Врсте биогорива: поређење карактеристика чврстих, течних и гасовитих горива

Алтернатива традиционалним енергетским изворима су разне врсте биогорива, за производњу којих се користе биљне или животињске сировине, индустријски отпад и резултати виталне активности организама.

Нудимо вам да разумете предности и недостатке употребе таквог горива, сазнате карактеристике производње, функционалне карактеристике, као и процените ефикасност коришћења различитих врста биогорива. Наведене информације ће вам помоћи у навигацији у избору алтернативних извора енергије.

Шта је биогориво

Најперспективније подручје у енергетском сектору је технологија која укључује употребу обновљивих извора, укључујући биогорива.

Најчешћа врста биогорива је конвенционално огревно дрво. 38% светске популације користи их за грејање и кување

Као сировине за његову производњу може се узети биомаса биљног / животињског порекла, укључујући индустријски или животињски отпад.

Прерада таквих материја врши се термохемијским или биолошким поступком, у другом случају гориво се добија помоћу различитих врста микроорганизама.

Удео употребе биолошких горива константно расте, што доприноси очувању ресурса фосилних угљоводоника (+)

Многе земље имају посебне програме за ширење удела биогорива у националној и регионалној потрошњи енергије. Бројне државе такође имају обавезне стандарде за коришћење овог енергента.

Предности и недостаци биогорива

Биолошке врсте горива имају своје позитивне и негативне стране. Заинтересованост за употребу ове врсте сировина узрокују њене несумњиве предности.

Они укључују:

• Буџетски трошак. Иако се тренутно цене биогорива практично поклапају са трошковима бензина, биолошке супстанце се сматрају исплативијом врстом горива, јер оне стварају мање емисије током сагоревања. Биогориво је погодно за употребу у различитим условима, а може се прилагодити моторима различитог дизајна. Још један плус је оптимизација мотора, који дуже остаје чист због мале количине чађи и издувних гасова.
• Мобилност. Биогориво се од своје могућности алтернативних извора енергије разликује по својој покретљивости. Соларне и ветроелектране обично укључују тешке батерије, због чега се најчешће користе непомично, док се биогориво може транспортовати из једне регије у другу без много гњаваже.
• Обновљиви извор енергије. Иако ће, према истраживачима, постојећа лежишта сирове нафте трајати најмање неколико стотина година, резерве фосила још су ограничене. Биогорива направљена од биљног и животињског отпада спадају у обновљиве ресурсе којима у догледној будућности не пријети изумирање.
• Заштита земљине атмосфере. Главни недостатак традиционалних угљоводоника је велики проценат ЦО₂која се ослобађа сагоревањем. Овај гас ствара ефекат стаклене баште у атмосфери наше планете, стварајући услове за глобално загревање. Сагоревањем биолошких супстанци, количина угљен диоксида смањује се на 65%. Поред овога, усеви који се користе у производњи биогорива троше угљен моноксид, смањујући свој удео у ваздуху.
• Економска сигурност. Резерве угљоводоника су неравномерно распоређене, па су неке државе приморане да купују нафту или природни гас, трошећи велике износе за набавку, транспорт и складиштење. У готово било којој земљи могу се набавити различите врсте биолошког горива. Будући да ће за његову производњу и прераду бити потребно створити нова предузећа, а самим тим и радна мјеста, то ће имати користи за националну економију и позитивно утицати на добробит људи.

Побољшање технологије и развој нових метода могу побољшати позитиван ефекат биогорива. Дакле, развој технологија који користе планктон и алге значајно ће умањити његову цену.

Истовремено, у садашњој фази развоја науке и технологије, производња биогорива повезана је са бројним потешкоћама и непријатностима. Прије свега, то су природна ограничења у узгоју биљака.

За раст усева који се користе за производњу биомасе мора се узети у обзир низ фактора, а то су:

• Употреба воде. Пољопривредне биљке троше пуно воде, што је ограничен ресурс, посебно у сушним местима.
• Инвазивност. Усјеви за гориво су често агресивни. Они утапају аутентичну флору, која може оштетити биодиверзитет и екосистеме региона.
• Гнојива. Многе биљке захтевају додавање хранљивих материја које могу наштетити другим усјевима или општем екосуставу.
• Клима Одређене климатске зоне (на пример, пустиња или тундра) нису погодне за узгој култура за биогорива.

Активно узгој пољопривредних биљака такође је повезан са исцрпљивањем пољопривредних ресурса.На поштовање правила пољопривредне технологије може доћи до смањења садржаја корисних састојака тла и, као резултат, до њиховог исцрпљивања, што ће погоршати проблем са храном.

Долази до поремећаја екосистема. За производњу биомасе обично је потребно ширење територија укључених у пољопривреду.

Често се у ту сврху врши чишћење територије што доводи до уништења микроекосистема (на пример, шума), смрти биљака и животиња.

За производњу биогорива већ се узгаја велика количина усева. Више од 50% уљане репице произведене у Европи, више од трећине америчког зрна и готово половина шећерне трске која се узгаја у Бразилу користи се за производњу биомасе.

Постоје проблеми са растућим монокултурама. Да би произвели већи усев из биомасе, произвођачи често посеју земљу одређеном биљком. Ова пракса се не одражава добро на стање пољопривредног земљишта, јер монокултура доводи до промене животне средине.

На пољима која заузима једна врста биљака, посебне сорте штеточина обично су паразитске. Покушај да се сузбије инсектицидима и пестицидима само доводи до развоја отпорности на ове лекове.

Да би избегли горе описане проблеме, научници саветују да се не занемарује биолошка разноликост усева, комбинујући неколико биљака на пољима, а такође користе и локалне сорте флоре.

Генерације алтернативних горива

Широк спектар биљних материјала који се користе за биомасу обично се дели на неколико генерација.

Прва генерација. У ову категорију спадају усеви који садрже висок проценат скроба, шећера, масти. То су тако популарне биљке као што су кукуруз, шећерна репа, канола, соја.

Будући да узгој ових култура штети клими, а њихово уклањање са тржишта утиче на цене производа, научници покушавају да их замене другим врстама биомасе.

Скоро све врсте савремених течних горива (биодизел, етанол) тренутно се производе из пољопривредних биљака из прве генерације сировина.

Друга генерација. Група биомасе укључује дрво, траву, пољопривредни отпад (шкољка, љуска). Добијање биогорива из таквих сировина је скупо, али омогућава решавање проблема рециклирања нехрамбених остатака уз истодобну производњу запаљивих материјала.

Карактеристика култура укључених у ову сорту је присуство лигнина и целулозе у њима. Захваљујући њима, биомаса се може сагоревати и гасификовати, као и подвргнути пиролизи, примајући течно гориво.

Главни недостатак друге генерације биомасе сматра се недовољним приносом по јединици површине, због чега се за такве усеве морају издвојити значајни земљишни ресурси.

Трећа генерација. Сировине за производњу биогорива су алге које се узгајају у индустријском обиму, на пример, на отвореним водама.

Најперспективнија опција су биогорива добијена из једноћелијских алги. Такве биљке брзо добијају на маси, док за њихово узгој није потребно плодно земљиште.

Ова пракса има велике изгледе, међутим, тренутно се такве технологије тек развијају. Научници такође спроводе истраживања како би створили технике за производњу биогорива четврте и чак пете генерације.

Три врсте биогорива

У зависности од стања агрегације материје, постоје три главне врсте биогорива:

1. Чврста: огревно дрво, тресет, животињски отпад и пољопривредна производња.
2. Течност: биодизел, диметил етар, биоетанол, биобутанол.
3. Гасовити: биоплин, метан, биохидроген.

Свака врста супстанце има своје специфичности, о којима ће бити речи у наставку.

Тип # 1: Солид

Међу најпопуларније чврсте сорте биогорива су дрво, тресет, животињски отпад.

Дрво (огревно дрво, дрвна пиљевина, пиљевина)

Древна врста биогорива је огревно дрво које је свима добро познато и дуго се користи за грејање домова и кување. До сада се активно користе у различитим земљама за производњу топлотне и електричне енергије, а посебно велика аустријска термоелектрана, капацитета 66 мегавата, ради на дрво.

Истовремено, такве сировине имају недостатке. Енергетска вредност огревног дрвета је релативно мала: када се изгоре, део материје се таложи у облику чађи, због чега се камини и пећи морају редовно чистити. Поред тога, потребно је одређено време да се попуне дрвне залихе - нова стабла ће израсти тек након 15-20 година.

Одлична алтернатива обичном дрву су пелете (пелете), за израду којих се користи подстандардно дрво: кора, дрвена иверица, прешана пиљевина, хрпе.

Пелете добијене од дрвета, тресета и разних отпадних производа имају различиту боју. Лагани се користе за ложење камина и пећи, док су тамни, са високим садржајем коре, дизајнирани за котлове на чврсто гориво

За производњу горивих пелета, сировине се дробе у прашину, која се затим суши и преша на високој температури. Због лигнина који се налази у дрвету формира се лепљива маса из које се формирају мали цилиндри дужине 5-70 мм и пречника 6-10 мм.

Модерна алтернатива традиционалном дрву су брикети горива четверо-, шесто- или осмерокутних облика. Овај еколошки прихватљив материјал има велико расипање топлоте.

Можете сами подесити производњу пелета брикети.

Међу популарним врстама биогорива је и дрвена иверица, која често служи као извор енергије у европским термоелектранама. Производња ове сировине врши се сечом или на посебним производним линијама опремљеним дробилицама.

Мочвар и тресета за шумско гориво

Ово је уобичајена врста биогорива која се вековима користи у домаће и индустријске сврхе. Тресет је слој маховине који се не распада у потпуности у мочвари, који се минира у многим земљама света: Русији, Белорусији, Канади, Шведској, Индонезији и другим.

Тресет који садржи 50-60% угљеника сматра се популарним материјалом који преноси гас. Ова драгоцена сировина може се користити не само као гориво, већ и као ђубриво или топлотни изолатор.

Ради практичности производног процеса, биомаса се обично прерађује на месту производње. Процес се састоји у чишћењу (просијавању) сировина од вањских застоја, а затим сушењу и калуповању у облику брикета или гранула.

Гориво из пољопривредног отпада

У пољопривредној производњи се по правилу накупља велики број различитог биљног отпада: спољне љуске биљака, орашасти плодови, слама.

Такве сировине се такође могу пресовати и гранулисати да би се добиле пелете за гориво, чије су карактеристике практично исте као и пелет направљен од дрвне биомасе.

Животињско биогориво

Упоредо са огрјевним дрветима у древна времена људи су почели да користе гориво животињског порекла, наиме стајско гнојиво домаћих животиња. Савремене технологије сушења и прераде таквих сировина омогућавају добијање чврстих сорти биогорива у потпуности без неугодних мириса.

Дуго времена номадски народи су користили осушено стајско гнојење коња, дева и стоке као гориво. Тренутно се биогориво у облику брикета или пелета производи од отпадних производа домаћих животиња.

Будући да се сточни отпад тренутно акумулира у индустријском обиму, производња горива из њих истовремено решава и питање њиховог одлагања.

Тип # 2: Течност

Течна биогорива, која су безбедна и еколошка, углавном се користе као замена за бензин и друге сличне производе. Међу најчешћим опцијама су биоетанол, биометанол, биобутанол, биодизел, диметил етар.

Биоетанол усјева

Ово је уобичајено течно биогориво које се користи за гориво аутомобила.Иако се чиста супстанца не користи као гориво, додавање бензину побољшава рад мотора, повећава снагу, контролише загревање мотора и смањује емисију издувних гасова.

Многе бензинске станице у Европи, Азији, Северној и Јужној Америци нуде не само традиционално гориво, већ и разне врсте биогорива, посебно смеше које садрже биоетанол

Биоетанол су такође ценили фанови камина. Ова супстанца има добру распршивање топлоте; штавише, она не ствара чађу и дим када се сагорева, а количина угљен диоксида је сведена на минимум.

Захваљујући овим карактеристикама, гориво се чак може користити за паљење огњишта у стамбеним зградама. Прочитајте више о биогоривима за камине у овај чланак.

Биоетанол се производи из сировина прве генерације које садрже скроб или шећер. Житарице, кукуруз, шећерна трска, репа се обрађују технологијом алкохолног врења.

Биобутанол за пуњење аутомобила

Биобутанол је биолошки добијен аналог бутанола. Безбојна течност карактеристичног мириса широко се користи као хемијска сировина у индустрији, а може се користити и као транспортно гориво.

Енергетски интензитет бутанола је близу бензина, што вам омогућава делимичну замену последњег у горивим ћелијама. За разлику од биоетанола, биобутанол се може користити независно, без додавања традиционалних врста горива.

Најразноврсније биљке служе као сировина за производњу ове био-супстанце: репа, касава, пшеница, кукуруз.

Диметил етар (Ц₂Х₆О)

Такође је еколошки прихватљиво гориво. Када се сагоре, у издувним гасовима нема сумпорних једињења, а садржај азотних једињења је 90% мањи него када се гори гориво.

Диметил етер се може користити без посебних филтера, али кардиналне промене морају се извршити у дизајну аутомобила (систем напајања, паљење мотора).

Диметил етер сматра се перспективном опцијом за гориво у аутомобилима. Машине са моторима дизајнираним за ово гориво развијене су у великим компанијама као што су Волво, САИЦ Мотор, КАМАЗ, Ниссан

Без икаквих преинака, можете користити комбиновано гориво које садржи 30% диметил етра у машинама које су опремљене ЛПГ моторима.

Течна горива се могу произвести из различитих сировина: природног гаса, угљене прашине, биомасе, и првенствено из остатака производње целулозе и папира, претварајући се у течност при ниском притиску.

Једноцелични биометанол алги

Слична супстанца је аналог обичног метанола, који се широко користи за производњу низа хемијских једињења (сирћетне киселине, формалдехида), а користи се и као антифриз и растварач.

По први пут је питање производње ове врсте биогорива постављено 1980-их, када је група научника предложила да се добије течна супстанца биохемијском трансформацијом морског фитопланктона, чија ће се узгоја вршити у посебним резервоарима.

Биометанол има неколико потенцијалних предности:

• висока енергетска ефикасност - 14 по пријему метана; 7 при производњи метанола;
• одлична продуктивност фитопланктона - до 100 тона по хектару годишње;
• незахтевни једноћелијски организмиза узгајање које није потребна слатка вода, плодно тло;
• очување пољопривредних ресурсајер се фитопланктон узгаја у рибњацима или морским заливима.

Иако још увек није успостављена индустријска производња биометанола, упорна истраживања и развој технологија за развој ове врсте алтернативног горива тренутно су у току.

Биодизел као алтернатива транспортном гориву

Ово је течно моторно биогориво које се састоји од мешавине естера масних киселина.Супстанца је сигурна за људе и животиње, готово се потпуно разграђује у земљи за 28 дана, а такође има релативно високу (<100) температуру запаљења.

Биодизел смањује проценат емисије штетних гасова, а такође продужава животни век мотора, јер укључује компоненте за подмазивање.

Гориво се користи за допуну ауто мотора и независно и у комбинацији са конвенционалним горивом. Треба узети у обзир само кратак рок трајања биолошке материје: након три месеца пропадање биолошке супстанце почиње потпуним губитком својстава.

За биодизел у ЕУ усвојен је посебан стандард ЕН14214. У неким земљама важи и стандард ЕН590, који омогућава додавање 5% биодизела другим горивима.

Тип # 3: гасовити

Главне сорте гасовитих биогорива укључују биоплин и биохидроген.

Биоплин као замена за природни гас

Биоплин је скоро комплетан аналог природног гаса: садржи 13-50% ЦО_2, 49-87% метана, као и нечистоће Х₂ и Х₂С. Ако се ова супстанца очисти од угљен-диоксида, можете добити биометан.

Гасовита биогорива се производе из биомасе хидрогеном или метаном. Ово последње узрокују три врсте микроорганизама: прво, сировина је изложена хидролизним бактеријама, које се потом замењују микробима који стварају киселину и метан.

Производња биоплина може се обављати на индустријским и занатским уређајима. Најчешћи начин производње је аеробна пробава у метан-тенковима.

Као сировине могу се користити различити материјали: силажа, стајски гној, алге, отпадне воде, легло, фекални остаци, кућни отпад. Полазни материјал се доводи у хомогено стање, након чега се ставља у реактор помоћу утоваривача.

Одржава угодну температуру од + 35-38 ° Ц, што је неопходно за спровођење поступка ферментације метана.

Сировине се непрестано мешају, док се добијени гасовити производ избацује у држач гаса (складиште), одакле улази у електрични генератор.

Више о производњи биоплина из стајског гнојива и уређењу постројења за биоплин прочитајте у чланцима:

1. Како направити биогориво властитим рукама од стајског гноја код куће
2. Направите себи биоплинско постројење за приватну кућу: препоруке за уређај и пример побољшања куће

Хемијски водовод

Врста гасовитог биогорива, који је аналог обичног водоника, добија се из биомасе помоћу биохемијских или термохемијских метода.

Термохемијским поступком припремљене сировине (на пример, дрвени отпад) греју се на температуру од 500-800 ° Ц без кисеоника, док гасови Х₂, ЦО, ЦХ₄.

Обећавајућа метода за производњу биохидрогена је биофтолиза. У овом случају, гас се производи помоћу алги, које се стављају у морску воду, канализацију

У биохемијској методи сировина се одржава у комфорним условима при нормалном притиску и температури од око 30 ° Ц.

Ентеробацтер цлоацае, Родобацтер спериодес специјални микроорганизми се уводе у биомасу, који разграђују почетни производ, ослобађајући водоник. Ензимима је дозвољено да убрзају производњу користећи полисахариде.

Закључци и корисни видео о овој теми

У видеу испод можете видети поступак производње популарне врсте биогорива - брикета на дрва:

Врсте биогорива разликују се не само у стању агрегације, већ и у карактеристикама. Приликом избора таквог материјала, потребно је узети у обзир њихову планирану употребу, ефикасност, функционална својства и трошкове.

Имате искуства са коришћењем алтернативних горива? Или желите да поставите питања о биогоривима? Молимо да коментаришете публикацију и учествујете у дискусијама.Блок за повратне информације налази се испод.