Bioüzemanyagok típusai: a szilárd, folyékony és gáznemű üzemanyagok jellemzőinek összehasonlítása

A hagyományos energiaforrások alternatívája a bioüzemanyagok különféle típusai, amelyek előállításához növényi vagy állati alapanyagokat, ipari hulladékokat és az organizmusok létfontosságú tevékenységének eredményeit használják fel.

Kínáljuk megérteni az ilyen üzemanyagok előnyeit és hátrányait, megismerni a gyártás jellemzőit, a funkcionális tulajdonságokat, valamint felmérni a különféle bioüzemanyagok felhasználásának hatékonyságát. A rendelkezésre álló információk segítenek Önnek navigálni az alternatív energiaforrások kiválasztásában.

Mi a bioüzemanyag?

Az energiaszektor legígéretesebb területe a technológia, amely magában foglalja a megújuló források felhasználását, ideértve a bioüzemanyagokat is.

A bioüzemanyag leggyakoribb típusa a hagyományos tűzifa. A világ lakosságának 38% -a fűtéshez és főzéshez használja őket

A termelés alapanyagaként növényi / állati eredetű biomassza vehető igénybe, ideértve az ipari vagy állati hulladékokat is.

Az ilyen anyagok feldolgozását hőkémiai vagy biológiai módszerrel hajtják végre, utóbbi esetben az üzemanyagot különféle típusú mikroorganizmusok felhasználásával állítják elő.

A biológiai üzemanyagok felhasználásának aránya folyamatosan növekszik, ami hozzájárul a fosszilis szénhidrogén-források megőrzéséhez (+)

Számos ország rendelkezik speciális programokkal a bioüzemanyagok részesedésének növelésére a nemzeti és regionális energiafogyasztásban. Számos állam kötelező előírásokkal rendelkezik ezen energiaforrás felhasználására vonatkozóan.

A bioüzemanyagok előnyei és hátrányai

A biológiai üzemanyagtípusok pozitív és negatív oldalával rendelkeznek. Az ilyen típusú alapanyagok iránti érdeklődés kétségtelen előnyei miatt.

Ide tartoznak:

• Költségvetési költség. Noha a bioüzemanyagok ára jelenleg gyakorlatilag egybeesik a benzin költségével, a biológiai anyagokat jövedelmezőbb üzemanyag-típusnak tekintik, mivel az égés során kevesebb kibocsátást eredményeznek. A bioüzemanyag különféle körülmények között használható, ugyanakkor különböző kivitelű motorokhoz is adaptálható. További plusz a motor optimalizálása, amely hosszabb ideig tiszta marad a korom és kipufogógázok kis mennyisége miatt.
• mobilitás. A bioüzemanyag mobilitása szempontjából különbözik az alternatív energiaforrások más lehetőségeitől. A napenergia és a szélturbinák általában nehéz elemeket tartalmaznak, ezért ezeket gyakran használják helyhez kötött állapotban, miközben a bioüzemanyagot nagy probléma nélkül szállíthatják az egyik régióból a másikba.
• Megújuló energiaforrás. Bár a kutatók szerint a meglévő kőolaj-lerakódások legalább több száz évig tartanak, a fosszilis készletek továbbra is végesek. A növényekből és az állati hulladékokból előállított bioüzemanyagok a megújuló erőforrások közé tartoznak, amelyeket a közeljövőben nem fenyeget a kihalás.
• Föld légköri védelme. A hagyományos szénhidrogének jelentős hátránya a szén-dioxid nagy százaléka₂amelyet égéssel szabadít fel. Ez a gáz üvegházhatást kelt a bolygónk légkörében, megteremti a feltételeket a globális felmelegedéshez. Biológiai anyagok elégetésekor a szén-dioxid mennyisége 65% -ra csökken. Ezen túlmenően a bioüzemanyag előállításához használt növények szén-monoxidot fogyasztanak, csökkentve annak részét a levegőben.
• Gazdasági biztonság. A szénhidrogén tartalékok egyenetlenül oszlanak el, így egyes államok kénytelenek olajat vagy földgázt vásárolni, és nagy összegeket költenek a beszerzésre, szállításra és tárolásra. Különböző típusú bioüzemanyagok szinte bármely országban beszerezhetők. Mivel előállításához és feldolgozásához új vállalkozásokat, és ennek megfelelően munkahelyeket kell létrehozni, ez a nemzetgazdaság számára előnyös és pozitív hatással lesz az emberek jólétére.

A technológia fejlesztése és új módszerek fejlesztése fokozhatja a bioüzemanyagok pozitív hatását. Így a planktont és algákat alkalmazó technológiák fejlesztése jelentősen csökkenti annak árát.

Ugyanakkor a tudomány és a technológia fejlődésének jelenlegi szakaszában a bioüzemanyag-előállítás számos nehézséggel és kellemetlenséggel jár. Először is, ezek természetes korlátozások a növények termesztésében.

A biomassza előállításához felhasznált növények növekedéséhez számos tényezőt kell figyelembe venni, nevezetesen:

• Vízfelhasználás. A mezőgazdasági növények sok vizet fogyasztanak, ami korlátozott erőforrás, különösen száraz területeken.
• invazív. Az üzemanyag növények gyakran agresszívek. Elhagyják az autentikus növényt, amely károsíthatja a régió biodiverzitását és ökoszisztémáját.
• műtrágyák. Sok növénynek tápanyagokat kell hozzátennie, amelyek más növényeket vagy az általános ökoszisztémát károsíthatják.
• Éghajlat. Bizonyos éghajlati övezetek (például sivatag vagy tundra) nem alkalmasak bioüzemanyag-növények termesztésére.

A mezőgazdasági növények aktív termesztése a mezőgazdasági erőforrások kimerültségével is összefüggésben van.A mezőgazdasági technológia szabályainak be nem tartása a hasznos talajkomponensek tartalmának csökkenéséhez vezethet, ennek eredményeként azok kimerüléséhez, ami tovább súlyosbítja az élelmiszerproblémát.

Ökoszisztéma megszakad. A biomassza előállításához általában a mezőgazdaságban érintett területek bővítését igénylik.

Gyakran erre a célra egy területet megtisztítanak, amely a mikroökozus rendszer (például erdők) megsemmisítéséhez, a növények és állatok halálához vezet.

Bioüzemanyagok előállítása érdekében már nagy mennyiségű növényt termesztenek. Az Európában termelt repcemag több mint 50% -át, az Brazíliában termesztett amerikai gabonafélék több mint egyharmadát és a cukornád majdnem felét felhasználják biomassza előállításához.

Problémák vannak a növekvő monokultúrákkal. Nagyobb biomassza-termés előállítása érdekében a termelők gyakran egy adott növénygel vetik el a földet. Ez a gyakorlat nem tükrözi jól a mezőgazdasági földterület állapotát, mivel a monokultúra a környezet megváltozásához vezet.

Az egy növényfaj által elfoglalt területeken a speciális kártevők általában paraziták. Rovarirtó és peszticidekkel való küzdelem kísérlete csak ezeknek a gyógyszereknek a rezisztencia kialakulásához vezet.

A fent leírt problémák elkerülése érdekében a tudósok azt tanácsolják, hogy ne hagyja figyelmen kívül a növények biodiverzitását, több növényt kombinálva a szántóföldön, és használjon helyi növényfajtákat is.

Alternatív üzemanyagok generációi

A biomasszához felhasznált növényi anyagok széles skáláját rendszerint több generációra osztják.

Első generáció. Ez a kategória magában foglalja azokat a növényeket, amelyek nagy mennyiségben tartalmaznak keményítőt, cukrokat, zsírokat. Ezek olyan népszerű növények, mint a kukorica, cukorrépa, repce, szója.

Mivel ezeknek a növényeknek a termesztése káros az éghajlatra, és azoknak a piacról történő eltávolítása befolyásolja a termékek árképzését, a tudósok megkísérelik helyettesíteni őket más típusú biomasszával.

Szinte minden modern folyékony üzemanyagot (biodízel, etanol) jelenleg az első generációs alapanyaghoz tartozó mezőgazdasági növényekből állítanak elő.

Második generáció. A biomassza csoportba tartozik a fa, a fű, a mezőgazdasági hulladék (héj, héj). Ilyen nyersanyagokból bioüzemanyagok előállítása drága, azonban lehetővé teszi a nem élelmiszer-maradványok újrahasznosításának kérdését az éghető anyagok egyidejű előállításával.

Az ebben a változatban szereplő kultúrák egyik jellemzője a lignin és a cellulóz jelenléte bennük. Ezeknek köszönhetően a biomassza elégethető és gázosítható, valamint pirolízisnek vethető alá, folyékony tüzelőanyagot kapva.

A második generációs biomassza fő hátránya az, hogy a terület egységenkénti hozama nem elegendő, ezért az ilyen növényekre jelentős földterületet kell elkülöníteni.

Harmadik generáció. A bioüzemanyagok előállításának alapanyaga az algák, amelyeket ipari méretekben termesztenek, például nyílt vizekben.

A legígéretesebb lehetőség az egysejtű algákból előállított bioüzemanyagok. Az ilyen növények gyorsan megszerezik a tömegüket, miközben nem szükséges termékeny föld.

Ennek a gyakorlatnak nagy a kilátása, ám jelenleg ilyen technológiákat csak fejlesztenek. A tudósok kutatásokat végeznek a negyedik és még az ötödik generációs bioüzemanyag előállítására szolgáló technikák kidolgozására is.

Három fajta bioüzemanyag

Az anyag aggregálódásának állapotától függően a bioüzemanyagok három fő típusa létezik:

1. határozott: tűzifa, tőzeg, állati hulladék és mezőgazdasági termelés.
2. folyadék: biodízel, dimetil-éter, bioetanol, biobutanol.
3. gáznemű: biogáz, metán, biohidrogén.

Minden anyagtípusnak megvannak a sajátosságai, amelyeket az alábbiakban tárgyalunk.

1. típus: szilárd

A bioüzemanyagok legnépszerűbb szilárd fajtái közé tartozik a fa, tőzeg, állati hulladék.

Fa (tűzifa, faforgács, fűrészpor)

A bioüzemanyag ősi típusa a tűzifa, amely mindenki számára jól ismert, és amelyet régóta használtak házak fűtésére és főzéséhez. Mostanáig különféle országokban aktívan használják őket hő / villamos energia előállítására, nevezetesen egy nagy osztrák hőerőmű, amely 66 megawatt teljesítményű, fán működik.

Ugyanakkor az ilyen nyersanyagoknak hátrányai vannak. A tűzifa energiaértéke viszonylag kicsi: égetéskor az anyag egy része korom formájában ülepedik le, ezért a kandallókat és a kályhákat rendszeresen meg kell tisztítani. Ezenkívül bizonyos időre van szükség a fakészletek feltöltéséhez - az új fák csak 15-20 év után nőnek fel.

Kiváló alternatíva a közönséges fa számára a pellet (pellet), amelynek előállításához nem szabványos faanyagot használnak: kéreg, faforgács, sajtolt fűrészpor, nevet.

A fa, tőzeg és különféle hulladéktermékekből előállított pellet különböző színű. A könnyűket kandallók és kályhák égetésére használják, míg a sötét, nagy kéregtartalmú szilárd tüzelésű kazánokhoz.

Üzemanyagpelletek előállításához az alapanyagokat porba zúzzák, majd szárítják és magas hőmérsékleten préselik. A fában található lignin miatt ragasztóanyag-masszát képeznek, amelyből kicsi, 5-70 mm hosszú és 6-10 mm átmérőjű hengerek alakulnak ki.

A hagyományos fa modern alternatívája a négy-, hat- vagy nyolcszög alakú üzemanyag-brikett. Ez a környezetbarát anyag magas hőelvezetéssel rendelkezik.

A pelletgyártást saját maga állíthatja elő brikett sajtó.

A bioüzemanyagok népszerű típusai között szerepel a faforgács, amely gyakran energiaforrásként szolgál az európai hőerőművekben. E nyersanyag előállítását fakitermelésen vagy aprítógépekkel felszerelt speciális gyártósoron végzik.

Mocsári és erdei tüzelőanyag

Ez egy általános bioüzemanyag-típus, amelyet évszázadok óta használnak háztartási és ipari célokra. A tőzeg egy olyan moharéteg, amely nem teljesen bomlik el egy mocsárban, amelyet a világ sok országában bányásznak: Oroszországban, Fehéroroszországban, Kanadában, Svédországban, Indonéziában és másokban.

Az 50-60% széntartalmú tőzeget népszerű gázhordozó anyagnak tekintik. Ez az értékes nyersanyag nemcsak üzemanyagként, hanem műtrágyaként vagy hőszigetelő anyagként is felhasználható.

A termelési folyamat kényelme érdekében a biomasszát általában a termelés helyén dolgozzák fel. Az eljárás a nyersanyagok külső tisztításoktól történő tisztításából (szitálásból) áll, majd szárítással és öntéssel brikett vagy granulátum formájában.

Üzemanyag mezőgazdasági hulladékból

A mezőgazdasági termelés során általában számos növényi hulladék halmozódik fel: növények külső héjai, dióhéj, szalma.

Az ilyen alapanyagokat sajtolhatjuk és granulálhatjuk tüzelőanyag-pellet előállítása céljából is, amelynek tulajdonságai gyakorlatilag megegyeznek a fa-biomasszából készült pellettel.

Állati bioüzemanyag

Az ősi időkben a tűzifával együtt az emberek állati eredetű tüzelőanyagokat, nevezetesen háziállatok trágyával szárított trágyáját használtak. Az ilyen nyersanyagok szárítására és feldolgozására szolgáló modern technológiák lehetővé teszik olyan szilárd bioüzemanyagok előállítását, amelyek nem tartalmaznak kellemetlen szagokat.

A nomád népek hosszú ideig szárított lovak, tevék és szarvasmarha trágyát használtak tüzelőanyagként. Jelenleg brikett vagy pellet formájában előállított bioüzemanyagot háziállatok hulladékából állítanak elő.

Mivel az állattenyésztés hulladékai jelenleg ipari méretekben halmozódnak fel, az üzemanyag előállítása tőlük egyidejűleg oldja meg az ártalmatlanítás kérdését.

2. típus: folyadék

A folyékony bioüzemanyagokat, amelyek biztonságosak és környezetkímélõek, elsõsorban benzinnel és más hasonló termékekkel helyettesítik. A leggyakoribb lehetőségek között szerepel a bioetanol, a biometanol, a biobutanol, a biodízel, a dimetil-éter.

Vágja be a bioetanolt

Ez egy szokásos folyékony bioüzemanyag, amelyet autók tüzelésére használnak.Noha tiszta anyagot nem használnak tüzelőanyagként, a benzinhez való hozzáadása javítja a motor működését, növeli a teljesítményét, szabályozza a motor fűtését és csökkenti a kipufogógáz-kibocsátást.

Számos benzinkút Európában, Ázsiában, Észak-és Dél-Amerikában nemcsak a hagyományos üzemanyagokat, hanem a különféle bioüzemanyagokat is kínálja, különös tekintettel a bioetanolt tartalmazó keverékekre.

A bioetanolt a kandallók rajongói is értékelték. Ennek az anyagnak a hőeloszlása ​​jó, sőt, égéskor nem keletkezik korom vagy füst, és a kibocsátott szén-dioxid mennyisége minimálisra csökken.

Ezen tulajdonságoknak köszönhetően az üzemanyag még kandalló égetésére is felhasználható lakóépületekben. További információ a kandallók bioüzemanyagairól ez a cikk.

A bioetanolt keményítőt vagy cukrot tartalmazó első generációs nyersanyagokból állítják elő. A gabonaféléket, a kukoricát, a cukornádot, a répakat az alkoholos erjedés technológiájával dolgozzák fel.

Biobutanol autók utántöltésére

A biobutanol a butanol biológiailag előállított analógja. A jellegzetes szagú színtelen folyadékot széles körben használják vegyi alapanyagként az iparban, és szállító üzemanyagként is felhasználhatók.

A butanol energiaintenzitása közel áll a benzinhez, ami lehetővé teszi az utóbbi részleges kicserélését az üzemanyagcellákban. A bioetanollal ellentétben a biobutanol önállóan is felhasználható, a hagyományos üzemanyagok hozzáadása nélkül.

Ennek a bioanyagnak a előállításához a legkülönfélébb növények szolgálnak nyersanyagként: répa, kasszava, búza, kukorica.

Dimetil-éter (C₂H₆O)

Ez egy környezetbarát üzemanyag. Ha égik, a kipufogógázokban nincsenek kénvegyületek, és a nitrogénvegyületek 90% -kal alacsonyabbak, mint amikor benzin égett.

A dimetil-éter speciális szűrők nélkül használható, de az autó kialakításában alapvetõ változtatásokat kell végrehajtani (elektromos rendszer, motorgyújtás).

A dimetil-étert ígéretes lehetőségnek tekintik a gépjármű-üzemanyag számára. Az erre az üzemanyagra tervezett motorokat olyan nagy cégek fejlesztették ki, mint a Volvo, a SAIC Motor, a KAMAZ, a Nissan

Bármilyen módosítás nélkül, LPG-motorokkal felszerelt gépekben 30% dimetil-étert tartalmazó kombinált üzemanyagot használhat.

Folyékony tüzelőanyagok előállíthatók különféle alapanyagokból: földgáz, szénpor, biomassza, és elsősorban a cellulóz- és papírgyártás maradványaiból, alacsony nyomáson folyadékmá alakulva.

Egysejtű algák biometanolja

Ez az anyag a rendes metanol analógja, amelyet széles körben használnak számos kémiai vegyület (ecetsav, formaldehid) előállításához, és fagyállóként és oldószerként is használják.

Az ilyen típusú bioüzemanyag előállításának kérdését először az 1980-as években vetették fel, amikor egy tudóscsoport azt javasolta, hogy folyékony anyagot nyerjenek a tengeri fitoplankton biokémiai átalakításával, amelynek termesztését speciális tartályokban végezzék.

A biometanolnak számos lehetséges előnye van:

• magas energiahatékonyság - 14 metán átvételekor; 7 metanol előállításakor;
• kiváló fitoplankton termelékenység - hektáronként évi 100 tonna;
• szükségtelen egysejtű organizmusokterményes talaj, amelynek termesztéséhez nem szükséges édesvíz;
• a mezőgazdasági erőforrások megőrzésemert a fitoplanktont tavakban vagy tengeri öblökben termesztik.

Noha a biometanol ipari gyártását még nem sikerült létrehozni, az ilyen típusú alternatív üzemanyagok gyártásának fejlesztésére irányuló folyamatos kutatás és technológiák fejlesztése folyamatban van.

Biodízel a közlekedési üzemanyag alternatívájaként

Ez egy folyékony motoros bioüzemanyag, amely zsírsav-észterek keverékéből áll.Az anyag emberre és állatra biztonságos, 28 napon belül szinte teljesen lebomlik a földön, és viszonylag magas (<100) gyulladási hőmérséklete is.

A biodízel csökkenti a káros gázok kibocsátásának százalékát, és meghosszabbítja a motor élettartamát, mivel benne van a kenő alkatrészek.

A tüzelőanyagot az autómotorok önálló feltöltéséhez és a hagyományos üzemanyagokkal kombinálva töltik. Csak a biológiai anyag rövid élettartamát kell figyelembe venni: három hónap elteltével a biológiai anyag bomlása a tulajdonságok teljes elvesztésével kezdődik.

A biodízel számára az EU-ban egy speciális EN14214 szabványt fogadtak el. Egyes országokban az EN590 szabvány szintén érvényes, lehetővé téve 5% biodízel hozzáadását más üzemanyagokhoz.

3. típus: gáznemű

A gáznemű bioüzemanyagok fő fajtái a biogáz és a biohidrogén.

Biogáz a földgáz helyettesítésére

A biogáz a földgáz szinte teljes analógja: 13-50% CO-t tartalmaz_2, 49-87% metán, valamint H-szennyeződések₂ és H₂S. Ha ezt az anyagot megtisztítják a szén-dioxidtól, biometánt kaphat.

A gáznemű bioüzemanyagokat biomasszából hidrogén vagy metán erjesztéssel állítják elő. Az utóbbit háromféle mikroorganizmus okozza: először, a nyersanyagot hidrolitikus baktériumoknak teszik ki, amelyeket ezután sav- és metánképző mikrobák váltanak fel.

A biogáz előállítása ipari és kézműves készülékeken végezhető. A leggyakoribb előállítási módszer az aerob emésztés metántartályokban.

Nyersanyagként különféle anyagok használhatók: siló, trágya, algák, szennyvíz, szemét, székletmaradványok, háztartási hulladékok. A kiindulási anyagot homogén állapotba hozzuk, majd egy rakodóval reaktorba helyezzük.

Fenntartja a + 35-38 ° C-os kényelmes hőmérsékletet, amely a metán erjedési folyamat végrehajtásához szükséges.

A nyersanyagokat folyamatosan keverik, miközben a keletkező gáznemű anyagot a gáztartóba (tárolóegységbe) ürítik, ahonnan az áramfejlesztőbe kerül.

További információ a trágyából előállított biogáz előállításáról és a biogázüzem elrendezéséről a cikkekben:

1. Hogyan készítsünk bioüzemanyagot saját kezével a trágyából otthon?
2. Csináld magad biogázüzem magánházhoz: ajánlások az eszközhöz és egy példa a házfelújításra

Kémiai biohidrogén

Egyfajta gáznemű bioüzemanyagot, amely a közönséges hidrogén analógja, biomasszából nyerik biokémiai vagy hőkémiai módszerekkel.

A hőkémiai módszerrel az elkészített alapanyagokat (például fahulladékot) 500-800 ° C hőmérsékletre hevítik oxigén nélkül, míg a gázok H₂, CO, CH₄.

A biohidrogén előállításának ígéretes módszer a biofolízis. Ebben az esetben a gázt algákból állítják elő, amelyeket tengervízbe, szennyvízbe helyeznek

A biokémiai eljárás során a nyersanyagot kényelmes körülmények között tartják normál nyomáson és körülbelül 30 ° C hőmérsékleten.

Az Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes speciális mikroorganizmusokat vezet be a biomasszába, amelyek lebontják a kiindulási terméket, és hidrogént bocsátanak ki. Enzimeknek megengedik, hogy felgyorsítsák a termelést poliszacharidok felhasználásával.

Következtetések és hasznos videó a témáról

Az alábbi videón láthatod a népszerű bioüzemanyag - fabrikett - gyártási folyamatát:

A bioüzemanyag típusai nemcsak az aggregáció állapotában, hanem a jellemzőkben is különböznek. Az ilyen anyagok kiválasztásakor figyelembe kell venni azok tervezett felhasználását, hatékonyságát, funkcionális tulajdonságait és költségét.

Van tapasztalata alternatív üzemanyagok használatában? Vagy kérdéseket szeretne feltenni a bioüzemanyagokkal kapcsolatban? Kérjük, kommentálja a kiadványt, és vegyen részt a vitákban.A visszacsatolás blokk alább található.