סוגי דלקים ביולוגיים: השוואה בין המאפיינים של דלקים מוצקים, נוזליים וגזים

אלטרנטיבה למשאבי אנרגיה מסורתיים היא סוגים שונים של דלקים ביולוגיים, לייצור בהם משתמשים בחומרי גלם צמחיים או מן החי, פסולת תעשייתית ותוצאות פעילות חיונית של אורגניזמים.

אנו מציעים לכם להבין את היתרונות והחסרונות של שימוש בדלק כזה, לברר את תכונות הייצור, מאפייני התפקוד, וכן להעריך את היעילות של שימוש בסוגים שונים של דלק ביולוגי. המידע שנמסר יסייע לכם לנווט בבחירת מקורות אנרגיה חלופיים.

מה זה דלק ביולוגי

התחום המבטיח ביותר בתחום האנרגיה הוא טכנולוגיה הכרוכה בשימוש במשאבים מתחדשים, הכוללים דלק ביולוגי.

הסוג הנפוץ ביותר של דלק ביולוגי הוא עצי הסקה קונבנציונליים. 38% מאוכלוסיית העולם משתמשים בהם לחימום ובישול

כחומרי גלם לייצורם, ניתן לקחת ביומסה ממקור צמחי / מן החי, כולל פסולת תעשייתית או פסולת מן החי.

עיבוד חומרים כאלה מתבצע בשיטה תרמוכימית או ביולוגית, במקרה האחרון מתקבל דלק באמצעות סוגים שונים של מיקרואורגניזמים.

חלק השימוש בדלקים ביולוגיים גדל ללא הרף, מה שתורם לשימור משאבי הפחמימנים המאובנים (+)

במדינות רבות יש תוכניות מיוחדות להרחבת חלקן של דלקים ביולוגיים בצריכת אנרגיה לאומית ואזורית. למספר מדינות יש גם תקנים חובה לשימוש במקור אנרגיה זה.

יתרונות וחסרונות של דלק ביו

לסוגי הדלק הביולוגיים יש הצדדים החיוביים והשליליים שלהם. העניין בשימוש בסוג חומר גלם זה נגרם כתוצאה מיתרונותיו ללא ספק.

אלה כוללים:

• עלות תקציב. למרות שכרגע מחירי הדלקים הביולוגיים חופפים את עלות הבנזין, חומרים ביולוגיים נחשבים לסוג רווחי יותר של דלק, מכיוון שהם מייצרים פחות פליטות במהלך הבעירה. ביו דלק מתאים לשימוש בתנאים שונים, ואילו ניתן להתאים אותו למנועים בעיצובים שונים. פלוס נוסף הוא אופטימיזציה של המנוע, שנשאר נקי זמן רב יותר בגלל הכמות הקטנה של פיח וגזי פליטה.
• ניידות. דלק ביולוגי שונה מאופציות אחרות למקורות אנרגיה חלופיים בניידות שלו. טורבינות סולאריות ורוח כוללות בדרך כלל מצברים כבדים, וזו הסיבה שהם משמשים לרוב נייחים, ואילו ניתן להעביר דלק ביולוגי מאזור לאזור ללא טרחה רבה.
• מקור אנרגיה מתחדשת. למרות שלדברי החוקרים, הפיקדונות הקיימים של נפט גולמי יימשכו לפחות כמה מאות שנים, אך מאגרי המאובנים הם עדיין סופיים. דלקים ביולוגיים העשויים מצמחים ופסולת מן החי הם בין המשאבים המתחדשים שאינם מאוימים על הכחדה בעתיד הנראה לעין.
• הגנה על אטמוספירה בכדור הארץ. החיסרון העיקרי של הפחמימנים המסורתיים הוא האחוז הגדול של CO₂שמשתחרר משריפה. גז זה יוצר אפקט חממה באטמוספירה של כדור הארץ שלנו, ויוצר תנאים להתחממות כדור הארץ. כששורפים חומרים ביולוגיים, כמות הפחמן הדו-חמצני יורדת ל -65%. בנוסף לכל אלה, יבולים המשמשים לייצור דלק ביולוגי צורכים פחמן חד חמצני, ומפחיתים את חלקו באוויר.
• ביטחון כלכלי. עתודות הפחמימנים מופצות באופן לא אחיד, ולכן מדינות מסוימות נאלצות לרכוש נפט או גז טבעי, ומוציאות סכומים גדולים על רכישה, תחבורה ואחסון. ניתן להשיג סוגים שונים של דלק ביולוגי כמעט בכל מדינה. מכיוון שלייצורו ולעיבודו יהיה צורך ליצור מפעלים חדשים ובהתאם למשרות, הדבר יועיל לכלכלה הלאומית וישפיע לטובה על רווחתם של אנשים.

שיפור הטכנולוגיה ופיתוח שיטות חדשות יכולות לשפר את ההשפעה החיובית של דלקים ביולוגיים. כך, פיתוח טכנולוגיות באמצעות פלנקטון ואצות יפחית את מחירו באופן משמעותי.

במקביל, בשלב הנוכחי של פיתוח מדע וטכנולוגיה, ייצור דלק ביולוגי קשור למספר קשיים ואי-נוחות. ראשית כל, מדובר במגבלות טבעיות בגידול צמחים.

לצורך גידול יבולים המשמשים לייצור ביומסה יש לקחת בחשבון מספר גורמים, כלומר:

• שימוש במים. צמחים חקלאיים צורכים מים רבים שהם משאב מוגבל, בעיקר במקומות צחיחים.
• פולשנות. גידולי דלק הם לעתים קרובות אגרסיביים. הם טובעים את הצומח האותנטי שעלול לפגוע במגוון הביולוגי ובמערכת האקולוגית של האזור.
• דשנים. צמחים רבים דורשים תוספת של חומרים מזינים העלולים לפגוע בגידולים אחרים או במערכת האקולוגית הכללית.
• אקלים אזורי אקלים מסוימים (למשל מדבר או טונדרה) אינם מתאימים לגידול גידולי דלק ביולוגי.

גידול פעיל של צמחים חקלאיים קשור גם להתדלדלות המשאבים החקלאיים, אי קיום כללי הטכנולוגיה החקלאית יכול להוביל לירידה בתכולת המרכיבים השימושיים בקרקעות, וכתוצאה מכך להתמצאותם, מה שיגביר את בעיית המזון.

הפרעה במערכת האקולוגית מתרחשת. לייצור ביומסה דורש בדרך כלל הרחבת השטחים המעורבים בחקלאות.

לעתים קרובות, למטרה זו, מנקים את השטח, מה שמוביל להרס המיקרו-מערכת (למשל יערות), למוות של צמחים ובעלי חיים.

כדי לייצר דלקים ביולוגיים כבר מגדלים נפח גדול של יבולים. יותר מ- 50% מהאפס המופק באירופה, יותר משליש מהדגן האמריקאי וכמעט מחצית קנה הסוכר שגדלו בברזיל משמשים לייצור ביומסה.

יש בעיות עם גידול מונוקולטורות. כדי לייצר יבול ביומסה גדול יותר, לעתים קרובות זורמים היצרנים את האדמה עם צמח מסוים. נוהג זה אינו משקף היטב את מצבה של אדמות חקלאיות, שכן מונוקולטורה מביאה לשינויים סביבתיים.

בשדות התפוסים על ידי מין צמחים אחד, זנים מיוחדים של מזיקים הם בדרך כלל טפיליים. ניסיון להילחם בהם עם קוטלי חרקים וחומרי הדברה מביא רק להתפתחות עמידות לתרופות אלה.

כדי להימנע מהבעיות שתוארו לעיל, מדענים ממליצים לא להזניח את המגוון הביולוגי של גידולים, לשלב כמה צמחים בשדות, ולהשתמש גם בזני פלורה מקומיים.

דורות של דלקים חלופיים

מגוון רחב של חומרים צמחיים המשמשים לביומסה מתחלק לרוב למספר דורות.

דור ראשון. קטגוריה זו כוללת גידולים המכילים אחוז גבוה של עמילן, סוכרים, שומנים. אלה צמחים פופולריים כמו תירס, סלק סוכר, קנולה, סויה.

מכיוון שגידול גידולים אלה פוגע באקלים, והוצאתם מהשוק משפיעה על תמחור המוצרים, מדענים מנסים להחליף אותם בסוגים אחרים של ביומסה.

כמעט כל סוגי הדלקים הנוזלים המודרניים (ביו דיזל, אתנול) מיוצרים כיום מצמחים חקלאיים השייכים לדור הראשון של חומרי גלם.

דור שני. קבוצת הביומסה כוללת עץ, דשא, פסולת חקלאית (קליפה, קליפה). השגת דלקים ביולוגיים מחומרי גלם כאלה היא יקרה, אולם היא מאפשרת לפתור את נושא המחזור של שאריות שאינן מזון עם ייצור בו זמנית של חומרים דליקים.

מאפיין של התרבויות הכלולות במגוון זה הוא נוכחות הליגנין והתאית בהן. הודות להם, ביומסה יכולה להישרף ולהתאדות, וכן להיחשף לפירוליזה, ולקבל דלק נוזלי.

החיסרון העיקרי של ביומסה מהדור השני נחשב כתמורה לא מספקת לשטח היחידה, וזו הסיבה שיש להקצות משאבי קרקע משמעותיים לגידולים כאלה.

דור שלישי. חומרי הגלם לייצור דלקים ביולוגיים הם אצות, הגדלות בקנה מידה תעשייתי, למשל, במים פתוחים.

האפשרות המבטיחה ביותר היא דלקים ביולוגיים המתקבלים מאצות חד-תאיות. צמחים כאלה צוברים במהירות מסה, בעוד שאדמה פורייה אינה נדרשת לגידולם.

לפרקטיקה זו יש סיכויים גדולים, אולם נכון לעכשיו, טכנולוגיות כאלה מפותחות רק. מדענים עורכים מחקר גם ליצירת טכניקות לייצור דלק ביולוגי מהדור הרביעי ואפילו החמישי.

שלושה זנים של דלקים ביולוגיים

תלוי במצב צבירת החומר, ישנם שלושה סוגים עיקריים של דלק ביולוגי:

1. מוצקעצי הסקה, כבול, פסולת בעלי חיים וייצור חקלאי.
2. נוזל: ביו דיזל, דימתיל אתר, ביו-אתנול, ביו-בוטנול.
3. גזי: ביוגז, מתאן, ביו-מימן.

לכל סוג של חומר יש פירוט משלו, אשר יידונו בהמשך.

סוג מס '1: מוצק

בין הזנים המוצקים הפופולאריים ביותר של דלק ביולוגי הם עץ, כבול, פסולת מן החי.

עץ (עצי הסקה, שבבי עץ, נסורת)

הסוג העתיק של דלק ביולוגי הוא עצי הסקה המוכרים לכולם ומשמש זה זמן רב לחימום בתים ובישול. עד כה משתמשים בהם באופן פעיל במדינות שונות לייצור חום / חשמל, בפרט, תחנת כוח תרמית אוסטרית גדולה, בהספקה של 66 מגה וואט, פועלת על עץ.

יחד עם זאת, לחומרי גלם כאלה יש חסרונות. הערך האנרגטי של עצי הסקה הוא קטן יחסית: כאשר נשרפים, חלק מהחומר מתיישב בצורה של פיח, וזו הסיבה שיש לנקות באופן קבוע קמינים ותנורים. בנוסף, נדרש זמן מסוים כדי לחדש מלאי עצים - עצים חדשים יגדלו רק לאחר 15-20 שנה.

אלטרנטיבה מצוינת לעץ רגיל היא כדוריות (כדורים) לייצור בהן משתמשים בעץ תת-תקני: קליפות עץ, שבבי עץ, נסורת לחוצה, מבאס.

לכדורים המתקבלים מעץ, כבול ומוצרי פסולת שונים צבע שונה. אלה קלים משמשים לשריפת קמינים ותנורים, ואילו אפלים כהים, בעלי תכולת קליפות עץ, מיועדים לדודי דלק מוצקים.

לייצור כדוריות דלק, חומרי הגלם נמעכים לאבק, אשר מיובשים ואז נלחצים בטמפרטורה גבוהה. בשל הליגנין הכלול בעץ נוצרת מסת דבק, ממנה נוצרים צילינדרים קטנים שאורכם 5-70 מ"מ וקוטרם 6-10 מ"מ.

אלטרנטיבה מודרנית לעץ מסורתי היא לבניות דלק בצורות ארבע, שש או מתומן. לחומר ידידותי לסביבה זה יש פיזור חום גבוה.

אתה יכול להגדיר ייצור גלולה בעצמך על ידי ביצוע לחץ על לבנית.

בין הסוגים הפופולאריים של דלקים ביולוגיים הוא שבבי עץ, המשמש לעתים קרובות כמקור אנרגיה בתחנות כוח אירופאיות תרמיות. ייצור חומר הגלם הזה מתבצע באמצעות כרית עצים או על קווי ייצור מיוחדים המצוידים במכונות מגרסה.

כבול ודשא יער

זהו סוג נפוץ של דלק ביולוגי שמשמש למטרות ביתיות ותעשייתיות במשך מאות שנים. כבול הוא שכבה של טחב שאינו מתפרק לחלוטין בביצה, שנכרה במדינות רבות בעולם: רוסיה, בלארוס, קנדה, שוודיה, אינדונזיה ואחרות.

כבול המכיל 50-60% פחמן נחשב לחומר הנושא גז פופולרי. חומר גלם יקר ערך זה יכול לשמש לא רק כדלק, אלא גם כדשן או מבודד חום.

לנוחיות תהליך הייצור מעובדים בדרך כלל ביומסה במקום הייצור. התהליך מורכב בניקוי (מסננת) של חומרי הגלם מהכיבוי החיצוני, ואחריו ייבוש ועיצוב בצורת בריקטים או גרגירים.

דלק מפסולת חקלאית

בייצור החקלאי, ככלל, מצטבר מספר רב של פסולת צמחים שונים: קליפות חיצוניות של צמחים, קליפות אגוז, קש.

ניתן להלחץ ולגרנו חומרי גלם כאלה כדי להשיג כדוריות דלק, אשר מאפייניהן זהים כמעט לגלולות העשויות מביומסה מעץ.

דלק ביולוגי לבעלי חיים

יחד עם עצי הסקה בימי קדם, אנשים החלו להשתמש בדלק שמקורו מן החי, כלומר זבל מיובש בצלים של בעלי חיים ביתיים. טכנולוגיות מודרניות לייבוש ועיבוד חומרי גלם כאלה מאפשרות להשיג זנים מוצקים של דלקים ביולוגיים נטולי ריחות לא נעימים לחלוטין.

במשך זמן רב עמים נוודים השתמשו בזבל מיובש של סוסים, גמלים ובקר כדלק. נכון לעכשיו, דלק ביולוגי בצורת בריקטים או כדוריות מיוצר מתוצרי הפסולת של בעלי חיים ביתיים.

מאחר ופסולת בעלי חיים מצטברת כיום בהיקף תעשייתי, ייצור הדלק מהם פותר בו זמנית את נושא סילוקם.

סוג 2: נוזל

דלקים ביולוגיים נוזליים, בטוחים וידידותיים לסביבה, משמשים בעיקר כתחליף לבנזין ולמוצרים דומים אחרים. בין האפשרויות הנפוצות ביותר הם ביו-אתנול, ביו-מתנול, ביו-בוטנול, ביו-דיזל, דימתיל אתר.

יבול ביו-אתנול

זהו דלק ביולוגי נוזלי נפוץ המשמש לתדלוק מכוניות.למרות שחומר טהור אינו משמש כדלק, תוספתו לבנזין משפרת את פעולת המנוע, מגדילה את כוחו, שולטת בחימום המנוע ומפחיתה את פליטת הפליטה.

תחנות דלק רבות באירופה, אסיה, צפון ודרום אמריקה מציעות לא רק דלק מסורתי, אלא גם סוגים שונים של דלקים ביולוגיים, ובמיוחד תערובות המכילות ביו-אתנול.

אוהדי קמינים זכו להערכה רבה על ידי ביו-אתנול. לחומר זה יש פיזור חום טוב, יתר על כן, הוא אינו מייצר פיח או עשן כאשר הוא נשרף, וכמות הפחמן הדו-חמצני הנפלט ממזערת.

הודות לתכונות אלה ניתן להשתמש אפילו בדלק לשריפת אח בבנייני דירות. קרא עוד על דלקים ביולוגיים לאח ב מאמר זה.

ביו-אתנול מיוצר מחומרי גלם מהדור הראשון המכילים עמילן או סוכר. דגנים, תירס, קנה סוכר, סלק מעובדים בטכנולוגיה של תסיסה אלכוהולית.

ביו-בוטנול לתדלוק מכוניות

ביו-בוטנול הוא אנלוגי המתקבל ביולוגית של בוטנול. נוזל חסר צבע בעל ריח אופייני משמש כחומר גלם כימי בתעשייה, ויכול לשמש גם כדלק הובלה.

עוצמת האנרגיה של בוטנול קרובה לבנזין, המאפשרת לך להחליף חלקית את האחרונה בתאי דלק. שלא כמו ביו-אתנול, ניתן להשתמש ביו-בוטנול באופן עצמאי, מבלי להוסיף סוגים מסורתיים של דלק.

הצמחים המגוונים ביותר משמשים כחומרי גלם לייצור חומר ביולוגי זה: סלק, קסבה, חיטה, תירס.

אתר דימתיל (C₂ח₆O)

זהו גם דלק ידידותי לסביבה. כאשר הוא נשרף, אין תרכובות גופרית בגזי הפליטה, ותכולת תרכובות החנקן נמוכה ב 90% בהשוואה לשריפת הבנזין.

ניתן להשתמש באיתור דימתיל ללא פילטרים מיוחדים, אך יש לבצע שינויים קרדינאליים בעיצוב המכונית (מערכת כוח, הצתה במנוע).

אתר דימתיל נחשב לאופציה מבטיחה עבור דלק רכב. מכונות עם מנועים המיועדים לדלק זה מפותחות על ידי חברות גדולות כמו וולוו, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan

ללא שינויים, אתה יכול להשתמש בדלק משולב המכיל 30% דימתיל במכונות המצוידות במנועי גפ"מ.

ניתן לייצר דלקים נוזליים מחומרי גלם שונים: גז טבעי, אבק פחם, ביומסה ובעיקר משרידי ייצור עיסת נייר, והופכים לנוזל בלחץ נמוך.

אצות חד-תאיות ביו-מתנול

חומר דומה הוא אנלוגי של מתנול רגיל, הנמצא בשימוש נרחב לייצור של מספר תרכובות כימיות (חומצה אצטית, פורמלדהיד), ומשמש גם כנוזל נגד נוזלים לרסיסים.

שאלת הייצור של דלק ביולוגי מסוג זה הועלתה לראשונה בשנות השמונים, כאשר קבוצת מדענים הציעה להשיג חומר נוזלי על ידי טרנספורמציה ביוכימית של פיטופלנקטון ימי, שגידולו יבוצע במאגרים מיוחדים.

לביו-מתנול מספר יתרונות פוטנציאליים:

• יעילות אנרגיה גבוהה - 14 עם קבלת מתאן; 7 בייצור מתנול;
• פרודוקטיביות פיטופלנקטון מעולה - עד 100 טון לדונם בשנה;
• אורגניזמים חד-תאיים בלתי תובענייםעבור טיפוח אשר אין צורך במים מתוקים, אדמה פוריה;
• שימור משאבים חקלאייםמכיוון שפיטופלנקטון גדל בבריכות או מפרצי ים.

אף על פי שעדיין לא הוקמה הייצור התעשייתי של ביו-מתנול, אך מחקר ופיתוח מתמשך של טכנולוגיות לפיתוח ייצור סוג זה של דלק חלופי נמצאים כעת בעיצומה.

ביו דיזל כחלופה להובלת דלק

זהו דלק ביולוגי מנועי מנועי המורכב מתערובת של אסטרים של חומצות שומן.החומר בטוח לבני אדם ובעלי חיים, מתפרק כמעט לחלוטין בכדור הארץ תוך 28 יום, וגם הוא בעל טמפרטורת הצתה גבוהה יחסית (<100).

ביו-דיזל מפחית את אחוז הפליטות של גזים מזיקים, וגם מאריך את חיי המנוע, מכיוון שהוא כולל רכיבי סיכה.

דלק משמש לתדלוק מנועי רכב הן באופן עצמאי והן בשילוב עם דלק קונבנציונאלי. יש לקחת בחשבון חיי מדף קצרים של החומר הביולוגי: לאחר שלושה חודשים, ריקבון החומר הביולוגי מתחיל באובדן מוחלט של תכונות.

לגבי ביו-דיזל באיחוד האירופי, אומץ תקן מיוחד EN14214. במדינות מסוימות תקן EN590 תקף גם הוא, המאפשר להוסיף 5% ביו-דיזל לדלקים אחרים.

סוג 3: גזי

הזנים העיקריים של דלק ביולוגי גזי כוללים ביוגז וביו-מימן.

ביוגז כתחליף לגז טבעי

ביוגז הוא אנלוגי כמעט שלם של גז טבעי: הוא מכיל 13-50% CO_2, מתאן 49-87%, כמו גם זיהומים H₂ וח₂ש. אם חומר זה מנוקה מפחמן דו חמצני, אתה יכול לקבל ביומטן.

דלקים ביולוגיים גזים מיוצרים מביומסה על ידי תסיסה של מימן או מתאן. האחרון נגרם על ידי שלושה סוגים של מיקרואורגניזמים: ראשית, חומר הגלם נחשף לחיידקים הידרוליטיים, אשר לאחר מכן מוחלפים על ידי מיקרובים המייצרים חומצה וממתאן.

ייצור ביוגז יכול להתבצע במכשירים תעשייתיים ומלאכת יד. שיטת הייצור הנפוצה ביותר היא עיכול אירובי במיכלי מתאן.

ניתן להשתמש במגוון חומרים כחומרי גלם: תחמיץ, זבל, אצות, שפכים, מלטה, שאריות צואה, פסולת ביתית. החומר המוצא מובא למצב הומוגני, ואחריו הוא מכניס לכור באמצעות מטעין.

הוא שומר על טמפרטורה נוחה של + 35-38 מעלות צלזיוס, הנחוצה ליישום תהליך התסיסה של מתאן.

חומרי הגלם מעורבבים ללא הפסקה, ואילו התוצר הגזי הנוצר נגרם למחזיק הגז (יחידת האחסון), משם הוא נכנס לגנרטור החשמלי.

קרא עוד על ייצור ביוגז מזבל ועל הסדרת מפעל ביוגז במאמרים:

1. איך להכין דלק ביולוגי במו ידיך מזבל בבית
2. מפעל ביוגז עשה זאת בעצמך לבית פרטי: המלצות למכשיר ודוגמא לשיפור הבית

ביו-מימן כימי

סוג של דלק ביולוגי גזי, שהוא אנלוגי למימן רגיל, מתקבל מביומסה בשיטות ביוכימיות או תרמווכימיות.

בשיטה התרמווכימית חומרי הגלם המוכנים (למשל פסולת עץ) מחוממים לטמפרטורה של 500-800 מעלות צלזיוס ללא חמצן, ואילו גזים H₂, CO, CH₄.

שיטה מבטיחה לייצור ביו-מימן היא ביו-אפוליזה. במקרה זה, הגז מופק באמצעות אצות, המונחות במי ים, ביוב

בשיטה הביוכימית, חומר הגלם נשמר בתנאים נוחים בלחץ וטמפרטורה רגילים בערך 30 מעלות צלזיוס.

ביומסה מכניסים Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes מיקרו-אורגניזמים מיוחדים המפרקים את המוצר הראשוני ומשחררים מימן. אנזימים מורשים להאיץ את הייצור באמצעות פוליסכרידים.

מסקנות ווידאו שימושי בנושא

בסרטון שלהלן תוכלו לראות את תהליך הייצור של סוג פופולרי של דלק ביולוגי - לבניות עץ:

סוגים של דלק ביולוגי נבדלים זה מזה לא רק במצב הצבירה, אלא גם במאפיינים. בעת בחירת חומר כזה, יש לקחת בחשבון את השימוש המתוכנן, היעילות, התכונות הפונקציונליות והעלות שלהם.

האם יש לך ניסיון בשימוש בדלקים חלופיים? או רוצה לשאול שאלות על דלקים ביולוגיים? אנא הגיבו לפרסום והשתתפו בדיונים.חסימת המשוב נמצאת למטה.