Tipos de biocombustíveis: uma comparação das características de combustíveis sólidos, líquidos e gasosos

Uma alternativa aos recursos energéticos tradicionais são os vários tipos de biocombustíveis, cuja fabricação de matérias-primas vegetais ou animais, resíduos industriais e os resultados da atividade vital dos organismos são utilizados.

Oferecemos a você entender as vantagens e desvantagens do uso desse combustível, descobrir os recursos de produção, características funcionais e avaliar a eficácia do uso de diferentes tipos de biocombustível. As informações fornecidas ajudarão você a navegar na seleção de fontes alternativas de energia.

O que é biocombustível

A área mais promissora no setor de energia é a tecnologia que envolve o uso de recursos renováveis, que incluem biocombustíveis.

O tipo mais comum de biocombustível é a lenha convencional. 38% da população mundial os usa para aquecer e cozinhar

Como matéria-prima para sua produção, a biomassa de origem vegetal / animal pode ser obtida, incluindo resíduos industriais ou resíduos de animais.

O processamento de tais substâncias é realizado por um método termoquímico ou biológico; neste último caso, o combustível é obtido utilizando vários tipos de microorganismos.

A participação no uso de combustíveis biológicos está em constante crescimento, o que contribui para a conservação dos recursos fósseis de hidrocarbonetos (+)

Muitos países têm programas especiais para expandir a participação de biocombustíveis no consumo de energia nacional e regional. Vários estados também possuem padrões obrigatórios para o uso dessa fonte de energia.

Vantagens e desvantagens dos biocombustíveis

Os tipos biológicos de combustível têm seus lados positivo e negativo. O interesse no uso desse tipo de matéria-prima é causado por suas vantagens incontestáveis.

Estes incluem:

• Custo do orçamento. Embora no momento os preços dos biocombustíveis praticamente coincidam com o custo da gasolina, as substâncias biológicas são consideradas um tipo de combustível mais rentável, pois produzem menos emissões durante a combustão. O biocombustível é adequado para uso em várias condições, enquanto pode ser adaptado a motores de diferentes modelos. Outra vantagem é a otimização do motor, que permanece limpo por mais tempo devido à pequena quantidade de gases de fuligem e de escape.
• Mobilidade. O biocombustível difere de outras opções para fontes alternativas de energia em sua mobilidade. As turbinas solares e eólicas geralmente incluem baterias pesadas, e é por isso que elas costumam ser usadas estacionariamente, enquanto o biocombustível pode ser transportado de uma região para outra sem muito aborrecimento.
• Fonte de energia renovável. Embora, segundo os pesquisadores, os depósitos existentes de petróleo bruto durem pelo menos várias centenas de anos, as reservas fósseis ainda são finitas. Os biocombustíveis produzidos a partir de plantas e resíduos de animais estão entre os recursos renováveis ​​que não estão ameaçados de extinção no futuro próximo.
• Proteção da atmosfera terrestre. Uma grande desvantagem dos hidrocarbonetos tradicionais é a grande porcentagem de CO₂que é liberado pela queima. Esse gás cria um efeito estufa na atmosfera do nosso planeta, criando condições para o aquecimento global. Ao queimar substâncias biológicas, a quantidade de dióxido de carbono diminui para 65%. Além disso, as culturas utilizadas na produção de biocombustíveis consomem monóxido de carbono, reduzindo sua participação no ar.
• Segurança econômica. As reservas de hidrocarbonetos são distribuídas de maneira desigual; portanto, alguns estados são forçados a comprar petróleo ou gás natural, gastando grandes somas na aquisição, transporte e armazenamento. Vários tipos de combustível biológico podem ser obtidos em quase qualquer país. Já que para sua produção e processamento será necessário criar novas empresas e, consequentemente, empregos, isso beneficiará a economia nacional e afetará positivamente o bem-estar das pessoas.

Melhorar a tecnologia e desenvolver novos métodos pode aumentar o efeito positivo dos biocombustíveis. Assim, o desenvolvimento de tecnologias usando plâncton e algas reduzirá significativamente seu preço.

Ao mesmo tempo, no estágio atual do desenvolvimento da ciência e da tecnologia, a produção de biocombustíveis está associada a uma série de dificuldades e inconvenientes. Primeiro de tudo, essas são restrições naturais no cultivo de plantas.

Para o crescimento de culturas usadas para produzir biomassa, vários fatores devem ser levados em consideração, a saber:

• Uso de água. As plantas agrícolas consomem muita água, que é um recurso limitado, especialmente em locais áridos.
• Invasão. As culturas de combustível são frequentemente agressivas. Afogam a flora autêntica, que pode danificar a biodiversidade e o ecossistema da região.
• Fertilizantes. Muitas plantas requerem a adição de nutrientes que podem prejudicar outras culturas ou o ecossistema em geral.
• Clima Certas zonas climáticas (por exemplo, deserto ou tundra) não são adequadas para o cultivo de biocombustíveis.

O cultivo ativo de plantas agrícolas também está associado ao esgotamento dos recursos agrícolas. A não observância das regras da tecnologia agrícola pode levar a uma diminuição no conteúdo de componentes úteis do solo e, como resultado, ao esgotamento dos mesmos, o que agravará o problema alimentar.

Ocorre interrupção do ecossistema. Para a produção de biomassa, geralmente é necessário a expansão dos territórios envolvidos na agricultura.

Muitas vezes, para esse fim, é realizada uma limpeza do território, o que leva à destruição do microecossistema (por exemplo, florestas), à morte de plantas e animais.

Para produzir biocombustíveis, um grande volume de culturas já está sendo cultivado. Mais de 50% da colza produzida na Europa, mais de um terço do grão americano e quase metade da cana cultivada no Brasil são utilizados para a produção de biomassa.

Há problemas com o crescimento de monoculturas. Para produzir uma safra maior de biomassa, os produtores freqüentemente semeiam a terra com uma planta específica. Essa prática não reflete bem as condições das terras agrícolas, uma vez que a monocultura leva a uma mudança no ambiente.

Nos campos ocupados por uma espécie de plantas, variedades especiais de pragas são geralmente parasitárias. Uma tentativa de combatê-los com inseticidas e pesticidas apenas leva ao desenvolvimento de resistência a esses medicamentos.

Para evitar os problemas descritos acima, os cientistas aconselham a não negligenciar a biodiversidade das culturas, combinando várias plantas nos campos, e também usar variedades locais de flora.

Gerações de combustíveis alternativos

Uma grande variedade de materiais vegetais usados ​​para biomassa é geralmente dividida em várias gerações.

Primeira geração. Esta categoria inclui culturas que contêm uma alta porcentagem de amido, açúcares e gorduras. São plantas populares como milho, beterraba sacarina, canola, soja.

Como o cultivo dessas culturas prejudica o clima e sua remoção do mercado afeta o preço dos produtos, os cientistas estão tentando substituí-los por outros tipos de biomassa.

Atualmente, quase todos os tipos de combustíveis líquidos modernos (biodiesel, etanol) estão sendo produzidos a partir de plantas agrícolas pertencentes à primeira geração de matérias-primas.

Segunda geração. O grupo de biomassa inclui madeira, grama, resíduos agrícolas (casca, casca). A obtenção de biocombustíveis a partir de tais matérias-primas é cara, no entanto, permite resolver o problema da reciclagem de resíduos não-alimentares com a produção simultânea de materiais combustíveis.

Uma característica das culturas incluídas nesta variedade é a presença de lignina e celulose nelas. Graças a eles, a biomassa pode ser queimada e gaseificada, bem como submetida à pirólise, recebendo combustível líquido.

A principal desvantagem da biomassa de segunda geração é considerada como retorno insuficiente por unidade de área, motivo pelo qual recursos significativos da terra devem ser alocados para essas culturas.

Terceira geração. As matérias-primas para a produção de biocombustíveis são as algas, cultivadas em escala industrial, por exemplo, em águas abertas.

A opção mais promissora são os biocombustíveis obtidos a partir de algas unicelulares. Tais plantas rapidamente ganham massa, enquanto terras férteis não são necessárias para cultivá-las.

Essa prática tem grandes perspectivas, no entanto, atualmente, essas tecnologias estão sendo desenvolvidas apenas. Os cientistas também estão realizando pesquisas para criar técnicas para produzir biocombustíveis de quarta e até quinta geração.

Três variedades de biocombustíveis

Dependendo do estado de agregação da substância, existem três tipos principais de biocombustível:

1. Sólido: lenha, turfa, desperdício animal e produção agrícola.
2. Líquido: biodiesel, éter dimetílico, bioetanol, biobutanol.
3. Gasoso: biogás, metano, bio-hidrogênio.

Cada tipo de substância tem suas próprias especificidades, que serão discutidas abaixo.

Tipo # 1: Sólido

Entre as variedades sólidas mais populares de biocombustível estão madeira, turfa e resíduos de animais.

Madeira (lenha, lascas de madeira, serragem)

O tipo antigo de biocombustível é a lenha que é bem conhecida por todos e que tem sido usada há muito tempo para aquecer casas e cozinhar. Até agora, eles são usados ​​ativamente em diferentes países para produzir calor / eletricidade, em especial uma grande central térmica austríaca, com capacidade de 66 megawatts, opera com madeira.

Ao mesmo tempo, essas matérias-primas têm desvantagens. O valor energético da lenha é relativamente pequeno: quando queimada, parte da substância se deposita na forma de fuligem, razão pela qual as lareiras e os fogões devem ser limpos regularmente. Além disso, é necessária uma certa quantidade de tempo para reabastecer os estoques de madeira - as novas árvores crescerão somente após 15 a 20 anos.

Uma excelente alternativa à madeira comum são os pellets (pellets), cuja produção é usada de madeira abaixo do padrão: casca, lascas de madeira, serragem prensadagalhos.

Os pellets obtidos a partir de madeira, turfa e diversos resíduos têm uma cor diferente. Os claros são usados ​​para queima de lareiras e fogões, enquanto os escuros, com alto teor de casca, são projetados para caldeiras a combustível sólido

Para a produção de pellets de combustível, as matérias-primas são trituradas em pó, que é então seco e prensado em alta temperatura. Devido à lignina contida na madeira, é formada uma massa adesiva, a partir da qual são formados pequenos cilindros com 5-70 mm de comprimento e 6-10 mm de diâmetro.

Uma alternativa moderna à madeira tradicional são os briquetes de combustível de quatro, seis ou formas octogonais. Este material ecológico possui alta dissipação de calor.

Você pode configurar a produção de pelotas, fazendo prensa de briquete.

Entre os tipos populares de biocombustíveis estão lascas de madeira, que muitas vezes servem como fonte de energia nas usinas termelétricas européias. A produção dessa matéria-prima é realizada na exploração madeireira ou em linhas de produção especiais equipadas com máquinas trituradoras.

Turfa de pântano e combustível florestal

Esse é um tipo comum de biocombustível usado para fins domésticos e industriais há séculos. A turfa é uma camada de musgo que não é completamente decomposta em um pântano, extraída em muitos países do mundo: Rússia, Bielorrússia, Canadá, Suécia, Indonésia e outros.

A turfa contendo 50-60% de carbono é considerada um material popular que contém gás. Esta valiosa matéria-prima pode ser usada não apenas como combustível, mas também como fertilizante ou isolante térmico.

Para maior comodidade do processo de produção, a biomassa é geralmente processada no local de produção. O processo consiste em limpar (peneirar) as matérias-primas de paradas estranhas, seguidas de secagem e moldagem na forma de briquetes ou grânulos.

Combustível de resíduos agrícolas

Na produção agrícola, como regra, um grande número de resíduos de plantas se acumula: as conchas externas das plantas, cascas de nozes, palha.

Essas matérias-primas também podem ser prensadas e granuladas para obter pellets de combustível, cujas características são praticamente as mesmas que as pellets fabricados a partir de biomassa de madeira.

Biocombustível animal

Juntamente com a lenha nos tempos antigos, as pessoas começaram a usar combustível de origem animal, como esterco de esterco de animais domésticos. As modernas tecnologias de secagem e processamento de tais matérias-primas permitem obter variedades sólidas de biocombustíveis, completamente desprovidas de odores desagradáveis.

Durante muito tempo, os povos nômades usaram esterco seco de cavalos, camelos e gado como combustível. Atualmente, o biocombustível na forma de briquetes ou pellets é produzido a partir de resíduos de animais domésticos.

Como atualmente os resíduos de gado estão sendo acumulados em escala industrial, a fabricação de combustível a partir deles resolve simultaneamente a questão de seu descarte.

Tipo # 2: Líquido

Os biocombustíveis líquidos, que são seguros e ecológicos, são usados ​​principalmente como substituto da gasolina e outros produtos similares. Entre as opções mais comuns estão bioetanol, biometanol, biobutanol, biodiesel, éter dimetílico.

Bioetanol para culturas

Este é um biocombustível líquido comum usado para abastecer carros.Embora uma substância pura não seja usada como combustível, sua adição à gasolina melhora o desempenho do motor, aumenta sua potência, controla o aquecimento do motor e reduz as emissões de escape.

Muitos postos de gasolina na Europa, Ásia, América do Norte e do Sul oferecem não apenas combustível tradicional, mas também vários tipos de biocombustíveis, especialmente misturas que contêm bioetanol

O bioetanol também foi apreciado pelos fãs das lareiras. Esta substância possui boa dissipação de calor; além disso, não produz fuligem ou fumaça quando é queimada, e a quantidade de dióxido de carbono emitida é minimizada.

Graças a esses recursos, o combustível pode até ser usado para queimar uma lareira em prédios de apartamentos. Leia mais sobre biocombustíveis para lareiras em este artigo.

O bioetanol é produzido a partir de matérias-primas de primeira geração que contêm amido ou açúcar. Cereais, milho, cana-de-açúcar e beterraba são processados ​​usando a tecnologia da fermentação alcoólica.

Biobutanol para reabastecimento de carros

O biobutanol é um análogo obtido biologicamente do butanol. Um líquido incolor com um odor característico é amplamente utilizado como matéria-prima química na indústria e também pode ser usado como combustível de transporte.

A intensidade energética do butanol é próxima à gasolina, o que permite substituir parcialmente o último em células a combustível. Diferentemente do bioetanol, o biobutanol pode ser usado independentemente, sem adicionar tipos tradicionais de combustível.

As mais diversas plantas servem como matéria-prima para a produção dessa bio-substância: beterraba, mandioca, trigo, milho.

Éter dimetílico (C₂H₆O)

É também um combustível ecológico. Quando é queimado, não há compostos de enxofre nos gases de escape e o conteúdo de compostos de nitrogênio é 90% menor do que quando a gasolina é queimada.

O éter dimetílico pode ser usado sem filtros especiais, mas alterações importantes devem ser feitas no design do carro (sistema de potência, ignição do motor).

O éter dimetílico é considerado uma opção promissora para o combustível automotivo. Máquinas com motores projetados para esse combustível são desenvolvidas por grandes empresas como Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan

Sem nenhuma alteração, você pode usar combustível combinado contendo 30% de éter dimetílico em máquinas equipadas com motores a GPL.

Os combustíveis líquidos podem ser produzidos a partir de várias matérias-primas: gás natural, poeira de carvão, biomassa e principalmente a partir dos restos da produção de celulose e papel, transformando-se em líquido sob baixa pressão.

Biometanol de algas unicelulares

Uma substância semelhante é um análogo do metanol comum, amplamente utilizado para a produção de vários compostos químicos (ácido acético, formaldeído) e também é usado como anticongelante e solvente.

A questão da produção desse tipo de biocombustível foi levantada pela primeira vez na década de 1980, quando um grupo de cientistas propôs a obtenção de uma substância líquida por transformação bioquímica do fitoplâncton marinho, cujo cultivo será realizado em reservatórios especiais.

O biometanol tem várias vantagens potenciais:

• alta eficiência energética - 14 após o recebimento de metano, 7 após a produção de metanol;
• excelente produtividade fitoplanctônica - até 100 toneladas por hectare e por ano;
• organismos unicelulares pouco exigentespara o cultivo do qual não é necessária água doce, solo fértil;
• conservação de recursos agrícolasporque o fitoplâncton é cultivado em lagoas ou baías.

Embora a fabricação industrial de biometanol ainda não tenha sido estabelecida, pesquisas e desenvolvimento persistentes de tecnologias para o desenvolvimento da produção desse tipo de combustível alternativo estão atualmente em andamento.

Biodiesel como alternativa ao transporte de combustível

Este é um biocombustível líquido para motores que consiste em uma mistura de ésteres de ácidos graxos.A substância é segura para seres humanos e animais, decompõe-se quase completamente na terra em 28 dias e também possui uma temperatura de ignição relativamente alta (<100).

O biodiesel reduz a porcentagem de emissões de gases nocivos e também prolonga a vida útil do motor, uma vez que inclui componentes lubrificantes.

O combustível é usado para reabastecer os motores de automóveis, independentemente e em combinação com o combustível convencional. Apenas um prazo de validade curto da substância biológica deve ser levado em consideração: após três meses, o decaimento da substância biológica começa com uma completa perda de propriedades.

Para o biodiesel na UE, foi adotada uma norma especial EN14214. Em alguns países, a norma EN590 também é válida, permitindo a adição de 5% de biodiesel a outros combustíveis.

Tipo # 3: Gasoso

As principais variedades de biocombustível gasoso incluem biogás e bio-hidrogênio.

Biogás como substituto do gás natural

O biogás é um análogo quase completo do gás natural: contém 13-50% de CO_2, 49-87% de metano, além de impurezas H₂ e H₂S. Se esta substância estiver limpa de dióxido de carbono, você poderá obter biometano.

Os biocombustíveis gasosos são produzidos a partir de biomassa por fermentação com hidrogênio ou metano. Este último é causado por três tipos de microorganismos: primeiro, a matéria-prima é exposta a bactérias hidrolíticas, que são substituídas por micróbios formadores de ácido e metano.

A produção de biogás pode ser realizada em dispositivos industriais e artesanais. O método de produção mais comum é a digestão aeróbica em tanques de metano.

Uma variedade de materiais pode ser usada como matéria-prima: silagem, estrume, alga, água residual, lixo, resíduos fecais, lixo doméstico. O material de partida é levado a um estado homogêneo, após o qual é colocado em um reator usando um carregador.

Mantém uma temperatura confortável de + 35-38 ° C, necessária para a implementação do processo de fermentação do metano.

As matérias-primas são constantemente misturadas, enquanto o produto gasoso resultante é descarregado no suporte de gás (unidade de armazenamento), de onde entra no gerador elétrico.

Leia mais sobre a produção de biogás a partir de esterco e o arranjo de uma planta de biogás nos artigos:

1. Como fazer biocombustível com esterco em casa com as próprias mãos
2. Planta de biogás faça você mesmo para uma casa particular: recomendações para o dispositivo e um exemplo de melhoramento da casa

Bio-hidrogênio químico

Um tipo de biocombustível gasoso, que é um análogo do hidrogênio comum, é obtido da biomassa usando métodos bioquímicos ou termoquímicos.

No método termoquímico, as matérias-primas preparadas (por exemplo, resíduos de madeira) são aquecidas a uma temperatura de 500-800 ° C sem oxigênio, enquanto os gases H₂, CO, CH₄.

Um método promissor para a produção de biohidrogênio é a biofotólise. Nesse caso, o gás é produzido usando algas, que são colocadas na água do mar, esgoto

No método bioquímico, a matéria-prima é mantida em condições confortáveis ​​à pressão e temperatura normais a cerca de 30 ° C.

Enterobacter cloacae, microorganismos especiais Rodobacter speriodes são introduzidos na biomassa, que decompõe o produto inicial, liberando hidrogênio. As enzimas podem acelerar a produção usando polissacarídeos.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

No vídeo abaixo, você pode ver o processo de fabricação de um tipo popular de biocombustível - briquetes de madeira:

Os tipos de biocombustível diferem não apenas no estado de agregação, mas também nas características. Ao escolher esse material, é necessário levar em consideração o uso planejado, a eficácia, as propriedades funcionais e o custo.

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