Vrste biogoriv: primerjava lastnosti trdnih, tekočih in plinastih goriv

Alternativa tradicionalnim virom energije so različne vrste biogoriv, ​​katerih proizvodnja uporablja rastlinske ali živalske surovine, industrijske odpadke in rezultate vitalne dejavnosti organizmov.

Ponujamo vam, da razumete prednosti in slabosti uporabe takšnega goriva, ugotovite proizvodne značilnosti, funkcionalne značilnosti in tudi ocenite učinkovitost uporabe različnih vrst biološkega goriva. Zagotovljene informacije vam bodo pomagale pri izbiri alternativnih virov energije.

Kaj je biogorivo

Najbolj obetavna smer v energetskem sektorju so tehnologije, ki vključujejo uporabo obnovljivih virov, kamor sodi biološko gorivo.

Najpogostejša vrsta biološkega goriva so navadna drva. Za ogrevanje in kuhanje jih uporablja 38 % svetovnega prebivalstva

Kot surovino za njegovo proizvodnjo lahko vzamete biomaso rastlinskega/živalskega izvora, vključno z industrijskimi ali živalskimi odpadki.

Predelava takšnih snovi se izvaja s termokemičnimi ali biološkimi metodami, v slednjem primeru se gorivo pridobiva z uporabo različnih vrst mikroorganizmov.

Delež uporabe bioloških goriv nenehno narašča, kar prispeva k ohranjanju virov fosilnih ogljikovodikov (+)

Številne države imajo posebne programe za povečanje deleža biogoriv v nacionalni in regionalni porabi energije. Številne države imajo tudi obvezne standarde za uporabo tega energenta.

Prednosti in slabosti biogoriva

Biološka goriva imajo svoje pozitivne in negativne strani. Zanimanje za uporabo te vrste surovin povzročajo njegove nedvomne prednosti.

Tej vključujejo:

• Proračunski strošek. Čeprav so trenutno cene biogoriv skoraj enake stroškom bencina, biološke snovi veljajo za bolj donosno vrsto goriva, saj pri zgorevanju proizvedejo manj emisij. Biogorivo je primerno za uporabo v različnih pogojih in ga je mogoče prilagoditi motorjem različnih konstrukcij. Druga prednost je optimizacija delovanja motorja, ki zaradi majhne količine saj in izpušnih plinov ostane dlje časa čist.
• Mobilnost. Biološko gorivo se od drugih alternativnih virov energije razlikuje po prenosljivosti. Sončne in vetrne instalacije običajno vključujejo težke baterije, zato se najpogosteje uporabljajo trajno, biogoriva pa je mogoče brez večjih težav prenašati iz ene regije v drugo.
• Obnovljivi vir energije. Čeprav raziskovalci verjamejo, da bodo obstoječa nahajališča surove nafte trajala vsaj nekaj sto let, so zaloge fosilov še vedno omejene. Biogoriva, pridobljena iz rastlinskih in živalskih odpadkov, sodijo med obnovljive vire, ki jim v bližnji prihodnosti ne grozi izginotje.
• Zaščita zemeljske atmosfere. Velika pomanjkljivost tradicionalnih ogljikovodikov je visok odstotek CO₂, ki se sprošča pri gorenju. Ta plin ustvarja učinek tople grede v ozračju našega planeta, kar ustvarja pogoje za globalno segrevanje. Pri zgorevanju bioloških snovi se količina ogljikovega dioksida zmanjša na 65 %. Poleg tega pridelki, ki se uporabljajo za proizvodnjo biogoriv, ​​porabljajo ogljikov monoksid, kar zmanjšuje njegov delež v zraku.
• Ekonomska varnost. Zaloge ogljikovodikov so neenakomerno porazdeljene, zato so nekatere države prisiljene kupovati nafto ali zemeljski plin, pri čemer porabijo velike količine denarja za pridobivanje, transport in skladiščenje. Različne vrste bioloških goriv je mogoče proizvesti v skoraj kateri koli državi. Ker bosta njena proizvodnja in predelava zahtevali ustvarjanje novih podjetij in posledično delovnih mest, bo to koristilo nacionalnemu gospodarstvu in pozitivno vplivalo na blaginjo ljudi.

Izboljšanje tehnologije in razvoj novih metod lahko povečata pozitivne učinke biogoriv. Tako bo razvoj tehnologij z uporabo planktona in alg znatno znižal njegovo ceno.

Hkrati je na sedanji stopnji razvoja znanosti in tehnologije proizvodnja biogoriv povezana s številnimi težavami in neprijetnostmi. Najprej so to naravne omejitve pri gojenju rastlin.

Za rast poljščin, ki se uporabljajo za proizvodnjo biomase, je treba upoštevati številne dejavnike, in sicer:

• Poraba vode. Kmetijske rastline porabijo veliko vode, ki je zlasti v sušnih območjih omejen vir.
• Invazivnost. Pridelki, ki se gojijo za gorivo, so pogosto agresivni.Zadušijo pristno floro, kar lahko povzroči škodo biotski raznovrstnosti in ekosistemu regije.
• Gnojila. Mnoge rastline za rast potrebujejo dodatna hranila, kar lahko škoduje drugim pridelkom ali celotnemu ekosistemu.
• Podnebje. Nekatera podnebna območja (na primer puščava ali tundra) niso primerna za gojenje poljščin za biogoriva.

Aktivno gojenje kmetijskih rastlin je povezano tudi z izčrpavanjem kmetijskih virov.Neupoštevanje pravil kmetijske tehnologije lahko povzroči zmanjšanje vsebnosti koristnih sestavin tal in posledično njihovo izčrpavanje, kar bo poslabšalo problem s hrano.

Ekosistem je porušen. Proizvodnja biomase običajno zahteva širitev kmetijskih površin.

Pogosto se v ta namen očisti ozemlje, kar vodi do uničenja mikroekosistema (na primer gozdov), smrti rastlin in živali.

Za proizvodnjo biogoriv se že prideluje veliko poljščin. Več kot 50 % ogrščice, pridelane v Evropi, več kot tretjina ameriškega žita in skoraj polovica sladkornega trsa, pridelanega v Braziliji, se porabi za proizvodnjo biomase.

Težave nastanejo pri gojenju monokultur. Za doseganje večjih donosov biomase pridelovalci pogosto zasejejo zemljo z določeno rastlino. Ta praksa ni zelo dobra za kmetijska zemljišča, saj monokultura vodi do okoljskih sprememb.

Polja, ki jih zaseda ena vrsta rastlin, so običajno okužena s posebnimi vrstami škodljivcev.Poskusi boja proti njim s pomočjo insekticidov in pesticidov vodijo le v razvoj odpornosti na ta sredstva.

Da bi se izognili zgoraj opisanim težavam, znanstveniki svetujejo, da ne zanemarjate biotske raznovrstnosti pridelkov s kombiniranjem več rastlin na poljih in tudi uporabite lokalne sorte flore.

Generacije alternativnih goriv

Širok nabor rastlinskih surovin, ki se uporabljajo za biomaso, je običajno razdeljen na več generacij.

Prva generacija. Ta kategorija vključuje kmetijske pridelke, ki vsebujejo visok odstotek škroba, sladkorjev in maščob. To so tako priljubljene rastline, kot so koruza, sladkorna pesa, ogrščica in soja.

Ker gojenje teh poljščin škoduje podnebju, njihova odstranitev s trga pa vpliva na cene hrane, jih znanstveniki poskušajo nadomestiti z drugimi vrstami biomase.

Skoraj vse vrste sodobnih tekočih goriv (biodizel, etanol) se trenutno proizvajajo iz kmetijskih rastlin, ki spadajo v prvo generacijo surovin.

Druga generacija. V skupino biomase spadajo les, trava in kmetijski odpadki (lupine, lupine). Proizvodnja biogoriva iz takšnih surovin je draga, vendar omogoča reševanje vprašanja recikliranja neživilskih ostankov s hkratno proizvodnjo gorljivih materialov.

Značilnost pridelkov, vključenih v to sorto, je prisotnost lignina in celuloze v njih. Zahvaljujoč njim je mogoče biomaso sežgati in uplinjati, pa tudi izpostaviti pirolizi za proizvodnjo tekočega goriva.

Glavna pomanjkljivost biomase druge generacije je premajhen donos na enoto površine, zato je treba za tovrstne pridelke nameniti znatne zemljiške vire.

Tretja generacija. Surovina za proizvodnjo biogoriva so alge, ki se gojijo v industrijskem obsegu, na primer v odprtih rezervoarjih.

Najbolj obetavna možnost se šteje za biogoriva, pridobljena iz enoceličnih alg. Takšne rastline hitro pridobijo težo in za gojenje ne potrebujejo rodovitne zemlje.

Ta praksa veliko obeta, vendar se trenutno takšne tehnologije šele razvijajo. Znanstveniki izvajajo tudi raziskave za ustvarjanje tehnik, ki omogočajo pridobivanje biogoriv četrte in celo pete generacije.

Tri vrste biogoriv

Glede na agregatno stanje, v katerem je snov, obstajajo tri glavne vrste biogoriv:

1. Trdna: drva, šota, živalski in kmetijski odpadki.
2. Tekočina: biodizel, dimetil eter, bioetanol, biobutanol.
3. plinasto: bioplin, metan, biovodik.

Vsaka vrsta snovi ima svoje posebnosti, o katerih bomo govorili v nadaljevanju.

Vrsta #1: trda

Najbolj priljubljene trdne vrste bioloških goriv so les, šota in živalski odpadki.

Les (drva, sekanci, žagovina)

Starodavna vrsta biogoriva so znana drva, ki se že dolgo uporabljajo za ogrevanje hiš in kuhanje hrane. Do sedaj se aktivno uporabljajo v različnih državah za proizvodnjo toplote / električne energije, zlasti velika avstrijska termoelektrarna z zmogljivostjo 66 megavatov deluje na les.

Hkrati imajo takšne surovine slabosti. Energijska vrednost drv je relativno nizka: pri zgorevanju se del snovi usede v obliki saj, zato je treba kamine in peči redno čistiti.Poleg tega je potreben določen čas za dopolnitev zalog lesa - nova drevesa bodo zrasla šele po 15-20 letih.

Odlična alternativa klasičnim drvem so peleti (granule), za izdelavo katerih se uporablja podstandarden les: lubje, sekanci, stisnjena žagovina, prasica.

Peleti, pridobljeni iz lesa, šote in raznih odpadkov, so različnih barv. Svetle uporabljamo za kurjenje kaminov in peči, temne, z visoko vsebnostjo lubja, pa za kotle na trda goriva.

Za proizvodnjo gorivnih peletov se surovine zmeljejo v prah, ki se nato posuši in stisne pri visokih temperaturah. Zahvaljujoč ligninu, ki ga vsebuje les, nastane lepljiva masa, iz katere se oblikujejo majhni valji dolžine 5-70 mm in premera 6-10 mm.

Sodobna alternativa tradicionalnim drvem so štiri-, šest- ali osmerokotni kurilni briketi. Ta okolju prijazen material ima visok prenos toplote

Proizvodnja peletov lahko vzpostavite sami z izdelavo stiskalnica za gorivne brikete.

Lesni sekanci so med priljubljenimi vrstami biogoriv, ​​ki pogosto služijo kot vir energije v evropskih termoelektrarnah. Proizvodnja teh surovin se izvaja na sečnjah ali na posebnih proizvodnih linijah, opremljenih z drobilniki.

Močvirna in gozdna kurilna šota

Je običajna vrsta biogoriva, ki se že stoletja uporablja za gospodinjske in industrijske namene. Šota je plast mahu, ki ni popolnoma razpadla v močvirnih razmerah in se pridobiva v številnih državah po svetu: Rusiji, Belorusiji, Kanadi, Švedski, Indoneziji in drugih.

Šota, ki vsebuje 50-60% ogljika, velja za priljubljen plinonosni material. Ta dragocena surovina se lahko uporablja ne le kot gorivo, ampak tudi kot gnojilo ali toplotni izolator.

Za lažji proizvodni proces se biomasa običajno predeluje na mestu pridobivanja. Postopek je sestavljen iz čiščenja (sejanja) surovin pred tujimi vključki, čemur sledi sušenje in oblikovanje v brikete ali granule.

Gorivo iz kmetijskih odpadkov

V kmetijski pridelavi se praviloma kopiči veliko različnih rastlinskih odpadkov: zunanje lupine rastlin, lupine orehov, slama.

Takšne surovine lahko tudi stisnemo in granuliramo ter tako proizvedemo kurljive pelete, ki se po lastnostih praktično ne razlikujejo od peletov iz lesne biomase.

Biogoriva živalskega izvora

Poleg drv so ljudje že v starih časih začeli uporabljati kurivo živalskega izvora, in sicer iztrebke – posušene iztrebke domačih živali. Sodobne tehnologije za sušenje in predelavo takšnih surovin omogočajo pridobivanje trdnih sort biogoriv, ​​ki so popolnoma brez neprijetnega vonja.

Dolgo časa so nomadska ljudstva kot gorivo uporabljala posušen gnoj konj, kamel in goveda. Trenutno se biogorivo proizvaja iz odpadkov domačih živali v obliki briketov ali peletov

Ker se živinorejski odpadki trenutno kopičijo v industrijskem obsegu, proizvodnja goriva iz njih hkrati rešuje vprašanje njihovega odstranjevanja.

Tip #2: tekočina

Tekoča biogoriva, ki so varna in okolju prijazna, se večinoma uporabljajo kot nadomestek za bencin in druge podobne izdelke.Najpogostejše možnosti vključujejo bioetanol, biometanol, biobutanol, biodizel in dimetil eter.

Bioetanol iz rastlinskih pridelkov

Je običajno tekoče biogorivo, ki se uporablja za gorivo avtomobilov. Čeprav se čista snov ne uporablja kot gorivo, njen dodatek k bencinu pomaga izboljšati zmogljivost motorja, povečati njegovo moč, nadzorovati ogrevanje motorja in zmanjšati emisije izpušnih plinov.

Številne bencinske črpalke v Evropi, Aziji, Severni in Južni Ameriki ne ponujajo le tradicionalnih goriv, ​​ampak tudi različne vrste biogoriv, ​​predvsem mešanice, ki vsebujejo bioetanol.

Bioetanol so cenili tudi ljubitelji kaminov. Ta snov ima dober prenos toplote, poleg tega, ko gori, ne nastajajo saje ali dim, količina sproščenega ogljikovega dioksida pa je čim manjša.

Zahvaljujoč tem lastnostim se lahko gorivo uporablja celo za kurjenje kurišč v stanovanjskih zgradbah. Preberite več o biogorivu za kamine v Ta članek.

Bioetanol se proizvaja iz surovin prve generacije, ki vsebujejo škrob ali sladkor. Žita, koruza, sladkorni trs in pesa se predelujejo s tehnologijo alkoholne fermentacije.

Biobutanol za polnjenje avtomobilov

Biobutanol je biološko pridobljen analog butanola. Brezbarvna tekočina z značilnim vonjem se pogosto uporablja kot kemična surovina v industriji, lahko pa se uporablja tudi kot transportno gorivo.

Energijska intenzivnost butanola je blizu bencinu, kar omogoča delno nadomestitev slednjega v gorivnih celicah. Za razliko od bioetanola se biobutanol lahko uporablja samostojno, brez dodajanja tradicionalnih vrst goriva.

Surovine za proizvodnjo te biosnovi so najrazličnejše rastline: pesa, kasava, pšenica, koruza.

Dimetil eter (C₂H₆O)

Je tudi okolju prijazno gorivo. Pri zgorevanju v izpušnih plinih ni žveplovih spojin, vsebnost dušikovih spojin pa je za 90% manjša kot pri zgorevanju bencina.

Dimetil eter se lahko uporablja brez posebnih filtrov, vendar je treba bistveno spremeniti zasnovo avtomobila (električni sistem, vžig motorja).

Dimetil eter velja za obetavno možnost za avtomobilsko gorivo. Avtomobile z motorji, zasnovanimi za to gorivo, razvijajo tako velika podjetja, kot so Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan

Brez kakršnih koli sprememb lahko v avtomobilih, ki so opremljeni z motorji na LPG, uporabljate mešano gorivo, ki vsebuje 30 % dimetil etra.

Tekoče gorivo lahko proizvajamo iz različnih surovin: zemeljskega plina, premogovega prahu, biomase, predvsem pa iz ostankov proizvodnje celuloze in papirja, ki se pod nizkim pritiskom pretvorijo v tekočino.

Biometanol iz enoceličnih alg

Ta snov je analog navadnega metanola, ki se pogosto uporablja za proizvodnjo številnih kemičnih spojin (ocetna kislina, formaldehid), uporablja pa se tudi kot sredstvo proti zmrzovanju in topilo.

Vprašanje proizvodnje tovrstnega biogoriva se je prvič pojavilo v osemdesetih letih prejšnjega stoletja, ko je skupina znanstvenikov predlagala proizvodnjo tekoče snovi z biokemično transformacijo morskega fitoplanktona, ki bi ga gojili v posebnih rezervoarjih.

Biometanol ima številne potencialne prednosti:

• visoka energetska učinkovitost — 14 za proizvodnjo metana, 7 za proizvodnjo metanola;
• odlična produktivnost fitoplanktona — do 100 ton na hektar na leto;
• nezahtevni enocelični organizmi, za gojenje katerih ni potrebna sveža voda in rodovitna tla;
• ohranjanje kmetijskih virov, saj se fitoplankton goji v ribnikih ali morskih zalivih.

Čeprav industrijska proizvodnja biometanola še ni vzpostavljena, trenutno potekajo vztrajne raziskave in razvoj tehnologij za razvoj proizvodnje tovrstnega alternativnega goriva.

Biodizel kot alternativa transportnemu gorivu

To je tekoče motorno biogorivo, sestavljeno iz mešanice estrov maščobnih kislin. Snov je varna za ljudi in živali, skoraj popolnoma razpade v zemlji v 28 dneh, ima pa tudi relativno visoko (<100) plamenišče.

Biodizel znižuje odstotek izpustov škodljivih plinov in tudi podaljšuje življenjsko dobo motorja, saj vsebuje mazalne komponente.

Gorivo se uporablja za polnjenje avtomobilskih motorjev, tako samostojno kot v kombinaciji s klasičnim gorivom. Upoštevati je treba le kratek rok trajanja biološke snovi: po treh mesecih začne biološka snov razpadati s popolno izgubo lastnosti.

Za biodizel je v državah EU sprejet poseben standard EN14214. V številnih državah je v veljavi tudi standard EN590, ki dovoljuje dodajanje 5 % biodizla drugim gorivom.

Tip #3: plinasto

Glavni vrsti plinastih bioloških goriv sta bioplin in biovodik.

Bioplin kot nadomestilo za zemeljski plin

Bioplin je skoraj popoln analog zemeljskega plina: vsebuje 13-50 % CO_2, 49-87% metana, kot tudi nečistoče H₂ in H₂S.Če to snov očistimo iz ogljikovega dioksida, lahko dobimo biometan.

Plinasto biogorivo se proizvaja iz biomase s fermentacijo vodika ali metana. Slednjo povzročajo tri vrste mikroorganizmov: najprej je surovina izpostavljena hidrolitičnim bakterijam, ki jih nato nadomestijo kislotvorni in metantvorni mikrobi.

Proizvodnja bioplina se lahko izvaja z uporabo industrijskih in obrtnih naprav. Najpogostejša metoda proizvodnje je aerobna presnova v metanskih rezervoarjih.

Kot surovine se lahko uporabijo različni materiali: silaža, gnoj, alge, odpadne vode, stelja, fekalni ostanki, gospodinjski odpadki. Izhodno snov spravimo v homogeno stanje, nato pa jo s pomočjo nakladalnika postavimo v reaktor.

Tam se vzdržuje udobna temperatura + 35-38 ° C, ki je potrebna za proces fermentacije metana.

Surovina se nenehno meša, nastali plinasti produkt pa se odvaja v zbiralnik plina (zalogovnik), od koder vstopa v električni generator.

Več informacij o pridobivanju bioplina iz gnoja in postavitvi bioplinarne je napisano v člankih:

1. Kako narediti biogorivo z lastnimi rokami iz gnoja doma
2. Naredite sami bioplinarno za zasebni dom: priporočila za napravo in primer ureditve domačega izdelka

Biovodik pridobljen s kemično metodo

Vrsta plinastega biogoriva, ki je analog konvencionalnega vodika, se pridobiva iz biomase z biokemičnimi ali termokemičnimi metodami.

Pri termokemični metodi se pripravljene surovine (na primer lesni odpadki) segrejejo na temperaturo 500–800 °C brez kisika, pri čemer se sproščajo plini H₂,CO,CH₄.

Obetavna metoda za pridobivanje biovodika je bioftoliza. V tem primeru se plin proizvaja z uporabo alg, ki se dajo v morsko vodo, kanalizacijo

Pri biokemijski metodi se surovine hranijo v udobnih pogojih pri normalnem tlaku in temperaturi približno 30°C.

V biomaso se vnesejo posebni mikroorganizmi Enterobacter cloacae in Rodobacter speriodes, ki razgradijo prvotni produkt in pri tem sproščajo vodik. Za pospešitev proizvodnje z uporabo polisaharidov lahko dodamo encime.

Zaključki in uporaben video na to temo

V spodnjem videu si lahko ogledate postopek izdelave priljubljene vrste biogoriva - lesnih briketov:

Vrste bioloških goriv se razlikujejo ne le po agregatnem stanju, ampak tudi po svojih značilnostih. Pri izbiri takšnih materialov je treba upoštevati njihov namen uporabe, učinkovitost, funkcionalne lastnosti in ceno.

Ali imate izkušnje z uporabo alternativnega goriva? Ali želite postaviti vprašanja o biogorivih? Komentirajte objavo in sodelujte v razpravah. Blok za povratne informacije se nahaja spodaj.