Druhy biopalív: porovnanie vlastností tuhých, kvapalných a plynných palív

Alternatívou k tradičným zdrojom energie sú rôzne druhy biopalív, na výrobu ktorých sa používajú rastlinné alebo živočíšne suroviny, priemyselný odpad a výsledky životne dôležitej činnosti organizmov.

Ponúkame vám, aby ste pochopili výhody a nevýhody použitia takéhoto paliva, zistili vlastnosti výroby, funkčné vlastnosti, ako aj zhodnotili účinnosť používania rôznych druhov biopalív. Poskytnuté informácie vám pomôžu orientovať sa pri výbere alternatívnych zdrojov energie.

Čo je to biopalivo

Najsľubnejšou oblasťou v energetickom sektore je technológia, ktorá zahŕňa využívanie obnoviteľných zdrojov, medzi ktoré patria biopalivá.

Najbežnejším typom biopaliva je konvenčné palivové drevo. 38% svetovej populácie ich používa na vykurovanie a varenie

Ako suroviny pre svoju výrobu je možné získať biomasu rastlinného / živočíšneho pôvodu vrátane priemyselného odpadu alebo živočíšneho odpadu.

Spracovanie takýchto látok sa uskutočňuje termochemickou alebo biologickou metódou, v druhom prípade sa palivo získava pomocou rôznych typov mikroorganizmov.

Podiel využívania biologických palív neustále rastie, čo prispieva k zachovaniu zdrojov fosílnych uhľovodíkov (+)

Mnoho krajín má špeciálne programy na zvýšenie podielu biopalív na vnútroštátnej a regionálnej spotrebe energie. Niekoľko štátov má tiež záväzné normy pre používanie tohto zdroja energie.

Výhody a nevýhody biopalív

Biologické druhy paliva majú svoje pozitívne a negatívne stránky. Záujem o použitie tohto druhu suroviny je spôsobený jej nespornými výhodami.

Tieto zahŕňajú:

• Rozpočtové náklady, Aj keď sa v súčasnosti ceny biopalív takmer zhodujú s nákladmi na benzín, biologické látky sa považujú za ziskovejší druh paliva, pretože počas spaľovania produkujú menšie emisie. Biopalivo je vhodné na použitie v rôznych podmienkach, pričom sa dá prispôsobiť motorom rôznych konštrukcií. Ďalším plusom je optimalizácia motora, ktorý zostáva čistý dlhšie kvôli malému množstvu sadzí a výfukových plynov.
• pohyblivosť, Biopalivo sa svojou mobilitou líši od iných možností alternatívnych zdrojov energie. Solárne a veterné turbíny zvyčajne obsahujú ťažké batérie, a preto sa najčastejšie používajú stacionárne, zatiaľ čo biopalivo sa môže bez problémov prenášať z jedného regiónu do druhého.
• Obnoviteľný zdroj energie, Hoci podľa vedcov existujúce ložiská ropy budú trvať najmenej niekoľko sto rokov, fosílne rezervy sú stále obmedzené. Biopalivá vyrobené z rastlín a živočíšneho odpadu patria medzi obnoviteľné zdroje, ktorým v blízkej budúcnosti nehrozí vyhynutie.
• Ochrana zemskej atmosféry, Hlavnou nevýhodou tradičných uhľovodíkov je veľké percento CO₂ktorý sa uvoľňuje spálením. Tento plyn vytvára skleníkový efekt v atmosfére našej planéty a vytvára podmienky pre globálne otepľovanie. Pri spaľovaní biologických látok sa množstvo oxidu uhličitého znižuje na 65%. Okrem toho plodiny používané pri výrobe biopalív konzumujú oxid uhoľnatý, čím znižujú jeho podiel vo vzduchu.
• Ekonomické zabezpečenie, Zásoby uhľovodíkov sa rozdeľujú nerovnomerne, takže niektoré štáty sú nútené nakupovať ropu alebo zemný plyn a vynakladajú veľké sumy na nákup, prepravu a skladovanie. Takmer v každej krajine je možné získať rôzne druhy biologického paliva. Keďže pri jeho výrobe a spracovaní bude potrebné vytvárať nové podniky, a teda aj pracovné miesta, bude to prospešné pre národné hospodárstvo a pozitívne ovplyvňuje blahobyt ľudí.

Zlepšenie technológie a vývoj nových metód môžu zvýšiť pozitívny účinok biopalív. Vývoj technológií využívajúcich planktón a riasy tak výrazne zníži jeho cenu.

V súčasnej fáze rozvoja vedy a techniky je výroba biopalív spojená s mnohými ťažkosťami a ťažkosťami. V prvom rade ide o prirodzené obmedzenia v pestovaní rastlín.

Pri raste plodín používaných na výrobu biomasy sa musí brať do úvahy celý rad faktorov, a to:

• Použitie vody, Poľnohospodárske rastliny spotrebujú veľa vody, ktorá je obmedzeným zdrojom, najmä na suchých miestach.
• invasiveness, Palivové plodiny sú často agresívne. Utopili autentickú flóru, ktorá by mohla poškodiť biodiverzitu a ekosystém regiónu.
• hnojivá, Mnoho rastlín vyžaduje pridanie živín, ktoré môžu poškodiť iné plodiny alebo všeobecný ekosystém.
• Klímy. Niektoré klimatické pásma (napríklad púšť alebo tundra) nie sú vhodné na pestovanie plodín biopalív.

S úbytkom poľnohospodárskych zdrojov sa spája aj aktívne pestovanie poľnohospodárskych rastlín, nedodržiavanie pravidiel poľnohospodárskej technológie môže viesť k zníženiu obsahu užitočných pôdnych zložiek av dôsledku toho k ich vyčerpaniu, čo zhorší potravinový problém.

Dochádza k narušeniu ekosystému. Na výrobu biomasy si zvyčajne vyžaduje rozšírenie území zapojených do poľnohospodárstva.

Na tento účel sa často vykonáva čistenie územia, čo vedie k zničeniu mikroekosystému (napríklad lesov), k usmrteniu rastlín a zvierat.

Na výrobu biopalív sa už pestuje veľké množstvo plodín. Na výrobu biomasy sa používa viac ako 50% repky vypestovanej v Európe, viac ako tretina amerického zrna a takmer polovica cukrovej trstiny pestovanej v Brazílii.

Existujú problémy s rastúcimi monokultúrami. Na pestovanie väčšej plodiny z biomasy pestovatelia často zasejú pôdu konkrétnou rastlinou. Táto prax neodráža dobre stav poľnohospodárskej pôdy, pretože monokultúra vedie k zmene životného prostredia.

Na poliach, ktoré zaberá jeden druh rastlín, sú špeciálne odrody škodcov zvyčajne parazitné. Pokus s nimi bojovať s insekticídmi a pesticídmi vedie iba k rozvoju rezistencie na tieto lieky.

Aby sa predišlo problémom opísaným vyššie, vedci odporúčajú nezanedbávať biodiverzitu plodín, kombinovať niekoľko rastlín na poliach a tiež používať miestne odrody flóry.

Výroba alternatívnych palív

Široká škála rastlinných materiálov používaných na biomasu sa zvyčajne delí na niekoľko generácií.

Prvá generácia, Do tejto kategórie patria plodiny, ktoré obsahujú vysoké percento škrobu, cukrov, tukov. Sú to také populárne rastliny ako kukurica, cukrová repa, repka, sója.

Keďže pestovanie týchto plodín poškodzuje klímu a ich odstránenie z trhu ovplyvňuje tvorbu cien produktov, vedci sa ich snažia nahradiť inými druhmi biomasy.

Takmer všetky druhy moderných kvapalných palív (bionafta, etanol) sa v súčasnosti vyrábajú z poľnohospodárskych rastlín patriacich do prvej generácie surovín.

Druhá generácia, Skupina biomasy zahŕňa drevo, trávu, poľnohospodársky odpad (škrupina, plevy). Získanie biopalív z týchto surovín je drahé, umožňuje však vyriešiť otázku recyklácie nepotravinárskych zvyškov pri súčasnej výrobe horľavých materiálov.

Znakom kultúr zahrnutých do tejto odrody je prítomnosť lignínu a celulózy v nich. Vďaka nim je možné spaľovať a splynovať biomasu, ako aj pyrolýzou a prijímať kvapalné palivo.

Za hlavnú nevýhodu biomasy druhej generácie sa považujú nedostatočné výnosy na jednotku plochy, a preto sa na tieto plodiny musia vyčleniť značné pôdne zdroje.

Tretia generácia, Surovinami na výrobu biopalív sú riasy, ktoré sa pestujú v priemyselnom meradle, napríklad v otvorených vodách.

Najsľubnejšou možnosťou sú biopalivá získané z jednobunkových rias. Takéto rastliny sa rýchlo hromadia, zatiaľ čo úrodná pôda sa na ich pestovanie nevyžaduje.

Táto prax má veľké vyhliadky, v súčasnosti sa však takéto technológie vyvíjajú. Vedci tiež uskutočňujú výskum s cieľom vytvoriť techniky na výrobu biopalív štvrtej a dokonca piatej generácie.

Tri odrody biopalív

V závislosti od stavu agregácie látky existujú tri hlavné typy biopalív:

1. firma: palivové drevo, rašelina, živočíšny odpad a poľnohospodárska výroba.
2. kvapalina: bionafta, dimetyléter, bioetanol, biobutanol.
3. plynový: bioplyn, metán, biohydrogén.

Každý typ látky má svoje vlastné špecifiká, o ktorých sa bude diskutovať nižšie.

Typ # 1: Pevné

Medzi najobľúbenejšie tuhé odrody biopalív patrí drevo, rašelina, živočíšny odpad.

Drevo (palivové drevo, štiepka, piliny)

Starobylým typom biopalív je palivové drevo, ktoré je dobre známe všetkým a už dlho sa používa na vykurovanie domácností a varenie. Doteraz sa v rôznych krajinách aktívne používajú na výrobu tepla a elektriny, najmä veľká rakúska tepelná elektráreň s kapacitou 66 megawattov prevádzkuje drevo.

Tieto suroviny majú zároveň nevýhody. Energetická hodnota palivového dreva je pomerne nízka: pri spaľovaní sa časť látky usadzuje vo forme sadzí, preto sa krby a kachle musia pravidelne čistiť. Okrem toho je potrebné určité množstvo času na doplnenie zásob dreva - nové stromy porastú až po 15 - 20 rokoch.

Vynikajúcou alternatívou k bežnému drevu sú pelety (pelety), na výrobu ktorých sa používa neštandardné drevo: kôra, štiepka, lisované piliny, vetvy.

Pelety získané z dreva, rašeliny a rôznych odpadových produktov majú inú farbu. Ľahké sa používajú na spaľovanie krbov a kachlí, zatiaľ čo tmavé s vysokým obsahom kôry sú určené pre kotly na tuhé palivo.

Na výrobu palivových peliet sa suroviny drvia na prach, ktorý sa potom suší a lisuje pri vysokej teplote. Vďaka lignínu obsiahnutému v dreve sa vytvára adhezívna hmota, z ktorej sa vytvárajú malé valce s dĺžkou 5 až 70 mm a priemerom 6 až 10 mm.

Modernou alternatívou k tradičnému drevu sú palivové brikety štvor-, šesť- alebo osemhranných tvarov. Tento materiál šetrný k životnému prostrediu má vysoký odvod tepla.

Výroba peliet si môžete nastaviť sami briketovací lis.

Medzi populárne druhy biopalív patria drevné štiepky, ktoré často slúžia ako zdroj energie v európskych tepelných elektrárňach. Výroba tejto suroviny sa vykonáva na ťažbe alebo na špeciálnych výrobných linkách vybavených drvičmi.

Rašelina z bažinového a lesného paliva

Ide o bežný typ biopaliva, ktorý sa po celé storočia používa na domáce a priemyselné účely. Rašelina je vrstva machu, ktorá sa úplne nerozloží v močiari, ktorý sa ťaží v mnohých krajinách sveta: Rusko, Bielorusko, Kanada, Švédsko, Indonézia a ďalšie.

Rašelina obsahujúca 50 - 60% uhlíka sa považuje za populárny materiál obsahujúci plyn. Táto cenná surovina sa dá použiť nielen ako palivo, ale aj ako hnojivo alebo tepelný izolátor.

Z dôvodu výhodnosti výrobného procesu sa biomasa zvyčajne spracováva v mieste výroby. Proces spočíva v čistení (preosievaní) surovín z vedľajších odstávok, po ktorom nasleduje sušenie a formovanie vo forme brikiet alebo granúl.

Palivo z poľnohospodárskeho odpadu

V poľnohospodárskej výrobe sa spravidla hromadí veľké množstvo rôznych rastlinných odpadov: vonkajšie škrupiny rastlín, škrupiny, slama.

Také suroviny sa môžu tiež lisovať a granulovať, aby sa získali palivové pelety, ktorých vlastnosti sú prakticky rovnaké ako pelety vyrobené z drevnej biomasy.

Živočíšne biopalivo

Spolu s palivom v dávnych dobách ľudia začali používať palivo živočíšneho pôvodu, konkrétne hnoj z hnoja domácich zvierat. Moderné technológie sušenia a spracovania takýchto surovín umožňujú získať tuhé odrody biopalív úplne bez nepríjemných zápachov.

Po dlhú dobu nomádski ľudia používali ako palivo suchý hnoj koní, ťav a hovädzieho dobytka. V súčasnosti sa z odpadových produktov domácich zvierat vyrába biopalivo vo forme brikiet alebo peliet.

Keďže živočíšny odpad sa v súčasnosti hromadí v priemyselnom meradle, výroba paliva z nich súčasne rieši otázku jeho zneškodnenia.

Typ # 2: Kvapalina

Kvapalné biopalivá, ktoré sú bezpečné a šetrné k životnému prostrediu, sa väčšinou používajú ako náhrada benzínu a iných podobných výrobkov. Medzi najbežnejšie možnosti patrí bioetanol, biometanol, biobutanol, bionafta, dimetyl éter.

Rastlinný bioetanol

Toto je bežné kvapalné biopalivo, ktoré sa používa na pohon automobilov.Hoci sa čistá látka nepoužíva ako palivo, jej pridanie do benzínu zlepšuje činnosť motora, zvyšuje jeho výkon, riadi zahrievanie motora a znižuje emisie výfukových plynov.

Mnoho čerpacích staníc v Európe, Ázii, Severnej a Južnej Amerike ponúka nielen tradičné palivo, ale aj rôzne druhy biopalív, najmä zmesi obsahujúce bioetanol.

Bioetanol ocenili aj priaznivci krbov. Táto látka má dobré odvádzanie tepla, navyše sa počas jej spaľovania netvoria sadze alebo dym a množstvo emitovaného oxidu uhličitého je minimalizované.

Vďaka týmto vlastnostiam možno palivo dokonca použiť na spaľovanie krbu v bytových domoch. Prečítajte si viac o biopalivách pre krby v tento článok.

Bioetanol sa vyrába zo surovín prvej generácie obsahujúcich škrob alebo cukor. Obilniny, kukurica, cukrová trstina, repa sa spracovávajú technológiou alkoholového kvasenia.

Biobutanol na tankovanie automobilov

Biobutanol je biologicky získaný analóg butanolu. Bezfarebná kvapalina s charakteristickým zápachom sa v priemysle bežne používa ako chemická surovina a dá sa použiť aj ako palivo na prepravu.

Energetická náročnosť butanolu je blízko benzínu, čo vám umožňuje čiastočne nahradiť benzín v palivových článkoch. Na rozdiel od bioetanolu sa biobutanol môže používať nezávisle, bez pridávania tradičných druhov palív.

Ako suroviny na výrobu tejto biologickej látky slúžia najrôznejšie rastliny: repa, kasava, pšenica, kukurica.

Dimetyléter (C₂H₆O)

Je to tiež palivo šetrné k životnému prostrediu. Pri spaľovaní sa vo výfukových plynoch nenachádzajú žiadne zlúčeniny síry a obsah zlúčenín dusíka je o 90% nižší ako pri spaľovaní benzínu.

Dimetyléter sa môže používať bez špeciálnych filtrov, ale zásadné zmeny sa musia urobiť v dizajne automobilu (energetický systém, zapaľovanie motora).

Dimetyléter sa považuje za sľubnú alternatívu pre motorové palivo. Stroje s motormi určenými na toto palivo vyvíjajú také veľké spoločnosti, ako sú Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan

V strojoch vybavených LPG motormi môžete bez akýchkoľvek zmien používať kombinované palivo obsahujúce 30% dimetyl éteru.

Kvapalné palivá sa môžu vyrábať z rôznych surovín: zemný plyn, uhoľný prach, biomasa a predovšetkým zo zvyškov výroby celulózy a papiera, ktoré sa premieňajú na kvapalinu pri nízkom tlaku.

Jednobunkový biometanol z rias

Takáto látka je analógom bežného metanolu, ktorý sa široko používa na výrobu mnohých chemických zlúčenín (kyselina octová, formaldehyd) a používa sa tiež ako nemrznúca zmes a rozpúšťadlo.

Otázka výroby tohto typu biopaliva sa prvýkrát nastolila v 80. rokoch, keď skupina vedcov navrhla získať tekutú látku biochemickou transformáciou morského fytoplanktónu, ktorej pestovanie sa uskutoční v špeciálnych nádržiach.

Biometanol má niekoľko potenciálnych výhod:

• vysoká energetická účinnosť - 14 po prijatí metánu; 7 po výrobe metanolu;
• vynikajúca produktivita fytoplanktónu - do 100 ton na hektár ročne;
• nenáročné jednobunkové organizmyna kultiváciu ktorej nie je potrebná sladká voda, úrodnú pôdu;
• zachovanie poľnohospodárskych zdrojovpretože fytoplanktón sa pestuje v rybníkoch alebo morských zátokách.

Hoci priemyselná výroba biometanolu ešte nebola zavedená, v súčasnosti prebieha neustály výskum a vývoj technológií na vývoj výroby tohto druhu alternatívneho paliva.

Bionafta ako alternatíva k doprave paliva

Jedná sa o kvapalné motorové biopalivo pozostávajúce zo zmesi esterov mastných kyselín.Látka je bezpečná pre ľudí a zvieratá, takmer sa úplne rozloží na Zemi za 28 dní a má tiež relatívne vysokú (<100) teplotu vznietenia.

Bionafta znižuje percento emisií škodlivých plynov a predlžuje životnosť motora, pretože obsahuje mazacie komponenty.

Palivo sa používa na tankovanie automobilových motorov nezávisle a v kombinácii s konvenčným palivom. Do úvahy by sa mala brať len krátka doba použiteľnosti biologickej látky: po troch mesiacoch začína rozklad biologickej látky úplnou stratou vlastností.

Pre bionaftu v EÚ bola prijatá osobitná norma EN14214. V niektorých krajinách platí aj norma EN590, ktorá umožňuje pridanie 5% bionafty k iným palivám.

Typ # 3: Plynný

Hlavné odrody plynných biopalív zahŕňajú bioplyn a biohydrogén.

Bioplyn ako náhrada za zemný plyn

Bioplyn je takmer úplný analóg zemného plynu: obsahuje 13 - 50% CO_2, 49 až 87% metánu, ako aj nečistoty H₂ a H₂S. Ak sa táto látka očistí od oxidu uhličitého, môžete získať biometán.

Plynné biopalivá sa vyrábajú z biomasy fermentáciou vodíka alebo metánu. Posledne uvedené je spôsobené tromi typmi mikroorganizmov: najprv je surovina vystavená hydrolytickým baktériám, ktoré sú potom nahradené kyslými a metánotvornými mikroorganizmami.

Výroba bioplynu sa môže vykonávať na priemyselných a remeselníckych zariadeniach. Najbežnejšou výrobnou metódou je aeróbna digescia v metánových nádržiach.

Ako suroviny sa môžu použiť rôzne materiály: siláž, hnoj, riasy, odpadová voda, podstielka, fekálne zvyšky, domáci odpad. Východiskový materiál sa uvedie do homogénneho stavu a potom sa vloží do reaktora pomocou nakladača.

Udržuje pohodlnú teplotu + 35 - 38 ° C, ktorá je potrebná na uskutočnenie procesu fermentácie metánu.

Suroviny sa neustále miešajú, zatiaľ čo výsledný plynný produkt sa vypúšťa do držiaka plynu (skladovacej jednotky), odkiaľ vstupuje do elektrického generátora.

Prečítajte si viac o produkcii bioplynu z hnoja a usporiadaní zariadenia na výrobu bioplynu v článkoch:

1. Ako vyrobiť biopalivo vlastnými rukami z hnoja doma
2. Urobte si sami bioplynovú stanicu pre súkromný dom: odporúčania pre zariadenie a príklad vylepšenia domácnosti

Chemický biohydrogén

Druh plynného biopaliva, ktorý je analógom bežného vodíka, sa získava z biomasy biochemickými alebo termochemickými metódami.

Pri termochemickej metóde sa pripravené suroviny (napríklad drevný odpad) zahrievajú na teplotu 500 - 800 ° C bez kyslíka, zatiaľ čo plyny H₂, CO, CH₄.

Sľubnou metódou výroby biohydrogénu je bioftolýza. V tomto prípade sa plyn vyrába pomocou rias, ktoré sa ukladajú do morskej vody, splaškovej vody

Pri biochemickej metóde sa surovina udržuje v pohodlných podmienkach pri normálnom tlaku a teplote asi 30 ° C.

Enterobacter cloacae, špeciálne mikroorganizmy Rodobacter speriodes, sa zavádzajú do biomasy, ktorá rozkladá pôvodný produkt a uvoľňuje vodík. Enzýmy môžu produkovať pomocou polysacharidov.

Závery a užitočné video na túto tému

Vo videu nižšie môžete vidieť výrobný proces populárneho typu biopaliva - drevené brikety:

Druhy biopalív sa líšia nielen v stave agregácie, ale aj vo vlastnostiach. Pri výbere takéhoto materiálu je potrebné zohľadniť jeho plánované použitie, účinnosť, funkčné vlastnosti a náklady.

Máte skúsenosti s používaním alternatívnych palív? Alebo sa chcete pýtať na biopalivá? Prosím, komentujte publikáciu a zúčastnite sa diskusií.Blok spätnej väzby je umiestnený nižšie.