Soorten biobrandstoffen: vergelijking van vaste, vloeibare en gasvormige brandstoffen

Een alternatief voor traditionele energiebronnen zijn verschillende soorten biobrandstoffen, voor de productie waarvan plantaardige of dierlijke grondstoffen, bedrijfsafval en de resultaten van vitale activiteit van organismen worden gebruikt.

We bieden u inzicht in de voor- en nadelen van het gebruik van een dergelijke brandstof, ontdekken de productiekenmerken, functionele kenmerken en evalueren de effectiviteit van het gebruik van verschillende soorten biobrandstof. De verstrekte informatie helpt u bij het navigeren door de selectie van alternatieve energiebronnen.

Wat is biobrandstof

Het meest veelbelovende gebied in de energiesector is technologie waarbij gebruik wordt gemaakt van hernieuwbare bronnen, waaronder biobrandstoffen.

Het meest voorkomende type biobrandstof is conventioneel brandhout. 38% van de wereldbevolking gebruikt ze voor verwarming en koken

Als grondstof voor de productie kan biomassa van plantaardige / dierlijke oorsprong worden genomen, inclusief bedrijfsafval of dierlijk afval.

De verwerking van dergelijke stoffen vindt plaats door middel van een thermochemische of biologische methode, in het laatste geval wordt brandstof verkregen met verschillende soorten micro-organismen.

Het aandeel van het gebruik van biologische brandstoffen groeit voortdurend, wat bijdraagt ​​aan het behoud van fossiele koolwaterstofbronnen (+)

Veel landen hebben speciale programma's om het aandeel van biobrandstoffen in het nationale en regionale energieverbruik te vergroten. Een aantal staten heeft ook verplichte normen voor het gebruik van deze energiebron.

Voor- en nadelen van biobrandstoffen

Biologische brandstofsoorten hebben hun positieve en negatieve kanten. Interesse in het gebruik van dit type grondstof wordt veroorzaakt door de ongetwijfeld voordelen.

Deze zijn onder meer:

• Budgetkosten. Hoewel de prijzen van biobrandstoffen op dit moment bijna samenvallen met de kosten van benzine, worden biologische stoffen beschouwd als een meer winstgevende brandstof, omdat ze bij verbranding minder uitstoot veroorzaken. Biobrandstof is geschikt voor gebruik onder verschillende omstandigheden, terwijl het kan worden aangepast aan motoren met verschillende ontwerpen. Een ander pluspunt is de optimalisatie van de motor, die door de geringe hoeveelheid roet en uitlaatgassen langer schoon blijft.
• Mobiliteit. Biobrandstof verschilt qua mobiliteit van andere opties voor alternatieve energiebronnen. Zonne- en windturbines bevatten meestal zware batterijen, daarom worden ze het vaakst stationair gebruikt, terwijl biobrandstof zonder veel gedoe van de ene regio naar de andere kan worden vervoerd.
• Hernieuwbare energiebron. Hoewel de bestaande afzettingen van ruwe olie volgens onderzoekers minstens honderden jaren zullen meegaan, zijn fossiele reserves nog steeds eindig. Biobrandstoffen gemaakt van planten en dierlijk afval behoren tot de hernieuwbare bronnen die in de nabije toekomst niet met uitsterven worden bedreigd.
• Bescherming van de aardatmosfeer. Een groot nadeel van traditionele koolwaterstoffen is het hoge percentage CO₂die vrijkomt bij verbranding. Dit gas zorgt voor een broeikaseffect in de atmosfeer van onze planeet en schept voorwaarden voor de opwarming van de aarde. Bij verbranding van biologische stoffen neemt de hoeveelheid kooldioxide af tot 65%. Daarnaast verbruiken gewassen die worden gebruikt bij de productie van biobrandstoffen koolmonoxide, waardoor het aandeel in de lucht wordt verminderd.
• Economische zekerheid. De koolwaterstofreserves zijn ongelijk verdeeld, dus sommige staten worden gedwongen olie of aardgas te kopen en besteden grote bedragen aan de acquisitie, het transport en de opslag. In bijna elk land zijn verschillende soorten biologische brandstof verkrijgbaar. Aangezien het voor de fabricage en verwerking nodig zal zijn om nieuwe ondernemingen op te richten en dienovereenkomstig banen, zal dit de nationale economie ten goede komen en het welzijn van de mensen positief beïnvloeden.

Door technologie te verbeteren en nieuwe methoden te ontwikkelen, kan het positieve effect van biobrandstoffen worden versterkt. Zo zal de ontwikkeling van technologieën die plankton en algen gebruiken de prijs aanzienlijk verlagen.

Tegelijkertijd gaat de productie van biobrandstoffen in het huidige stadium van de ontwikkeling van wetenschap en technologie gepaard met een aantal moeilijkheden en ongemakken. Allereerst zijn dit natuurlijke beperkingen bij het kweken van planten.

Bij de groei van gewassen die worden gebruikt om biomassa te produceren, moet rekening worden gehouden met een aantal factoren, namelijk:

• Watergebruik. Landbouwgewassen verbruiken veel water, wat een beperkte hulpbron is, vooral op droge plaatsen.
• Invasiviteit. Brandstofgewassen zijn vaak agressief. Ze overstemmen de authentieke flora, die de biodiversiteit en het ecosysteem van de regio kan schaden.
• Meststoffen. Veel planten hebben de toevoeging van voedingsstoffen nodig die andere gewassen of het algemene ecosysteem kunnen schaden.
• Klimaat Bepaalde klimaatzones (bijvoorbeeld woestijn of toendra) zijn niet geschikt voor het verbouwen van biobrandstofgewassen.

Actieve teelt van landbouwgewassen wordt ook geassocieerd met uitputting van landbouwhulpbronnen.Het niet naleven van de regels van de landbouwtechnologie kan leiden tot een afname van het gehalte aan nuttige bodemcomponenten en als gevolg daarvan tot uitputting, wat het voedselprobleem zal verergeren.

Verstoring van het ecosysteem treedt op. Voor de productie van biomassa is meestal uitbreiding van de landbouwgebieden vereist.

Vaak wordt voor dit doel een reiniging van het grondgebied uitgevoerd, wat leidt tot de vernietiging van het micro-ecosysteem (bijvoorbeeld bossen), de dood van planten en dieren.

Voor de productie van biobrandstoffen wordt al een grote hoeveelheid gewassen verbouwd. Meer dan 50% van het in Europa geproduceerde koolzaad, meer dan een derde van het Amerikaanse graan en bijna de helft van het in Brazilië geteelde suikerriet wordt gebruikt voor de productie van biomassa.

Er zijn problemen met groeiende monoculturen. Om een ​​groter biomassagewas te produceren, zaaien producenten vaak het land met een bepaalde plant. Deze praktijk weerspiegelt niet goed de toestand van landbouwgrond, aangezien monocultuur tot een verandering in de omgeving leidt.

Op de velden die door één plantensoort worden bezet, zijn speciale soorten ongedierte meestal parasitair. Een poging om ze te bestrijden met insecticiden en pesticiden leidt alleen tot de ontwikkeling van resistentie tegen deze medicijnen.

Om de hierboven beschreven problemen te voorkomen, adviseren wetenschappers om de biodiversiteit van gewassen niet te verwaarlozen door verschillende planten in de velden te combineren en ook lokale plantensoorten te gebruiken.

Generaties van alternatieve brandstoffen

Een breed scala aan plantaardig materiaal dat voor biomassa wordt gebruikt, is doorgaans onderverdeeld in meerdere generaties.

Eerste generatie. Deze categorie omvat gewassen met een hoog percentage zetmeel, suikers, vetten. Dit zijn zulke populaire planten als maïs, suikerbieten, koolzaad, soja.

Omdat de teelt van deze gewassen het klimaat schaadt en het uit de markt nemen van producten de prijsstelling van producten beïnvloedt, proberen wetenschappers ze te vervangen door andere soorten biomassa.

Vrijwel alle soorten moderne vloeibare brandstoffen (biodiesel, ethanol) worden momenteel geproduceerd uit landbouwgewassen die tot de eerste generatie grondstoffen behoren.

Tweede generatie. De biomassagroep omvat hout, gras, landbouwafval (schelp, schil). Het verkrijgen van biobrandstoffen uit dergelijke grondstoffen is duur, maar het maakt het mogelijk het probleem op te lossen van het recyclen van niet-voedselresiduen met de gelijktijdige productie van brandbare materialen.

Een kenmerk van de culturen in deze variëteit is de aanwezigheid van lignine en cellulose erin. Dankzij hen kan biomassa worden verbrand en vergast, en kan het worden onderworpen aan pyrolyse, waarbij het vloeibare brandstof ontvangt.

Het grootste nadeel van biomassa van de tweede generatie wordt beschouwd als onvoldoende rendement per oppervlakte-eenheid, en daarom moeten voor dergelijke gewassen aanzienlijke landvoorraden worden toegewezen.

Derde generatie. De grondstoffen voor de productie van biobrandstoffen zijn algen, die op industriële schaal worden gekweekt, bijvoorbeeld in open water.

De meest veelbelovende optie zijn biobrandstoffen die zijn verkregen uit eencellige algen. Dergelijke planten krijgen snel massa, terwijl vruchtbare grond niet nodig is om ze te laten groeien.

Deze praktijk heeft grote vooruitzichten, maar momenteel worden dergelijke technologieën alleen ontwikkeld. Wetenschappers doen ook onderzoek om technieken te ontwikkelen om biobrandstoffen van de vierde en zelfs vijfde generatie te produceren.

Drie soorten biobrandstoffen

Afhankelijk van de aggregatietoestand van de stof zijn er drie hoofdtypen biobrandstof:

1. Solide: brandhout, turf, dierlijk afval en landbouwproductie.
2. Vloeistof: biodiesel, dimethylether, bio-ethanol, biobutanol.
3. Gasvormig: biogas, methaan, biowaterstof.

Elk type stof heeft zijn eigen specifieke kenmerken, die hieronder zullen worden besproken.

Type # 1: solide

Tot de meest populaire vaste soorten biobrandstof behoren hout, turf, dierlijk afval.

Hout (brandhout, houtsnippers, zaagsel)

Het oude type biobrandstof is brandhout dat bij iedereen bekend is en al lang wordt gebruikt voor het verwarmen van huizen en het koken. Tot nu toe worden ze in verschillende landen actief gebruikt om warmte / elektriciteit te produceren, met name een grote Oostenrijkse thermische centrale met een capaciteit van 66 megawatt, die op hout werkt.

Tegelijkertijd hebben dergelijke grondstoffen nadelen. De energetische waarde van brandhout is relatief klein: bij verbranding bezinkt een deel van de stof in de vorm van roet, daarom moeten haarden en kachels regelmatig worden schoongemaakt. Bovendien is er een bepaalde hoeveelheid tijd nodig om de houtvoorraden aan te vullen - nieuwe bomen zullen pas na 15-20 jaar groeien.

Een uitstekend alternatief voor gewoon hout zijn pellets (pellets), voor de productie waarvan ondermaats hout wordt gebruikt: schors, houtsnippers, geperst zaagsel, takken.

Pellets verkregen uit hout, turf en diverse afvalproducten hebben een andere kleur. Lichte degenen worden gebruikt voor het branden van open haarden en kachels, terwijl donkere degenen met een hoog schorsgehalte zijn ontworpen voor ketels op vaste brandstof

Voor de productie van brandstofpellets worden de grondstoffen tot stof vermalen, dat vervolgens op hoge temperatuur wordt gedroogd en geperst. Door de lignine in het hout wordt een kleefmassa gevormd waaruit kleine cilinders van 5-70 mm lang en 6-10 mm in diameter worden gevormd.

Een modern alternatief voor traditioneel hout zijn brandstofbriketten met vier-, zes- of achthoekige vormen. Dit milieuvriendelijke materiaal heeft een hoge warmteafvoer.

Je kunt zelf pelletproductie opzetten door te maken briketpers.

Een van de populaire soorten biobrandstoffen is houtsnippers, die vaak dienen als energiebron bij Europese thermische centrales. De productie van deze grondstof vindt plaats op houtkap of op speciale productielijnen uitgerust met shreddermachines.

Moeras en bosbrandstof turf

Dit is een veelvoorkomend type biobrandstof dat al eeuwenlang wordt gebruikt voor huishoudelijke en industriële doeleinden. Turf is een laag mos die niet volledig wordt afgebroken in een moeras, dat in veel landen van de wereld wordt gewonnen: Rusland, Wit-Rusland, Canada, Zweden, Indonesië en andere.

Turf met 50-60% koolstof wordt beschouwd als een populair gasdragend materiaal. Deze waardevolle grondstof kan niet alleen als brandstof worden gebruikt, maar ook als meststof of warmte-isolator.

Voor het gemak van het productieproces wordt biomassa meestal op de plaats van productie verwerkt. Het proces bestaat uit het reinigen (zeven) van de grondstoffen van externe sluitingen, gevolgd door drogen en gieten in de vorm van briketten of korrels.

Brandstof uit landbouwafval

In de landbouwproductie hoopt zich in de regel een groot aantal verschillende plantenafval op: de buitenste schil van planten, notendoppen, stro.

Dergelijke grondstoffen kunnen ook worden geperst en gegranuleerd om brandstofpellets te verkrijgen, waarvan de kenmerken praktisch hetzelfde zijn als pellets gemaakt van houtbiomassa.

Dierlijke biobrandstof

Samen met brandhout in de oudheid begonnen mensen brandstof van dierlijke oorsprong te gebruiken, namelijk mest - gedroogde mest van huisdieren. Moderne technologieën voor het drogen en verwerken van dergelijke grondstoffen maken het mogelijk om vaste soorten biobrandstoffen te verkrijgen die volledig onaangenaam geuren bevatten.

Nomadische volkeren gebruikten lange tijd gedroogde mest van paarden, kamelen en vee als brandstof. Momenteel wordt biobrandstof in de vorm van briketten of pellets geproduceerd uit de afvalproducten van huisdieren.

Aangezien vee-afval momenteel op industriële schaal wordt opgestapeld, lost de productie van brandstof daaruit tegelijkertijd het probleem van hun verwijdering op.

Type # 2: vloeistof

Vloeibare biobrandstoffen, die veilig en milieuvriendelijk zijn, worden meestal gebruikt als vervanging voor benzine en andere soortgelijke producten. Tot de meest voorkomende opties behoren bio-ethanol, biomethanol, biobutanol, biodiesel, dimethylether.

Bio-ethanol bijsnijden

Dit is een veel voorkomende vloeibare biobrandstof die wordt gebruikt om auto's van brandstof te voorzien.Hoewel een zuivere stof niet als brandstof wordt gebruikt, verbetert de toevoeging aan benzine de werking van de motor, verhoogt het vermogen, regelt het de verwarming van de motor en vermindert het de uitlaatemissies.

Veel tankstations in Europa, Azië, Noord- en Zuid-Amerika bieden niet alleen traditionele brandstof aan, maar ook verschillende soorten biobrandstoffen, vooral mengsels die bio-ethanol bevatten

Bio-ethanol werd ook gewaardeerd door fans van open haarden. Deze stof heeft een goede warmteafvoer, bovendien ontstaat er tijdens de verbranding geen roet of rook en wordt de hoeveelheid uitgestoten koolzuur tot een minimum beperkt.

Dankzij deze eigenschappen kan brandstof zelfs worden gebruikt voor het verbranden van een haard in appartementsgebouwen. Lees meer over biobrandstoffen voor haarden in dit artikel.

Bio-ethanol wordt geproduceerd uit grondstoffen van de eerste generatie die zetmeel of suiker bevatten. Granen, maïs, suikerriet, bieten worden verwerkt met behulp van de technologie van alcoholische fermentatie.

Biobutanol voor het tanken van auto's

Biobutanol is een biologisch verkregen analoog van butanol. Een kleurloze vloeistof met een karakteristieke geur wordt veel gebruikt als chemische grondstof in de industrie en kan ook worden gebruikt als transportbrandstof.

De energie-intensiteit van butanol ligt dicht bij benzine, waardoor je deze laatste gedeeltelijk kunt vervangen in brandstofcellen. In tegenstelling tot bio-ethanol kan biobutanol onafhankelijk worden gebruikt, zonder toevoeging van traditionele brandstof.

De meest uiteenlopende planten dienen als grondstof voor de productie van deze bio-stof: bieten, cassave, tarwe, maïs.

Dimethylether (C₂H₆O)

Het is ook een milieuvriendelijke brandstof. Bij verbranding zijn er geen zwavelverbindingen in de uitlaatgassen en is het gehalte aan stikstofverbindingen 90% lager dan bij verbranding van benzine.

Dimethylether kan zonder speciale filters worden gebruikt, maar er moeten belangrijke wijzigingen in het ontwerp van de auto worden aangebracht (aandrijfsysteem, motorontsteking).

Dimethylether wordt beschouwd als een veelbelovende optie voor autobrandstof. Machines met motoren die zijn ontworpen voor deze brandstof zijn ontwikkeld door grote bedrijven als Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan

U kunt zonder aanpassingen gecombineerde brandstof met 30% dimethylether gebruiken in machines die zijn uitgerust met LPG-motoren.

Vloeibare brandstoffen kunnen worden geproduceerd uit verschillende grondstoffen: aardgas, steenkoolstof, biomassa en vooral uit de pulp- en papierproductieresiduen die bij lage druk in een vloeistof veranderen.

Eencellige algen biomethanol

Een vergelijkbare stof is een analoog van gewone methanol, dat veel wordt gebruikt voor de productie van een aantal chemische verbindingen (azijnzuur, formaldehyde) en ook wordt gebruikt als antivries en oplosmiddel.

De vraag over de productie van dit type biobrandstof werd voor het eerst gesteld in de jaren tachtig, toen een groep wetenschappers voorstelde om een ​​vloeibare stof te verkrijgen door biochemische transformatie van marien fytoplankton, waarvan de teelt zal plaatsvinden in speciale reservoirs.

Biomethanol heeft verschillende potentiële voordelen:

• hoge energie-efficiëntie - 14 bij ontvangst van methaan; 7 bij de productie van methanol;
• uitstekende productiviteit van fytoplankton - tot 100 ton per hectare per jaar;
• niet veeleisende eencellige organismenvoor de teelt waarvan zoet water niet nodig is, vruchtbare grond;
• instandhouding van agrarische hulpbronnenomdat fytoplankton wordt gekweekt in vijvers of zeebeken.

Hoewel de industriële productie van biomethanol nog niet is vastgesteld, wordt er momenteel hardnekkig onderzoek gedaan naar en ontwikkeling van technologieën voor de ontwikkeling van de productie van dit type alternatieve brandstof.

Biodiesel als alternatief voor transport van brandstof

Dit is een vloeibare motorbiobrandstof bestaande uit een mengsel van vetzuuresters.De stof is veilig voor mens en dier, ontleedt bijna volledig in de aarde in 28 dagen en heeft ook een relatief hoge (<100) ontbrandingstemperatuur.

Biodiesel vermindert het percentage van de uitstoot van schadelijke gassen en verlengt ook de levensduur van de motor, omdat deze smeercomponenten bevat.

Brandstof wordt gebruikt om automotoren zowel onafhankelijk als in combinatie met conventionele brandstof bij te tanken. Er moet alleen rekening worden gehouden met een korte houdbaarheid van de biologische stof: na drie maanden begint het verval van de biologische stof met een volledig verlies van eigenschappen.

Voor biodiesel in de EU is een speciale norm EN14214 aangenomen. In sommige landen is de EN590-norm ook geldig, waardoor 5% biodiesel aan andere brandstoffen kan worden toegevoegd.

Type # 3: gasvormig

De belangrijkste soorten gasvormige biobrandstof zijn biogas en biowaterstof.

Biogas als vervanger van aardgas

Biogas is een bijna volledig analoog van aardgas: het bevat 13-50% CO_2, 49-87% methaan, evenals onzuiverheden H₂ en H₂S. Als deze stof is ontdaan van kooldioxide, kunt u biomethaan krijgen.

Gasvormige biobrandstoffen worden gemaakt van biomassa door waterstof- of methaanfermentatie. Dit laatste wordt veroorzaakt door drie soorten micro-organismen: ten eerste wordt de grondstof blootgesteld aan hydrolytische bacteriën, die vervolgens worden vervangen door zuurvormende en methaanvormende microben.

Biogasproductie kan worden uitgevoerd op industriële en ambachtelijke apparaten. De meest gebruikte productiemethode is aerobe vergisting in methaantanks.

Als grondstof kunnen verschillende materialen worden gebruikt: kuilvoer, mest, algen, afvalwater, strooisel, fecale resten, huishoudelijk afval. Het uitgangsmateriaal wordt in een homogene staat gebracht, waarna het met een lader in een reactor wordt geplaatst.

Het handhaaft een comfortabele temperatuur van + 35-38 ° C, wat nodig is voor de implementatie van het methaanfermentatieproces.

De grondstoffen worden constant gemengd, terwijl het resulterende gasvormige product wordt geloosd in de gashouder (opslageenheid), van waaruit het de elektrische generator binnenkomt.

Lees meer over de productie van biogas uit mest en de inrichting van een biogasinstallatie in de artikelen:

1. Hoe u biobrandstof met uw eigen handen kunt maken van mest thuis
2. Doe-het-zelf biogasinstallatie voor een privéwoning: aanbevelingen voor het apparaat en een voorbeeld van huisverbetering

Chemisch biowaterstof

Een type gasvormige biobrandstof, een analoog van gewone waterstof, wordt verkregen uit biomassa met behulp van biochemische of thermochemische methoden.

Bij de thermochemische methode worden de bereide grondstoffen (bijvoorbeeld houtafval) zonder zuurstof verhit tot een temperatuur van 500-800 ° C, terwijl gassen H₂, CO, CH₄.

Een veelbelovende methode voor het produceren van biowaterstof is bioftolyse. In dit geval wordt het gas geproduceerd met algen, die in zeewater, riolering worden geplaatst

Bij de biochemische methode wordt de grondstof in comfortabele omstandigheden gehouden bij normale druk en temperatuur bij ongeveer 30 ° C.

Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes speciale micro-organismen worden in de biomassa geïntroduceerd, die het oorspronkelijke product afbreken, waarbij waterstof vrijkomt. Enzymen mogen de productie versnellen met behulp van polysacchariden.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

In de onderstaande video ziet u het productieproces van een populair type biobrandstof - houtbriketten:

Soorten biobrandstof verschillen niet alleen in aggregatietoestand, maar ook in kenmerken. Bij het kiezen van dergelijk materiaal moet rekening worden gehouden met hun geplande gebruik, effectiviteit, functionele eigenschappen en kosten.

Heb je ervaring met het gebruik van alternatieve brandstoffen? Of vragen stellen over biobrandstoffen? Geef commentaar op de publicatie en neem deel aan de discussies.Het feedbackblok bevindt zich hieronder.