ymmärtää: miksi Venäjällä bioetanolia ei edelleenkään tuoda laajaan myyntiin, tämä on puhtaasti ekologinen polttoaine, ja siitä voi löytää raaka-aineita ilman suuria vaikeuksia. Puubriketit ovat myös hyvä vaihtoehto. Kuka voi selvästi vastata: duuma ei tarkoituksellisesti jätä väliin ekologista polttoainetta koskevaa lakia tai Gazprom-asiantuntijoiden aulassa on kyse, epäilen ...
Hei Tuotamme aaltosulkeita suurina määrinä, jotka sanoivat ei. Mittakaavan suhteen bioenergian kasvunopeus kasvaa ja suunnittelee volyymikasvua, varsinkin kun se on uusiutuva luonnonvara, mutta valitettavasti älä odota sen olevan kenellekään hyödyllistä, todennäköisesti tällaisen polttoaineen hinta tulee olemaan useita kertoja korkeampi, kun otetaan huomioon sen välittömän käytön ominaisuudet.
Sillä välin he yrittävät korkeintaan toteuttaa tämän erillisessä maatalouden muodossa. Yhden bioenergialaitosten valmistajan tilastojen mukaan kuitenkin 10 tuhat maatilaa kiinnosti tuotetta, vain 3 maatilaa käyttää sitä. Miksi, koska laitteiden taloudellinen takaisinmaksu ei ole perusteltua.
Gazpromin aulassa, todennäköisesti, ei ole mitään tekemistä sen kanssa. Mitkä maat kehittävät tätä bioetanolia? 90% maailman tuotannosta on Brasiliaa ja niiden sokeriruokaa ja Yhdysvallat maissia. Mitä teemme siitä?
Alex, meillä on valtava puunkorjuuta. Jopa se, että jätteet eivät lahoa metsässä, tontteilla, ja siitä on hyötyä. Ja puu jalostetaan alkoholiksi ja biokaasuksi huonommin kuin maissi.