Typer biodrivstoff: sammenligning av egenskapene til fast, flytende og gassformig brensel

Et alternativ til tradisjonelle energiressurser er ulike typer biodrivstoff, der produksjonen bruker plante- eller dyreråvarer, industrielt avfall og resultatene av organismenes vitale aktivitet.

Vi tilbyr å forstå fordelene og ulempene ved å bruke slikt drivstoff, finne ut produksjonsfunksjonene, funksjonelle egenskaper, og også evaluere effektiviteten av å bruke forskjellige typer biologisk drivstoff. Informasjonen som gis vil hjelpe deg med å navigere i valget av alternative energikilder.

Hva er biodrivstoff

Den mest lovende retningen i energisektoren er teknologier som involverer bruk av fornybare ressurser, som inkluderer biologisk brensel.

Den vanligste typen biologisk brensel er vanlig ved. 38 % av verdens befolkning bruker dem til oppvarming og matlaging

Som råstoff til produksjonen kan du ta biomasse av vegetabilsk/animalsk opprinnelse, inkludert industriavfall eller animalsk avfall.

Behandlingen av slike stoffer utføres ved termokjemiske eller biologiske metoder; i sistnevnte tilfelle oppnås drivstoff ved hjelp av forskjellige typer mikroorganismer.

Andelen av bruk av biologisk brensel vokser stadig, noe som bidrar til bevaring av fossile hydrokarbonressurser (+)

Mange land har spesielle programmer for å øke andelen biodrivstoff i nasjonalt og regionalt energiforbruk. En rekke stater har også obligatoriske standarder for bruk av denne energikilden.

Fordeler og ulemper med biodrivstoff

Biologisk brensel har sine positive og negative sider. Interessen for bruk av denne typen råmateriale er forårsaket av dens utvilsomme fordeler.

Disse inkluderer:

• Budsjettkostnad. Selv om prisene for biodrivstoff for øyeblikket er nesten de samme som kostnadene for bensin, anses biologiske stoffer som en mer lønnsom type drivstoff fordi de produserer færre utslipp ved forbrenning. Biodrivstoff er egnet for bruk under ulike forhold, og det kan tilpasses motorer med forskjellig design. En annen fordel er optimalisering av motordriften, som holder seg ren lenger på grunn av den lille mengden sot og eksosgasser.
• Mobilitet. Biologisk drivstoff skiller seg fra andre alternative energikilder i sin portabilitet. Sol- og vindinstallasjoner inkluderer vanligvis tunge batterier, så de brukes som oftest permanent, mens biodrivstoff kan transporteres fra en region til en annen uten mye problemer.
• Fornybar energikilde. Selv om forskere tror eksisterende råoljeforekomster vil vare i minst flere hundre år, er fossilreservene fortsatt begrensede. Biodrivstoff, laget av planter og animalsk avfall, er blant de fornybare ressursene som ikke står i fare for å forsvinne i overskuelig fremtid.
• Beskyttelse av jordens atmosfære. En stor ulempe med tradisjonelle hydrokarboner er den høye andelen CO₂, som frigjøres ved forbrenning. Denne gassen skaper en drivhuseffekt i atmosfæren på planeten vår, og skaper forholdene for global oppvarming. Når biologiske stoffer brennes, reduseres mengden karbondioksid til 65 %. I tillegg bruker avlinger som brukes til produksjon av biodrivstoff, karbonmonoksid, noe som reduserer andelen i luften.
• Økonomisk sikkerhet. Hydrokarbonreservene er ujevnt fordelt, så noen stater blir tvunget til å kjøpe olje eller naturgass, og bruker store mengder penger på anskaffelse, transport og lagring. Ulike typer biologisk drivstoff kan produseres i nesten alle land. Siden produksjon og prosessering vil kreve opprettelse av nye bedrifter og følgelig arbeidsplasser, vil dette være til fordel for den nasjonale økonomien og ha en positiv innvirkning på folks velvære.

Forbedring av teknologi og utvikling av nye metoder kan øke de positive effektene av biodrivstoff. Dermed vil utviklingen av teknologier som bruker plankton og alger redusere prisen betydelig.

Samtidig, på det nåværende utviklingsstadiet av vitenskap og teknologi, er produksjon av biodrivstoff forbundet med en rekke vanskeligheter og ulemper. For det første er dette naturlige begrensninger i dyrking av planter.

For vekst av avlinger som brukes til biomasseproduksjon, må en rekke faktorer tas i betraktning, nemlig:

• Vannbruk. Landbruksplanter bruker mye vann, som er en begrenset ressurs, spesielt i tørre områder.
• Invasivitet. Avlinger som dyrkes for drivstoff er ofte aggressive.De kveler ut den autentiske floraen, noe som kan føre til at det biologiske mangfoldet og økosystemet i regionen lider.
• Gjødsel. Mange planter krever ekstra næringsstoffer for å vokse, noe som kan skade andre avlinger eller det generelle økosystemet.
• Klima. Enkelte klimasoner (for eksempel ørken eller tundra) er ikke egnet for dyrking av biodrivstoffavlinger.

Aktiv dyrking av landbruksplanter er også assosiert med utarming av landbruksressurser. Manglende overholdelse av reglene for landbruksteknologi kan føre til en reduksjon i innholdet av nyttige jordkomponenter og, som et resultat, til utarming av dem, noe som vil forverre matproblem.

Økosystemet er forstyrret. Biomasseproduksjon krever vanligvis utvidelse av jordbruksarealer.

Ofte, for dette formål, blir territoriet ryddet, noe som fører til ødeleggelse av mikroøkosystemet (for eksempel skog), død av planter og dyr.

Et stort volum avlinger dyrkes allerede for å produsere biodrivstoff. Mer enn 50 % av rapsfrøene som produseres i Europa, mer enn en tredjedel av amerikansk korn, og nesten halvparten av sukkerrøret som dyrkes i Brasil, brukes til biomasseproduksjon.

Det oppstår problemer med voksende monokulturer. For å oppnå større biomasseavlinger sår produsentene ofte til land med en bestemt plante. Denne praksisen er ikke særlig bra for jordbruksland, siden monokultur fører til miljøendringer.

Felter som er okkupert av en type plante er vanligvis infisert av spesielle typer skadedyr.Et forsøk på å bekjempe dem ved hjelp av insektmidler og plantevernmidler fører bare til utvikling av resistens mot disse midlene.

For å unngå problemene beskrevet ovenfor, anbefaler forskerne å ikke forsømme det biologiske mangfoldet til avlinger ved å kombinere flere planter i åkrene, og også å bruke lokale varianter av flora.

Generasjoner av alternative drivstoff

Det brede spekteret av planteråvarer som brukes til biomasse er vanligvis delt inn i flere generasjoner.

Første generasjon. Denne kategorien inkluderer landbruksvekster som inneholder en høy prosentandel av stivelse, sukker og fett. Dette er så populære planter som mais, sukkerroer, raps og soyabønner.

Fordi dyrking av disse avlingene skader klimaet og fjerning av dem fra markedet påvirker matvareprisene, prøver forskere å erstatte dem med andre typer biomasse.

Nesten alle typer moderne flytende drivstoff (biodiesel, etanol) produseres i dag fra landbruksanlegg som tilhører den første generasjonen av råvarer.

Andre generasjon. Biomassegruppen inkluderer tre, gress og landbruksavfall (skjell, skall). Å produsere biodrivstoff fra slike råvarer er dyrt, men det gjør det mulig å løse problemet med resirkulering av ikke-matrester med samtidig produksjon av brennbare materialer.

Et trekk ved avlingene som er inkludert i denne sorten er tilstedeværelsen av lignin og cellulose i dem. Takket være dem kan biomasse brennes og forgasses, samt utsettes for pyrolyse for å produsere flytende drivstoff.

Den største ulempen med andregenerasjons biomasse anses å være utilstrekkelig avkastning per arealenhet, og derfor må det avsettes betydelige arealressurser til slike avlinger.

Tredje generasjon. Råstoffet for produksjon av biodrivstoff er alger, som dyrkes i industriell skala, for eksempel i åpne reservoarer.

Det mest lovende alternativet anses å være biodrivstoff hentet fra encellede alger. Slike planter går raskt opp i vekt, og de krever ikke fruktbart land for å dyrke dem.

Denne praksisen lover godt, men for tiden utvikles bare slike teknologier. Forskere driver også med forskning for å lage teknikker som gjør det mulig å skaffe fjerde og til og med femte generasjons biodrivstoff.

Tre typer biodrivstoff

Avhengig av aggregeringstilstanden stoffet er i, er det tre hovedtyper biodrivstoff:

1. Fast: ved, torv, dyre- og landbruksavfall.
2. Væske: biodiesel, dimetyleter, bioetanol, biobutanol.
3. Gassformig: biogass, metan, biohydrogen.

Hver type stoff har sine egne spesifikasjoner, som vil bli diskutert nedenfor.

Type #1: vanskelig

De mest populære faste typene biologisk brensel inkluderer tre, torv og dyreavfall.

Ved (ved, flis, sagflis)

En eldgammel type biodrivstoff er den velkjente veden, som lenge har vært brukt til å varme opp hus og lage mat. Til nå er de aktivt brukt i forskjellige land for å generere varme/elektrisitet, spesielt et stort østerriksk termisk kraftverk med en kapasitet på 66 megawatt opererer på tre.

Samtidig har slike råvarer ulemper. Energiverdien til ved er relativt lav: Ved forbrenning legger en del av stoffet seg i form av sot, og derfor må peiser og ovner rengjøres regelmessig.I tillegg tar det en viss tid å fylle opp trereserver - nye trær vil vokse først etter 15-20 år.

Et utmerket alternativ til konvensjonell ved er pellets (granulat), for produksjon av hvilket substandard tre brukes: bark, flis, presset sagflis, tispe.

Pellets fra tre, torv og diverse avfall har forskjellige farger. Lyse brukes til å fyre i peiser og ovner, mens mørke med høyt barkinnhold er beregnet på fastbrenselkjeler.

For å produsere brenselpellets males råvarene til støv, som deretter tørkes og presses ved høye temperaturer. Takket være ligninet som finnes i tre, dannes en klebrig masse, hvorfra det dannes små sylindre med en lengde på 5-70 mm og en diameter på 6-10 mm.

Et moderne alternativ til tradisjonell ved er fire-, seks- eller åttekantede brenselbriketter. Dette miljøvennlige materialet har høy varmeoverføring

Du kan selv sette opp pelletsproduksjon ved å lage press for drivstoffbriketter.

Blant de populære typene biodrivstoff er flis, som ofte tjener som energikilde i europeiske termiske kraftverk. Produksjonen av disse råvarene utføres på hogstplasser eller på spesielle produksjonslinjer utstyrt med shreddermaskiner.

Myr- og skogbrenseltorv

Det er en vanlig type biodrivstoff som har blitt brukt til husholdnings- og industriformål i århundrer. Torv er et moselag som ikke har blitt helt nedbrutt under sumpforhold, og utvinnes i mange land rundt om i verden: Russland, Hviterussland, Canada, Sverige, Indonesia og andre.

Torv, som inneholder 50-60 % karbon, regnes som et populært gassbærende materiale. Dette verdifulle råmaterialet kan brukes ikke bare som drivstoff, men også som gjødsel eller varmeisolator.

For å lette produksjonsprosessen blir biomasse vanligvis behandlet på utvinningsstedet. Prosessen består i å rense (sikte) råvarene fra fremmede inneslutninger, etterfulgt av tørking og støping til briketter eller granulat.

Drivstoff fra landbruksavfall

I landbruksproduksjon samler det seg som regel et stort antall forskjellige planteavfall: ytre skall av planter, nøtteskall, halm.

Slike råvarer kan også presses og granuleres, og produsere brenselpellets, hvis egenskaper praktisk talt ikke er forskjellige fra pellets laget av trebiomasse.

Biodrivstoff av animalsk opprinnelse

Sammen med ved begynte folk i gamle tider å bruke drivstoff av animalsk opprinnelse, nemlig møkk - tørket møkk fra husdyr. Moderne teknologier for tørking og bearbeiding av slike råvarer gjør det mulig å oppnå solide varianter av biodrivstoff som er fullstendig blottet for ubehagelig lukt.

I lang tid brukte nomadiske folk tørket gjødsel fra hester, kameler og storfe som drivstoff. For tiden produseres biodrivstoff fra husdyravfall i form av briketter eller pellets

Siden husdyravfall for tiden akkumuleres i industriell skala, løser produksjonen av drivstoff fra det samtidig problemet med avhending.

Type #2: væske

Flytende biodrivstoff, som er trygt og miljøvennlig, brukes mest som erstatning for bensin og andre lignende produkter.De vanligste alternativene inkluderer bioetanol, biometanol, biobutanol, biodiesel og dimetyleter.

Bioetanol fra plantevekster

Det er et vanlig flytende biodrivstoff som brukes til drivstoff til biler. Selv om det rene stoffet ikke brukes som drivstoff, bidrar tilsetningen til bensin til å forbedre motorytelsen, øke kraften, kontrollere motorvarmen og redusere eksosutslippene.

Mange bensinstasjoner i Europa, Asia, Nord- og Sør-Amerika tilbyr ikke bare tradisjonelt drivstoff, men også ulike typer biodrivstoff, først og fremst blandinger som inneholder bioetanol

Bioetanol ble også satt pris på av peiselskere. Dette stoffet har god varmeoverføring; dessuten, når det brenner, dannes det ikke sot eller røyk, og mengden karbondioksid som frigjøres minimeres.

Takket være disse funksjonene kan drivstoffet til og med brukes til å fyre opp ildsteder i leilighetsbygg. Les mer om biodrivstoff til peiser i denne artikkelen.

Bioetanol produseres av førstegenerasjons råvarer som inneholder stivelse eller sukker. Korn, mais, sukkerrør og rødbeter behandles ved hjelp av alkoholgjæringsteknologi.

Biobutanol for tanking av biler

Biobutanol er en biologisk avledet analog av butanol. En fargeløs væske med en karakteristisk lukt, den er mye brukt som et kjemisk råmateriale i industrien, og kan også brukes som transportdrivstoff.

Energiintensiteten til butanol er nær den til bensin, noe som gjør det mulig å delvis erstatte sistnevnte i brenselceller. I motsetning til bioetanol kan biobutanol brukes uavhengig, uten tilsetning av tradisjonelle typer drivstoff.

Råvarene for produksjon av denne biosubstansen er et bredt utvalg av planter: rødbeter, kassava, hvete, mais.

Dimetyleter (C₂H₆O)

Det er også et miljøvennlig drivstoff. Når det brennes er det ingen svovelforbindelser i avgassene, og innholdet av nitrogenforbindelser er 90 % lavere enn ved brenning av bensin.

Dimetyleter kan brukes uten spesielle filtre, men det må gjøres grunnleggende endringer i bilens design (kraftsystem, motortenning).

Dimetyleter regnes som et lovende alternativ for bildrivstoff. Biler med motorer designet for dette drivstoffet utvikles av så store selskaper som Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan

Uten noen modifikasjoner kan du bruke et kombinasjonsdrivstoff som inneholder 30 % dimetyleter i biler som er utstyrt med LPG-motorer.

Flytende brensel kan produseres fra ulike råvarer: naturgass, kullstøv, biomasse og fremfor alt fra masse- og papirproduksjonsrester, som omdannes til væske under lavt trykk.

Biometanol fra encellede alger

Dette stoffet er en analog av vanlig metanol, som er mye brukt til produksjon av en rekke kjemiske forbindelser (eddiksyre, formaldehyd), og brukes også som frostvæske og løsemiddel.

Spørsmålet om å produsere denne typen biodrivstoff ble først tatt opp på 1980-tallet, da en gruppe forskere foreslo å produsere et flytende stoff gjennom biokjemisk transformasjon av marint planteplankton, som ville bli dyrket i spesielle reservoarer.

Biometanol har en rekke potensielle fordeler:

• høy energieffektivitet — 14 for metanproduksjon, 7 for metanolproduksjon;
• utmerket planteplanktonproduktivitet — opptil 100 tonn per hektar per år;
• lite krevende encellede organismer, for dyrking som ferskvann og fruktbar jord ikke er nødvendig;
• bevaring av landbruksressurser, siden planteplankton dyrkes i dammer eller havbukter.

Selv om industriell produksjon av biometanol ennå ikke er etablert, pågår det for tiden vedvarende forskning og utvikling av teknologier for å utvikle produksjonen av denne typen alternativt drivstoff.

Biodiesel som et alternativ til transportdrivstoff

Dette er et flytende biodrivstoff som består av en blanding av fettsyreestere. Stoffet er trygt for mennesker og dyr, brytes nesten fullstendig ned i bakken på 28 dager, og har også et relativt høyt (<100) flammepunkt.

Biodiesel reduserer prosentandelen av skadelige gassutslipp og forlenger også levetiden til motoren, siden den inneholder smørekomponenter.

Drivstoffet brukes til å fylle drivstoff på bilmotorer, både uavhengig og i kombinasjon med konvensjonelt drivstoff. Bare den korte holdbarheten til det biologiske stoffet bør tas i betraktning: etter tre måneder begynner det biologiske stoffet å dekomponere med fullstendig tap av egenskaper.

For biodiesel er det vedtatt en spesiell standard EN14214 i EU-land. I en rekke land er også EN590-standarden gjeldende, som tillater tilsetning av 5 % biodiesel til annet drivstoff.

Type #3: gassformig

Hovedtypene av gassformig biologisk brensel inkluderer biogass og biohydrogen.

Biogass som erstatning for naturgass

Biogass er en nesten komplett analog av naturgass: den inneholder 13-50% CO_2, 49-87 % metan, samt H-urenheter₂ og H₂S.Hvis dette stoffet er renset fra karbondioksid, kan biometan fås.

Gassformig biodrivstoff produseres av biomasse ved hydrogen- eller metangjæring. Sistnevnte er forårsaket av tre typer mikroorganismer: Først utsettes råvaren for hydrolytiske bakterier, som deretter erstattes av syredannende og metandannende mikrober.

Biogassproduksjon kan utføres ved bruk av industri- og håndverksutstyr. Den vanligste produksjonsmetoden er aerob fordøyelse i kokere.

En rekke materialer kan brukes som råvarer: ensilasje, gjødsel, alger, avløpsvann, søppel, fekale rester, husholdningsavfall. Utgangsstoffet bringes til en homogen tilstand, hvoretter det plasseres i reaktoren ved hjelp av en loader.

Der opprettholdes en behagelig temperatur på +35-38°C, nødvendig for prosessen med metangjæring.

Råmaterialet blandes hele tiden, mens det resulterende gassformige produktet slippes ut i en gassholder (lagringsenhet), hvorfra det kommer inn i den elektriske generatoren.

Mer informasjon om å hente biogass fra gjødsel og sette opp et biogassanlegg er skrevet i artiklene:

1. Hvordan lage biodrivstoff med egne hender fra gjødsel hjemme
2. Gjør-det-selv biogassanlegg for et privat hjem: anbefalinger for enheten og et eksempel på å arrangere et hjemmelaget produkt

Biohydrogen oppnådd ved kjemisk metode

En type gassformig biodrivstoff, som er en analog av konvensjonelt hydrogen, oppnås fra biomasse ved bruk av biokjemiske eller termokjemiske metoder.

I den termokjemiske metoden varmes tilberedte råvarer (for eksempel treavfall) opp til en temperatur på 500–800°C uten oksygen, som frigjør H-gasser₂,CO,CH₄.

En lovende metode for å produsere biohydrogen er bioftolyse. I dette tilfellet produseres gassen ved hjelp av alger, som er plassert i sjøvann, kloakk

Med den biokjemiske metoden holdes råvarene under behagelige forhold ved normalt trykk og en temperatur på ca. 30°C.

Spesielle mikroorganismer Enterobacter cloacae og Rodobacter sperioder introduseres i biomassen, som bryter ned det originale produktet og frigjør hydrogen. For å få fart på produksjonen ved bruk av polysakkarider, kan enzymer tilsettes.

Konklusjoner og nyttig video om temaet

I videoen nedenfor kan du se prosessen med å lage en populær type biodrivstoff - trebriketter:

Typer biologisk drivstoff er forskjellig ikke bare i deres aggregeringstilstand, men også i deres egenskaper. Når du velger slike materialer, er det nødvendig å ta hensyn til deres tiltenkte bruk, effektivitet, funksjonelle egenskaper og kostnader.

Har du erfaring med å bruke alternativt drivstoff? Eller vil du stille spørsmål om biodrivstoff? Kommenter innlegget og delta i diskusjoner. Tilbakemeldingsblokken finner du nedenfor.