Typer biodrivstoff: en sammenligning av egenskapene til faste, flytende og gassformige drivstoff

Et alternativ til tradisjonelle energiressurser er forskjellige typer biodrivstoff, for fremstilling av hvilke vegetabilske eller animalske råvarer, industriavfall og resultatene av vital aktivitet fra organismer som brukes.

Vi tilbyr deg å forstå fordeler og ulemper ved å bruke et slikt drivstoff, finne ut funksjonene i produksjonen, funksjonelle egenskaper, samt vurdere effektiviteten av å bruke forskjellige typer biodrivstoff. Informasjonen som gis vil hjelpe deg med å navigere i valg av alternative energikilder.

Hva er biodrivstoff

Det mest lovende området i energisektoren er teknologi som innebærer bruk av fornybare ressurser, som inkluderer biodrivstoff.

Den vanligste typen biodrivstoff er konvensjonelt ved. 38% av verdens befolkning bruker dem til oppvarming og matlaging

Som råvarer for produksjonen kan biomasse av plante / animalsk opprinnelse tas, inkludert industriavfall eller animalsk avfall.

Behandlingen av slike stoffer utføres ved en termokjemisk eller biologisk metode, i sistnevnte tilfelle oppnås drivstoff ved bruk av forskjellige typer mikroorganismer.

Andelen av bruken av biologiske drivstoff øker stadig, noe som bidrar til bevaring av fossile hydrokarbonressurser (+)

Mange land har spesielle programmer for å utvide andelen biodrivstoff i nasjonalt og regionalt energiforbruk. En rekke stater har også obligatoriske standarder for bruk av denne energikilden.

Fordeler og ulemper med biodrivstoff

Biologiske drivstofftyper har sine positive og negative sider. Interesse for bruken av denne typen råstoff er forårsaket av dens utvilsomme fordeler.

Disse inkluderer:

• Budsjettkostnad. Selv om biodrivstoffprisene for øyeblikket nesten sammenfaller med bensinkostnadene, anses biologiske stoffer for å være en mer lønnsom type drivstoff, siden de produserer mindre utslipp under forbrenning. Biodrivstoff er egnet for bruk under forskjellige forhold, mens det kan tilpasses motorer med forskjellig design. Et annet pluss er optimaliseringen av motoren, som forblir ren lenger på grunn av den lille mengden sot og avgasser.
• mobilitet. Biodrivstoff skiller seg fra andre alternativer for alternative energikilder i sin mobilitet. Sol- og vindturbiner inkluderer vanligvis tunge batterier, og det er grunnen til at de ofte brukes stasjonært, mens biodrivstoff kan transporteres fra en region til en annen uten mye bryderi.
• Fornybar energikilde. Selv om de eksisterende forekomstene av råolje ifølge forskere vil vare minst flere hundre år, er fossile reserver fremdeles begrensede. Biodrivstoff laget av planter og animalsk avfall er blant de fornybare ressursene som ikke er utrydningstruet i overskuelig fremtid.
• Jordatmosfærebeskyttelse. En stor ulempe med tradisjonelle hydrokarboner er den store andelen CO₂som frigjøres ved å brenne. Denne gassen skaper en drivhuseffekt i atmosfæren på planeten vår, og skaper forutsetninger for global oppvarming. Ved forbrenning av biologiske stoffer synker mengden karbondioksid til 65%. I tillegg til dette bruker avlinger som brukes i biodrivstoffproduksjon karbonmonoksid, noe som reduserer andelen i luften.
• Økonomisk sikkerhet. Hydrokarbonreserver er fordelt ujevnt, så noen stater er tvunget til å kjøpe olje eller naturgass, og bruker store summer på anskaffelse, transport og lagring. Ulike typer biologisk drivstoff kan fås i nesten alle land. Siden det for produksjon og prosessering vil være nødvendig å opprette nye virksomheter og følgelig jobber, vil dette være til nytte for den nasjonale økonomien og påvirke folks trivsel positivt.

Forbedring av teknologi og utvikling av nye metoder kan forbedre den positive effekten av biodrivstoff. Dermed vil utvikling av teknologier som bruker plankton og alger redusere prisen betydelig.

Samtidig, på det nåværende stadiet av utvikling av vitenskap og teknologi, er biodrivstoffproduksjon assosiert med en rekke vanskeligheter og ulemper. Først av alt er dette naturlige begrensninger i voksende planter.

For vekst av avlinger som brukes til å produsere biomasse, må en rekke faktorer tas med i betraktningen, nemlig:

• Vannbruk. Landbruksplanter bruker mye vann, noe som er en begrenset ressurs, spesielt på tørre steder.
• invasivitet. Drivstoffavlinger er ofte aggressive. De drukner ut den autentiske floraen, som kan skade biologisk mangfold og økosystem i regionen.
• gjødsel. Mange planter krever tilsetning av næringsstoffer som kan skade andre avlinger eller det generelle økosystemet.
• Klima. Visse klimasoner (for eksempel ørken eller tundra) er ikke egnet for dyrking av biodrivstoff.

Aktiv dyrking av landbruksplanter er også assosiert med uttømming av landbruksressurser. Manglende overholdelse av landbruksteknologireglene kan føre til reduksjon i innholdet av nyttige jordkomponenter og som et resultat til uttømming av disse, noe som vil forverre matproblemet.

Økosystemforstyrrelse oppstår. For produksjon av biomasse krever vanligvis utvidelse av territoriene som er involvert i landbruket.

Ofte blir det for dette formålet utført en rengjøring av territoriet, noe som fører til ødeleggelse av mikroøkosystemet (for eksempel skog), død av planter og dyr.

For å produsere biodrivstoff dyrkes allerede et stort volum avlinger. Mer enn 50% av raps produsert i Europa, mer enn en tredjedel av amerikansk korn og nesten halvparten av sukkerrør dyrket i Brasil brukes til biomasseproduksjon.

Det er problemer med voksende monokulturer. For å produsere en større biomasse avling, såer produsentene ofte landet med en bestemt plante. Denne praksisen reflekterer ikke godt tilstanden til jordbruksland, siden monokultur fører til en endring i miljøet.

På åkrene som er okkupert av en arter av planter, er spesielle varianter av skadedyr vanligvis parasittiske. Et forsøk på å bekjempe dem med insektmidler og plantevernmidler fører bare til utvikling av resistens mot disse stoffene.

For å unngå problemene beskrevet ovenfor, anbefaler forskere å ikke overse biologisk mangfold av avlinger, kombinere flere planter i åkrene, og også bruke lokale flora.

Generasjoner av alternative drivstoff

Et bredt spekter av plantematerialer brukt til biomasse er vanligvis delt inn i flere generasjoner.

Første generasjon. Denne kategorien inkluderer avlinger som inneholder en høy prosentandel av stivelse, sukker, fett. Dette er så populære planter som mais, sukkerroer, raps, soya.

Siden dyrking av disse avlingene skader klimaet, og at deres fjerning fra markedet påvirker prisene på produkter, prøver forskere å erstatte dem med andre typer biomasse.

Nesten alle typer moderne flytende drivstoff (biodiesel, etanol) produseres for tiden fra landbruksanlegg som tilhører den første generasjonen råvarer.

Andre generasjon. Biomassegruppen inkluderer tre, gress, landbruksavfall (skall, skall). Det er dyrt å skaffe biodrivstoff fra slike råvarer, men det gjør det mulig å løse problemet med resirkulering av ikke-matrester med samtidig produksjon av brennbare materialer.

Et trekk ved kulturene som er inkludert i denne varianten, er tilstedeværelsen av lignin og cellulose i dem. Takket være dem kan biomasse bli brent og forgasset, samt utsatt for pyrolyse og motta flytende drivstoff.

Den største ulempen med andre generasjons biomasse anses å være utilstrekkelig avkastning per arealenhet, og det er grunnen til at betydelige landressurser må tildeles til slike avlinger.

Tredje generasjon. Råvarene for produksjon av biodrivstoff er alger som dyrkes i industriell skala, for eksempel i åpent farvann.

Det mest lovende alternativet er biodrivstoff hentet fra encellede alger. Slike planter får raskt masse, mens fruktbart land ikke er nødvendig for å dyrke dem.

Denne praksisen har store utsikter, men for øyeblikket er slike teknologier bare under utvikling. Forskere forsker også på å lage teknikker for å produsere fjerde og til og med femte generasjons biodrivstoff.

Tre varianter av biodrivstoff

Avhengig av stoffets aggregeringstilstand, er det tre hovedtyper av biodrivstoff:

1. et firma: ved, torv, animalsk avfall og landbruksproduksjon.
2. flytende: biodiesel, dimetyleter, bioetanol, biobutanol.
3. gassformig: biogass, metan, biohydrogen.

Hver type stoff har sine egne spesifikasjoner, som vil bli diskutert nedenfor.

Type # 1: Solid

Blant de mest populære faste variantene av biodrivstoff er tre, torv, animalsk avfall.

Tre (ved, flis, sagflis)

Den eldgamle typen biodrivstoff er ved som er godt kjent for alle og har lenge vært brukt til oppvarming av hus og matlaging. Til nå brukes de aktivt i forskjellige land for å produsere varme / elektrisitet, spesielt opererer en stor østerriksk termisk kraftstasjon, med en kapasitet på 66 megawatt, på trevirke.

Samtidig har slike råvarer ulemper. Energiverdien til ved er relativt liten: når den brennes, legger en del av stoffet seg i form av sot, og det er grunnen til at ildsteder og ovner regelmessig må rengjøres. I tillegg kreves en viss tid for å fylle opp tømmerbestander - nye trær vil vokse først etter 15-20 år.

Et utmerket alternativ til vanlig trevirke er pellets (pellets), for fremstilling av hvilket undervanns trevirke brukes: bark, flis, presset sagflis, tak.

Pellets hentet fra tre, torv og forskjellige avfallsprodukter har en annen farge. Lette brukes til å brenne ildsteder og ovner, mens mørke med høyt barkinnhold er designet for kjeler med fast brensel

For fremstilling av drivstoffpellets knuses råvarene til støv, som deretter tørkes og presses ved høy temperatur. På grunn av ligninet som er inne i treverket, dannes en klebemasse, hvorfra små sylindere er 5-70 mm lange og 6-10 mm i diameter.

Et moderne alternativ til tradisjonelt treverk er drivstoffbriketter med fire-, seks- eller åttekantede former. Dette miljøvennlige materialet har høy varmeavledning.

Du kan sette opp pelletproduksjon selv ved å lage brikettpresse.

Blant de populære typene biodrivstoff er flis, som ofte fungerer som en energikilde på europeiske termiske kraftverk. Produksjonen av dette råstoffet utføres ved hogst eller på spesielle produksjonslinjer utstyrt med makuleringsmaskiner.

Sump og skogsbrenselmorv

Dette er en vanlig type biodrivstoff som har blitt brukt til husholdnings- og industrielle formål i århundrer. Torv er et lag med mose som ikke blir fullstendig dekomponert i en sump, som er utvunnet i mange land i verden: Russland, Hviterussland, Canada, Sverige, Indonesia og andre.

Torv som inneholder 50-60% karbon regnes som et populært gassbærende materiale. Dette verdifulle råmaterialet kan ikke bare brukes som drivstoff, men også som gjødsel eller varmeisolator.

For enkelhets skyld blir produksjonsprosessen biomasse vanligvis behandlet på produksjonsstedet. Prosessen består i rengjøring (sikting) av råvarene fra utendørs stans, etterfulgt av tørking og støping i form av briketter eller granuler.

Drivstoff fra landbruksavfall

I landbruksproduksjon akkumuleres som regel et stort antall forskjellige planteavfall: de ytre skjellene til planter, nøtteskall, halm.

Slike råvarer kan også presses og granuleres for å oppnå drivstoffpellets, hvis egenskaper er praktisk talt de samme som pellets laget av trebiomasse.

Biodrivstoff fra dyr

Sammen med ved i eldgamle tider begynte folk å bruke drivstoff av animalsk opprinnelse, nemlig møkketørket husdyrgjødsel. Moderne teknologier for tørking og prosessering av slike råvarer gjør det mulig å få solide varianter av biodrivstoff fullstendig blottet for ubehagelig lukt.

I lang tid brukte nomadiske folk tørket gjødsel av hester, kameler og storfe som drivstoff. For tiden produseres biodrivstoff i form av briketter eller pellets fra avfallsstoffer fra husdyr.

Siden husdyravfall for øyeblikket akkumuleres i industriell skala, løser produksjonen av drivstoff fra dem samtidig spørsmålet om avhending.

Type # 2: Væske

Flytende biodrivstoff, som er trygge og miljøvennlige, brukes mest som erstatning for bensin og andre lignende produkter. Blant de vanligste alternativene er bioetanol, biometanol, biobutanol, biodiesel, dimetyleter.

Avling bioetanol

Dette er en vanlig flytende biodrivstoff som brukes til å bensinere biler.Selv om et rent stoff ikke brukes som drivstoff, forbedrer dens tilsetning til bensin motorens ytelse, øker effekten, kontrollerer oppvarmingen av motoren og reduserer eksosutslippene.

Mange bensinstasjoner i Europa, Asia, Nord- og Sør-Amerika tilbyr ikke bare tradisjonelt drivstoff, men også forskjellige typer biodrivstoff, spesielt blandinger som inneholder bioetanol

Bioetanol ble også verdsatt av fans av ildsteder. Dette stoffet har god varmeavledning, dessuten produserer det ikke sot eller røyk når det brennes, og mengden utslipp av karbondioksid minimeres.

Takket være disse funksjonene kan drivstoff til og med brukes til å brenne en ildsted i boligblokker. Les mer om biodrivstoff til ildsteder i denne artikkelen.

Bioetanol produseres fra første generasjons råvarer som inneholder stivelse eller sukker. Korn, mais, sukkerrør, rødbeter blir behandlet ved hjelp av teknologi for alkoholgjæring.

Biobutanol for påfylling av biler

Biobutanol er en biologisk oppnådd analog av butanol. En fargeløs væske med en karakteristisk lukt brukes mye som et kjemisk råstoff i industrien, og kan også brukes som transportdrivstoff.

Energinivået til butanol er nær bensin, noe som tillater delvis erstatning av sistnevnte i brenselceller. I motsetning til bioetanol, kan biobutanol brukes uavhengig, uten å tilsette tradisjonelle drivstofftyper.

De mest forskjellige plantene fungerer som råvarer for produksjon av dette biostoffet: rødbeter, kassava, hvete, mais.

Dimetyleter (C₂H₆O)

Det er også et miljøvennlig drivstoff. Når det brennes, er det ingen svovelforbindelser i avgassene, og innholdet av nitrogenforbindelser er 90% lavere enn når bensin forbrennes.

Dimetyleter kan brukes uten spesielle filtre, men kardinalendringer må gjøres i utformingen av bilen (kraftsystem, motorantennelse).

Dimetyleter anses som et lovende alternativ for bilbrensel. Maskiner med motorer designet for dette drivstoffet er utviklet av så store selskaper som Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan

Uten endringer kan du bruke kombinert drivstoff som inneholder 30% dimetyleter i maskiner som er utstyrt med LPG-motorer.

Flytende drivstoff kan produseres fra forskjellige råvarer: naturgass, kullstøv, biomasse, og først og fremst fra restene av masse- og papirproduksjon, og omdannes til en væske ved lavt trykk.

Enscellulære alger biometanol

Et slikt stoff er en analog av vanlig metanol, som er mye brukt til fremstilling av et antall kjemiske forbindelser (eddiksyre, formaldehyd), og brukes også som frostvæske og løsemiddel.

Spørsmålet om produksjonen av denne typen biodrivstoff ble først reist på 1980-tallet, da en gruppe forskere foreslo å få et flytende stoff ved biokjemisk transformasjon av marint planteplankton, hvis dyrking vil bli utført i spesielle reservoarer.

Biometanol har flere potensielle fordeler:

• høy energieffektivitet - 14 ved mottak av metan, 7 ved produksjon av metanol;
• utmerket planteplanktonproduktivitet - opptil 100 tonn per hektar per år;
• krevende encellede organismerfor dyrking av hvilket ferskvann ikke er nødvendig, fruktbar jord;
• bevaring av landbruksressurserfordi planteplankton dyrkes i dammer eller sjøviker.

Selv om den industrielle produksjonen av biometanol ennå ikke er etablert, pågår det nå en vedvarende forskning og utvikling av teknologier for utvikling av produksjonen av denne typen alternativt drivstoff.

Biodiesel som et alternativ til transport av drivstoff

Dette er en flytende motorisk biodrivstoff som består av en blanding av fettsyreestere.Stoffet er trygt for mennesker og dyr, dekomponeres nesten fullstendig i jorden på 28 dager, og har også en relativt høy (<100) antennelsestemperatur.

Biodiesel reduserer prosentandelen av utslipp av skadelige gasser, og forlenger også levetiden til motoren, siden den inkluderer smørekomponenter.

Drivstoff brukes til å fylle bensinmotorer både uavhengig og i kombinasjon med konvensjonelt drivstoff. Bare en kort holdbarhet for det biologiske stoffet bør tas i betraktning: etter tre måneder begynner forfallet av det biologiske stoffet med et fullstendig tap av egenskaper.

For biodiesel i EU er det vedtatt en spesiell standard EN14214. I noen land er EN590-standarden også gyldig, noe som tillater tilsetning av 5% biodiesel til andre drivstoff.

Type # 3: Gassformig

De viktigste variantene av gassformet biodrivstoff inkluderer biogass og biohydrogen.

Biogass som erstatning for naturgass

Biogass er en nesten komplett analog av naturgass: den inneholder 13-50% CO_2, 49-87% metan, samt urenheter H₂ og H₂S. Hvis dette stoffet blir renset for karbondioksid, kan du få biometan.

Gassformig biodrivstoff er laget av biomasse ved hydrogen eller metanfermentering. Sistnevnte er forårsaket av tre typer mikroorganismer: for det første blir råstoffet utsatt for hydrolytiske bakterier, som deretter erstattes av syredannende og metandannende mikrober.

Biogassproduksjon kan utføres på industrielle og håndverksenheter. Den vanligste produksjonsmetoden er aerob fordøyelse i metantanker.

En rekke materialer kan brukes som råvarer: ensilasje, husdyrgjødsel, alger, avløpsvann, søppel, fekale rester, husholdningsavfall. Utgangsmaterialet bringes i en homogen tilstand, hvoretter det plasseres i en reaktor ved bruk av en laster.

Den opprettholder en behagelig temperatur på + 35-38 ° C, noe som er nødvendig for implementering av metangjæringsprosessen.

Råvarene blir kontinuerlig blandet, mens det resulterende gassformige produktet slippes ut i gassholderen (lagringsenheten), derfra det kommer inn i den elektriske generatoren.

Les mer om produksjon av biogass fra husdyrgjødsel og arrangementet av et biogassanlegg i artiklene:

1. Hvordan lage biodrivstoff med egne hender fra husdyrgjødsel
2. Gjør-det-selv biogassanlegg for et privat hus: anbefalinger for enheten og et eksempel på forbedring av hjemmet

Kjemisk biohydrogen

En type gassformig biodrivstoff, som er en analog av vanlig hydrogen, oppnås fra biomasse ved hjelp av biokjemiske eller termokjemiske metoder.

I den termokjemiske metoden blir de tilberedte råvarene (for eksempel vedavfall) oppvarmet til en temperatur på 500-800 ° C uten oksygen, mens gasser H₂, CO, CH₄.

En lovende metode for å produsere biohydrogen er bioftolyse. I dette tilfellet produseres gassen ved hjelp av alger, som plasseres i sjøvann, kloakk

I den biokjemiske metoden holdes råmaterialet under komfortable forhold ved normalt trykk og temperatur ved omtrent 30 ° C.

Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes spesielle mikroorganismer blir introdusert i biomassen, som bryter ned det opprinnelige produktet og frigjør hydrogen. Enzymer tillater å akselerere produksjonen ved bruk av polysakkarider.

Konklusjoner og nyttig video om emnet

I videoen nedenfor kan du se produksjonsprosessen for en populær type biodrivstoff - trebriketter:

Typer biodrivstoff skiller seg ikke bare ut når det gjelder aggregering, men også i egenskaper. Når du velger slikt materiale, er det nødvendig å ta hensyn til deres planlagte bruk, effektivitet, funksjonelle egenskaper og kostnader.

Har du erfaring med å bruke alternative drivstoff? Eller ønsker å stille spørsmål om biodrivstoff? Kommenter publiseringen og delta i diskusjonene.Tilbakemeldingsblokken ligger nedenfor.