Biyoyakıt türleri: katı, sıvı ve gaz yakıtların özelliklerinin karşılaştırılması

Geleneksel enerji kaynaklarına bir alternatif, bitkisel veya hayvan hammaddeleri, endüstriyel atıklar ve organizmaların hayati aktivitesinin kullanıldığı çeşitli biyoyakıt türleridir.

Bu tür bir yakıt kullanmanın avantajlarını ve dezavantajlarını anlamanızı, üretimin özelliklerini, fonksiyonel özelliklerini öğrenmenizi ve farklı biyoyakıt türlerinin etkinliğini değerlendirmenizi sunuyoruz. Sağlanan bilgiler, alternatif enerji kaynakları seçiminde gezinmenize yardımcı olacaktır.

Biyoyakıt nedir

Enerji sektöründe en umut verici alan, biyoyakıtlar da dahil olmak üzere yenilenebilir kaynakların kullanımını içeren teknolojidir.

En yaygın biyoyakıt türü geleneksel odunlardır. Dünya nüfusunun% 38'i onları ısıtma ve yemek pişirmek için kullanıyor

Üretimi için hammadde olarak, endüstriyel atıklar veya hayvan atıkları dahil olmak üzere bitki / hayvan kaynaklı biyokütle alınabilir.

Bu tür maddelerin işlenmesi bir termokimyasal veya biyolojik yöntemle gerçekleştirilir, ikinci durumda, yakıt çeşitli mikroorganizmalar kullanılarak elde edilir.

Biyolojik yakıt kullanımının payı sürekli artmaktadır, bu da fosil hidrokarbon kaynaklarının korunmasına katkıda bulunmaktadır (+)

Birçok ülke, biyoyakıtların ulusal ve bölgesel enerji tüketimindeki payını artırmak için özel programlara sahiptir. Bazı devletler de bu enerji kaynağının kullanımı için zorunlu standartlara sahiptir.

Biyoyakıtların avantajları ve dezavantajları

Biyolojik yakıt türlerinin olumlu ve olumsuz yanları vardır. Bu tip hammaddelerin kullanımına olan ilgi şüphesiz avantajlarından kaynaklanmaktadır.

Bunlar:

• Bütçe maliyeti. Şu anda biyoyakıt fiyatları neredeyse benzin maliyetiyle çakışıyor olsa da, biyolojik maddelerin yanma sırasında daha az emisyon ürettikleri için daha karlı bir yakıt türü olduğu düşünülmektedir. Biyoyakıt çeşitli koşullarda kullanım için uygundur, ancak farklı tasarımlardaki motorlara uyarlanabilir. Başka bir artı, az miktarda kurum ve egzoz gazı nedeniyle daha uzun süre temiz kalan motorun optimizasyonudur.
• hareketlilik. Biyoyakıt, hareketliliğinde alternatif enerji kaynakları için diğer seçeneklerden farklıdır. Güneş ve rüzgar türbinleri genellikle ağır piller içerir, bu nedenle çoğunlukla sabit olarak kullanılırlar, biyoyakıt ise bir bölgeden diğerine çok fazla uğraşmadan taşınabilir.
• Yenilenebilir enerji kaynağı. Araştırmacılara göre, mevcut ham petrol yatakları en az birkaç yüz yıl sürecek olsa da, fosil rezervleri hala sınırlıdır. Bitkilerden ve hayvan atıklarından yapılan biyoyakıtlar, öngörülebilir gelecekte yok olma tehdidi altında olmayan yenilenebilir kaynaklar arasındadır.
• Toprak atmosferi koruması. Geleneksel hidrokarbonların en büyük dezavantajı CO'nun büyük yüzdesidir₂bu yakılarak serbest bırakılır. Bu gaz, gezegenimizin atmosferinde bir sera etkisi yaratarak küresel ısınma için koşullar yaratıyor. Biyolojik maddeleri yakarken, karbondioksit miktarı% 65'e düşer. Buna ek olarak, biyoyakıt üretiminde kullanılan ürünler karbon monoksit tüketerek havadaki payını azaltır.
• Ekonomik güvenlik. Hidrokarbon rezervleri eşit olmayan bir şekilde dağıtılır, bu nedenle bazı eyaletler petrol, doğal gaz satın almak zorunda kalır ve bu da satın alma, nakliye ve depolama için büyük miktarlar harcar. Hemen hemen her ülkede çeşitli biyolojik yakıt türleri elde edilebilir. Üretimi ve işlenmesi için yeni işletmeler ve buna bağlı olarak işler yaratmak gerektiğinden, bu ülke ekonomisine fayda sağlayacak ve insanların refahını olumlu yönde etkileyecektir.

Teknolojiyi geliştirmek ve yeni yöntemler geliştirmek biyoyakıtların olumlu etkisini artırabilir. Bu nedenle, plankton ve alg kullanan teknolojilerin geliştirilmesi fiyatını önemli ölçüde azaltacaktır.

Aynı zamanda, bilim ve teknolojinin gelişiminin mevcut aşamasında, biyoyakıt üretimi bir dizi zorluk ve rahatsızlık ile ilişkilidir. Her şeyden önce, bunlar büyüyen bitkilerdeki doğal kısıtlamalardır.

Biyokütle üretmek için kullanılan ürünlerin büyümesi için bir dizi faktör dikkate alınmalıdır, yani:

• Su kullanımı. Tarımsal bitkiler, özellikle kurak yerlerde, sınırlı bir kaynak olan çok miktarda su tüketmektedir.
• invazivlik. Yakıt bitkileri genellikle agresiftir. Bölgenin biyolojik çeşitliliğine ve ekosistemine zarar verebilecek otantik florayı boğdular.
• gübreler. Birçok bitki, diğer mahsullere veya genel ekosisteme zarar verebilecek besin maddelerinin eklenmesini gerektirir.
• İklim. Bazı iklim bölgeleri (örneğin, çöl veya tundra) biyoyakıt yetiştirmek için uygun değildir.

Tarımsal bitkilerin aktif ekimi de tarımsal kaynakların tükenmesi ile ilişkilidir.Tarımsal teknoloji kurallarına uyulmaması, yararlı toprak bileşenlerinin içeriğinde bir azalmaya ve sonuç olarak bunların gıda sorununu kötüleştirmesine yol açabilir.

Ekosistem bozulması meydana geliyor. Biyokütle üretimi için genellikle tarımla uğraşan bölgelerin genişlemesi gerekir.

Genellikle, bu amaçla, mikro ekosistemin (örneğin ormanların) tahrip olmasına, bitkilerin ve hayvanların ölümüne yol açan bölgenin temizlenmesi gerçekleştirilir.

Biyoyakıt üretmek için çok miktarda ürün yetiştiriliyor. Avrupa'da üretilen kolza tohumunun% 50'den fazlası, Amerikan tahılının üçte birinden fazlası ve Brezilya'da yetiştirilen şeker kamışının neredeyse yarısı biyokütle üretimi için kullanılmaktadır.

Büyüyen monokültürlerle ilgili sorunlar var. Daha büyük bir biyokütle mahsulü üretmek için üreticiler genellikle araziyi belirli bir bitki ile eker. Bu uygulama, tarım arazilerinin durumuna iyi yansır, çünkü monokültür çevrede bir değişikliğe yol açar.

Bir bitki türü tarafından işgal edilen tarlalarda, özel zararlı türleri genellikle parazittir. Onlarla böcek öldürücüler ve böcek ilaçları ile mücadele etme girişimi sadece bu ilaçlara karşı direnç gelişimine yol açar.

Yukarıda açıklanan problemlerden kaçınmak için, bilim adamları, bitkilerin biyoçeşitliliğini ihmal etmemeyi, tarlalardaki birkaç bitkiyi birleştirmeyi ve ayrıca yerel flora çeşitlerini kullanmasını tavsiye ediyorlar.

Alternatif yakıtların üretimi

Biyokütle için kullanılan çok çeşitli bitki materyalleri genellikle birkaç kuşaklara ayrılır.

Birinci nesil. Bu kategori yüksek oranda nişasta, şeker, yağ içeren ürünler içerir. Bunlar mısır, şeker pancarı, kanola, soya gibi popüler bitkilerdir.

Bu ürünlerin yetiştirilmesi iklime zarar verdiğinden ve pazardan uzaklaştırılması ürünlerin fiyatlandırmasını etkilediğinden, bilim adamları bunları diğer biyokütle türleriyle değiştirmeye çalışıyorlar.

Hemen hemen her tür modern sıvı yakıt (biyodizel, etanol), ilk nesil hammaddeye ait tarımsal bitkilerden üretilmektedir.

İkinci nesil. Biyokütle grubu, odun, çim, tarımsal atıkları (kabuk, kabuk) içerir. Bu tür hammaddelerden biyoyakıt elde etmek pahalıdır, ancak gıda dışı kalıntıların geri dönüşümünün aynı anda yanıcı maddelerin üretimi ile çözülmesine izin verir.

Bu çeşitliliğe dahil olan kültürlerin bir özelliği, içlerinde lignin ve selülozun varlığıdır. Onlar sayesinde, biyokütle yakılabilir ve gazlaştırılabilir, ayrıca sıvı yakıt alarak pirolize tabi tutulabilir.

İkinci nesil biyokütlenin ana dezavantajı, birim alan başına yetersiz getiri olduğu düşünülmektedir, bu nedenle bu tür ürünler için önemli toprak kaynakları tahsis edilmelidir.

Üçüncü nesil. Biyoyakıt üretimi için hammaddeler, endüstriyel ölçekte, örneğin açık sularda yetiştirilen alglerdir.

En umut verici seçenek, tek hücreli alglerden elde edilen biyoyakıtlardır. Bu tür bitkiler hızla kütle kazanırken, verimli topraklar onları büyütmek için gerekli değildir.

Bu uygulamanın büyük umutları var, ancak şu anda bu teknolojiler sadece geliştiriliyor. Bilim adamları ayrıca dördüncü ve hatta beşinci nesil biyoyakıtlar üretmek için teknikler oluşturmak için araştırmalar yapıyorlar.

Üç çeşit biyoyakıt

Maddenin agregasyon durumuna bağlı olarak, üç ana biyoyakıt türü vardır:

1. bir firma: yakacak odun, turba, hayvan atıkları ve tarımsal üretim.
2. sıvı: biyodizel, dimetil eter, biyoetanol, biyobutanol.
3. gazlı: biyogaz, metan, biyohidrojen.

Her bir madde tipinin, aşağıda tartışılacak olan kendine özgü özellikleri vardır.

Tip # 1: Katı

Biyoyakıtların en popüler katı çeşitleri arasında odun, turba, hayvan atıkları bulunmaktadır.

Ahşap (yakacak odun, talaş, talaş)

Antik biyoyakıt türü, herkes tarafından iyi bilinen ve uzun zamandır evleri ısıtmak ve yemek pişirmek için kullanılan odunlardır. Şimdiye kadar, farklı ülkelerde ısı / elektrik üretmek için aktif olarak kullanılıyorlar, özellikle 66 megawatt kapasiteli büyük bir Avusturya termik santrali ahşap üzerinde çalışıyor.

Aynı zamanda, bu tür hammaddelerin dezavantajları vardır. Yakacak odunun enerji değeri nispeten küçüktür: yandığında, maddenin bir kısmı kurum şeklinde çöker, bu nedenle şömineler ve sobalar düzenli olarak temizlenmelidir. Ayrıca, kereste stoklarını yenilemek için belirli bir süre gereklidir - yeni ağaçlar sadece 15-20 yıl sonra büyüyecektir.

Sıradan ahşaba mükemmel bir alternatif, üretimi için standart altı ahşabın kullanıldığı peletler (peletler): ağaç kabuğu, talaş, preslenmiş talaş, dallar.

Odun, turba ve çeşitli atık ürünlerden elde edilen peletler farklı renktedir. Hafif olanlar şömineleri ve sobaları yakmak için kullanılırken, yüksek kabuk içeriğine sahip karanlık olanlar katı yakıtlı kazanlar için tasarlanmıştır

Yakıt peletlerinin üretimi için, ham maddeler toz haline getirilir, daha sonra kurutulur ve yüksek sıcaklıkta preslenir. Ahşapta bulunan lignin nedeniyle, 5-70 mm uzunluğunda ve 6-10 mm çapında küçük silindirlerin oluşturulduğu bir yapışkan kütle oluşur.

Geleneksel ahşaba modern bir alternatif, dört, altı veya sekizgen şekilli yakıt briketleridir. Bu çevre dostu malzeme yüksek ısı dağılımına sahiptir.

Pelet üretimini kendiniz yapabilirsiniz. briket presi.

Popüler biyoyakıt türleri arasında, genellikle Avrupa termik santrallerinde bir enerji kaynağı olarak hizmet veren odun yongaları bulunmaktadır. Bu hammaddenin üretimi tomrukta veya parçalayıcı makineleri ile donatılmış özel üretim hatlarında gerçekleştirilir.

Bataklık ve orman yakıt torf

Bu, yüzyıllardır evsel ve endüstriyel amaçlar için kullanılan yaygın bir biyoyakıt türüdür. Turba, dünyanın birçok ülkesinde çıkarılan bir bataklıkta tamamen ayrışmamış bir yosun tabakasıdır: Rusya, Belarus, Kanada, İsveç, Endonezya ve diğerleri.

% 50-60 karbon içeren torf, popüler bir gaz taşıyan malzeme olarak kabul edilir. Bu değerli hammadde sadece bir yakıt olarak değil, aynı zamanda bir gübre veya ısı yalıtkanı olarak da kullanılabilir.

Üretim sürecinin rahatlığı için biyokütle genellikle üretim yerinde işlenir. İşlem, hammaddelerin harici kapanmalardan temizlenmesini (elenmesini), ardından briket veya granül şeklinde kurutulmasını ve kalıplanmasını içerir.

Tarımsal atıklardan yakıt

Tarımsal üretimde, kural olarak, çok sayıda çeşitli bitki atığı birikir: bitkilerin dış kabukları, fındık kabukları, saman.

Bu hammaddeler, özellikleri pratik olarak odun biyokütlesinden elde edilen peletlerle aynı olan yakıt peletlerini elde etmek için preslenebilir ve granüle edilebilir.

Hayvan biyoyakıt

Eski zamanlarda yakacak odunla birlikte, insanlar evcil hayvanların gübresi kurutulmuş gübresi olan hayvan kaynaklı yakıt kullanmaya başladılar. Bu tür hammaddelerin kurutulması ve işlenmesi için modern teknolojiler, hoş olmayan kokulardan tamamen yoksun katı biyoyakıt çeşitlerinin elde edilmesini mümkün kılar.

Göçebe halklar uzun süre yakıt olarak atların, develerin ve sığırların kurutulmuş gübresini kullandılar. Şu anda, evcil hayvanların atık ürünlerinden briket veya pelet şeklinde biyoyakıt üretilmektedir.

Hayvan atıkları şu anda endüstriyel ölçekte biriktiğinden, bunlardan yakıt üretimi aynı anda bertaraf sorununu çözmektedir.

Tip # 2: Sıvı

Güvenli ve çevre dostu olan sıvı biyoyakıtlar çoğunlukla benzin ve diğer benzer ürünlerin yerine kullanılır. En yaygın seçenekler arasında biyoetanol, biyometanol, biyobutanol, biyodizel, dimetil eter bulunur.

Biyoetanol ekin

Bu, arabaları yakıtlandırmak için kullanılan yaygın bir sıvı biyoyakıttır.Saf bir madde yakıt olarak kullanılmamasına rağmen, benzine eklenmesi motorun çalışmasını iyileştirir, gücünü arttırır, motorun ısınmasını kontrol eder ve egzoz emisyonlarını azaltır.

Avrupa, Asya, Kuzey ve Güney Amerika'daki birçok benzin istasyonu sadece geleneksel yakıt değil, aynı zamanda çeşitli biyoyakıt türleri, özellikle biyoetanol içeren karışımlar da sunmaktadır.

Biyoetanol de şömine hayranları tarafından takdir edildi. Bu madde iyi bir ısı dağılımına sahiptir; ayrıca, yandığında kurum veya duman üretmez ve yayılan karbondioksit miktarı en aza indirilir.

Bu özellikler sayesinde yakıt, apartman binalarında ocak yakmak için bile kullanılabilir. Şömineler için biyoyakıtlar hakkında devamını oku bu makale.

Biyoetanol, nişasta veya şeker içeren birinci nesil hammaddelerden üretilir. Tahıllar, mısır, şeker kamışı, pancar, alkolik fermantasyon teknolojisi kullanılarak işlenir.

Yakıt ikmali için biyobutanol

Biyobutanol, biyolojik olarak elde edilmiş bir butanol analogudur. Karakteristik bir kokuya sahip renksiz bir sıvı, endüstride kimyasal bir hammadde olarak yaygın olarak kullanılmaktadır ve aynı zamanda bir taşıma yakıtı olarak da kullanılabilir.

Butanolün enerji yoğunluğu benzine yakındır, bu da yakıt hücrelerindeki ikincisini kısmen değiştirmenize izin verir. Biyoetanolün aksine, biyobutanol geleneksel tipte yakıt eklemeden bağımsız olarak kullanılabilir.

En çeşitli bitkiler bu biyo-maddenin üretimi için hammadde görevi görür: pancar, manyok, buğday, mısır.

Dimetil eter (C₂'H₆O)

Aynı zamanda çevre dostu bir yakıttır. Yandığında, egzoz gazlarında kükürt bileşikleri yoktur ve azot bileşiklerinin içeriği benzinin yandığından% 90 daha düşüktür.

Dimetil eter özel filtreler olmadan kullanılabilir, ancak aracın tasarımında (güç sistemi, motor ateşlemesi) kardinal değişiklikler yapılmalıdır.

Dimetil eter otomotiv yakıtı için umut verici bir seçenek olarak kabul edilir. Bu yakıt için tasarlanmış motorlu makineler Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan gibi büyük şirketler tarafından geliştirilmiştir.

Herhangi bir değişiklik yapmadan, LPG motorlu makinelerde% 30 dimetil eter içeren kombine yakıt kullanabilirsiniz.

Sıvı yakıtlar çeşitli hammaddelerden üretilebilir: doğal gaz, kömür tozu, biyokütle ve öncelikle düşük basınçta sıvıya dönüşen kağıt hamuru ve kağıt üretim kalıntılarından.

Tek hücreli algler biyometanol

Böyle bir madde, bir dizi kimyasal bileşiğin (asetik asit, formaldehit) üretimi için yaygın olarak kullanılan ve aynı zamanda bir antifriz ve çözücü olarak kullanılan sıradan metanolün bir analogudur.

İlk kez, bu tür biyoyakıtın üretimi sorunu, bir grup bilim insanının ekimi özel rezervuarlarda yapılacak olan deniz fitoplanktonunun biyokimyasal dönüşümü ile sıvı bir madde elde etmeyi önerdiği 1980'lerde ortaya çıktı.

Biyometanolün birkaç potansiyel avantajı vardır:

• yüksek enerji verimliliği - metan alındığında 14, metanol üretimi üzerine 7;
• mükemmel fitoplankton verimliliği - hektar başına yılda 100 tona kadar;
• tek hücreli organizmaları iddiasıztemiz suya ihtiyaç duyulmayan ekim için verimli topraklar;
• tarımsal kaynakların korunmasıçünkü fitoplankton havuzlarda veya deniz koylarında yetiştirilir.

Endüstriyel biyometanol üretimi henüz kurulmamış olmasına rağmen, bu tip alternatif yakıt üretiminin geliştirilmesi için teknolojilerin sürekli araştırılması ve geliştirilmesi devam etmektedir.

Ulaşım yakıtına alternatif olarak biyodizel

Bu, yağ asidi esterlerinin bir karışımından oluşan sıvı bir motor biyoyakıttır.Bu madde insanlar ve hayvanlar için güvenlidir, 28 gün içinde dünyada neredeyse tamamen ayrışır ve ayrıca nispeten yüksek (<100) ateşleme sıcaklığına sahiptir.

Biyodizel, zararlı gazların emisyon yüzdesini azaltır ve ayrıca yağlama bileşenleri içerdiği için motorun ömrünü uzatır.

Yakıt, otomobil motorlarına hem bağımsız olarak hem de geleneksel yakıtla birlikte yakıt ikmali için kullanılır. Biyolojik maddenin sadece kısa bir raf ömrü dikkate alınmalıdır: üç ay sonra biyolojik maddenin çürümesi tam bir özellik kaybıyla başlar.

AB'deki biyodizel için özel bir EN14214 standardı kabul edilmiştir. Bazı ülkelerde, EN590 standardı da geçerlidir ve diğer yakıtlara% 5 biyodizel eklenmesine izin verir.

Tip # 3: Gazlı

Gazlı biyoyakıtın ana çeşitleri arasında biyogaz ve biyohidrojen bulunur.

Doğal gazın yerine biyogaz

Biyogaz neredeyse tamamen doğal gaz analogudur:% 13-50 CO içerir_2, % 49-87 metan ve ayrıca yabancı maddeler H₂ ve H₂S. Bu madde karbondioksitten temizlenirse, biyometan alabilirsiniz.

Gaz halinde biyoyakıtlar, hidrojen veya metan fermantasyonu ile biyokütleden yapılır. İkincisine üç tip mikroorganizma neden olur: birincisi, hammadde hidrolitik bakterilere maruz kalır, daha sonra asit oluşturan ve metan oluşturan mikroplarla değiştirilir.

Biyogaz üretimi endüstriyel ve sanatsal cihazlarda gerçekleştirilebilir. En yaygın üretim yöntemi metan tanklarında aerobik sindirimdir.

Hammadde olarak çeşitli malzemeler kullanılabilir: silaj, gübre, yosun, atık su, çöp, dışkı artıkları, evsel atıklar. Başlangıç ​​materyali homojen bir duruma getirilir, daha sonra bir yükleyici kullanılarak bir reaktöre yerleştirilir.

Metan fermantasyon işleminin uygulanması için gerekli olan + 35-38 ° C'lik rahat bir sıcaklığı korur.

Elde edilen gaz halindeki ürün, elektrik jeneratörüne girdiği yerden gaz tutucusuna (depolama birimi) boşaltılırken hammaddeler sürekli karıştırılır.

Gübre kaynaklı biyogaz üretimi ve eşyalarda biyogaz tesisinin düzenlenmesi hakkında daha fazla bilgi edinin:

1. Evde gübre kendi ellerinizle biyoyakıt nasıl yapılır
2. Özel bir ev için kendin yap biyogaz tesisi: cihaz için öneriler ve ev geliştirme örneği

Kimyasal Biyohidrojen

Sıradan hidrojenin bir analogu olan bir tür gazlı biyoyakıt, biyokimyasal veya termokimyasal yöntemler kullanılarak biyokütleden elde edilir.

Termokimyasal yöntemde, hazırlanan hammaddeler (örneğin, odun atıkları) oksijen olmadan 500-800 ° C sıcaklığa ısıtılırken, gazlar H₂, CO, CH₄.

Biyohidrojen üretmek için umut verici bir yöntem biyoftalizdir. Bu durumda, gaz deniz suyuna yerleştirilen yosunlar kullanılarak üretilir, kanalizasyon

Biyokimyasal yöntemde, hammadde normal koşullarda ve yaklaşık 30 ° C'de sıcaklıkta rahat koşullarda tutulur.

Enterobacter cloacae, Rodobacter özel mikroorganizmaları, ilk ürünü ayrıştıran ve hidrojeni serbest bırakan biyokütleye sokar. Enzimlerin polisakkaritler kullanılarak üretimi hızlandırmasına izin verilir.

Konu hakkında sonuçlar ve faydalı video

Aşağıdaki videoda, popüler bir biyoyakıt türü - ahşap briket üretim sürecini görebilirsiniz:

Biyoyakıt türleri sadece toplama durumunda değil, aynı zamanda özelliklerinde de farklılık gösterir. Böyle bir malzeme seçerken, planlanan kullanımlarını, etkinliklerini, fonksiyonel özelliklerini ve maliyetlerini dikkate almak gerekir.

Alternatif yakıt kullanma konusunda deneyiminiz mi var? Veya biyoyakıtlar hakkında soru sormak mı istiyorsunuz? Lütfen yayın hakkında yorum yapın ve tartışmalara katılın.Geri bildirim bloğu aşağıda bulunur.