Vrste biogoriva: usporedba karakteristika krutih, tekućih i plinovitih goriva

Alternativa tradicionalnim energetskim izvorima su razne vrste biogoriva, za proizvodnju kojih se koriste biljne ili životinjske sirovine, industrijski otpad i rezultati vitalne aktivnosti organizama.

Nudimo vam da razumijete prednosti i nedostatke korištenja takvog goriva, saznate značajke proizvodnje, funkcionalne karakteristike, kao i procijenite učinkovitost korištenja različitih vrsta biogoriva. Navedene informacije pomoći će vam u odabiru alternativnih izvora energije.

Što je biogorivo

Najperspektivnije područje u energetskom sektoru je tehnologija koja uključuje upotrebu obnovljivih izvora, uključujući biogoriva.

Najčešća vrsta biogoriva su konvencionalna drva za ogrjev. 38% svjetskog stanovništva koristi ih za grijanje i kuhanje

Kao sirovine za njegovu proizvodnju može se uzeti biomasa biljnog / životinjskog podrijetla, uključujući industrijski i životinjski otpad.

Prerada takvih tvari provodi se termokemijskom ili biološkom metodom, u potonjem slučaju gorivo se dobiva pomoću različitih vrsta mikroorganizama.

Udio upotrebe bioloških goriva konstantno raste, što doprinosi očuvanju fosilnih resursa ugljikovodika (+)

Mnoge zemlje imaju posebne programe za širenje udjela biogoriva u nacionalnoj i regionalnoj potrošnji energije. Određene države također imaju obvezne standarde za korištenje ovog energenta.

Prednosti i nedostaci biogoriva

Biološke vrste goriva imaju svoje pozitivne i negativne strane. Interes za upotrebu ove vrste sirovina uzrokuju njene nedvojbene prednosti.

To uključuje:

• Proračunski trošak, Iako se u ovom trenutku cijene biogoriva gotovo podudaraju s troškovima benzina, biološke tvari smatraju se isplativijom vrstom goriva, jer one stvaraju manje emisija tijekom izgaranja. Biogorivo je pogodno za uporabu u različitim uvjetima, dok se može prilagoditi motorima različitog dizajna. Još jedan plus je optimizacija motora, koji duže ostaje čist zbog male količine čađe i ispušnih plinova.
• pokretljivost, Biogorivo se od svoje mogućnosti alternativnih izvora energije razlikuje u svojoj pokretljivosti. Solarne i vjetroelektrane obično uključuju teške baterije, zbog čega se najčešće koriste nepomično, dok se biogorivo može prevoziti iz jedne regije u drugu bez mnogo gnjavaže.
• Obnovljivi izvor energije, Iako će, prema istraživačima, postojati nalazišta sirove nafte trajati najmanje nekoliko stotina godina, rezerve fosilnih folija i dalje su ograničene. Biogoriva proizvedena iz biljnog i životinjskog otpada spadaju u obnovljive resurse kojima u doglednoj budućnosti ne prijeti izumiranje.
• Zaštita zemljine atmosfere, Glavni nedostatak tradicionalnih ugljikovodika je veliki postotak CO₂koja se oslobađa izgaranjem. Taj plin stvara efekt staklenika u atmosferi našeg planeta, stvarajući uvjete za globalno zagrijavanje. Pri spaljivanju bioloških tvari količina ugljičnog dioksida smanjuje se na 65%. Uz to, usjevi koji se koriste u proizvodnji biogoriva troše ugljični monoksid, smanjujući svoj udio u zraku.
• Ekonomska sigurnost, Rezerve ugljikovodika raspoređene su neravnomjerno, tako da su neke države prisiljene na kupnju nafte ili prirodnog plina, trošeći velike iznose na nabavu, transport i skladištenje. U gotovo bilo kojoj zemlji mogu se dobiti razne vrste biološkog goriva. Budući da će za njegovu proizvodnju i preradu biti potrebno stvoriti nova poduzeća, a samim tim i radna mjesta, to će koristiti nacionalnoj ekonomiji i pozitivno utjecati na dobrobit ljudi.

Poboljšanje tehnologije i razvoj novih metoda mogu poboljšati pozitivan učinak biogoriva. Dakle, razvoj tehnologija pomoću planktona i algi značajno će smanjiti njegovu cijenu.

Istovremeno, u sadašnjoj fazi razvoja znanosti i tehnologije, proizvodnja biogoriva povezana je s nizom poteškoća i neugodnosti. Prije svega, to su prirodna ograničenja u uzgoju biljaka.

Za rast usjeva koji se koriste za proizvodnju biomase potrebno je uzeti u obzir brojne čimbenike, i to:

• Upotreba vode, Poljoprivredne biljke troše puno vode, što je ograničen resurs, posebno na sušnim mjestima.
• invazivnosti, Usjevi za gorivo često su agresivni. Oni utapaju autentičnu floru koja bi mogla štetiti biološkoj raznolikosti i ekosustavu regije.
• gnojiva, Mnoge biljke zahtijevaju dodavanje hranjivih tvari koje mogu naštetiti drugim usjevima ili općem ekosustavu.
• Klima. Određene klimatske zone (na primjer, pustinja ili tundra) nisu pogodne za uzgoj kultura za biogoriva.

Aktivno uzgoj poljoprivrednih biljaka također je povezan s iscrpljivanjem poljoprivrednih resursa.Nepoštivanje pravila poljoprivredne tehnologije može dovesti do smanjenja sadržaja korisnih sastojaka tla i, kao rezultat, do njihovog iscrpljivanja, što će pogoršati problem s hranom.

Dolazi do poremećaja ekosustava. Za proizvodnju biomase obično je potrebno širenje područja koja su uključena u poljoprivredu.

Često se u tu svrhu provodi čišćenje teritorija, što dovodi do uništenja mikroekosustava (na primjer, šuma), smrti biljaka i životinja.

Za proizvodnju biogoriva već se uzgaja velika količina usjeva. Više od 50% uljane repice proizvedene u Europi, više od trećine američkog zrna i gotovo polovica šećerne trske koja se uzgaja u Brazilu koristi se za biomasu

Postoje problemi s rastućim monokulturama. Da bi proizveli veći usjev na biomasu, proizvođači često zasijaju zemlju određenom biljkom. Ovakva praksa ne odražava se dobro na stanju poljoprivrednog zemljišta, jer monokultura dovodi do promjena u okolišu.

Na poljima koja zauzima jedna vrsta biljaka posebne su vrste štetočina obično parazitske. Pokušaj borbe protiv njih insekticidima i pesticidima samo dovodi do razvoja otpornosti na ove lijekove.

Kako bi izbjegli gore opisane probleme, znanstvenici savjetuju da ne zanemarite biološku raznolikost usjeva, kombinirajući nekoliko biljaka u poljima, a također koristite lokalne sorte flore.

Generacije alternativnih goriva

Širok raspon biljnih materijala koji se koriste za biomasu obično se dijeli na nekoliko generacija.

Prva generacija, U ovu kategoriju spadaju usjevi koji sadrže visok postotak škroba, šećera, masti. To su tako popularne biljke kao što su kukuruz, šećerna repa, kanola, soja.

Budući da uzgoj tih usjeva šteti klimi, a njihovo uklanjanje s tržišta utječe na cijene proizvoda, znanstvenici ih pokušavaju zamijeniti drugim vrstama biomase.

Gotovo sve vrste modernih tekućih goriva (biodizel, etanol) trenutno se proizvode iz poljoprivrednih biljaka iz prve generacije sirovina.

Druga generacija, Skupina biomase uključuje drvo, travu, poljoprivredni otpad (školjka, ljuska). Dobivanje biogoriva iz takvih sirovina je skupo, no omogućuje rješavanje pitanja recikliranja nehrambenih ostataka uz istodobnu proizvodnju gorljivih materijala.

Značajka kultura uključenih u ovu sortu je prisutnost lignina i celuloze u njima. Zahvaljujući njima, biomasa se može spaljivati ​​i gasificirati, kao i podvrgnuti pirolizi, primajući tekuće gorivo.

Glavni nedostatak druge generacije biomase smatra se nedovoljnim povratima po jedinici površine, zbog čega se za takve usjeve moraju izdvojiti značajni zemljišni resursi.

Treća generacija, Sirovina za proizvodnju biogoriva su alge koje se uzgajaju u industrijskim razmjerima, na primjer, u otvorenim vodama.

Najperspektivnija opcija su biogoriva dobivena iz jednoćelijskih algi. Takve biljke brzo dobivaju masu, dok plodna zemlja nije potrebna za njihovo uzgoj.

Ova praksa ima velike izglede, međutim, trenutno se takve tehnologije tek razvijaju. Znanstvenici također provode istraživanja kako bi stvorili tehnike za proizvodnju biogoriva četvrte i čak pete generacije.

Tri vrste biogoriva

Ovisno o stanju agregacije tvari, postoje tri glavne vrste biogoriva:

1. tvrtka: ogrjev, treset, životinjski otpad i poljoprivredna proizvodnja.
2. tekući: biodizel, dimetil eter, bioetanol, biobutanol.
3. plinovit: bioplin, metan, biohidrogen.

Svaka vrsta tvari ima svoje specifičnosti, o kojima će biti govora u nastavku.

Tip # 1: Čvrsta vrsta

Među najpopularnijim čvrstim sortama biogoriva spadaju drvo, treset, životinjski otpad.

Drvo (drva za ogrjev, piljevina, piljevina)

Drevna vrsta biogoriva je drva za ogrjev koje su dobro poznate svima i dugo se koriste za grijanje domova i kuhanje. Do sada se aktivno koriste u različitim zemljama za proizvodnju toplinske i električne energije, posebno velika austrijska termoelektrana, kapaciteta 66 megavata, djeluje na drva.

Istodobno, takve sirovine imaju nedostatke. Energetska vrijednost drva za ogrjev je relativno mala: kada se izgori, dio tvari taloži se u obliku čađe, zbog čega se kamini i peći moraju redovito čistiti. Pored toga, potrebno je određeno vrijeme za nadopunu drvnih zaliha - nova će stabla izrasti tek nakon 15-20 godina.

Izvrsna alternativa običnom drvu su pelete (pelete), za izradu kojih se koristi podstandardno drvo: kora, drvena sječka, prešana piljevina, hrpe.

Pelete dobivene od drveta, treseta i raznih otpadnih proizvoda imaju različitu boju. Lagani se koriste za loženje kamina i peći, dok su tamni s visokim sadržajem kore dizajnirani za kotlove na kruta goriva

Za proizvodnju peleta goriva, sirovine se drobe u prašinu, koja se zatim suši i preša na visokoj temperaturi. Zbog lignina koji se nalazi u drvu nastaje ljepljiva masa iz koje se formiraju mali cilindri duljine 5-70 mm i promjera 6-10 mm.

Moderna alternativa tradicionalnom drvu su briketi goriva četvero-, šesto- ili osmerokutnih oblika. Ovaj ekološki prihvatljiv materijal ima veliku količinu topline.

Proizvodnju peleta možete sami postaviti izradom briketna preša.

Među popularnim vrstama biogoriva spada i drvena sječka, koja često služi kao izvor energije u europskim termoelektranama. Proizvodnja ove sirovine vrši se na sječi drva ili na posebnim proizvodnim linijama opremljenim strojevima za drobljenje.

Močvarski i šumski treset

Ovo je uobičajena vrsta biogoriva koja se stoljećima koristi u domaće i industrijske svrhe. Treset je sloj mahovine koji nije u potpunosti razgrađen u močvari, koji se minira u mnogim zemljama svijeta: Rusiji, Bjelorusiji, Kanadi, Švedskoj, Indoneziji i drugima.

Treset koji sadrži 50-60% ugljika smatra se popularnim materijalom koji prenosi plinove. Ova vrijedna sirovina može se koristiti ne samo kao gorivo, već i kao gnojivo ili toplinski izolator.

Radi praktičnosti proizvodnog procesa, biomasa se obično obrađuje na mjestu proizvodnje. Postupak se sastoji od čišćenja (prosijavanja) sirovina iz vanjskih zastoja, nakon čega slijedi sušenje i lijevanje u obliku briketa ili granula.

Gorivo iz poljoprivrednog otpada

U poljoprivrednoj proizvodnji u pravilu se nakuplja veliki broj različitog biljnog otpada: vanjske ljuske biljaka, orašasti plodovi, slama.

Takve sirovine mogu se prešavati i granulirati kako bi se dobile pelete za gorivo, čije su karakteristike praktički jednake peletima izrađenim od drvne biomase.

Životinjsko biogorivo

Uz drvo za ogrjev u stara vremena, ljudi su počeli koristiti gorivo životinjskog podrijetla, naime gnojenje sušeno gnojem domaćih životinja. Suvremene tehnologije sušenja i prerade takvih sirovina omogućuju dobivanje čvrstih vrsta biogoriva u potpunosti bez neugodnih mirisa.

Dugo su nomadski narodi koristili osušeno stajsko gnoje konja, deva i goveda kao gorivo. Trenutno se biogorivo u obliku briketa ili peleta proizvodi od otpadnih proizvoda domaćih životinja.

Budući da se stočni otpad trenutno akumulira u industrijskim razmjerima, proizvodnja goriva iz njih istodobno rješava pitanje njihovog zbrinjavanja.

Tip # 2: Tečnost

Tečna biogoriva, koja su sigurna i ekološka, ​​uglavnom se koriste kao zamjena za benzin i druge slične proizvode. Među najčešćim opcijama su bioetanol, biometanol, biobutanol, biodizel, dimetil eter.

Bioetanol usjeva

Ovo je uobičajeno tekuće biogorivo koje se koristi za gorivo automobila.Iako se čista tvar ne koristi kao gorivo, njezin dodatak benzinu poboljšava rad motora, povećava snagu, kontrolira zagrijavanje motora i smanjuje emisiju izduvnih plinova.

Mnoge benzinske postaje u Europi, Aziji, Sjevernoj i Južnoj Americi nude ne samo tradicionalno gorivo, već i razne vrste biogoriva, posebno smjese koje sadrže bioetanol

Bioetanol su cijenili i ljubitelji kamina. Ova tvar ima dobru raspodjelu topline; štoviše, ona ne stvara čađu ili dim pri izgaranju, a količina ugljičnog dioksida koja se emitira minimizira.

Zahvaljujući tim značajkama, gorivo se čak može koristiti i za paljenje ognjišta u stambenim zgradama. Pročitajte više o biogorivima za kamine u ovaj članak.

Bioetanol se proizvodi iz sirovina prve generacije koje sadrže škrob ili šećer. Žitarice, kukuruz, šećerna trska, repa se obrađuju tehnologijom alkoholnog vrenja.

Biobutanol za punjenje automobila

Biobutanol je biološki dobiven analog butanola. Bezbojna tekućina karakterističnog mirisa široko se koristi kao kemijska sirovina u industriji, a može se koristiti i kao transportno gorivo.

Energetski intenzitet butanola je blizu benzina, što vam omogućuje djelomičnu zamjenu potonjeg u gorivnim ćelijama. Za razliku od bioetanola, biobutanol se može koristiti neovisno, bez dodavanja tradicionalnih vrsta goriva.

Najraznolikije biljke služe kao sirovina za proizvodnju ove bio-tvari: repa, kasava, pšenica, kukuruz.

Dimetil eter (C₂H₆O)

To je i ekološki prihvatljivo gorivo. Pri izgaranju ne postoje sumporni spojevi u ispušnim plinovima, a sadržaj dušičnih spojeva je 90% niži nego kada gori benzin.

Dimetil eter može se koristiti bez posebnih filtera, ali kardinalne promjene moraju biti u dizajnu automobila (elektroenergetski sustav, paljenje motora).

Dimetil eter smatra se obećavajućom opcijom za automobilsko gorivo. Strojeve s motorima dizajniranim za ovo gorivo razvile su tako velike tvrtke kao što su Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan

Bez ikakvih preinaka možete koristiti kombinirano gorivo koje sadrži 30% dimetil etera u strojevima koji su opremljeni UNP motorima.

Tekuća goriva mogu se proizvesti iz raznih sirovina: prirodnog plina, ugljene prašine, biomase, te prvenstveno iz ostataka proizvodnje celuloze i papira koji se pri niskom tlaku pretvaraju u tekućinu.

Jednoćelijski alge biometanol

Slična je tvar analog uobičajenog metanola koji se široko koristi za proizvodnju niza kemijskih spojeva (octena kiselina, formaldehid), a koristi se i kao antifriz i otapalo.

Prvi put se pitanje proizvodnje ove vrste biogoriva postavilo u 1980-ima, kada je skupina znanstvenika predložila da se dobije tekuća tvar biokemijskom transformacijom morskog fitoplanktona, čija će se uzgoja provoditi u posebnim rezervoarima.

Biometanol ima nekoliko potencijalnih prednosti:

• visoka energetska učinkovitost - 14 nakon primitka metana, 7 nakon proizvodnje metanola;
• izvrsna produktivnost fitoplanktona - do 100 tona po hektaru godišnje;
• nezahtjevni jednoćelijski organizmiza uzgoj kojih svježa voda nije potrebna, plodno tlo;
• očuvanje poljoprivrednih resursajer se fitoplankton uzgaja u ribnjacima ili morskim uvalama.

Iako industrijska proizvodnja biometanola još nije uspostavljena, uporno se istražuju i razvijaju tehnologije za razvoj proizvodnje ove vrste alternativnog goriva.

Biodizel kao alternativa transportnom gorivu

Ovo je tekuće motorno biogorivo koje se sastoji od mješavine estera masnih kiselina.Tvar je sigurna za ljude i životinje, gotovo se potpuno raspada u zemlji za 28 dana, a ima i relativno visoku (<100) temperaturu zapaljenja.

Biodizel smanjuje postotak emisije štetnih plinova, a također produljuje vijek trajanja motora, jer uključuje komponente za podmazivanje.

Gorivo se koristi za punjenje auto motora neovisno i u kombinaciji s uobičajenim gorivom. Treba uzeti u obzir samo kratak rok trajanja biološke tvari: nakon tri mjeseca propadanje biološke tvari započinje potpunim gubitkom svojstava.

Za biodizel u EU prihvaćen je poseban standard EN14214. U nekim zemljama vrijedi i EN590 standard koji dopušta dodavanje 5% biodizela drugim gorivima.

Tip # 3: plinoviti

Glavne sorte plinovitog biogoriva uključuju bioplin i biohidrogen.

Bioplin kao zamjena za prirodni plin

Bioplin je gotovo cjelovit analog prirodnog plina: sadrži 13-50% CO_2, 49-87% metana, kao i nečistoće H₂ i H₂S. Ako se ta tvar očisti od ugljičnog dioksida, možete dobiti biometan.

Gasovita biogoriva proizvode se iz biomase fermentacijom vodika ili metana. Potonji uzrokuju tri vrste mikroorganizama: prvo, sirovina je izložena hidroliznim bakterijama, a zatim ih zamjenjuju mikrobi koji stvaraju kiselinu i metan.

Proizvodnja bioplina može se provesti na industrijskim i obrtničkim uređajima. Najčešća metoda proizvodnje je aerobna probava u spremnicima metana.

Kao sirovine mogu se koristiti razni materijali: silaža, stajski gnoj, alge, otpadne vode, otpad, fekalni ostaci, kućni otpad. Polazni materijal dovodi se u homogeno stanje, nakon čega se stavlja u reaktor pomoću utovarivača.

Održava ugodnu temperaturu od + 35-38 ° C, što je neophodno za provođenje postupka fermentacije metana.

Sirovine se neprestano miješaju, dok se dobiveni plinoviti proizvod izbacuje u držač plina (skladišni uređaj), odakle ulazi u električni generator.

Pročitajte više o proizvodnji bioplina iz stajskog gnojiva i uređenju postrojenja za bioplin u člancima:

1. Kako napraviti biogorivo vlastitim rukama od gnoja kod kuće
2. Napravite sebi bioplinsko postrojenje za privatnu kuću: preporuke za uređaj i primjer poboljšanja kuće

Kemijski biohidrogen

Vrsta plinovitog biogoriva, analog analognog uobičajenom vodiku, dobiva se iz biomase pomoću biokemijskih ili termokemijskih metoda.

U termokemijskoj metodi, pripremljene sirovine (na primjer, drvni otpad) zagrijavaju se na temperaturu od 500-800 ° C bez kisika, dok plinovi H₂, CO, CH₄.

Obećavajuća metoda za proizvodnju biohidrogena je bioftoliza. U ovom slučaju, plin se proizvodi pomoću algi, koje se stavljaju u morsku vodu, kanalizaciju

U biokemijskoj metodi sirovina se održava u ugodnim uvjetima pri normalnom tlaku i temperaturi od oko 30 ° C.

Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes posebni mikroorganizmi se uvode u biomasu, koji razgrađuju početni proizvod, oslobađajući vodik. Enzimima je dopušteno da ubrzaju proizvodnju koristeći polisaharide.

Zaključci i korisni video na temu

U videozapisu u nastavku možete vidjeti postupak proizvodnje popularne vrste biogoriva - drvenih briketa:

Vrste biogoriva razlikuju se ne samo u stanju agregacije, već i u karakteristikama. Prilikom odabira takvog materijala potrebno je uzeti u obzir njihovu planiranu uporabu, učinkovitost, funkcionalna svojstva i troškove.

Imate iskustva s alternativnim gorivima? Ili želite postaviti pitanja o biogorivima? Molimo komentirajte objavu i sudjelujte u raspravama.Blok za povratne informacije nalazi se ispod.