Tipuri de biocombustibili: o comparație a caracteristicilor combustibililor solizi, lichizi și gazoși

O alternativă la resursele energetice tradiționale sunt diferite tipuri de biocombustibili, pentru fabricarea materiilor prime vegetale sau animale, a deșeurilor industriale și a rezultatelor activității vitale a organismelor.

Ne oferim să înțelegem avantajele și dezavantajele utilizării unui astfel de combustibil, să aflăm caracteristicile producției, caracteristicile funcționale, precum și să evaluăm eficiența utilizării diferitelor tipuri de biocombustibili. Informațiile furnizate vă vor ajuta să navigați în selectarea surselor alternative de energie.

Ce este biocombustibil

Cea mai promițătoare arie din sectorul energetic este tehnologia care implică utilizarea resurselor regenerabile, care includ biocombustibili.

Cel mai frecvent tip de biocombustibil este lemnul de foc convențional. 38% din populația lumii le folosește pentru încălzire și gătit

Ca materii prime pentru producția sa, se poate lua biomasa de origine vegetală / animală, inclusiv deșeuri industriale sau deșeuri animale.

Prelucrarea unor astfel de substanțe se realizează printr-o metodă termochimică sau biologică, în ultimul caz, combustibilul este obținut folosind diferite tipuri de microorganisme.

Ponderea utilizării combustibililor biologici este în continuă creștere, ceea ce contribuie la conservarea resurselor de hidrocarburi fosile (+)

Multe țări au programe speciale pentru extinderea ponderii biocombustibililor în consumul energetic național și regional. O serie de state au, de asemenea, standarde obligatorii pentru utilizarea acestei surse de energie.

Avantajele și dezavantajele biocombustibililor

Tipurile biologice de combustibil au laturile lor pozitive și negative. Interesul pentru utilizarea acestui tip de materie primă este cauzat de avantajele indubitabile ale acesteia.

Acestea includ:

• Cost bugetar. Deși momentan prețurile la biocombustibili coincid aproape cu costul benzinei, substanțele biologice sunt considerate un tip de combustibil mai profitabil, deoarece produc mai puține emisii în timpul combustiei. Biocombustibilul este potrivit pentru utilizare în diferite condiții, în timp ce poate fi adaptat la motoare cu diferite modele. Un alt plus este optimizarea motorului, care rămâne curat mai mult timp datorită cantității mici de funingine și gaze de evacuare.
• mobilitate. Biocombustibilul diferă de alte opțiuni pentru surse alternative de energie în mobilitatea sa. Turbinele solare și eoliene includ de obicei baterii grele, astfel încât acestea sunt cel mai adesea utilizate staționare, în timp ce biocombustibilii pot fi transportați dintr-o regiune în alta fără prea multă dificultate.
• Sursa de energie regenerabilă. Deși, potrivit cercetătorilor, depozitele existente de țiței vor dura cel puțin câteva sute de ani, rezervele de fosile sunt încă finite. Biocombustibilii produși din plante și deșeuri animale se numără printre resursele regenerabile care nu sunt amenințate cu dispariția în viitorul prevăzut.
• Protecția atmosferei terestre. Un dezavantaj major al hidrocarburilor tradiționale este procentul mare de CO₂care este eliberat prin ardere. Acest gaz creează un efect de seră în atmosfera planetei noastre, creând condiții pentru încălzirea globală. La arderea substanțelor biologice, cantitatea de dioxid de carbon scade la 65%. Pe lângă aceasta, culturile utilizate în producția de biocombustibili consumă monoxid de carbon, reducându-și cota în aer.
• Securitate economică. Rezervele de hidrocarburi sunt distribuite inegal, astfel încât unele state sunt obligate să achiziționeze petrol sau gaze naturale, cheltuind sume mari pentru achiziție, transport și depozitare. În aproape orice țară se pot obține diverse tipuri de combustibil biologic. Întrucât pentru fabricarea și prelucrarea sa va fi necesară crearea de noi întreprinderi și, în consecință, locuri de muncă, acest lucru va beneficia economia națională și va afecta pozitiv bunăstarea oamenilor.

Îmbunătățirea tehnologiei și dezvoltarea de noi metode pot spori efectul pozitiv al biocombustibililor. Astfel, dezvoltarea tehnologiilor care folosesc planctonul și algele îi va reduce semnificativ prețul.

În același timp, în etapa actuală a dezvoltării științei și tehnologiei, producția de biocombustibili este asociată cu o serie de dificultăți și inconveniente. În primul rând, acestea sunt restricții naturale în plantele în creștere.

Pentru creșterea culturilor utilizate la producerea biomasei, trebuie să se țină seama de o serie de factori, și anume:

• Utilizarea apei. Plantele agricole consumă multă apă, care este o resursă limitată, în special în locurile aride.
• invazivitate. Culturile de combustibil sunt adesea agresive. Ei au înecat flora autentică, care ar putea dăuna biodiversității și ecosistemului regiunii.
• îngrășăminte. Multe plante necesită adăugarea de nutrienți care pot dăuna altor culturi sau ecosistemului general.
• Clima. Anumite zone climatice (de exemplu, deșert sau tundră) nu sunt potrivite pentru cultivarea culturilor de biocombustibili.

Cultivarea activă a plantelor agricole este, de asemenea, asociată cu epuizarea resurselor agricole. Nerespectarea regulilor tehnologiei agricole poate duce la scăderea conținutului componentelor utile ale solului și, ca urmare, la epuizarea acestora, ceea ce va agrava problema alimentelor.

Apare perturbarea ecosistemului. Pentru producția de biomasă necesită de obicei extinderea teritoriilor implicate în agricultură.

Adesea, în acest scop, se efectuează o curățare a teritoriului, ceea ce duce la distrugerea microecosistemului (de exemplu, păduri), la moartea plantelor și animalelor.

Pentru a produce biocombustibili, se cultivă deja un volum mare de culturi. Peste 50% din rapița produsă în Europa, mai mult de o treime din cerealele americane și aproape jumătate din cantitatea de zahăr cultivată în Brazilia sunt utilizate pentru producția de biomasă.

Există probleme cu monoculturile în creștere. Pentru a produce o cultură mai mare de biomasă, producătorii semăn adesea pământul cu o anumită plantă. Această practică nu reflectă bine starea terenurilor agricole, deoarece monocultura duce la schimbări de mediu.

Pe câmpurile ocupate de o singură specie de plante, soiurile speciale de dăunători sunt de obicei parazite. O încercare de combatere a acestora cu insecticide și pesticide nu face decât să conducă la rezistența la aceste medicamente.

Pentru a evita problemele descrise mai sus, oamenii de știință sfătuiesc să nu neglijeze biodiversitatea culturilor, combinând mai multe plante pe câmpuri și să folosească, de asemenea, soiuri locale de floră.

Generații de combustibili alternativi

O gamă largă de materiale vegetale utilizate pentru biomasă este de obicei împărțită în mai multe generații.

Prima generație. Această categorie include culturile care conțin un procent ridicat de amidon, zaharuri, grăsimi. Acestea sunt plante populare precum porumbul, sfecla de zahăr, canola, soia.

Întrucât cultivarea acestor culturi dăunează climatului, iar eliminarea lor de pe piață afectează prețurile produselor, oamenii de știință încearcă să le înlocuiască cu alte tipuri de biomasă.

Aproape toate tipurile de combustibili lichizi moderni (biodiesel, etanol) sunt în prezent produse din plante agricole aparținând primei generații de materii prime.

A doua generație. Grupul de biomasă include lemn, iarbă, deșeuri agricole (coajă, coajă). Obținerea de biocombustibili din astfel de materii prime este costisitoare, cu toate acestea, permite soluționarea problemei reciclării reziduurilor nealimentare cu producția simultană de materiale combustibile.

O caracteristică a culturilor incluse în acest soi este prezența ligninei și a celulozei în ele. Datorită acestora, biomasa poate fi arsă și gazificată, precum și supusă pirolizei, primind combustibil lichid.

Principalul dezavantaj al biomasei de a doua generație este considerat a fi un randament insuficient pe unitatea de suprafață, motiv pentru care trebuie alocate resurse semnificative de teren pentru astfel de culturi.

A treia generație. Materiile prime pentru producerea de biocombustibili sunt algele, care sunt cultivate la scară industrială, de exemplu, în ape deschise.

Cea mai promițătoare opțiune sunt biocombustibilii obținuți din alge unicelulare. Astfel de plante câștigă rapid masă, în timp ce pământul fertil nu este obligat să le crească.

Această practică are perspective mari, cu toate acestea, în prezent, astfel de tehnologii sunt dezvoltate doar. Oamenii de știință efectuează, de asemenea, cercetări pentru a crea tehnici pentru a produce a patra și chiar a cincea generație de biocombustibili.

Trei soiuri de biocombustibili

În funcție de starea de agregare a substanței, există trei tipuri principale de biocombustibili:

1. o firmă: lemn de foc, turbă, deșeuri animale și producție agricolă.
2. lichid: biodiesel, dimetil eter, bioetanol, biobutanol.
3. gazos: biogaz, metan, biohidrogen.

Fiecare tip de substanță are propriile sale caracteristici, despre care vom discuta mai jos.

Tip # 1: Solid

Printre cele mai populare soiuri solide de biocombustibil sunt lemnul, turba, deșeurile animale.

Lemn (lemn de foc, așchii de lemn, rumeguș)

Tipul vechi de biocombustibil este lemn de foc care este bine cunoscut de toată lumea și a fost folosit de mult timp pentru încălzirea locuințelor și gătit. Până acum, acestea sunt utilizate în mod activ în diferite țări pentru producerea de căldură / electricitate, în special, o mare centrală termică din Austria, cu o capacitate de 66 megavati, funcționează pe lemn.

În același timp, astfel de materii prime prezintă dezavantaje. Valoarea energetică a lemnului de foc este relativ mică: atunci când este arsă, o parte din substanță se stabilește sub formă de funingine, motiv pentru care șemineele și sobele trebuie curățate regulat. În plus, este necesară o anumită perioadă de timp pentru reîncărcarea stocurilor de cherestea - copacii noi vor crește abia după 15-20 de ani.

O alternativă excelentă la lemnul obișnuit este peletele (peleți), pentru producerea cărora se folosește lemn de calitate inferioară: scoarță, așchii de lemn, rumeguș presat, cade.

Peletele obținute din lemn, turbă și diverse produse reziduale au o culoare diferită. Cele ușoare sunt utilizate pentru arderea șemineelor ​​și aragazelor, în timp ce cele întunecate, cu un conținut ridicat de scoarță, sunt proiectate pentru cazane cu combustibil solid

Pentru producerea de peleți de combustibil, materiile prime sunt zdrobite în praf, care este apoi uscat și presat la temperatură ridicată. Datorită ligninei conținute în lemn, se formează o masă adezivă, din care se formează cilindri mici de 5-70 mm lungime și 6-10 mm diametru.

O alternativă modernă la lemnul tradițional îl reprezintă brichetele cu combustibil cu patru, șase sau forme octogonale. Acest material ecologic are o disipare ridicată a căldurii.

Puteți configura singuri producția de peleți presa de brichete.

Printre tipurile populare de biocombustibili se numără așchii de lemn, care adesea servesc drept sursă de energie la centralele termice europene. Producția acestei materii prime se realizează pe exploatare lemnoasă sau pe linii speciale de producție echipate cu mașini de tocat.

Turba de mlaștină și pădure

Acesta este un tip obișnuit de biocombustibil care a fost utilizat în scopuri interne și industriale de secole. Turba este un strat de mușchi care nu este complet descompus într-o mlaștină, care este extras în multe țări ale lumii: Rusia, Belarus, Canada, Suedia, Indonezia și altele.

Turba care conține 50-60% carbon este considerată un material popular care poartă gaz. Această materie primă valoroasă poate fi folosită nu numai ca combustibil, ci și ca îngrășământ sau izolator termic.

Pentru comoditatea procesului de producție, biomasa este de obicei prelucrată la locul de producție. Procesul constă în curățarea (cernerea) materiilor prime de la oprirea străină, urmată de uscare și turnare sub formă de brichete sau granule.

Combustibil din deșeuri agricole

În producția agricolă, de regulă, se acumulează un număr mare de diferite deșeuri de plante: scoicile exterioare ale plantelor, cojile de nuci, paiele.

Astfel de materii prime pot fi, de asemenea, presate și granulate pentru a obține pelete de combustibil, ale căror caracteristici sunt practic aceleași cu peleții obținuți din biomasă din lemn.

Biocombustibil animal

Alături de lemnul de foc din cele mai vechi timpuri, oamenii au început să folosească combustibil de origine animală, respectiv gunoi de grajd uscat de animale domestice. Tehnologiile moderne de uscare și prelucrare a unor astfel de materii prime permit obținerea de soiuri solide de biocombustibili, complet lipsiți de mirosuri neplăcute.

O lungă perioadă de timp, popoarele nomade au folosit ca combustibil gunoiul uscat de cai, cămile și bovine. În prezent, biocombustibil sub formă de brichete sau pelete este produs din produsele deșeuri ale animalelor domestice.

Deoarece în prezent se acumulează deșeuri de animale pe o scară industrială, fabricarea de combustibil din acestea rezolvă simultan problema eliminării lor.

Tip # 2: Lichid

Biocombustibilii lichizi, care sunt siguri și ecologici, sunt folosiți mai ales ca un substitut pentru benzină și alte produse similare. Printre cele mai frecvente opțiuni se numără bioetanolul, biometanolul, biobutanolul, biodieselul, eterul dimetilic.

Bioetanol de cultură

Acesta este un biocombustibil lichid obișnuit care este utilizat pentru a alimenta mașinile.Deși o substanță pură nu este utilizată ca combustibil, adăugarea sa la benzină îmbunătățește funcționarea motorului, își mărește puterea, controlează încălzirea motorului și reduce emisiile de evacuare.

Multe benzinării din Europa, Asia, America de Nord și de Sud oferă nu numai combustibil tradițional, ci și diferite tipuri de biocombustibili, în special amestecuri care conțin bioetanol

Bioetanolul a fost apreciat și de fanii șemineelor. Această substanță are o bună disipare a căldurii; în plus, nu produce funingine sau fum atunci când este arsă, iar cantitatea de dioxid de carbon emisă este redusă la minimum.

Datorită acestor caracteristici, combustibilul poate fi folosit chiar și pentru arderea unei vatra în clădirile de apartamente. Citiți mai multe despre biocombustibili pentru șeminee în acest articol.

Bioetanolul este produs din materii prime de primă generație care conține amidon sau zahăr. Cerealele, porumbul, cana de zahăr, sfecla sunt prelucrate folosind tehnologia fermentației alcoolice.

Biobutanol pentru alimentarea autovehiculelor

Biobutanolul este un analog obținut biologic al butanolului. Un lichid incolor cu un miros caracteristic este utilizat pe scară largă ca materie primă chimică în industrie și poate fi folosit și ca combustibil pentru transport.

Intensitatea energetică a butanolului este apropiată de benzină, ceea ce vă permite să îl înlocuiți parțial pe cel din urmă în celule de combustibil. Spre deosebire de bioetanol, biobutanolul poate fi utilizat independent, fără a adăuga tipuri tradiționale de combustibil.

Cele mai diverse plante servesc drept materie primă pentru producerea acestei substanțe bio: sfeclă, manioc, grâu, porumb.

Eter dimetilic (C₂H₆O)

Este, de asemenea, un combustibil ecologic. Când este ars, nu există compuși de sulf în gazele de eșapament, iar conținutul de compuși de azot este cu 90% mai mic decât atunci când arde benzina.

Eterul dimetilic poate fi utilizat fără filtre speciale, dar modificările cardinale trebuie făcute la proiectarea mașinii (sistem de alimentare, aprinderea motorului).

Eterul dimetilic este considerat o opțiune promițătoare pentru combustibilul auto. Mașinile cu motoare proiectate pentru acest combustibil sunt dezvoltate de companii mari precum Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan

Fără modificări, puteți utiliza combustibil combinat care conține 30% eter dimetil în mașinile echipate cu motoare GPL.

Combustibilii lichizi pot fi produși din diferite materii prime: gaz natural, praf de cărbune, biomasă și, în principal, din resturile de producție de celuloză și hârtie, transformându-se într-un lichid la presiune scăzută.

Biometanol alge unicelulare

O astfel de substanță este un analog al metanolului obișnuit, care este utilizat pe scară largă pentru producerea unui număr de compuși chimici (acid acetic, formaldehidă) și este de asemenea utilizat ca antigel și solvent.

Problema producției acestui tip de biocombustibil a fost ridicată pentru prima dată în anii '80, când un grup de oameni de știință a propus să obțină o substanță lichidă prin transformarea biochimică a fitoplanctonului marin, a cărei cultivare va fi realizată în rezervoare speciale.

Biometanolul are mai multe avantaje potențiale:

• eficiență energetică ridicată - 14 la primirea metanului; 7 la producerea metanolului;
• productivitate excelentă a fitoplanctonului - până la 100 tone pe hectar pe an;
• nemeritat organisme unicelularepentru cultivarea căreia nu este nevoie de apă dulce, sol fertil;
• conservarea resurselor agricoledeoarece fitoplanctonul este cultivat în iazuri sau golfuri marine.

Deși fabricarea industrială a biometanolului nu a fost încă stabilită, cercetarea și dezvoltarea persistentă a tehnologiilor pentru dezvoltarea producției acestui tip de combustibil alternativ sunt în curs de desfășurare.

Biodieselul ca alternativă la combustibilul de transport

Acesta este un biocombustibil cu motor lichid constând dintr-un amestec de esteri cu acizi grași.Substanța este sigură pentru oameni și animale, se descompun aproape complet pe pământ în 28 de zile și, de asemenea, are o temperatură de aprindere relativ ridicată (<100).

Biodieselul reduce procentul de emisii de gaze nocive și prelungește, de asemenea, durata de viață a motorului, deoarece include componente lubrifiante.

Combustibilul este utilizat pentru a alimenta motoarele auto atât independent, cât și în combinație cu combustibilul convențional. Trebuie luată în considerare doar o perioadă scurtă de valabilitate a substanței biologice: după trei luni, degradarea substanței biologice începe cu o pierdere completă a proprietăților.

Pentru biodiesel în UE, a fost adoptat un standard special EN14214. În unele țări, standardul EN590 este de asemenea valabil, permițând adăugarea de 5% biodiesel la alți combustibili.

Tipul # 3: Gazos

Principalele soiuri de biocombustibil gazos includ biogaz și biohidrogen.

Biogazul ca substitut al gazelor naturale

Biogazul este un analog aproape complet al gazelor naturale: conține 13-50% CO_2, 49-87% metan, precum și impurități H₂ și H₂S. Dacă această substanță este curățată de dioxid de carbon, puteți obține biometan.

Biocombustibilii gazoși sunt obținuți din biomasă prin fermentarea hidrogenului sau metanului. Acesta din urmă este cauzat de trei tipuri de microorganisme: în primul rând, materia primă este expusă bacteriilor hidrolitice, care sunt apoi înlocuite de microbi care formează acid și formează metan.

Producția de biogaz poate fi realizată pe dispozitive industriale și artizanale. Cea mai frecventă metodă de producție este digestia aerobă în rezervoarele de metan.

Ca materii prime pot fi utilizate o varietate de materiale: însilozare, gunoi de grajd, alge, ape uzate, gunoi, reziduuri fecale, deșeuri menajere. Materialul de pornire este adus într-o stare omogenă, după care este plasat într-un reactor cu ajutorul unui încărcător.

Menține o temperatură confortabilă de + 35-38 ° C, care este necesară pentru implementarea procesului de fermentare a metanului.

Materiile prime sunt amestecate constant, în timp ce produsul gazos rezultat este deversat în suportul de gaz (unitatea de stocare), de unde intră în generatorul electric.

Citiți mai multe despre producția de biogaz din gunoi de grajd și amenajarea unei fabrici de biogaz în articole:

1. Cum să faci biocombustibil cu propriile mâini din gunoiul de grajd acasă
2. Instalație de biogaz de la tine pentru o casă privată: recomandări pentru dispozitiv și un exemplu de îmbunătățire a locuinței

Biohidrogen chimic

Un tip de biocombustibil gazos, care este un analog al hidrogenului obișnuit, este obținut din biomasă folosind metode biochimice sau termochimice.

În metoda termochimică, materiile prime preparate (de exemplu, deșeuri de lemn) sunt încălzite la o temperatură de 500-800 ° C fără oxigen, în timp ce gazele H₂, CO, CH₄.

O metodă promițătoare pentru producerea de biohidrogen este bioftoliza. În acest caz, gazul este produs cu ajutorul algelor, care sunt plasate în apa de mare, canalizare

În metoda biochimică, materia primă este menținută în condiții confortabile la presiune și temperatură normală la aproximativ 30 ° C.

Microorganisme speciale Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes sunt introduse în biomasă, care descompun produsul inițial, eliberând hidrogen. Enzimele au voie să accelereze producția folosind polizaharide.

Concluzii și video util pe această temă

În videoclipul de mai jos, puteți vedea procesul de fabricație al unui tip popular de biocombustibil - brichete din lemn:

Tipurile de biocombustibili diferă nu numai în starea de agregare, ci și în ceea ce privește caracteristicile. Atunci când alegeți un astfel de material, este necesar să se țină seama de utilizarea planificată, eficacitatea, proprietățile funcționale și costul acestora.

Aveți experiență folosind combustibili alternativi? Sau doriți să puneți întrebări despre biocombustibili? Vă rugăm să comentați publicarea și să participați la discuții.Blocul de feedback este situat mai jos.