Врсте биогорива: поређење карактеристика чврстих, течних и гасовитих горива

Алтернатива традиционалним енергетским ресурсима су различите врсте биогорива, за чију производњу се користе биљне или животињске сировине, индустријски отпад и резултати виталне активности организама.

Нудимо да разумемо предности и недостатке коришћења таквог горива, сазнамо карактеристике производње, функционалне карактеристике, а такође проценимо ефикасност коришћења различитих врста биолошког горива. Достављене информације ће вам помоћи да се крећете у избору алтернативних извора енергије.

Шта је биогориво

Најперспективнији правац у енергетском сектору су технологије које подразумевају коришћење обновљивих извора, који укључују биолошко гориво.

Најчешћа врста биолошког горива је обично огревно дрво. 38% светске популације користи их за грејање и кување

Као сировину за његову производњу можете узети биомасу биљног/животињског порекла, укључујући индустријски или животињски отпад.

Прерада таквих супстанци се врши термохемијским или биолошким методама, у последњем случају гориво се добија коришћењем различитих врста микроорганизама.

Удео коришћења биолошких горива стално расте, што доприноси очувању ресурса фосилних угљоводоника (+)

Многе земље имају посебне програме за повећање учешћа биогорива у националној и регионалној потрошњи енергије. Један број држава такође има обавезне стандарде за коришћење овог извора енергије.

Предности и мане биогорива

Биолошка горива имају своје позитивне и негативне стране. Интересовање за коришћење ове врсте сировина узроковано је његовим несумњивим предностима.

Ови укључују:

• Буџетски трошак. Иако су у овом тренутку цене биогорива скоро исте као и цене бензина, биолошке супстанце се сматрају исплативијим врстама горива јер при сагоревању производе мање емисија. Биогориво је погодно за употребу у различитим условима, а може се прилагодити моторима различитих конструкција. Још једна предност је оптимизација рада мотора, који дуже остаје чист због мале количине чађи и издувних гасова.
• Мобилност. Биолошко гориво се разликује од других алтернативних извора енергије по својој преносивости. Соларне и ветроинсталације обично укључују тешке батерије, па се најчешће користе трајно, док се биогорива могу без много муке транспортовати из једног региона у други.
• Обновљиви извор енергије. Иако истраживачи верују да ће постојећа налазишта сирове нафте трајати најмање неколико стотина година, фосилне резерве су и даље ограничене. Биогорива, направљена од биљног и животињског отпада, спадају у обновљиве ресурсе којима не прети опасност да нестану у догледној будућности.
• Заштита Земљине атмосфере. Главни недостатак традиционалних угљоводоника је висок проценат ЦО₂, који се ослобађа када се спали. Овај гас ствара ефекат стаклене баште у атмосфери наше планете, стварајући услове за глобално загревање. Када се биолошке супстанце сагоревају, количина угљен-диоксида се смањује на 65%. Поред тога, усеви који се користе у производњи биогорива троше угљен моноксид, смањујући његов удео у ваздуху.
• Економска сигурност. Резерве угљоводоника су неравномерно распоређене, па су неке државе принуђене да купују нафту или природни гас, трошећи велике количине новца на набавку, транспорт и складиштење. Различите врсте биолошког горива могу се производити у готово свакој земљи. Пошто ће његова производња и прерада захтевати отварање нових предузећа и, сходно томе, радних места, то ће користити националној привреди и позитивно утицати на добробит људи.

Побољшање технологије и развој нових метода могу побољшати позитивне ефекте биогорива. Тако ће развој технологија које користе планктон и алге значајно смањити његову цену.

Истовремено, у садашњој фази развоја науке и технологије, производња биогорива је повезана са низом потешкоћа и непријатности. Пре свега, ово су природна ограничења у узгоју биљака.

За раст усева који се користе за производњу биомасе морају се узети у обзир бројни фактори, а то су:

• Употреба воде. Пољопривредне биљке троше доста воде, што је ограничен ресурс, посебно у сушним подручјима.
• Инвазивност. Културе које се узгајају за гориво су често агресивне.Они гуше аутентичну флору, што може да изазове штету биодиверзитету и екосистему региона.
• Ђубрива. Многим биљкама су потребне додатне хранљиве материје за раст, што може наштетити другим културама или целокупном екосистему.
• Клима. Одређене климатске зоне (на пример, пустиња или тундра) нису погодне за узгој усјева биогорива.

Активно гајење пољопривредног биља је такође повезано са исцрпљивањем пољопривредних ресурса.Непоштовање правила пољопривредне технологије може довести до смањења садржаја корисних компоненти земљишта и, као резултат, до њиховог исцрпљивања, што ће погоршати проблем са храном.

Екосистем је поремећен. Производња биомасе обично захтева проширење пољопривредних површина.

Често се у ту сврху очишћена територија, што доводи до уништења микроекосистема (на примјер, шума), смрти биљака и животиња.

Већ се гаји велика количина усева за производњу биогорива. Више од 50% уљане репице произведене у Европи, више од трећине америчког жита и скоро половина шећерне трске која се узгаја у Бразилу користи се за производњу биомасе.

Проблеми настају са узгојем монокултура. Да би добили веће приносе биомасе, произвођачи често посећују земљу одређеном биљком. Ова пракса није баш добра за пољопривредно земљиште, јер монокултура доводи до промена у животној средини.

Поља која заузима једна врста биљака обично су заражена посебним врстама штеточина.Покушај борбе против њих уз помоћ инсектицида и пестицида само доводи до развоја отпорности на ове агенсе.

Да би се избегли горе описани проблеми, научници саветују да се не занемарује биодиверзитет усева комбиновањем неколико биљака на пољима, као и да се користе локалне сорте флоре.

Генерације алтернативних горива

Широк спектар биљних сировина које се користе за биомасу обично се дели на неколико генерација.

Прва генерација. Ова категорија укључује пољопривредне културе које садрже висок проценат скроба, шећера и масти. Ово су популарне биљке као што су кукуруз, шећерна репа, уљана репица, соја.

Пошто узгој ових усева штети клими и њихово уклањање са тржишта утиче на цене хране, научници покушавају да их замене другим врстама биомасе.

Готово све врсте савремених течних горива (биодизел, етанол) тренутно се производе из пољопривредних биљака прве генерације сировина.

Друга генерација. Група биомасе обухвата дрво, траву и пољопривредни отпад (љуске, љуске). Производња биогорива од таквих сировина је скупа, али омогућава решавање питања рециклаже непрехрамбених остатака уз истовремену производњу запаљивих материјала.

Карактеристика усева укључених у ову сорту је присуство лигнина и целулозе у њима. Захваљујући њима, биомаса се може спаљивати и гасификовати, као и подвргнути пиролизи за производњу течног горива.

Као главни недостатак биомасе друге генерације сматра се недовољан поврат по јединици површине, због чега се за такве усеве морају издвојити значајни земљишни ресурси.

Трећа генерација. Сировина за производњу биогорива су алге, које се узгајају у индустријским размерама, на пример, у отвореним резервоарима.

Најперспективнија опција се сматра биогоривом добијеном од једноћелијских алги. Такве биљке брзо добијају на тежини, а за узгој им није потребна плодна земља.

Ова пракса има велико обећање, али тренутно се такве технологије само развијају. Научници такође спроводе истраживања како би створили технике које омогућавају добијање биогорива четврте, па чак и пете генерације.

Три врсте биогорива

У зависности од стања агрегације у којој се супстанца налази, постоје три главне врсте биогорива:

1. Чврст: огревно дрво, тресет, животињски и пољопривредни отпад.
2. Течност: биодизел, диметил етар, биоетанол, биобутанол.
3. Гасни: биогас, метан, биоводоник.

Свака врста супстанце има своје специфичности, о чему ће бити речи у наставку.

Тип #1: тешко

Најпопуларније чврсте врсте биолошког горива укључују дрво, тресет и животињски отпад.

Дрво (огревно дрво, ивер, пиљевина)

Древна врста биогорива је добро познато огревно дрво, које се дуго користило за грејање кућа и кување хране. До сада се активно користе у различитим земљама за производњу топлотне/електричне енергије, посебно велика аустријска термоелектрана снаге 66 мегавата ради на дрва.

Истовремено, такве сировине имају недостатке. Енергетска вредност огревног дрвета је релативно ниска: када се сагоре, део супстанце се таложи у облику чађи, због чега је потребно редовно чишћење камина и пећи.Поред тога, потребно је одређено време да се попуне резерве дрвета - нова стабла ће расти тек након 15-20 година.

Одлична алтернатива конвенционалном дрву за огрев су пелети (грануле), за чију производњу се користи подстандардно дрво: кора, сечка, пресована пиљевина, кучко.

Пелети добијени од дрвета, тресета и разних отпада имају различите боје. Светли се користе за ложење камина и пећи, док су тамни, са високим садржајем коре, намењени котловима на чврсто гориво.

За производњу пелета за гориво, сировине се мељу у прашину, која се затим суши и пресује на високим температурама. Захваљујући лигнину садржаном у дрвету, формира се лепљива маса из које се формирају мали цилиндри дужине 5-70 мм и пречника 6-10 мм.

Модерна алтернатива традиционалном огревном дрву су четворо-, шесто- или осмоугаони брикети за гориво. Овај еколошки прихватљив материјал има висок пренос топлоте

Можете сами поставити производњу пелета тако што ћете направити преса за брикете за гориво.

Међу популарним врстама биогорива је и сечка, која често служи као извор енергије у европским термоелектранама. Производња ових сировина се врши на сечама или на специјалним производним линијама опремљеним машинама за сецкање.

Тресет за мочварно и шумско гориво

То је уобичајена врста биогорива које се вековима користи у домаће и индустријске сврхе. Тресет је слој маховине која се није потпуно распала у мочварним условима, а копа се у многим земљама света: Русији, Белорусији, Канади, Шведској, Индонезији и другим.

Тресет, који садржи 50-60% угљеника, сматра се популарним материјалом који носи гас. Ова вредна сировина може се користити не само као гориво, већ и као ђубриво или топлотни изолатор.

Да би се олакшао процес производње, биомаса се обично прерађује на месту екстракције. Процес се састоји од чишћења (просијавања) сировина од страних инклузија, након чега следи сушење и обликовање у брикете или грануле.

Гориво из пољопривредног отпада

У пољопривредној производњи, по правилу, акумулира се велики број разних биљних отпадака: спољне љуске биљака, љуске ораха, слама.

Такве сировине се такође могу пресовати и гранулирати, производећи пелете за гориво, чије се карактеристике практично не разликују од пелета направљених од дрвне биомасе.

Биогорива животињског порекла

Уз огревно дрво, у давна времена људи су почели да користе гориво животињског порекла, односно балегу - осушену балегу домаћих животиња. Савремене технологије за сушење и прераду таквих сировина омогућавају добијање чврстих сорти биогорива које су потпуно лишене непријатног мириса.

Дуго времена су номадски народи користили сушено ђубриво од коња, камила и говеда као гориво. Тренутно се биогориво производи од отпада домаћих животиња у облику брикета или пелета

Пошто се сточни отпад тренутно акумулира у индустријском обиму, производња горива из њега истовремено решава питање његовог одлагања.

Тип #2: течност

Течна биогорива, која су безбедна и еколошки прихватљива, углавном се користе као замена за бензин и друге сличне производе.Најчешће опције укључују биоетанол, биометанол, биобутанол, биодизел и диметил етар.

Биоетанол из биљних култура

То је уобичајено течно биогориво које се користи за гориво аутомобила. Иако се чиста супстанца не користи као гориво, њено додавање бензину помаже у побољшању перформанси мотора, повећању његове снаге, контроли загревања мотора и смањењу емисије издувних гасова.

Многе бензинске пумпе у Европи, Азији, Северној и Јужној Америци нуде не само традиционално гориво, већ и разне врсте биогорива, првенствено смеше које садрже биоетанол

Биоетанол су ценили и љубитељи камина. Ова супстанца има добар пренос топлоте, штавише, када гори, не ствара се чађ или дим, а количина ослобођеног угљен-диоксида је минимизирана.

Захваљујући овим карактеристикама, гориво се може користити чак и за ложење огњишта у стамбеним зградама. Прочитајте више о биогориву за камине у Овај чланак.

Биоетанол се производи од сировина прве генерације које садрже скроб или шећер. Житарице, кукуруз, шећерна трска и репа прерађују се технологијом алкохолне ферментације.

Биобутанол за пуњење аутомобила

Биобутанол је биолошки изведен аналог бутанола. Безбојна течност са карактеристичним мирисом, широко се користи као хемијска сировина у индустрији, а може се користити и као транспортно гориво.

Енергетски интензитет бутанола је близак бензину, што омогућава делимичну замену овог другог у горивним ћелијама. За разлику од биоетанола, биобутанол се може користити самостално, без додавања традиционалних врста горива.

Сировине за производњу ове биосупстанце су разне биљке: цвекла, маниока, пшеница, кукуруз.

Диметил етар (Ц₂Х₆О)

Такође је еколошки прихватљиво гориво. Када се сагоре, у издувним гасовима нема једињења сумпора, а садржај азотних једињења је 90% мањи него при сагоревању бензина.

Диметил етар се може користити без посебних филтера, али се морају направити фундаменталне промене у дизајну аутомобила (систем напајања, паљење мотора).

Диметил етар се сматра обећавајућом опцијом за аутомобилско гориво. Аутомобиле са моторима дизајнираним за ово гориво развијају велике компаније као што су Волво, САИЦ Мотор, КАМАЗ, Ниссан

Без икаквих модификација, можете користити комбиновано гориво које садржи 30% диметил етра у аутомобилима који су опремљени ТНГ моторима.

Течно гориво се може производити од различитих сировина: природног гаса, угљене прашине, биомасе и пре свега од остатака производње целулозе и папира, који се под ниским притиском претварају у течност.

Биометанол из једноћелијских алги

Ова супстанца је аналог обичног метанола, који се широко користи за производњу низа хемијских једињења (сирћетна киселина, формалдехид), а такође се користи као антифриз и растварач.

Питање производње ове врсте биогорива први пут је покренуто осамдесетих година прошлог века, када је група научника предложила производњу течне супстанце кроз биохемијску трансформацију морског фитопланктона, која би се узгајала у посебним резервоарима.

Биометанол има низ потенцијалних предности:

• висока енергетска ефикасност — 14 за производњу метана, 7 за производњу метанола;
• одлична продуктивност фитопланктона — до 100 тона по хектару годишње;
• незахтевни једноћелијски организми, за чију култивацију нису потребна слатка вода и плодно земљиште;
• очување пољопривредних ресурса, пошто се фитопланктон гаји у барама или морским увалама.

Иако индустријска производња биометанола још није успостављена, тренутно су у току упорна истраживања и развој технологија за развој производње ове врсте алтернативног горива.

Биодизел као алтернатива транспортном гориву

Ово је течно моторно биогориво које се састоји од мешавине естара масних киселина. Супстанца је безбедна за људе и животиње, скоро потпуно се распада у земљи за 28 дана, а такође има релативно високу (<100) тачку паљења.

Биодизел смањује проценат емисије штетних гасова и продужава век мотора, јер садржи компоненте за подмазивање.

Гориво се користи за пуњење мотора аутомобила, како самостално, тако иу комбинацији са конвенционалним горивом. Треба узети у обзир само кратак рок трајања биолошке супстанце: након три месеца биолошка супстанца почиње да се распада са потпуним губитком својстава.

За биодизел је у земљама ЕУ усвојен посебан стандард ЕН14214. У низу земаља је такође на снази стандард ЕН590 који дозвољава додавање 5% биодизела другим горивима.

Тип #3: гасовити

Главне врсте гасовитих биолошких горива укључују биогас и биоводоник.

Биогас као замена за природни гас

Биогас је скоро потпуни аналог природног гаса: садржи 13-50% ЦО_2, 49-87% метана, као и Х нечистоће₂ и Х₂С.Ако се ова супстанца пречисти од угљен-диоксида, може се добити биометан.

Гасовито биогориво се производи из биомасе ферментацијом водоника или метана. Ово последње изазивају три врсте микроорганизама: прво, сировина је изложена хидролитичким бактеријама, које се затим замењују микробима који формирају киселине и метан.

Производња биогаса може се вршити помоћу индустријских и занатских уређаја. Најчешћи начин производње је аеробна дигестија у дигесторима.

Као сировине могу се користити разни материјали: силажа, стајњак, алге, отпадне воде, стеља, фекални остаци, кућни отпад. Полазна супстанца се доводи у хомогено стање, након чега се ставља у реактор помоћу пуњача.

Тамо се одржава угодна температура од +35-38 ° Ц, неопходна за процес ферментације метана.

Сировина се стално меша, док се добијени гасовити производ испушта у гасни држач (складиште), одакле улази у електрогенератор.

Више информација о добијању биогаса из стајњака и постављању биогас постројења написано је у чланцима:

1. Како направити биогориво својим рукама од стајњака код куће
2. Биогас постројење уради сам за приватну кућу: препоруке за уређај и пример уређења домаћег производа

Биоводоник добијен хемијском методом

Тип гасовитог биогорива, који је аналог конвенционалног водоника, добија се из биомасе коришћењем биохемијских или термохемијских метода.

У термохемијској методи, припремљене сировине (на пример, дрвни отпад) се загревају на температуру од 500–800°Ц без кисеоника, чиме се ослобађају гасови Х.₂,ЦО,ЦХ₄.

Обећавајући метод за производњу биоводоника је биофтолиза. У овом случају, гас се производи помоћу алги, које се стављају у морску воду, канализацију

Биохемијском методом, сировине се чувају у угодним условима при нормалном притиску и температури од приближно 30°Ц.

У биомасу се уносе посебни микроорганизми Ентеробацтер цлоацае и Родобацтер спериодес, који разлажу оригинални производ, ослобађајући водоник. Да би се убрзала производња коришћењем полисахарида, могу се додати ензими.

Закључци и користан видео на тему

У видеу испод можете видети процес прављења популарне врсте биогорива - дрвених брикета:

Врсте биолошког горива разликују се не само по стању агрегације, већ и по карактеристикама. Приликом избора таквих материјала, потребно је узети у обзир њихову намену, ефикасност, функционална својства и цену.

Да ли имате искуства са коришћењем алтернативних горива? Или желите да поставите питања о биогоривима? Молимо вас да коментаришете објаву и учествујете у дискусијама. Блок повратних информација се налази испод.