Biokuro rūšys: kietojo, skystojo ir dujinio kuro savybių palyginimas

Alternatyva tradiciniams energijos ištekliams yra įvairių rūšių biokuras, kurio gamybai naudojamos augalinės ar gyvulinės žaliavos, pramoninės atliekos ir organizmų gyvybinės veiklos rezultatai.

Mes siūlome jums suprasti tokio kuro naudojimo pranašumus ir trūkumus, sužinoti gamybos ypatybes, funkcines savybes, taip pat įvertinti įvairių rūšių biokuro naudojimo efektyvumą. Pateikta informacija padės jums pasirinkti alternatyvius energijos šaltinius.

Kas yra biokuras

Perspektyviausia energetikos sektoriaus sritis yra technologijos, susijusios su atsinaujinančių išteklių, įskaitant biokurą, naudojimu.

Labiausiai paplitęs biokuro tipas yra įprastos malkos. 38% pasaulio gyventojų juos naudoja šildymui ir maisto gaminimui

Kaip žaliavos jo gamybai, gali būti imama augalinės / gyvūninės kilmės biomasė, įskaitant pramonines ir gyvulines atliekas.

Tokių medžiagų perdirbimas atliekamas termocheminiu ar biologiniu metodu, pastaruoju atveju degalai gaunami naudojant įvairius mikroorganizmų tipus.

Biologinio kuro naudojimo dalis nuolat auga, o tai prisideda prie iškastinių angliavandenilių išteklių išsaugojimo (+)

Daugelis šalių turi specialias programas, skirtas biodegalų daliai padidinti nacionaliniame ir regioniniame energijos suvartojime. Nemažai valstybių taip pat turi privalomus šio energijos šaltinio naudojimo standartus.

Biokuro privalumai ir trūkumai

Biologinės kuro rūšys turi savo teigiamą ir neigiamą pusę. Susidomėjimą šios rūšies žaliavos naudojimu sukelia jos neabejotini pranašumai.

Tai apima:

• Biudžeto kaina. Nors šiuo metu biokuro kainos praktiškai sutampa su benzino kainomis, biologinės medžiagos yra laikomos pelningesne kuro rūšimi, nes deginant jos išskiria mažiau teršalų. Biokuras tinkamas naudoti įvairiomis sąlygomis, tuo tarpu jį galima pritaikyti skirtingos konstrukcijos varikliams. Kitas pliusas yra variklio optimizavimas, kuris ilgiau išlieka švarus dėl mažo suodžių ir išmetamųjų dujų kiekio.
• Judumas. Biokuras skiriasi nuo kitų alternatyvių energijos šaltinių galimybių savo mobilumu. Į saulės ir vėjo turbinas dažniausiai įeina sunkiosios baterijos, todėl dažniausiai jos naudojamos stacionariai, o biokurą galima be vargo pervežti iš vieno regiono į kitą.
• Atsinaujinantis energijos šaltinis. Nors, pasak tyrėjų, esami žalios naftos telkiniai truks mažiausiai kelis šimtus metų, iškastinio kuro atsargos vis dar yra ribotos. Iš augalų pagamintas biokuras ir gyvulinės atliekos yra vieni iš atsinaujinančių išteklių, kuriems artimiausioje ateityje negresia išnykimas.
• Žemės atmosferos apsauga. Pagrindinis tradicinių angliavandenilių trūkumas yra didelis CO procentas₂kad išsiskiria deginant. Šios dujos sukuria šiltnamio efektą mūsų planetos atmosferoje, sudarydamos sąlygas visuotiniam atšilimui. Deginant biologines medžiagas, anglies dioksido kiekis sumažėja iki 65%. Be to, biokuro gamyboje naudojami pasėliai sunaudoja anglies monoksidą, sumažindami jo dalį ore.
• Ekonominis saugumas. Angliavandenilių atsargos pasiskirsto netolygiai, todėl kai kurios valstybės yra priverstos pirkti naftą ar gamtines dujas, išleisdamos dideles sumas įsigijimui, transportavimui ir saugojimui. Įvairių rūšių biologinio kuro galima įsigyti beveik bet kurioje šalyje. Kadangi jo gamybai ir perdirbimui reikės sukurti naujas įmones ir atitinkamai darbo vietas, tai bus naudinga nacionalinei ekonomikai ir teigiamai paveiks žmonių gerovę.

Tobulėjant technologijoms ir kuriant naujus metodus galima sustiprinti teigiamą biokuro poveikį. Taigi, plėtojant planktoną ir dumblius naudojančias technologijas, žymiai sumažės jo kaina.

Tuo pat metu dabartiniame mokslo ir technologijos plėtros etape biokuro gamyba yra susijusi su daugybe sunkumų ir nepatogumų. Visų pirma, tai yra natūralūs auginimo augalų apribojimai.

Auginant pasėlius, naudojamus biomasės gamybai, reikia atsižvelgti į keletą veiksnių, būtent:

• Vandens naudojimas. Žemės ūkio augalai sunaudoja daug vandens, o tai yra ribotas išteklius, ypač sausringose ​​vietose.
• Invaziškumas. Degalų pasėliai dažnai būna agresyvūs. Jie išstumia autentišką florą, kuri gali pakenkti regiono biologinei įvairovei ir ekosistemai.
• Trąšos. Daugeliui augalų reikia pridėti maistinių medžiagų, kurios gali pakenkti kitiems augalams ar visai ekosistemai.
• Klimatas Tam tikros klimato zonos (pavyzdžiui, dykuma ar tundra) netinka biokuro pasėliams auginti.

Aktyvus žemės ūkio augalų auginimas taip pat yra susijęs su žemės ūkio išteklių išeikvojimu.Žemės ūkio technologijos taisyklių nesilaikymas gali sumažinti naudingų dirvožemio komponentų kiekį ir dėl to jų išeikvojimą, o tai apsunkins maisto problemą.

Atsiranda ekosistemos sutrikimas. Biomasės gamybai paprastai reikia išplėsti žemės ūkyje naudojamas teritorijas.

Dažnai šiuo tikslu atliekamas teritorijos valymas, dėl kurio sunaikinama mikroekosistema (pavyzdžiui, miškai), žūsta augalai ir gyvūnai.

Norint gaminti biokurą, jau auginami dideli derliai. Daugiau nei 50% Europoje išaugintų rapsų, daugiau nei trečdalis Brazilijoje užaugintų amerikiečių grūdų ir beveik pusė cukranendrių sunaudojama biomasės gamybai.

Kyla problemų dėl augančių monokultūrų. Norėdami užauginti didesnį biomasės derlių, gamintojai dažnai sėja žemę su tam tikru augalu. Ši praktika nelabai atspindi žemės ūkio paskirties žemės būklę, nes monokultūra keičia aplinką.

Laukuose, kuriuose užima viena augalų rūšis, paprastai parazituoja specialios kenkėjų veislės. Bandymas kovoti su jais insekticidais ir pesticidais tik lemia atsparumo šiems vaistams vystymąsi.

Norėdami išvengti aukščiau aprašytų problemų, mokslininkai pataria nepamiršti pasėlių biologinės įvairovės, laukuose derinti kelis augalus, taip pat naudoti vietines floros veisles.

Alternatyvaus kuro kartos

Platus augalų medžiagų, naudojamų biomasės gamybai, asortimentas paprastai padalijamas į keletą kartų.

Pirma karta. Šiai kategorijai priskiriami pasėliai, kuriuose yra didelis krakmolo, cukraus, riebalų procentas. Tai tokie populiarūs augalai kaip kukurūzai, cukriniai runkeliai, rapsai, soja.

Kadangi šių kultūrų auginimas kenkia klimatui, o jų pašalinimas iš rinkos daro įtaką produktų kainodarai, mokslininkai bando juos pakeisti kitomis biomasės rūšimis.

Šiuo metu beveik visi šiuolaikinio skystojo kuro tipai (biodyzelinas, etanolis) gaminami iš žemės ūkio augalų, priklausančių pirmosios kartos žaliavoms.

Antroji karta. Biomasės grupei priklauso mediena, žolė, žemės ūkio atliekos (lukštas, lukštas). Iš tokių žaliavų gauti biokurą yra brangu, tačiau tai leidžia išspręsti ne maisto likučių perdirbimo klausimą tuo pat metu gaminant degiąsias medžiagas.

Į šią veislę įtrauktų kultūrų bruožas yra jose esantis ligninas ir celiuliozė. Jų dėka biomasę galima sudeginti ir dujinti, taip pat atlikti pirolizę, gaunant skystą kurą.

Laikoma, kad pagrindinis antros kartos biomasės trūkumas yra nepakankamas derlingumas iš ploto vieneto, todėl tokiems pasėliams reikia skirti didelius žemės išteklius.

Trečioji karta. Žaliavos biodegalų gamybai yra dumbliai, auginami pramoniniu mastu, pavyzdžiui, atvirame vandenyje.

Perspektyviausiu pasirinkimu tampa biokuras, gaunamas iš vienaląsčių dumblių. Tokie augalai greitai įgyja masę, o derlingoje žemėje jiems augti nereikia.

Ši praktika turi dideles perspektyvas, tačiau šiuo metu tokios technologijos yra tik kuriamos. Mokslininkai taip pat vykdo tyrimus, kad sukurtų ketvirtosios ir net penktosios kartos biokuro gamybos būdus.

Trijų rūšių biodegalai

Atsižvelgiant į cheminės medžiagos sankaupos būseną, yra trys pagrindinės biokuro rūšys:

1. Kieta: malkos, durpės, gyvulinės atliekos ir žemės ūkio produkcija.
2. Skystas: biodyzelinas, dimetilo eteris, bioetanolis, biobutanolis.
3. Dujinis: biodujos, metanas, biovandenilis.

Kiekviena cheminės medžiagos rūšis turi savo specifiką, kuri bus aptariama toliau.

1 tipas: kietas

Tarp populiariausių kietų biokuro rūšių yra mediena, durpės, gyvulinės atliekos.

Mediena (malkos, medžio drožlės, pjuvenos)

Senovinis biokuro tipas yra malkos, gerai žinomos visiems ir ilgą laiką naudojamos namų šildymui ir maisto ruošimui. Iki šiol jie aktyviai naudojami šilumai ir elektrai gaminti, ypač didelėje Austrijos šiluminėje elektrinėje, kurios galia yra 66 megavatai, veikia mediena.

Tuo pačiu metu tokios žaliavos turi trūkumų. Malkų energetinė vertė palyginti nedidelė: deginant dalis medžiagos nusėda suodžiais, todėl židinius ir krosneles reikia reguliariai valyti. Be to, medienos ištekliams papildyti reikia tam tikro laiko - nauji medžiai augs tik po 15-20 metų.

Puiki alternatyva įprastinei medienai yra granulės (granulės), kurių gamybai naudojama nestandartinė mediena: žievė, medžio drožlės, presuotos pjuvenos, giriasi.

Granulės, gautos iš medžio, durpių ir įvairių atliekų produktų, yra skirtingos spalvos. Šviesos yra naudojamos židiniams ir krosnims deginti, o tamsiosios, turinčios daug žievės, skirtos kieto kuro katilams.

Kuro granulėms gaminti, žaliavos susmulkinamos į dulkes, kurios išdžiovinamos ir presuojamos aukštoje temperatūroje. Dėl medienoje esančio lignino susidaro lipni masė, iš kurios susidaro maži 5–70 mm ilgio ir 6–10 mm skersmens cilindrai.

Moderni tradicinės medienos alternatyva yra keturių, šešių ar aštuonkampių formos kuro briketai. Ši ekologiška medžiaga pasižymi dideliu šilumos išsiskyrimu.

Granulių gamybą galite nustatyti patys briketo presas.

Tarp populiarių biodegalų rūšių yra medžio drožlės, dažnai naudojamos kaip energijos šaltinis Europos šiluminėse elektrinėse. Ši žaliava gaminama miško ruošoje arba specialiose gamybos linijose, aprūpintose smulkinimo mašinomis.

Pelkės ir miško kuro durpės

Tai yra įprasta biokuro rūšis, šimtmečius naudojama buitiniams ir pramoniniams tikslams. Durpės yra samanų sluoksnis, kuris nėra visiškai suskaidytas pelkėje, kasamas daugelyje pasaulio šalių: Rusijoje, Baltarusijoje, Kanadoje, Švedijoje, Indonezijoje ir kt.

Durpės, turinčios 50–60% anglies, laikomos populiariomis medžiagomis, turinčiomis dujas. Ši vertinga žaliava gali būti naudojama ne tik kaip kuras, bet ir kaip trąša ar šilumos izoliatorius.

Gamybos proceso patogumui biomasė paprastai perdirbama gamybos vietoje. Procesą sudaro žaliavų valymas (sijojimas) nuo pašalinių pašalinimų, po to džiovinimas ir formavimas briketų ar granulių pavidalu.

Degalai iš žemės ūkio atliekų

Žemės ūkio produkcijoje paprastai susikaupia daugybė įvairių augalų atliekų: išoriniai augalų apvalkalai, riešutų kevalai, šiaudai.

Tokias žaliavas taip pat galima išspausti ir granuliuoti, norint gauti kuro granules, kurių savybės yra praktiškai tokios pačios kaip granulių, pagamintų iš medienos biomasės.

Gyvūnų biokuras

Senovės laikais žmonės kartu su malkomis ėmė naudoti ir gyvulinės kilmės kurą, būtent mėšlą, išdžiovintą mėšlu. Šiuolaikinės tokių žaliavų džiovinimo ir perdirbimo technologijos leidžia gauti kietų biokuro rūšių, visiškai neturinčių nemalonių kvapų.

Ilgą laiką klajokliai kaip kurą naudojo džiovintą arklių, kupranugarių ir galvijų mėšlą. Šiuo metu iš naminių gyvūnų atliekų gaminamas biokuras briketų ar granulių pavidalu.

Kadangi gyvulininkystės atliekos šiuo metu kaupiamos pramoniniu mastu, degalų gamyba iš jų kartu išsprendžia jų šalinimo klausimą.

2 tipas: skystas

Skystas biokuras, kuris yra saugus ir ekologiškas, dažniausiai naudojamas kaip benzino ir kitų panašių produktų pakaitalas. Tarp labiausiai paplitusių variantų yra bioetanolis, biometanolis, biobutanolis, biodyzelinas, dimetilo eteris.

Pasėlio bioetanolis

Tai yra įprastas skystas biokuras, naudojamas automobiliams gaminti.Nors gryna medžiaga nenaudojama kaip degalai, jos papildymas benzinu pagerina variklio darbą, padidina jo galią, kontroliuoja variklio šildymą ir sumažina išmetamųjų dujų kiekį.

Daugelyje degalinių Europoje, Azijoje, Šiaurės ir Pietų Amerikoje siūlomas ne tik tradicinis kuras, bet ir įvairių rūšių biodegalai, ypač mišiniai, kuriuose yra bioetanolio.

Bioetanolį įvertino ir židinių gerbėjai. Ši medžiaga gerai išsklaido šilumą, be to, degindama ji nesukelia suodžių ar dūmų, o išmetamo anglies dioksido kiekis yra sumažintas iki minimumo.

Dėl šių savybių degalai gali būti naudojami net židinio deginimui daugiabučiuose namuose. Skaitykite daugiau apie židinių biokurą šis straipsnis.

Bioetanolis gaminamas iš pirmosios kartos žaliavų, kurių sudėtyje yra krakmolo arba cukraus. Grūdai, kukurūzai, cukranendrės, runkeliai perdirbami naudojant alkoholinio rūgimo technologiją.

Biobutanolis automobilių degalų papildymui

Biobutanolis yra biologiškai gautas butanolio analogas. Bespalvis, būdingo kvapo skystis yra plačiai naudojamas kaip cheminė žaliava pramonėje, taip pat gali būti naudojamas kaip transporto kuras.

Butanolio energijos intensyvumas yra artimas benzinui, o tai leidžia iš dalies pakeisti pastarąjį kuro elementuose. Skirtingai nuo bioetanolio, biobutanolį galima naudoti savarankiškai, nepridedant tradicinių degalų rūšių.

Įvairūs augalai yra šios žaliavos gamyboje naudojamos žaliavos: runkeliai, kasava, kviečiai, kukurūzai.

Dimetilo eteris (C₂H₆O)

Tai taip pat ekologiškas kuras. Kai jis deginamas, išmetamosiose dujose nėra sieros junginių, o azoto junginių kiekis yra 90% mažesnis nei deginant benziną.

Dimetilo eterį galima naudoti be specialių filtrų, tačiau automobilio dizainą reikia pakeisti kardinaliai (maitinimo sistema, variklio uždegimas).

Dimetilo eteris laikomas perspektyviu automobilių degalų pasirinkimu. Mašinas su varikliais, skirtus šiam kurui, kuria tokios didelės kompanijos kaip „Volvo“, „SAIC Motor“, „KAMAZ“, „Nissan“

Mašinose, kuriose yra SND varikliai, be pakeitimų galite naudoti kombinuotą kurą, kuriame yra 30% dimetilo eterio.

Skystas kuras gali būti gaminamas iš įvairių žaliavų: gamtinių dujų, anglies dulkių, biomasės ir pirmiausia iš celiuliozės ir popieriaus gamybos liekanų, paverčiant skysčiu esant žemam slėgiui.

Vienaląsčių dumblių biometanolis

Panaši medžiaga yra įprasto metanolio analogas, plačiai naudojamas gaminant daugelį cheminių junginių (acto rūgštis, formaldehidas), taip pat naudojamas kaip antifrizas ir tirpiklis.

Šios rūšies biokuro gamybos klausimas pirmą kartą buvo iškeltas praėjusio amžiaus devintajame dešimtmetyje, kai grupė mokslininkų pasiūlė išgauti skystą medžiagą biocheminiu jūrinio fitoplanktono pertvarkymu, kurio auginimas bus atliekamas specialiuose rezervuaruose.

Biometanolis turi keletą galimų pranašumų:

• didelis energijos vartojimo efektyvumas - 14 gavus metaną; 7 - gaminant metanolį;
• puikus fitoplanktono produktyvumas - iki 100 tonų iš hektaro per metus;
• nereikalingi vienaląsčiai organizmaikurių auginimui nereikia gėlo vandens, derlingą dirvą;
• žemės ūkio išteklių išsaugojimasnes fitoplanktonas auginamas tvenkiniuose ar jūros įlankose.

Nors pramoninė biometanolio gamyba dar nėra nustatyta, šiuo metu vykdomi nuolatiniai tyrimai ir kuriamos technologijos, skirtos šios rūšies alternatyvaus kuro gamybai plėtoti.

Biodyzelinas kaip transporto kuro alternatyva

Tai yra skystas variklinis biokuras, susidedantis iš riebalų rūgščių esterių mišinio.Medžiaga yra saugi žmonėms ir gyvūnams, beveik visiškai suyra žemėje per 28 dienas, taip pat turi gana aukštą (<100) užsidegimo temperatūrą.

Biodyzelinas sumažina kenksmingų dujų išmetimo procentą ir prailgina variklio eksploatavimo laiką, nes jis apima tepalinius komponentus.

Degalai naudojami automobilių varikliams papildyti tiek atskirai, tiek kartu su įprastais degalais. Reikėtų atsižvelgti tik į trumpą biologinės medžiagos galiojimo laiką: po trijų mėnesių biologinės medžiagos irimas prasideda nuo visiško savybių praradimo.

Biodyzelinui ES yra priimtas specialus standartas EN14214. Kai kuriose šalyse galioja ir EN590 standartas, leidžiantis į kitus degalus įpilti 5% biodyzelino.

3 tipas: dujinis

Pagrindinės dujinio biokuro rūšys yra biodujos ir biovandenilis.

Biodujos kaip gamtinių dujų pakaitalas

Biodujos yra beveik visas gamtinių dujų analogas: jose yra 13-50% CO_2, 49–87% metano, taip pat H priemaišų₂ ir H₂S. Jei ši medžiaga yra išvalyta nuo anglies dioksido, galite gauti biometano.

Dujinis biokuras gaminamas iš biomasės fermentuojant vandenilį arba metaną. Pastarąjį sukelia trys mikroorganizmų tipai: pirma, žaliava yra veikiama hidrolizinių bakterijų, kurios vėliau pakeičiamos rūgštį formuojančiais ir metaną sudarančiais mikrobais.

Biodujų gamyba gali būti vykdoma naudojant pramoninius ir amatininkus. Labiausiai paplitęs gamybos būdas yra aerobinis skaidymas metano rezervuaruose.

Kaip žaliavos gali būti naudojamos įvairios medžiagos: silosas, mėšlas, dumbliai, nuotekos, kraikas, išmatų likučiai, buitinės atliekos. Pradinė medžiaga yra homogeninė, po to ji įdedama į reaktorių naudojant krautuvą.

Tai palaiko patogią + 35-38 ° C temperatūrą, kuri yra būtina metano fermentacijos procesui įgyvendinti.

Žaliavos nuolat maišomos, o gautas dujinis produktas išleidžiamas į dujų laikiklį (akumuliatorių), iš kur jis patenka į elektros generatorių.

Skaitykite daugiau apie biodujų gaminimą iš mėšlo ir biodujų jėgainės išdėstymą straipsniuose:

1. Kaip iš mėšlo namuose pasigaminti biokurą savo rankomis
2. Biodujų įmonė „pasidaryk pats“ privačiam namui: prietaiso rekomendacijos ir namų tobulinimo pavyzdys

Cheminis biovandenilis

Dujinis biokuras, kuris yra paprastojo vandenilio analogas, gaunamas iš biomasės naudojant biocheminius arba termocheminius metodus.

Termocheminiu būdu paruoštos žaliavos (pavyzdžiui, medienos atliekos) kaitinamos iki 500–800 ° C temperatūros be deguonies, o dujos H₂, CO, CH₄.

Perspektyvus biohidro gamybos būdas yra biofitolizė. Šiuo atveju dujos gaminamos naudojant dumblius, kurie dedami į jūros vandenį, nuotekas

Biocheminiu būdu žaliava palaikoma patogiomis sąlygomis esant normaliam slėgiui ir maždaug 30 ° C temperatūrai.

Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes į biomasę patenka specialūs mikroorganizmai, kurie suskaido pradinį produktą ir išskiria vandenilį. Fermentams leidžiama paspartinti gamybą naudojant polisacharidus.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Žemiau esančiame vaizdo įraše galite pamatyti populiaraus tipo biokuro - medienos briketų - gamybos procesą:

Biokuro rūšys skiriasi ne tik agregacijos būsena, bet ir charakteristikomis. Renkantis tokią medžiagą, būtina atsižvelgti į jų planuojamą naudojimą, efektyvumą, funkcines savybes ir kainą.

Ar turite patirties naudojant alternatyvius degalus? Ar norite užduoti klausimų apie biokurą? Prašau pakomentuoti publikaciją ir dalyvauti diskusijose.Atsiliepimų blokas yra žemiau.