Jenis biofuel: perbandingan ciri-ciri bahan api pepejal, cecair dan gas

Alternatif untuk sumber tenaga tradisional adalah pelbagai jenis biofuel, untuk pembuatan bahan mentah sayuran atau haiwan, sisa industri dan hasil aktiviti penting organisma digunakan.

Kami menawarkan anda untuk memahami kelebihan dan kekurangan penggunaan bahan bakar seperti itu, mengetahui ciri pengeluaran, ciri-ciri fungsional, dan juga menilai keberkesanan penggunaan pelbagai jenis biofuel. Maklumat yang diberikan akan membantu anda menavigasi pemilihan sumber tenaga alternatif.

Apa itu biofuel

Kawasan yang paling menjanjikan dalam sektor tenaga adalah teknologi yang melibatkan penggunaan sumber daya yang boleh diperbaharui, termasuk biofuel.

Jenis biofuel yang paling biasa adalah kayu bakar konvensional. 38% penduduk dunia menggunakannya untuk pemanasan dan memasak

Sebagai bahan mentah untuk penghasilannya, biomas yang berasal dari tumbuhan / haiwan dapat diambil, termasuk sisa industri atau sisa haiwan.

Pemprosesan bahan tersebut dilakukan dengan kaedah termokimia atau biologi, dalam kes terakhir, bahan bakar diperoleh menggunakan berbagai jenis mikroorganisma.

Bahagian penggunaan bahan bakar biologi terus meningkat, yang menyumbang kepada pemuliharaan sumber hidrokarbon fosil (+)

Banyak negara mempunyai program khas untuk memperluas bahagian biofuel dalam penggunaan tenaga nasional dan serantau. Sebilangan negeri juga mempunyai piawaian wajib untuk penggunaan sumber tenaga ini.

Kelebihan dan kekurangan biofuel

Jenis bahan bakar biologi mempunyai sisi positif dan negatifnya. Minat penggunaan bahan mentah jenis ini disebabkan oleh kelebihannya yang tidak diragukan.

Ini termasuk:

• Kos belanjawan. Walaupun pada masa ini harga biofuel secara praktikal bertepatan dengan kos petrol, bahan biologi dianggap sebagai jenis bahan bakar yang lebih menguntungkan, kerana mereka menghasilkan lebih sedikit pelepasan semasa pembakaran. Biofuel sesuai digunakan dalam pelbagai keadaan, dan dapat disesuaikan dengan mesin dengan reka bentuk yang berbeza. Kelebihan lain ialah pengoptimuman enjin, yang tetap bersih lebih lama kerana sedikit jumlah jelaga dan gas ekzos.
• Mobiliti. Biofuel berbeza dari pilihan lain untuk sumber tenaga alternatif dalam pergerakannya. Turbin suria dan angin biasanya termasuk bateri berat, itulah sebabnya ia paling sering digunakan tidak bergerak, sementara bahan bakar bio dapat diangkut dari satu wilayah ke kawasan lain tanpa banyak kerumitan.
• Sumber tenaga boleh diperbaharui. Walaupun, menurut para penyelidik, simpanan minyak mentah yang ada akan bertahan sekurang-kurangnya beberapa ratus tahun, rizab fosil masih terbatas. Biofuel yang terbuat dari tumbuhan dan sisa haiwan adalah antara sumber daya yang boleh diperbaharui yang tidak akan terancam kepupusan dalam masa yang akan datang.
• Perlindungan atmosfera bumi. Kelemahan utama hidrokarbon tradisional adalah peratusan besar CO₂yang dilepaskan dengan pembakaran. Gas ini menghasilkan kesan rumah hijau di atmosfer planet kita, mewujudkan keadaan untuk pemanasan global. Semasa membakar bahan biologi, jumlah karbon dioksida menurun kepada 65%. Selain itu, tanaman yang digunakan dalam pengeluaran biofuel menggunakan karbon monoksida, mengurangkan bahagiannya di udara.
• Keselamatan ekonomi. Rizab hidrokarbon diagihkan secara tidak rata, sehingga beberapa negara terpaksa membeli minyak atau gas asli, menghabiskan sejumlah besar untuk pemerolehan, pengangkutan, dan penyimpanan. Pelbagai jenis bahan bakar biologi dapat diperoleh di hampir mana-mana negara. Oleh kerana untuk pembuatan dan pemprosesannya perlu mewujudkan perusahaan baru dan, dengan itu, pekerjaan, ini akan memberi manfaat kepada ekonomi negara dan memberi kesan positif kepada kesejahteraan orang.

Meningkatkan teknologi dan mengembangkan kaedah baru dapat meningkatkan kesan positif biofuel. Oleh itu, pengembangan teknologi menggunakan plankton dan alga akan mengurangkan harganya dengan ketara.

Pada saat yang sama, pada tahap perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi sekarang ini, produksi biofuel dikaitkan dengan sejumlah kesulitan dan ketidaknyamanan. Pertama sekali, ini adalah sekatan semula jadi dalam menanam tanaman.

Untuk pertumbuhan tanaman yang digunakan untuk menghasilkan biomas, beberapa faktor mesti diambil kira, iaitu:

• Penggunaan air. Tanaman pertanian menggunakan banyak air, yang merupakan sumber yang terhad, terutama di tempat yang kering.
• Pencerobohan. Tanaman bahan api sering agresif. Mereka menenggelamkan flora asli, yang dapat merosakkan keanekaragaman hayati dan ekosistem wilayah ini.
• Baja. Banyak tanaman memerlukan penambahan nutrien yang boleh membahayakan tanaman lain atau ekosistem umum.
• Iklim Zon iklim tertentu (misalnya, padang pasir atau tundra) tidak sesuai untuk menanam tanaman biofuel.

Penanaman aktif tanaman pertanian juga dikaitkan dengan penipisan sumber-sumber pertanian. Ketidakpatuhan terhadap peraturan teknologi pertanian dapat menyebabkan penurunan kandungan komponen tanah yang berguna dan, akibatnya, penipisannya, yang akan memperburuk masalah makanan.

Gangguan ekosistem berlaku. Untuk pengeluaran biomas biasanya memerlukan pengembangan wilayah yang terlibat dalam pertanian.

Selalunya, untuk tujuan ini, wilayah tersebut dibersihkan, yang membawa kepada pemusnahan mikroekosistem (misalnya, hutan), kematian tumbuhan dan haiwan.

Untuk menghasilkan biofuel, sejumlah besar tanaman sudah ditanam. Lebih daripada 50% biji anggur yang dihasilkan di Eropah, lebih daripada satu pertiga biji-bijian Amerika dan hampir separuh tebu yang ditanam di Brazil digunakan untuk pengeluaran biomas.

Terdapat masalah dengan monokultur yang semakin meningkat. Untuk menghasilkan tanaman biojisim yang lebih besar, pengeluar sering menanam tanah dengan tanaman tertentu. Amalan ini tidak mencerminkan keadaan tanah pertanian dengan baik, kerana monokultur membawa kepada perubahan persekitaran.

Di ladang yang dihuni oleh satu spesies tanaman, jenis perosak khas biasanya bersifat parasit. Percubaan untuk memerangi mereka dengan racun serangga dan racun perosak hanya membawa kepada pengembangan daya tahan terhadap ubat-ubatan ini.

Untuk mengelakkan masalah yang dijelaskan di atas, para saintis menasihatkan untuk tidak mengabaikan keanekaragaman hayati tanaman, menggabungkan beberapa tanaman di ladang, dan juga menggunakan jenis flora tempatan.

Penjanaan bahan api alternatif

Pelbagai jenis bahan tanaman yang digunakan untuk biomas biasanya dibahagikan kepada beberapa generasi.

Generasi pertama. Kategori ini merangkumi tanaman yang mengandungi peratusan pati, gula, dan lemak yang tinggi. Ini adalah tanaman yang popular seperti jagung, bit gula, canola, soya.

Oleh kerana penanaman tanaman ini membahayakan iklim, dan penyingkirannya dari pasar mempengaruhi harga produk, para saintis berusaha menggantinya dengan jenis biomas lain.

Hampir semua jenis bahan bakar cair moden (biodiesel, etanol) kini dihasilkan dari tanaman pertanian milik generasi pertama bahan mentah.

Generasi kedua. Kumpulan biomas merangkumi kayu, rumput, sisa pertanian (tempurung, sekam). Mendapatkan biofuel dari bahan mentah seperti itu mahal, namun ia memungkinkan menyelesaikan masalah mengitar semula sisa bukan makanan dengan pengeluaran bahan mudah terbakar secara serentak.

Ciri budaya yang termasuk dalam varieti ini adalah adanya lignin dan selulosa di dalamnya. Terima kasih kepada mereka, biojisim dapat dibakar dan gasifikasi, serta mengalami pirolisis, menerima bahan bakar cair.

Kelemahan utama biomassa generasi kedua dianggap tidak cukup pulangan per unit kawasan, sebab itulah sumber daya tanah yang besar harus diperuntukkan untuk tanaman tersebut.

Generasi ketiga. Bahan mentah untuk pengeluaran biofuel adalah alga, yang ditanam pada skala industri, misalnya, di perairan terbuka.

Pilihan yang paling menjanjikan adalah biofuel yang diperoleh dari alga uniselular. Tanaman seperti itu cepat mendapat jisim, sementara tanah yang subur tidak diperlukan untuk menumbuhkannya.

Amalan ini mempunyai prospek besar, namun, pada masa ini, teknologi seperti itu hanya dikembangkan. Para saintis juga melakukan penyelidikan untuk membuat teknik menghasilkan biofuel generasi keempat dan kelima.

Tiga jenis biofuel

Bergantung pada keadaan agregat bahan, terdapat tiga jenis biofuel utama:

1. Padu: kayu bakar, gambut, sisa haiwan dan pengeluaran pertanian.
2. Cecair: biodiesel, dimetil eter, bioetanol, biobutanol.
3. Beri gas: biogas, metana, biohidrogen.

Setiap jenis bahan mempunyai spesifiknya sendiri, yang akan dibincangkan di bawah.

Jenis # 1: Pepejal

Antara jenis biofuel pepejal yang paling popular adalah kayu, gambut, sisa haiwan.

Kayu (kayu bakar, serpihan kayu, habuk papan)

Jenis biofuel kuno adalah kayu bakar yang terkenal kepada semua orang dan telah lama digunakan untuk memanaskan rumah dan memasak. Sehingga kini, mereka secara aktif digunakan di negara yang berlainan untuk menghasilkan haba / elektrik, khususnya sebuah stesen janakuasa termal Austria yang besar, dengan kapasiti 66 megawatt, beroperasi di atas kayu.

Pada masa yang sama, bahan mentah seperti itu mempunyai kekurangan. Nilai tenaga kayu bakar agak kecil: apabila dibakar, sebahagian zat mengendap dalam bentuk jelaga, itulah sebabnya perapian dan kompor mesti dibersihkan secara berkala. Di samping itu, sejumlah masa diperlukan untuk mengisi semula stok kayu - pokok baru akan tumbuh hanya selepas 15-20 tahun.

Alternatif yang sangat baik untuk kayu biasa adalah pelet (pelet), untuk pengeluaran kayu yang tidak digunakan: kulit kayu, serpihan kayu, habuk papan, buluh.

Pelet yang diperoleh dari kayu, gambut dan pelbagai produk buangan mempunyai warna yang berbeza. Yang ringan digunakan untuk membakar perapian dan kompor, sementara yang gelap, dengan kandungan kulit kayu yang tinggi, dirancang untuk dandang bahan api pepejal

Untuk pengeluaran pelet bahan bakar, bahan mentah dihancurkan menjadi habuk, yang kemudian dikeringkan dan ditekan pada suhu tinggi. Oleh kerana lignin yang terkandung di dalam kayu, jisim pelekat terbentuk, dari mana silinder kecil panjang 5-70 mm dan diameter 6-10 mm terbentuk.

Alternatif moden untuk kayu tradisional adalah briket bahan bakar dengan bentuk empat, enam atau segi lapan. Bahan mesra alam ini mempunyai pelesapan haba yang tinggi.

Anda boleh mengatur sendiri pengeluaran pelet dengan membuat penekan briket.

Antara jenis biofuel yang popular ialah serpihan kayu, yang sering menjadi sumber tenaga di loji tenaga termal Eropah. Pengeluaran bahan mentah ini dilakukan pada pembalakan atau di barisan pengeluaran khas yang dilengkapi dengan mesin pencincang.

Gambut dan padi bahan bakar hutan

Ini adalah jenis biofuel yang biasa digunakan untuk tujuan domestik dan industri selama berabad-abad. Gambut adalah lapisan lumut yang tidak terurai sepenuhnya di rawa, yang ditambang di banyak negara di dunia: Rusia, Belarus, Kanada, Sweden, Indonesia, dan lain-lain.

Gambut yang mengandungi 50-60% karbon dianggap sebagai bahan pembawa gas yang popular. Bahan mentah yang berharga ini dapat digunakan bukan hanya sebagai bahan bakar, tetapi juga sebagai baja atau penebat haba.

Untuk kemudahan proses pengeluaran, biomas biasanya diproses di tempat pengeluaran. Prosesnya terdiri daripada membersihkan (menyaring) bahan mentah dari penutupan luar, diikuti dengan pengeringan dan pengacuan dalam bentuk briket atau butiran.

Bahan api dari sisa pertanian

Dalam produksi pertanian, sebagai peraturan, sejumlah besar sisa tanaman terkumpul: cangkang luar tanaman, kulit buah, jerami.

Bahan mentah seperti itu juga dapat ditekan dan di granulasi untuk mendapatkan pelet bahan bakar, yang ciri-cirinya hampir sama dengan pelet yang terbuat dari biomassa kayu.

Bahan api bio haiwan

Seiring dengan kayu bakar pada zaman dahulu, orang mulai menggunakan bahan bakar asal binatang, yaitu kotoran binatang peliharaan yang dikeringkan dengan kotoran. Teknologi moden untuk pengeringan dan pemprosesan bahan mentah sedemikian memungkinkan untuk memperoleh jenis biofuel padat tanpa bau yang tidak menyenangkan.

Untuk waktu yang lama, masyarakat nomaden menggunakan kotoran kuda, unta, dan lembu kering sebagai bahan bakar. Pada masa ini, biofuel dalam bentuk briket atau pelet dihasilkan dari produk buangan haiwan peliharaan.

Oleh kerana sisa ternakan kini dikumpulkan dalam skala industri, pembuatan bahan bakar dari mereka secara serentak dapat menyelesaikan masalah pelupusannya.

Jenis # 2: Cecair

Biofuel cecair, yang selamat dan mesra alam, kebanyakannya digunakan sebagai pengganti petrol dan produk lain yang serupa. Antara pilihan yang paling biasa adalah bioetanol, biometanol, biobutanol, biodiesel, dimetil eter.

Tanam bioetanol

Ini adalah biofuel cecair biasa yang digunakan untuk bahan bakar kereta.Walaupun bahan murni tidak digunakan sebagai bahan bakar, penambahannya ke petrol meningkatkan prestasi mesin, meningkatkan kuasanya, mengawal pemanasan mesin, dan mengurangkan pelepasan ekzos.

Banyak stesen minyak di Eropah, Asia, Amerika Utara dan Selatan tidak hanya menawarkan bahan bakar tradisional, tetapi juga pelbagai jenis biofuel, terutama campuran yang mengandungi bioetanol

Bioetanol juga dihargai oleh peminat perapian. Bahan ini mempunyai pelesapan haba yang baik; lebih-lebih lagi, ia tidak menghasilkan jelaga atau asap ketika dibakar, dan jumlah karbon dioksida yang dikeluarkan diminimumkan.

Berkat ciri-ciri ini, bahan bakar bahkan dapat digunakan untuk membakar perapian di bangunan pangsapuri. Baca lebih lanjut mengenai biofuel untuk perapian di artikel ini.

Bioetanol dihasilkan dari bahan mentah generasi pertama yang mengandungi kanji atau gula. Bijirin, jagung, tebu, bit diproses menggunakan teknologi penapaian alkohol.

Biobutanol untuk mengisi minyak kereta

Biobutanol adalah analog butanol yang diperoleh secara biologi. Cairan tidak berwarna dengan bau khas banyak digunakan sebagai bahan mentah kimia dalam industri, dan juga dapat digunakan sebagai bahan bakar pengangkutan.

Keamatan tenaga butanol hampir dengan petrol, yang membolehkan anda mengganti sebahagiannya dalam sel bahan bakar. Tidak seperti bioetanol, biobutanol dapat digunakan secara bebas, tanpa menambahkan jenis bahan bakar tradisional.

Tumbuhan yang paling pelbagai berfungsi sebagai bahan mentah untuk pengeluaran bahan bio ini: bit, ubi kayu, gandum, jagung.

Dimetil eter (C₂H₆O)

Ia juga bahan bakar yang mesra alam. Ketika dibakar, tidak ada sebatian sulfur dalam gas ekzos, dan kandungan sebatian nitrogen 90% lebih rendah daripada ketika petrol dibakar.

Dimetil eter boleh digunakan tanpa penapis khas, tetapi perubahan kardinal harus dibuat pada reka bentuk kereta (sistem kuasa, pencucuhan mesin).

Dimethyl ether dianggap sebagai pilihan yang menjanjikan untuk bahan bakar automotif. Mesin dengan enjin yang dirancang untuk bahan bakar ini dikembangkan oleh syarikat besar seperti Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan

Tanpa sebarang perubahan, anda boleh menggunakan gabungan bahan bakar yang mengandungi 30% dimetil eter dalam mesin yang dilengkapi dengan mesin LPG.

Bahan bakar cair dapat dihasilkan dari pelbagai bahan mentah: gas asli, debu arang batu, biomassa, dan terutama dari sisa pengeluaran pulpa dan kertas yang berubah menjadi cecair pada tekanan rendah.

Biometanol alga uniselular

Bahan semacam itu adalah analog metanol biasa, yang banyak digunakan untuk penghasilan sebilangan sebatian kimia (asid asetik, formaldehid), dan juga digunakan sebagai antibeku dan pelarut.

Persoalan mengenai pengeluaran jenis biofuel ini pertama kali diajukan pada tahun 1980-an, ketika sekelompok saintis mengusulkan untuk mendapatkan bahan cair dengan transformasi biokimia fitoplankton laut, penanamannya akan dilakukan di takungan khas.

Biometanol mempunyai beberapa kelebihan yang berpotensi:

• kecekapan tenaga yang tinggi - 14 setelah menerima metana; 7 setelah pengeluaran metanol;
• produktiviti fitoplankton yang sangat baik - sehingga 100 tan sehektar setahun;
• tidak memerlukan organisma uniselularuntuk penanaman yang tidak memerlukan air tawar, tanah yang subur;
• pemuliharaan sumber pertaniankerana fitoplankton ditanam di kolam atau teluk laut.

Walaupun pengeluaran biometanol industri belum dibuat, penyelidikan dan pengembangan teknologi yang berterusan untuk pengembangan pengeluaran jenis bahan bakar alternatif ini sedang dilakukan.

Biodiesel sebagai alternatif untuk mengangkut bahan bakar

Ini adalah biofuel motor cair yang terdiri daripada campuran ester asid lemak.Bahan ini selamat untuk manusia dan haiwan, hampir terurai di bumi dalam 28 hari, dan juga mempunyai suhu penyalaan (<100) yang agak tinggi.

Biodiesel mengurangkan peratusan pelepasan gas berbahaya, dan juga memperpanjang umur enjin, kerana ia merangkumi komponen pelincir.

Bahan bakar digunakan untuk mengisi bahan bakar mesin automatik secara bebas dan bersama dengan bahan bakar konvensional. Hanya jangka hayat zat biologi yang pendek yang harus diambil kira: selepas tiga bulan, pembusukan bahan biologi bermula dengan kehilangan harta benda sepenuhnya.

Untuk biodiesel di EU, standard khas EN14214 telah digunakan. Di beberapa negara, standard EN590 juga berlaku, yang memungkinkan penambahan 5% biodiesel ke bahan bakar lain.

Jenis # 3: Ber gas

Jenis utama biofuel gas termasuk biogas dan biohidrogen.

Biogas sebagai pengganti gas asli

Biogas adalah analog gas asli yang hampir lengkap: mengandungi 13-50% CO_2, 49-87% metana, serta kekotoran H₂ dan H₂S. Sekiranya bahan ini dibersihkan dari karbon dioksida, anda boleh mendapatkan biometana.

Biofuel gas dibuat dari biojisim melalui fermentasi hidrogen atau metana. Yang terakhir disebabkan oleh tiga jenis mikroorganisma: pertama, bahan mentah terdedah kepada bakteria hidrolitik, yang kemudian digantikan oleh mikrob yang membentuk asid dan pembentuk metana.

Pengeluaran biogas dapat dilakukan pada alat industri dan artisanal. Kaedah pengeluaran yang paling biasa adalah pencernaan aerobik di tangki metana.

Pelbagai bahan dapat digunakan sebagai bahan mentah: silage, pupuk kandang, alga, air buangan, sampah, sisa tinja, sampah rumah tangga. Bahan permulaan dibawa ke keadaan homogen, selepas itu diletakkan di dalam reaktor menggunakan loader.

Ia mengekalkan suhu yang selesa + 35-38 ° C, yang diperlukan untuk pelaksanaan proses penapaian metana.

Bahan mentah sentiasa dicampurkan, sementara produk gas yang dihasilkan dibuang ke dalam pemegang gas (unit penyimpanan), dari mana ia memasuki penjana elektrik.

Baca lebih lanjut mengenai pengeluaran biogas dari baja dan susunan loji biogas dalam artikel:

1. Cara membuat biofuel dengan tangan anda sendiri dari kotoran di rumah
2. Lakukan sendiri loji biogas untuk rumah persendirian: cadangan untuk peranti dan contoh pembaikan rumah

Biohidrogen Kimia

Sejenis biofuel gas, yang merupakan analog hidrogen biasa, diperoleh dari biomas menggunakan kaedah biokimia atau termokimia.

Dalam kaedah termokimia, bahan mentah yang disiapkan (contohnya, sisa kayu) dipanaskan hingga suhu 500-800 ° C tanpa oksigen, sementara gas H₂, CO, CH₄.

Kaedah yang menjanjikan untuk menghasilkan biohidrogen adalah bioftholisis. Dalam kes ini, gas dihasilkan menggunakan alga, yang diletakkan di air laut, kumbahan

Dalam kaedah biokimia, bahan mentah dikekalkan dalam keadaan selesa pada tekanan normal dan suhu sekitar 30 ° C.

Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes mikroorganisma khas diperkenalkan ke dalam biomas, yang menguraikan produk awal, melepaskan hidrogen. Enzim dibenarkan untuk mempercepat pengeluaran menggunakan polisakarida.

Kesimpulan dan video berguna mengenai topik tersebut

Dalam video di bawah, anda dapat melihat proses pembuatan jenis biofuel - briket kayu yang popular:

Jenis biofuel berbeza bukan sahaja dalam keadaan agregat, tetapi juga dari segi ciri. Semasa memilih bahan tersebut, perlu mengambil kira penggunaan, keberkesanan, sifat fungsional dan kos yang dirancang.

Mempunyai pengalaman menggunakan bahan bakar alternatif? Atau ingin bertanya mengenai biofuel? Sila beri komen mengenai penerbitan dan ikut serta dalam perbincangan.Blok maklum balas terletak di bawah.