Typer av biodrivmedel: en jämförelse av egenskaperna hos fasta, flytande och gasformiga bränslen

Ett alternativ till traditionella energiresurser är olika typer av biobränslen, för tillverkning av vilka vegetabiliska eller animaliska råvaror, industriavfall och resultaten av livsviktiga organismer används.

Vi erbjuder dig att förstå fördelar och nackdelar med att använda ett sådant bränsle, ta reda på funktionerna i produktionen, funktionella egenskaper, samt utvärdera effektiviteten av att använda olika typer av biobränsle. Informationen kommer att hjälpa dig att navigera i valet av alternativa energikällor.

Vad är biobränsle

Det mest lovande området inom energisektorn är teknik som involverar användning av förnybara resurser, inklusive biobränslen.

Den vanligaste typen av biobränsle är konventionellt ved. 38% av världens befolkning använder dem för uppvärmning och matlagning

Som råvaror för dess produktion kan biomassa av växt- / djurursprung tas, inklusive industriavfall eller djuravfall.

Bearbetningen av sådana ämnen utförs med en termokemisk eller biologisk metod, i det senare fallet erhålls bränsle med användning av olika typer av mikroorganismer.

Andelen av användningen av biologiska bränslen växer ständigt, vilket bidrar till att bevara fossila kolväteresurser (+)

Många länder har särskilda program för att utöka andelen biodrivmedel i nationell och regional energiförbrukning. Ett antal stater har också obligatoriska standarder för användning av denna energikälla.

Fördelar och nackdelar med biobränslen

Biologiska bränsletyper har sina positiva och negativa sidor. Intresset för användningen av denna typ av råmaterial orsakas av dess tveksamma fördelar.

Dessa inkluderar:

• Budgetkostnad. Även om biobränslepriserna för närvarande sammanfaller med kostnaden för bensin anses biologiska ämnen vara en mer lönsam typ av bränsle eftersom de ger mindre utsläpp under förbränningen. Biobränsle är lämplig för användning under olika förhållanden, medan den kan anpassas till motorer med olika utföranden. Ett annat plus är optimeringen av motorn, som förblir ren längre på grund av den lilla mängden sot och avgaser.
• mobilitet. Biobränsle skiljer sig från andra alternativ för alternativa energikällor i sin rörlighet. Sol- och vindkraftverk inkluderar vanligtvis tunga batterier, varför de oftast används stationära, medan biobränslen kan transporteras från en region till en annan utan mycket krångel.
• Förnybar energikälla. Även om de befintliga depositionerna av råolja enligt forskare kommer att pågå i minst flera hundra år, är fossila reserver fortfarande begränsade. Biobränslen från växter och djuravfall hör till de förnybara resurserna som inte hotas med utrotning under överskådlig framtid.
• Jordatmosfärsskydd. En stor nackdel med traditionella kolväten är den stora andelen CO₂som släpps genom att bränna. Denna gas skapar en växthuseffekt i atmosfären på vår planet och skapar förutsättningar för global uppvärmning. Vid förbränning av biologiska ämnen minskar mängden koldioxid till 65%. Utöver detta konsumerar grödor som används i biobränsleproduktion kolmonoxid och minskar dess andel i luften.
• Ekonomisk säkerhet. Kolvätereserverna fördelas ojämnt, så vissa stater tvingas köpa olja eller naturgas och spenderar stora summor på förvärv, transport och lagring. Olika typer av biologiskt bränsle kan erhållas i nästan alla länder. Eftersom det för tillverkning och bearbetning kommer att bli nödvändigt att skapa nya företag och därmed jobb, kommer detta att gynna den nationella ekonomin och påverka människors välbefinnande positivt.

Att förbättra tekniken och utveckla nya metoder kan öka den positiva effekten av biobränslen. Således kommer utvecklingen av teknik med plankton och alger att sänka priset avsevärt.

Samtidigt, i det nuvarande skedet av utveckling av vetenskap och teknik, är biobränsleproduktion förknippad med ett antal svårigheter och besvär. Först och främst är det naturliga begränsningar i växande växter.

För tillväxt av grödor som används för att producera biomassa måste ett antal faktorer beaktas, nämligen:

• Vattenanvändning. Jordbruksväxter konsumerar mycket vatten, vilket är en begränsad resurs, särskilt på torra platser.
• invasivitet. Bränslegrödor är ofta aggressiva. De drunker den autentiska floran, vilket kan skada den biologiska mångfalden och ekosystemet i regionen.
• gödningsmedel. Många växter kräver tillsats av näringsämnen som kan skada andra grödor eller det allmänna ekosystemet.
• Climate. Vissa klimatzoner (till exempel öken eller tundra) är inte lämpliga för odling av biobränsle.

Aktiv odling av jordbruksväxter är också förknippad med utarmningen av jordbruksresurserna. Icke-efterlevnad av reglerna för jordbruksteknik kan leda till en minskning av innehållet i användbara jordkomponenter och, som ett resultat, till deras utarmning, vilket kommer att förvärra matproblemet.

Ekosystemstörningar inträffar. För produktion av biomassa krävs vanligtvis utvidgning av de territorier som är involverade i jordbruket.

För detta ändamål rengörs territoriet ofta, vilket leder till förstörelse av mikroekosystemet (till exempel skogar), dödsfall av växter och djur.

För att producera biobränslen odlas redan en stor volym grödor. Mer än 50% av raps som produceras i Europa, mer än en tredjedel av amerikansk spannmål och nästan hälften av sockerrören som odlas i Brasilien används för biomassaproduktion.

Det finns problem med växande monokulturer. För att producera en större biomassa-gröda såar producenter ofta marken med en viss växt. Denna praxis återspeglar inte bra jordbruksmarkens tillstånd, eftersom monokultur leder till en förändring av miljön.

På de åkrar som är upptagna av en växtsort är speciella skadedjursorter vanligtvis parasitiska. Ett försök att bekämpa dem med insektsmedel och bekämpningsmedel leder endast till att det utvecklas resistens mot dessa läkemedel.

För att undvika de problem som beskrivs ovan, rekommenderar forskare att inte försumma den biologiska mångfalden i grödor, kombinera flera växter i åkrarna och även använda lokala flora.

Generationer av alternativa bränslen

Ett brett utbud av växtmaterial som används för biomassa delas vanligtvis upp i flera generationer.

Första generationen. Denna kategori inkluderar grödor som innehåller en hög andel stärkelse, socker, fett. Dessa är så populära växter som majs, sockerbetor, raps, soja.

Eftersom odlingen av dessa grödor skadar klimatet, och deras borttagning från marknaden påverkar prissättningen av produkter, försöker forskare att ersätta dem med andra typer av biomassa.

Nästan alla typer av moderna flytande bränslen (biodiesel, etanol) produceras för närvarande från jordbruksanläggningar som tillhör den första generationen råmaterial.

Andra generationen. Biomassagruppen inkluderar trä, gräs, jordbruksavfall (skal, skal). Att få biobränslen från sådana råmaterial är dyrt, men det tillåter att lösa frågan om återvinning av icke-livsmedelsrester med samtidig produktion av brännbara material.

Ett särdrag hos kulturerna som ingår i denna sort är närvaron av lignin och cellulosa i dem. Tack vare dem kan biomassa brännas och förgasas, samt utsättas för pyrolys och ta emot flytande bränsle.

Den största nackdelen med andra generationens biomassa anses vara otillräcklig avkastning per enhetsarea, varför betydande markresurser måste avsättas för sådana grödor.

Tredje generationen. Råvarorna för produktion av biobränslen är alger som odlas i industriell skala, till exempel i öppet vatten.

Det mest lovande alternativet är biobränslen erhållna från encelliga alger. Sådana växter får snabbt massa medan fruktbart land inte krävs för att odla dem.

Denna praxis har stora möjligheter, men för närvarande utvecklas en sådan teknik bara. Forskare bedriver också forskning för att skapa tekniker för att producera fjärde och till och med femte generationens biobränslen.

Tre sorter av biodrivmedel

Beroende på tillståndets sammansättningstillstånd finns det tre huvudtyper av biobränsle:

1. en fast: ved, torv, djuravfall och jordbruksproduktion.
2. vätska: biodiesel, dimetyleter, bioetanol, biobutanol.
3. gasformigt: biogas, metan, biohydrogen.

Varje typ av ämne har sina egna detaljer som kommer att diskuteras nedan.

Typ 1: Fast

Bland de mest populära fasta varianterna av biobränsle är trä, torv, djuravfall.

Trä (ved, vedflis, sågspån)

Den antika typen av biobränsle är ved som är välkänd för alla och som länge har använts för uppvärmning av hem och matlagning. Hittills används de aktivt i olika länder för att producera värme / elektricitet, särskilt ett stort österrikiskt termiskt kraftverk med en kapacitet på 66 megawatt, arbetar på trä.

Samtidigt har sådana råvaror nackdelar. Energivärdet för ved är relativt litet: vid förbränning sätts en del av ämnet i form av sot, varför eldstäder och spisar måste rengöras regelbundet. Dessutom krävs en viss tid för att fylla på timmerlager - nya träd kommer att växa först efter 15-20 år.

Ett utmärkt alternativ till vanligt trä är pellets (pellets) för produktion av vilket undermåligt trä används: bark, flis, pressad sågspån, grenar.

Pellets erhållna från trä, torv och olika avfallsprodukter har en annan färg. Ljusa används för att bränna eldstäder och spisar, medan mörka, med hög barkinnehåll, är designade för pannor med fast bränsle

För produktion av bränslepellets krossas råvarorna till damm, som sedan torkas och pressas vid hög temperatur. På grund av ligninet i träet bildas en vidhäftande massa, från vilken små cylindrar som är 5-70 mm långa och 6-10 mm i diameter bildas.

Ett modernt alternativ till traditionellt trä är bränslebriketter med fyra, sex eller åttkantiga former. Detta miljövänliga material har hög värmeavledning.

Du kan själv ställa in pelletsproduktion genom att göra brikettpress.

Bland de populära typerna av biodrivmedel är träflis, som ofta fungerar som en energikälla vid europeiska värmekraftverk. Produktionen av detta råmaterial sker på timmer eller på specialproduktionslinjer utrustade med rivningsmaskiner.

Trä och torv för träsk

Detta är en vanlig typ av biobränsle som har använts för hushåll och industriella ändamål i århundraden. Torv är ett lager mossa som inte helt bryts ned i ett träsk, som bryts i många länder i världen: Ryssland, Vitryssland, Kanada, Sverige, Indonesien och andra.

Torv som innehåller 50-60% kol anses vara ett populärt gasbärande material. Detta värdefulla råmaterial kan inte bara användas som bränsle utan också som gödningsmedel eller värmeisolator.

För att underlätta produktionsprocessen bearbetas vanligtvis biomassa på produktionsplatsen. Processen består i rengöring (siktning) av råvarorna från främmande avstängningar, följt av torkning och gjutning i form av briketter eller granuler.

Bränsle från jordbruksavfall

I jordbruksproduktionen samlas som regel ett stort antal olika växtavfall: de yttre skalen av växter, nötskal, halm.

Sådana råmaterial kan också pressas och granuleras för att erhålla bränslepellets, vars egenskaper praktiskt taget är desamma som pellets tillverkade av träbiomassa.

Djurens biobränsle

Tillsammans med ved i forntida tider, började människor använda bränsle av animaliskt ursprung, nämligen gungtorkad husdjursgödsel. Modern teknik för torkning och bearbetning av sådana råmaterial gör det möjligt att få solida biobränslen helt utan obehaglig lukt.

Under lång tid använde nomadfolk torkad gödsel av hästar, kameler och nötkreatur som bränsle. För närvarande produceras biobränsle i form av briketter eller pellets från avfallsprodukter från husdjur.

Eftersom boskapavfall för närvarande ackumuleras i industriell skala, löser tillverkningen av bränsle från dem samtidigt frågan om deras bortskaffande.

Typ 2: Vätska

Flytande biobränslen, som är säkra och miljövänliga, används mest som en ersättning för bensin och andra liknande produkter. Bland de vanligaste alternativen är bioetanol, biometanol, biobutanol, biodiesel, dimetyleter.

Skörda bioetanol

Detta är en vanlig flytande biobränsle som används för att driva bilar.Även om ett rent ämne inte används som bränsle, förbättrar dess tillägg till bensin motorns prestanda, ökar dess effekt, kontrollerar uppvärmningen av motorn och minskar avgasutsläppen.

Många bensinstationer i Europa, Asien, Nord- och Sydamerika erbjuder inte bara traditionellt bränsle utan också olika typer av biodrivmedel, särskilt blandningar som innehåller bioetanol

Bioetanol uppskattades också av fans av eldstäder. Detta ämne har bra värmeavledning, dessutom producerar det inte sot eller rök när det bränns, och mängden koldioxid som släpps ut minimeras.

Tack vare dessa funktioner kan bränsle till och med användas för att bränna en eldstad i hyreshus. Läs mer om biodrivmedel för eldstäder i den här artikeln.

Bioetanol produceras från första generationens råvaror som innehåller stärkelse eller socker. Spannmål, majs, sockerrör, rödbetor bearbetas med hjälp av tekniken för alkoholfermentering.

Biobutanol för tankning av bilar

Biobutanol är en biologiskt erhållen analog av butanol. En färglös vätska med en karakteristisk lukt används ofta som ett kemiskt råmaterial i industrin och kan också användas som transportbränsle.

Butanolens energiintensitet ligger nära bensin, vilket gör att du delvis kan ersätta den senare i bränsleceller. Till skillnad från bioetanol kan biobutanol användas oberoende utan att tillsätta traditionella typer av bränsle.

De mest varierande växterna fungerar som råvaror för produktion av detta bioämne: rödbetor, kassava, vete, majs.

Dimetyleter (C₂H₆O)

Det är också ett miljövänligt bränsle. När det förbränns finns det inga svavelföreningar i avgaserna och halten kväveföreningar är 90% lägre än när bensin förbränns.

Dimetyleter kan användas utan speciella filter, men kardinalförändringar måste göras i bilens design (kraftsystem, motorns tändning).

Dimetyleter anses vara ett lovande alternativ för fordonsbränsle. Maskiner med motorer designade för detta bränsle utvecklas av så stora företag som Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan

Utan förändringar kan du använda kombinerat bränsle som innehåller 30% dimetyleter i maskiner som är utrustade med LPG-motorer.

Flytande bränslen kan produceras från olika råmaterial: naturgas, kolstoft, biomassa och främst från resterna av massa- och papperstillverkning och omvandlas till en vätska vid lågt tryck.

Unicellulära alger biometanol

En sådan substans är en analog med vanlig metanol, som används allmänt för framställning av ett antal kemiska föreningar (ättiksyra, formaldehyd) och används också som frostskyddsmedel och lösningsmedel.

För första gången tog man upp frågan om produktion av denna typ av biobränsle på 1980-talet, då en grupp forskare föreslog att få ett flytande ämne genom biokemisk omvandling av marin fytoplankton, vars odling kommer att genomföras i speciella reservoarer.

Biometanol har flera potentiella fördelar:

• hög energieffektivitet - 14 vid mottagande av metan, 7 vid framställning av metanol;
• utmärkt fytoplanktonproduktivitet - upp till 100 ton per hektar per år.
• krävande enhjuliga organismerför odling av vilken färskt vatten inte behövs, bördig jord;
• bevarande av jordbruksresursereftersom växtplankton odlas i dammar eller havsvikar.

Även om den industriella tillverkningen av biometanol ännu inte har fastställts pågår för närvarande en fortsatt forskning och utveckling av tekniker för utveckling av produktionen av denna typ av alternativt bränsle.

Biodiesel som ett alternativ till transportbränsle

Detta är en flytande motorbiobränsle som består av en blandning av fettsyraestrar.Ämnet är säkert för människor och djur, sönderdelas nästan helt i jorden på 28 dagar och har också en relativt hög (<100) antändningstemperatur.

Biodiesel minskar andelen utsläpp av skadliga gaser och förlänger också motorens livslängd, eftersom den innehåller smörjkomponenter.

Bränsle används för att fylla på bensinmotorer både oberoende och i kombination med konventionellt bränsle. Endast en kort hållbarhet för det biologiska ämnet bör beaktas: efter tre månader börjar den biologiska substansens förfall med en fullständig förlust av egenskaper.

För biodiesel i EU har en särskild standard EN14214 antagits. I vissa länder är EN590-standarden också giltig, vilket tillåter tillsats av 5% biodiesel till andra bränslen.

Typ # 3: Gasformig

De huvudsakliga sorterna av gasformigt biobränsle inkluderar biogas och biohydrogen.

Biogas som ersättning för naturgas

Biogas är en nästan komplett analog av naturgas: den innehåller 13-50% CO_2, 49-87% metan samt föroreningar H₂ och H₂S. Om detta ämne rengörs för koldioxid kan du få biometan.

Gasformiga biobränslen tillverkas av biomassa genom väte- eller metanfermentering. Den senare orsakas av tre typer av mikroorganismer: först utsätts råmaterialet för hydrolytiska bakterier, som sedan ersätts av syrabildande och metandannande mikrober.

Biogasproduktion kan utföras på industriella och hantverksmässiga apparater. Den vanligaste produktionsmetoden är aerob spjälkning i metantankar.

En mängd olika material kan användas som råvaror: ensilage, gödsel, alger, avloppsvatten, strö, fekalrester, hushållsavfall. Utgångsmaterialet förs till ett homogent tillstånd, varefter det placeras i en reaktor med en lastare.

Den upprätthåller en behaglig temperatur på + 35-38 ° C, vilket är nödvändigt för genomförandet av metanfermenteringsprocessen.

Råvarorna blandas ständigt medan den resulterande gasformiga produkten släpps ut i gashållaren (lagringsenheten), varifrån den kommer in i den elektriska generatorn.

Läs mer om produktionen av biogas från gödsel och arrangemanget av en biogasanläggning i artiklarna:

1. Hur man gör biobränsle med egna händer från gödsel hemma
2. Gör-det-själv-biogasanläggning för ett privat hus: rekommendationer för enheten och ett exempel på hemförbättring

Kemisk biohydrogen

En typ av gasformigt biobränsle, som är en analog vanligt väte, erhålls från biomassa med hjälp av biokemiska eller termokemiska metoder.

I den termokemiska metoden värms de beredda råvarorna (till exempel träavfall) till en temperatur av 500-800 ° C utan syre, medan gaser H₂, CO, CH₄.

En lovande metod för att producera biohydrogen är bioftolys. I detta fall produceras gasen med alger som placeras i havsvatten, avloppsvatten

I den biokemiska metoden hålls råmaterialet under bekväma förhållanden vid normalt tryck och temperatur vid cirka 30 ° C.

Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes speciella mikroorganismer införs i biomassan, som sönderdelar den ursprungliga produkten och släpper ut väte. Enzymer får påskynda produktionen med användning av polysackarider.

Slutsatser och användbar video om ämnet

I videon nedan kan du se tillverkningsprocessen för en populär typ av biobränsle - träbriketter:

Typer av biobränsle skiljer sig inte bara i tillståndstillståndet utan också i egenskaper. När du väljer sådant material är det nödvändigt att ta hänsyn till deras planerade användning, effektivitet, funktionella egenskaper och kostnad.

Har du erfarenhet av att använda alternativa bränslen? Eller vill du ställa frågor om biodrivmedel? Kommentera publikationen och delta i diskussionerna.Feedbackblocket finns nedan.