Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Alternatywą dla tradycyjnych zasobów energetycznych są różne rodzaje biopaliw, do produkcji których wykorzystuje się surowce roślinne lub zwierzęce, odpady przemysłowe i wyniki aktywności życiowej organizmów.

Proponujemy zrozumieć zalety i wady stosowania takiego paliwa, poznać cechy produkcji, cechy funkcjonalne, a także ocenić skuteczność stosowania różnych rodzajów biopaliw. Te informacje pomogą nawigować w wyborze alternatywnych źródeł energii.

Czym jest biopaliwo

Najbardziej obiecującymi obszarami w sektorze energetycznym są technologie wykorzystujące zasoby odnawialne, w tym biopaliwa.

Najczęstszym rodzajem biopaliw są konwencjonalne drewno opałowe. 38% ludności świata używa ich do ogrzewania i gotowania

Jako surowiec do jego produkcji można pobrać biomasę pochodzenia roślinnego / zwierzęcego, w tym odpady przemysłowe lub pozostałości zwierzęce.

Przetwarzanie takich substancji jest metodą termochemiczną lub biologiczną, w tym drugim przypadku paliwo otrzymuje się przy użyciu różnych rodzajów mikroorganizmów.

Udział biopaliw stale rośnie, co przyczynia się do zachowania zasobów kopalnych węglowodorów (+)

W wielu krajach istnieją specjalne programy mające na celu zwiększenie udziału biopaliw w krajowym i regionalnym zużyciu energii. W wielu stanach obowiązują również normy dotyczące korzystania z tego źródła energii.

Zalety i wady biopaliw

Biologiczne rodzaje paliwa mają swoje pozytywne i negatywne strony. Zainteresowanie wykorzystaniem tego rodzaju surowca ze względu na jego niewątpliwe zalety.

Obejmują one:

  • Koszt budżetu . Chociaż w chwili obecnej cena biopaliw praktycznie pokrywa się z kosztem benzyny, substancje biologiczne są uważane za bardziej opłacalny rodzaj paliwa, ponieważ wytwarzają mniej emisji podczas spalania. Biopaliwa nadają się do stosowania w różnych warunkach, podczas gdy można je dostosować do silników o różnych konstrukcjach. Kolejną zaletą jest optymalizacja silnika, który pozostaje dłużej czysty dzięki małej ilości sadzy i gazów spalinowych.
  • Mobilność . Biopaliwo różni się od innych alternatywnych źródeł energii swoją mobilnością. Projektowanie elektrowni słonecznych i wiatrowych zwykle obejmuje ciężkie akumulatory, więc najczęściej są one używane stacjonarnie, podczas gdy biopaliwo można transportować z jednego regionu do drugiego bez większych kłopotów.
  • Odnawialne źródło energii . Chociaż, według naukowców, istniejące złoża ropy naftowej przetrwają co najmniej kilkaset lat, zasoby mineralne są nadal ograniczone. Biopaliwa wytwarzane z roślin i odpadów zwierzęcych należą do odnawialnych zasobów, które nie są zagrożone wyginięciem w dającej się przewidzieć przyszłości.
  • Ochrona atmosfery ziemi . Główną wadą tradycyjnych węglowodorów jest duża zawartość CO2 uwalnianego podczas spalania. Gaz ten wywołuje efekt cieplarniany w atmosferze naszej planety, tworząc warunki dla globalnego ocieplenia. Podczas spalania substancji biologicznych ilość dwutlenku węgla zmniejsza się do 65%. Ponadto uprawy wykorzystywane do produkcji biopaliw zużywają tlenek węgla, zmniejszając jego udział w powietrzu.
  • Bezpieczeństwo ekonomiczne . Rezerwy węglowodorów są nierównomiernie rozłożone, dlatego niektóre państwa są zmuszone do zakupu ropy naftowej lub gazu ziemnego, wydając duże ilości pieniędzy na zakup, transport i magazynowanie. Różne rodzaje paliwa biologicznego można uzyskać w prawie każdym kraju. Ponieważ do jego produkcji i przetwarzania konieczne będzie stworzenie nowych przedsiębiorstw, a tym samym miejsc pracy, przyniesie to korzyści gospodarce narodowej i będzie miało pozytywny wpływ na dobrobyt ludzi.

Poprawa technologii i opracowanie nowych metod zwiększy pozytywne skutki biopaliw. Tak więc rozwój technologii wykorzystujących plankton i algi znacznie obniży jego cenę.

Jednocześnie na obecnym etapie rozwoju nauki i technologii produkcja biopaliw wiąże się z wieloma trudnościami i niedogodnościami. Przede wszystkim są to naturalne ograniczenia w uprawie roślin.

W przypadku wzrostu upraw wykorzystywanych do produkcji biomasy należy wziąć pod uwagę wiele czynników, a mianowicie:

  • Wykorzystanie wody . Rośliny rolnicze zużywają dużo wody, co jest ograniczonym zasobem, szczególnie w suchych miejscach.
  • Inwazyjność Kultury uprawiane na paliwo są często agresywne. Zagłębiają autentyczną florę, która może wpływać na różnorodność biologiczną i ekosystem regionu.
  • Nawozy . Wzrost wielu roślin wymaga dodania składników odżywczych, które mogą zaszkodzić innym uprawom lub ogólnemu ekosystemowi.
  • Klimat Oddzielne strefy klimatyczne (na przykład pustynia lub tundra) nie nadają się do uprawy upraw na biopaliwa.

Aktywna uprawa roślin rolniczych wiąże się również z wyczerpywaniem się zasobów rolnych, nieprzestrzeganie zasad inżynierii rolniczej może prowadzić do zmniejszenia zawartości użytecznych składników gleby, aw konsekwencji do ich wyczerpania, co spowoduje pogorszenie problemu żywnościowego.

Występują zaburzenia ekosystemu. Do produkcji biomasy zazwyczaj wymaga ekspansji terytoriów związanych z rolnictwem.

Często w tym celu przeprowadza się czyszczenie terytorium, co prowadzi do zniszczenia mikroekosystemu (na przykład lasów), śmierci roślin i zwierząt.

Do produkcji biopaliw uprawia się już dużą ilość upraw rolnych. Ponad 50% rzepaku produkowanego w Europie, ponad jedna trzecia ziarna amerykańskiego, i prawie połowa trzciny cukrowej uprawianej w Brazylii są wykorzystywane do produkcji biomasy

Występują problemy z rosnącymi monokulturami. Aby uzyskać więcej plonów biomasy, producenci często zasiewają ziemię z pewną rośliną. Ta praktyka nie jest zbyt dobrze odzwierciedlona w stanie gruntów rolnych, ponieważ monokultura prowadzi do zmian w środowisku.

Na polach zajmowanych przez jeden gatunek roślin, specjalne gatunki szkodników zazwyczaj pasożytują. Próba kontrolowania ich środkami owadobójczymi i pestycydami prowadzi jedynie do rozwoju odporności na te czynniki.

Aby uniknąć opisanych powyżej problemów, naukowcy zalecają, aby nie zaniedbywać bioróżnorodności upraw, łącząc kilka roślin na polach, a także wykorzystywać lokalne odmiany flory.

Pokolenia paliwa alternatywnego

Szeroki zakres surowców roślinnych wykorzystywanych do biomasy można podzielić na kilka pokoleń.

Pierwsza generacja . Ta kategoria obejmuje uprawy, które zawierają wysoki procent skrobi, cukrów, tłuszczów. Są to tak popularne rośliny jak kukurydza, burak cukrowy, rzepak, soja.

Ponieważ uprawa tych roślin jest szkodliwa dla klimatu, a ich usunięcie z rynku wpływa na ceny produktów, naukowcy próbują zastąpić je innymi rodzajami biomasy.

Od zakładów rolniczych należących do pierwszej generacji surowców, obecnie produkowane są prawie wszystkie rodzaje nowoczesnych paliw płynnych (biodiesel, etanol).

Druga generacja Grupa biomasy obejmuje drewno, trawę, odpady rolnicze (łupiny, łuski). Uzyskanie biopaliw z takich surowców jest kosztowne, jednak rozwiązuje problem usuwania pozostałości nieżywnościowych przy jednoczesnej produkcji materiałów palnych.

Cechą kultur zawartych w tej odmianie jest obecność w nich ligniny i celulozy. Dzięki nim biomasę można spalić i zgazować, a także poddać pirolizie, uzyskując paliwo płynne.

Główną wadą biomasy drugiej generacji jest brak zwrotu na jednostkę powierzchni, dlatego na takie uprawy należy przeznaczyć znaczne zasoby ziemi.

Trzecia generacja Surowcem do produkcji biopaliw są algi uprawiane na skalę przemysłową, na przykład na otwartej wodzie.

Najbardziej obiecującą opcją są biopaliwa pochodzące z glonów jednokomórkowych. Rośliny te szybko zyskują masę, a do ich uprawy nie potrzeba żyznej ziemi

Ta praktyka ma wielkie perspektywy, ale obecnie takie technologie są dopiero opracowywane. Naukowcy prowadzą również badania nad tworzeniem technik, które umożliwiają uzyskanie biopaliw czwartej, a nawet piątej generacji.

Trzy rodzaje biopaliw

W zależności od stanu agregacji substancji istnieją trzy główne rodzaje biopaliw:

  1. Ciało stałe : drewno opałowe, torf, odpady zwierzęce i produkcja rolna.
  2. Ciecz : biodiesel, eter dimetylowy, bioetanol, biobutanol.
  3. Gaz : biogaz, metan, biowodór.

Każdy rodzaj substancji ma swoją specyfikę, która zostanie omówiona poniżej.

Wpisz # 1: Solid

Najpopularniejszymi stałymi odmianami biopaliw są drewno, torf, odpady zwierzęce.

Drewno (drewno opałowe, wióry, trociny)

Starożytna forma biopaliw to dobrze znane drewno opałowe, które od dawna służy do ogrzewania domów i gotowania. Do tej pory są one aktywnie wykorzystywane w różnych krajach do produkcji ciepła / energii elektrycznej, w szczególności duża austriacka elektrownia cieplna o pojemności 66 megawatów działa na drewnie opałowym.

Jednocześnie takie surowce mają wady. Wartość energetyczna drewna opałowego jest stosunkowo mała: podczas spalania część substancji gromadzi się w postaci sadzy, dzięki czemu kominki i piece muszą być regularnie czyszczone. Ponadto uzupełnienie zapasów drewna wymaga czasu - nowe drzewa będą rosły tylko w ciągu 15-20 lat.

Doskonałą alternatywą dla tradycyjnego drewna opałowego są pelety (granulki), do produkcji których stosuje się drewno niespełniające norm: kora, wióry, prasowane trociny, konary.

Pelety otrzymane z drewna, torfu i różnych odpadów mają inny kolor. Jasne kolory stosuje się do ogrzewania kominków i pieców, podczas gdy ciemne, z wysoką zawartością kory, przeznaczone są do kotłów na paliwo stałe.

Do produkcji pelet paliwowych surowce są mielone na pył, który jest następnie suszony i prasowany w wysokiej temperaturze. Dzięki ligninie zawartej w drewnie tworzy się lepka masa, z której formowane są małe cylindry o długości 5-70 mm i średnicy 6-10 mm.

Nowoczesną alternatywą dla tradycyjnego drewna opałowego jest brykiet opałowy o kształtach czterech, sześciu lub ośmiościennych. Ten przyjazny dla środowiska materiał ma wysoką wymianę ciepła.

Możesz samodzielnie skonfigurować produkcję pelletu, wykonując prasę do brykietów paliwowych.

Wśród popularnych rodzajów biopaliw znajdują się wióry drzewne, które często służą jako źródło energii dla europejskich elektrowni cieplnych. Produkcja tego surowca odbywa się w miejscach pozyskiwania drewna lub na specjalnych liniach produkcyjnych wyposażonych w maszyny do rozdrabniania.

Torf bagienny i leśny

Jest to powszechna forma biopaliw, stosowana od wieków w celach domowych i przemysłowych. Torf jest warstwą mchu, który nie rozłożył się całkowicie w warunkach bagiennych i jest zbierany w wielu krajach na całym świecie: w Rosji, Białorusi, Kanadzie, Szwecji, Indonezji i innych.

Torf zawierający 50-60% węgla uważany jest za popularny materiał gazonośny. Ten cenny surowiec może być stosowany nie tylko jako paliwo, ale także jako nawóz lub izolator ciepła.

Dla wygody procesu produkcyjnego biomasa jest zwykle przetwarzana w miejscu wydobycia. Proces polega na oczyszczeniu (przesianiu) surowców z zewnętrznych wyłączeń, a następnie suszeniu i formowaniu w postaci brykietów lub granulek.

Paliwo rolnicze

W produkcji rolnej z reguły gromadzi się wiele różnych odpadów roślinnych: zewnętrzne skorupy roślin, łupiny orzechów, słoma.

Takie surowce można również prasować i granulować w celu uzyskania granulatu paliwa, którego właściwości praktycznie nie różnią się od granulek z biomasy drzewnej.

Biopaliwa pochodzenia zwierzęcego

Wraz z drewnem opałowym w starożytności ludzie zaczęli używać paliwa pochodzenia zwierzęcego, a mianowicie obornika - suszonego nawozu zwierząt domowych. Nowoczesne technologie suszenia i przetwarzania podobnych surowców umożliwiają uzyskanie stałych odmian biopaliw, całkowicie pozbawionych nieprzyjemnego zapachu.

Przez długi czas ludy koczownicze wykorzystywały jako paliwo suszony obornik koni, wielbłądów i bydła. Obecnie biopaliwo jest produkowane z odpadów zwierząt domowych w postaci brykietów lub pelletów.

Ponieważ obecnie odpady zwierzęce są gromadzone na skalę przemysłową, produkcja paliwa z nich jednocześnie rozwiązuje problem ich wykorzystania.

Wpisz # 2: ciecz

Bezpieczne i przyjazne dla środowiska warianty ciekłego biopaliwa są najczęściej stosowane jako substytut benzyny i innych podobnych środków. Najbardziej powszechne opcje obejmują bioetanol, biometanol, biobutanol, biodiesel, eter dimetylowy.

Bioetanol z roślin

Jest to zwykłe biopaliwo ciekłe używane do tankowania samochodów. Chociaż czysta substancja nie jest stosowana jako paliwo, jej dodatek do benzyny pomaga poprawić osiągi silnika, zwiększyć jego moc, monitorować ogrzewanie silnika i zmniejszać emisję spalin.

Na wielu stacjach benzynowych w Europie, Azji i Ameryce Północnej i Południowej oferowane jest nie tylko tradycyjne paliwo, ale także różne rodzaje biopaliw, przede wszystkim mieszanki zawierające bioetanol

Bioetanol docenili także miłośnicy kominków. Substancja ta ma dobre przenoszenie ciepła, a ponadto po jej spaleniu nie tworzy się sadza ani dym, a ilość emitowanego dwutlenku węgla jest zminimalizowana.

Dzięki takim funkcjom paliwo można wykorzystać nawet do ogrzewania paleniska w budynkach mieszkalnych. Przeczytaj więcej o biopaliwach do kominków napisanych w tym artykule.

Bioetanol jest produkowany z surowców pierwszej generacji zawierających skrobię lub cukier. Zboża, kukurydza, trzcina cukrowa, buraki są przetwarzane w technologii fermentacji alkoholowej.

Biobutanol do tankowania samochodów

Biobutanol to biologicznie produkowany analog butanolu. Bezbarwna ciecz o charakterystycznym zapachu jest szeroko stosowana jako surowiec chemiczny w przemyśle i może być również wykorzystywana jako paliwo transportowe.

Zawartość energii butanolu jest zbliżona do benzyny, co pozwala na częściową wymianę tego ostatniego w ogniwach paliwowych. W przeciwieństwie do bioetanolu, biobutanol może być stosowany niezależnie, bez dodawania tradycyjnych rodzajów paliwa.

Surowcami do produkcji tej bio-substancji są różnorodne rośliny: buraki, maniok, pszenica, kukurydza.

Eter dimetylowy (C 2 H 6 O)

Jest to również paliwo przyjazne dla środowiska. Gdy jest spalany w spalinach, nie ma związków siarki, a zawartość związków azotu jest o 90% niższa niż podczas spalania benzyny.

Eter dimetylowy można stosować bez specjalnych filtrów, ale konstrukcja samochodu (układ zasilania, zapłon silnika) musi zostać radykalnie zmieniona.

Eter dimetylowy jest uważany za obiecującą opcję dla paliw samochodowych. Maszyny z silnikami zaprojektowanymi do tego paliwa są opracowywane przez takie duże firmy, jak Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan.

Bez żadnych zmian, połączone paliwo zawierające 30% eteru dimetylowego może być stosowane w maszynach wyposażonych w silniki LPG.

Paliwo płynne może być produkowane z różnych surowców: gazu ziemnego, pyłu węglowego, biomasy, a przede wszystkim z produkcji masy celulozowej i papieru, które z niewielkim naciskiem są przekształcane w ciecz.

Biometanol z glonów jednokomórkowych

Substancja ta jest analogiem konwencjonalnego metanolu, który jest szeroko stosowany do produkcji wielu związków chemicznych (kwas octowy, formaldehyd), a także jest stosowany jako środek zapobiegający zamarzaniu i rozpuszczalnik.

Po raz pierwszy kwestia produkcji tego typu biopaliwa została podniesiona w latach 80., kiedy grupa naukowców zaproponowała uzyskanie ciekłej substancji za pomocą biochemicznej transformacji fitoplanktonu morskiego, który będzie uprawiany w specjalnych zbiornikach.

Biometanol ma kilka potencjalnych korzyści:

  • wysoka sprawność energetyczna - 14, gdy wytwarzany jest metan, 7, gdy produkowany jest metanol;
  • doskonała wydajność fitoplanktonu - do 100 ton na hektar rocznie;
  • niewymagające organizmów jednokomórkowych, których uprawa nie wymaga słodkiej wody, żyznej gleby;
  • ochrona zasobów rolnych, ponieważ fitoplankton jest uprawiany w stawach lub zatokach morskich.

Chociaż przemysłowa produkcja biometanolu nie została jeszcze ustanowiona, obecnie prowadzone są trwałe badania i rozwój technologii dla rozwoju produkcji tego typu paliwa alternatywnego.

Biodiesel jako alternatywa dla transportu paliwa

Jest to płynne biopaliwo silnikowe składające się z mieszaniny estrów kwasów tłuszczowych. Substancja jest bezpieczna dla ludzi i zwierząt, prawie całkowicie rozkłada się w ziemi przez 28 dni, a także ma stosunkowo wysoką (<100) temperaturę zapłonu.

Biodiesel zmniejsza procent emisji szkodliwych gazów, a także przedłuża żywotność silnika, ponieważ zawiera składniki smarujące.

Paliwo jest wykorzystywane do tankowania silników samochodowych zarówno niezależnie, jak iw połączeniu z paliwem konwencjonalnym. Należy wziąć pod uwagę tylko krótki okres trwałości substancji biologicznej: po trzech miesiącach rozkład substancji biologicznej rozpoczyna się całkowitą utratą właściwości.

W przypadku biodiesla w UE przyjęto specjalną normę EN14214. W wielu krajach obowiązuje również norma EN590, umożliwiająca dodanie 5% biodiesla do innych paliw.

Wpisz # 3: Gazowy

Główne rodzaje biopaliw gazowych obejmują biogaz i bio-wodór.

Biogaz jako zamiennik gazu ziemnego

Biogaz jest praktycznie kompletnym analogiem gazu ziemnego: zawiera 13-50% CO2 , 49-87% metanu, a także zanieczyszczenia H 2 i H 2 S. Jeśli substancja ta zostanie oczyszczona z dwutlenku węgla, można uzyskać biometan.

Biopaliwo gazowe jest produkowane z biomasy w procesie fermentacji wodorem lub metanem. Ten ostatni jest spowodowany przez trzy rodzaje mikroorganizmów: po pierwsze, surowiec jest narażony na działanie hydrolizujących bakterii, które są następnie zastępowane przez mikroorganizmy tworzące kwas i tworzące metan.

Produkcja biogazu może być prowadzona na urządzeniach przemysłowych i rzemieślniczych. Najpowszechniejszą metodą produkcji jest fermentacja tlenowa w zbiornikach metanu.

Jako surowce można wykorzystać różnorodne materiały: kiszonkę, obornik, glony, ścieki, śmieci, pozostałości fekaliów, odpady z gospodarstw domowych. Materiał wyjściowy doprowadza się do stanu jednorodnego, po czym umieszcza się go w reaktorze za pomocą ładowarki.

Utrzymuje komfortową temperaturę + 35-38 ° C, niezbędną do realizacji procesu fermentacji metanu.

Surowce są stale mieszane, a powstały produkt gazowy jest odprowadzany do zbiornika gazu (jednostki magazynującej), skąd trafia do generatora.

Więcej informacji na temat pozyskiwania biogazu z obornika i rozmieszczenia biogazowni znajduje się w artykułach:

  1. Jak zrobić biopaliwo własnymi rękami z obornika w domu
  2. Instalacja biogazu dla prywatnego domu własnymi rękami: zalecenia dla urządzenia i przykład aranżacji domowego sprzętu

Wodór biologiczny otrzymany metodą chemiczną

Różnorodne biopaliwo gazowe, które jest analogiem zwykłego wodoru, otrzymuje się z biomasy przy użyciu metod biochemicznych lub termochemicznych.

W metodzie termochemicznej przygotowany surowiec (na przykład odpady drzewne) jest podgrzewany do temperatury 500–800 ° C bez dostępu tlenu, a emitowane są gazy H 2, CO, CH 4 .

Obiecującą metodą produkcji bio-wodoru jest biofaliza. W tym przypadku gaz jest wytwarzany za pomocą glonów, które są umieszczane w wodzie morskiej, ściekach

W metodzie biochemicznej surowiec jest utrzymywany w komfortowych warunkach przy normalnym ciśnieniu i temperaturze około 30 ° C.

Specjalne mikroorganizmy Enterobacter cloacae, speriodes Rodobacter są wprowadzane do biomasy, która rozkłada oryginalny produkt, uwalniając wodór. Enzymy mogą przyspieszać produkcję przy użyciu polisacharydów.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Na poniższym filmie widać proces produkcji popularnego typu biopaliwa - brykiety drzewne:

Rodzaje biopaliw różnią się nie tylko stanem agregacji, ale także charakterystyką. Przy wyborze takiego materiału należy wziąć pod uwagę jego planowane wykorzystanie, wydajność, właściwości funkcjonalne i koszt.

Czy masz doświadczenie w stosowaniu paliwa alternatywnego? A może chcesz zadać pytania dotyczące biopaliw? Proszę skomentować publikację i uczestniczyć w dyskusjach. Blok sprzężenia zwrotnego znajduje się poniżej.

Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Kategoria: