Typer af biobrændstoffer: en sammenligning af egenskaberne ved fast, flydende og gasformigt brændstof

Et alternativ til traditionelle energiressourcer er forskellige typer biobrændstoffer til fremstilling af hvilke vegetabilske eller dyre råmaterialer, industriaffald og resultaterne af livsvigtige aktiviteter fra organismer bruges.

Vi tilbyder dig at forstå fordele og ulemper ved at bruge et sådant brændstof, finde ud af produktionsegenskaber, funktionelle egenskaber samt evaluere effektiviteten af ​​at bruge forskellige typer biobrændstof. De givne oplysninger hjælper dig med at navigere i valg af alternative energikilder.

Hvad er biobrændstof

Det mest lovende område i energisektoren er teknologi, der involverer brugen af ​​vedvarende ressourcer, der inkluderer biobrændstoffer.

Den mest almindelige type biobrændstof er konventionel brænde. 38% af verdens befolkning bruger dem til opvarmning og madlavning

Som råmaterialer til dens produktion kan der tages biomasse af plante / animalsk oprindelse, herunder industriaffald eller animalsk affald.

Behandlingen af ​​sådanne stoffer udføres ved en termokemisk eller biologisk metode, i sidstnævnte tilfælde opnås brændstof under anvendelse af forskellige typer mikroorganismer.

Andelen af ​​brugen af ​​biologiske brændstoffer vokser konstant, hvilket bidrager til bevarelse af fossile kulbrinterressourcer (+)

Mange lande har særlige programmer til at udvide andelen af ​​biobrændstoffer i det nationale og regionale energiforbrug. En række stater har også obligatoriske standarder for brugen af ​​denne energikilde.

Fordele og ulemper ved biobrændstof

Biologiske typer brændstof har deres positive og negative sider. Interesse i brugen af ​​denne type råmaterialer er forårsaget af dens utvivlsomme fordele.

Disse inkluderer:

• Budgetomkostninger. Selv om biobrændstofpriserne for tiden næsten falder sammen med prisen på benzin, betragtes biologiske stoffer som en mere rentabel type brændstof, da de producerer mindre emissioner under forbrænding. Biobrændstof er velegnet til brug under forskellige forhold, mens det kan tilpasses motorer med forskellige design. Et andet plus er optimeringen af ​​motoren, der forbliver ren længere på grund af den lille mængde sod og udstødningsgasser.
• mobilitet. Biobrændstof adskiller sig fra andre muligheder for alternative energikilder i sin mobilitet. Sol- og vindmøller inkluderer normalt tunge batterier, så de bruges ofte stationært, mens biobrændstoffer kan transporteres fra en region til en anden uden meget besvær.
• Vedvarende energikilde. Selv om de eksisterende forekomster af råolie ifølge forskere vil vare mindst flere hundrede år, er fossile reserver stadig begrænsede. Biobrændstoffer fremstillet af planter og animalsk affald er blandt de vedvarende ressourcer, der ikke er truet med udryddelse i en overskuelig fremtid.
• Jordatmosfærebeskyttelse. En stor ulempe ved traditionelle kulbrinter er den store procentdel af CO₂der frigives ved at brænde. Denne gas skaber en drivhuseffekt i atmosfæren på vores planet og skaber betingelser for global opvarmning. Ved afbrænding af biologiske stoffer falder mængden af ​​kuldioxid til 65%. Derudover bruger afgrøder, der bruges i biobrændstofproduktion, kulilte, hvilket reducerer dens andel i luften.
• Økonomisk sikkerhed. Hydrocarbonreserver fordeles ujævnt, så nogle stater er tvunget til at købe olie eller naturgas og bruger store beløb på erhvervelse, transport og opbevaring. Forskellige typer biologisk brændstof kan fås i næsten ethvert land. Da det med henblik på fremstilling og forarbejdning af det vil være nødvendigt at skabe nye virksomheder og følgelig arbejdspladser, vil dette være til gavn for den nationale økonomi og have en positiv indflydelse på folks trivsel.

Forbedring af teknologi og udvikling af nye metoder kan forbedre den positive effekt af biobrændstoffer. Udviklingen af ​​teknologier, der bruger plankton og alger, vil således reducere prisen betydeligt.

På samme tid, på det nuværende stadium af udvikling af videnskab og teknologi, er biobrændstofproduktion forbundet med en række vanskeligheder og ulemper. Først og fremmest er dette naturlige begrænsninger i voksende planter.

For vækst af afgrøder, der bruges til at producere biomasse, skal der tages hensyn til en række faktorer, nemlig:

• Vand brug. Landbrugsplanter forbruger meget vand, hvilket er en begrænset ressource, især på tørre steder.
• invasionsevne. Brændstofafgrøder er ofte aggressive. De drukner den autentiske flora, som kan skade biodiversiteten og økosystemet i regionen.
• gødning. Mange planter kræver tilsætning af næringsstoffer, der kan skade andre afgrøder eller det generelle økosystem.
• Klima. Visse klimazoner (f.eks. Ørken eller tundra) er ikke egnede til dyrkning af biobrændstofafgrøder.

Aktiv dyrkning af landbrugsplanter er også forbundet med udtømning af landbrugsressourcer. Manglende overholdelse af reglerne for landbrugsteknologi kan føre til et fald i indholdet af nyttige jordkomponenter og som et resultat til deres udtømning, hvilket vil forværre fødevareproblemet.

Økosystemforstyrrelse forekommer. Til produktion af biomasse kræves normalt udvidelse af de områder, der er involveret i landbruget.

Ofte foretages der til dette formål en rengøring af territoriet, hvilket fører til ødelæggelse af mikroøkosystemet (for eksempel skove), død af planter og dyr.

For at producere biobrændstoffer dyrkes der allerede en stor mængde afgrøder. Mere end 50% af raps produceret i Europa, mere end en tredjedel af amerikansk korn og næsten halvdelen af ​​sukkerrøret, der er dyrket i Brasilien, bruges til biomasseproduktion.

Der er problemer med voksende monokulturer. For at producere en større biomasseafgrøde såer producenter ofte jorden med en bestemt plante. Denne praksis afspejler ikke godt landbrugslandets tilstand, da monokultur fører til en ændring af miljøet.

På markerne, der er besat af en planteart, er specielle skadedyrsorter normalt parasitære. Et forsøg på at bekæmpe dem med insekticider og pesticider fører kun til udvikling af resistens mod disse stoffer.

For at undgå de ovenfor beskrevne problemer rådgiver forskere om ikke at forsømme biodiversiteten af ​​afgrøder, kombinere flere planter i markerne og også bruge lokale sorter af flora.

Generationer af alternative brændstoffer

En bred vifte af plantematerialer, der bruges til biomasse, er normalt opdelt i flere generationer.

Første generation. Denne kategori inkluderer afgrøder, der indeholder en høj procentdel stivelse, sukker, fedt. Disse er så populære planter som majs, sukkerroer, canola, soja.

Da dyrkning af disse afgrøder skader klimaet, og fjernelse af dem påvirker prisfastsættelsen af ​​produkter, prøver forskere at erstatte dem med andre typer biomasse.

Næsten alle typer moderne flydende brændstoffer (biodiesel, ethanol) produceres i øjeblikket fra landbrugsplanter, der hører til den første generation af råvarer.

Anden generation. Biomassegruppen inkluderer træ, græs, landbrugsaffald (skal, skaller). Det er dyrt at få biobrændstoffer fra sådanne råmaterialer, men det tillader at løse spørgsmålet om genanvendelse af restprodukter uden mad med samtidig produktion af brændbare materialer.

Et træk ved de kulturer, der er inkluderet i denne sort, er tilstedeværelsen af ​​lignin og cellulose i dem. Takket være dem kan biomasse forbrændes og forgases samt underkastes pyrolyse og modtage flydende brændstof.

Den største ulempe ved anden generation af biomasse anses for at være utilstrækkeligt afkast pr. Enhedsareal, hvorfor der skal afsættes betydelige jordressourcer til sådanne afgrøder.

Tredje generation. Råvarerne til produktion af biobrændstoffer er alger, der dyrkes i industriel skala, f.eks. I åbent farvande.

Den mest lovende mulighed er biobrændstoffer, der fås fra encellede alger. Sådanne planter får hurtigt masse, mens frugtbart land ikke kræves for at dyrke dem.

Denne praksis har store udsigter, men i øjeblikket er sådanne teknologier kun under udvikling. Forskere forsker også for at skabe teknikker til produktion af fjerde og endda femte generations biobrændstoffer.

Tre sorter biobrændstoffer

Afhængigt af stoffets aggregeringstilstand er der tre hovedtyper af biobrændstof:

1. et firma: brænde, tørv, animalsk affald og landbrugsproduktion.
2. flydende: biodiesel, dimethylether, bioethanol, biobutanol.
3. gasformig: biogas, methan, biohydrogen.

Hver type stof har sine egne detaljer, som vil blive drøftet nedenfor.

Type # 1: Fast

Blandt de mest populære faste biobrændstofsorter er træ, tørv, animalsk affald.

Træ (brænde, træflis, savsmuld)

Den gamle type biobrændstof er brænde, der er velkendt for alle og længe har været brugt til opvarmning af huse og madlavning. Indtil nu bruges de aktivt i forskellige lande til at producere varme / elektricitet, især opererer et stort østrigsk termisk kraftværk med en kapacitet på 66 megawatt på træ.

Samtidig har sådanne råvarer ulemper. Energiværdien for brænde er relativt lille: Under forbrænding aflejrer en del af stoffet sig i form af sod, og det er grunden til, at pejse og komfurer regelmæssigt skal rengøres. Derudover kræves en vis tid for at genopfylde tømmerlagre - nye træer vokser først efter 15-20 år.

Et fremragende alternativ til almindeligt træ er pellets (pellets), til produktion af hvilket der anvendes undermæssigt træ: bark, træflis, presset savsmuld, bugs.

Pellets fremstillet af træ, tørv og forskellige affaldsprodukter har en anden farve. Lette bruges til brænding af pejse og komfurer, mens mørke, med et højt barkindhold, er designet til kedler med fast brændsel

Til fremstilling af brændstofpellets knuses råvarerne i støv, som derefter tørres og presses ved høj temperatur. På grund af ligninet indeholdt i træet dannes en klæbemasse, hvorfra små cylindre er 5-70 mm lange og 6-10 mm i diameter.

Et moderne alternativ til traditionelt træ er brændstofbriketter med fire-, seks- eller ottekantede former. Dette miljøvenlige materiale har høj varmeafledning.

Du kan selv oprette pelletproduktion ved at lave brikette presse.

Blandt de populære typer biobrændstoffer er træflis, der ofte fungerer som en energikilde på europæiske termiske kraftværker. Produktionen af ​​dette råmateriale udføres ved skovhugst eller på specielle produktionslinjer udstyret med makuleringsmaskiner.

Sump og skovbrændstof tørv

Dette er en almindelig type biobrændstof, der har været brugt til indenlandske og industrielle formål i århundreder. Torv er et lag med mos, som ikke helt nedbrydes i en sump, der udvindes i mange lande i verden: Rusland, Hviderusland, Canada, Sverige, Indonesien og andre.

Torv, der indeholder 50-60% kulstof, betragtes som et populært gasbærende materiale. Dette værdifulde råmateriale kan ikke kun bruges som brændstof, men også som gødning eller varmeisolator.

Af hensyn til produktionsprocessen forarbejdes biomasse normalt på produktionsstedet. Processen består i rengøring (sigtning) af råmaterialerne fra udvendige nedlukninger, efterfulgt af tørring og støbning i form af briketter eller granuler.

Brændstof fra landbrugsaffald

I landbrugsproduktion akkumuleres som regel et stort antal forskellige planteaffald: de ydre skaller af planter, nøddeskaller, halm.

Sådanne råmaterialer kan også presses og granuleres for at opnå brændselspiller, hvis egenskaber praktisk taget er de samme som pellets fremstillet af træbiomasse.

Dyrets biobrændstof

Sammen med brænde i gamle tider begyndte folk at bruge brændstof af animalsk oprindelse, nemlig mønttørret husdyrgødning. Moderne teknologier til tørring og forarbejdning af sådanne råmaterialer gør det muligt at opnå solide biobrændstofvarianter fuldstændig uden ubehagelige lugte.

I lang tid brugte nomadefolk tørret husdyrgødning af heste, kameler og kvæg som brændstof. I øjeblikket produceres biobrændstof i form af briketter eller pellets fra husdyrs affaldsprodukter.

Da husdyraffald i øjeblikket akkumuleres i industriel skala, løser fremstilling af brændstof fra dem samtidigt spørgsmålet om bortskaffelse.

Type # 2: Væske

Flydende biobrændstoffer, som er sikre og miljøvenlige, bruges mest til erstatning for benzin og andre lignende produkter. Blandt de mest almindelige muligheder er bioethanol, biomethanol, biobutanol, biodiesel, dimethylether.

Afgrøde bioethanol

Dette er en almindelig flydende biobrændstof, der bruges til brændstof til biler.Selvom et rent stof ikke bruges som brændstof, forbedrer dens tilsætning til benzin motorens drift, øger dens effekt, kontrollerer opvarmningen af ​​motoren og reducerer udstødningsemissionerne.

Mange tankstationer i Europa, Asien, Nord- og Sydamerika tilbyder ikke kun traditionelt brændstof, men også forskellige typer biobrændstoffer, især blandinger, der indeholder bioethanol

Bioethanol blev også værdsat af fans af pejse. Dette stof har god varmeafledning, og det producerer heller ikke sod eller røg, når det brændes, og mængden af ​​emission af kuldioxid minimeres.

Takket være disse funktioner kan brændstof endda bruges til at brænde en ildsted i boligblokke. Læs mere om biobrændstoffer til pejse i denne artikel.

Bioethanol produceres fra første generation af råvarer, der indeholder stivelse eller sukker. Korn, majs, sukkerrør, rødbeder forarbejdes ved hjælp af teknologien til alkoholisk gæring.

Biobutanol til tankning af biler

Biobutanol er en biologisk opnået analog af butanol. En farveløs væske med en karakteristisk lugt bruges i vid udstrækning som et kemisk råmateriale i industrien og kan også bruges som transportbrændstof.

Butanolens energiintensitet er tæt på benzin, hvilket giver dig mulighed for delvist at erstatte sidstnævnte i brændselsceller. I modsætning til bioethanol kan biobutanol anvendes uafhængigt uden at tilsætte traditionelle typer brændstof.

De mest forskellige planter fungerer som råmaterialer til produktion af dette bio-stof: roer, cassava, hvede, majs.

Dimethylether (C₂H₆O)

Det er også et miljøvenligt brændstof. Når det brændes, er der ingen svovlforbindelser i udstødningsgasserne, og indholdet af nitrogenforbindelser er 90% lavere end når der brændes benzin.

Dimethylether kan bruges uden specielle filtre, men der skal foretages kardinalændringer i bilens design (elsystem, motorantændelse).

Dimethylether betragtes som en lovende mulighed for bilbrændstof. Maskiner med motorer designet til dette brændstof er udviklet af så store virksomheder som Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan

Uden ændringer kan du bruge kombineret brændstof, der indeholder 30% dimethylether i maskiner, der er udstyret med LPG-motorer.

Flydende brændstoffer kan produceres fra forskellige råmaterialer: naturgas, kulstøv, biomasse og primært fra papirmasse- og papirproduktionsrester, der omdannes til en væske ved lavt tryk.

Enscellulær alge biomethanol

Et lignende stof er en analog med almindelig methanol, der er vidt brugt til fremstilling af et antal kemiske forbindelser (eddikesyre, formaldehyd) og bruges også som frostvæske og opløsningsmiddel.

Spørgsmålet om produktionen af ​​denne type biobrændstof blev først rejst i 1980'erne, da en gruppe forskere foreslog at få et flydende stof ved biokemisk omdannelse af marin planteplankton, hvis dyrkning vil blive udført i specielle reservoirer.

Biomethanol har flere potentielle fordele:

• høj energieffektivitet - 14 efter modtagelse af methan; 7 ved produktion af methanol;
• fremragende planteplanktonproduktivitet - op til 100 ton pr. ha om året
• krævende unicellulære organismertil dyrkning, hvor der ikke er behov for ferskvand, frugtbar jord;
• bevarelse af landbrugsressourcerfordi planteplankton dyrkes i damme eller søbugge.

Selvom den industrielle fremstilling af biomethanol endnu ikke er etableret, er der vedvarende forskning og udvikling af teknologier til udvikling af produktion af denne type alternativt brændstof i gang.

Biodiesel som et alternativ til transport af brændstof

Dette er en flydende biobrændstof, der består af en blanding af fedtsyreestere.Stoffet er sikkert for mennesker og dyr, nedbrydes næsten fuldstændigt i jorden på 28 dage og har også en relativt høj (<100) antændelsestemperatur.

Biodiesel reducerer procentdelen af ​​emissioner af skadelige gasser og forlænger også motorens levetid, da det inkluderer smørekomponenter.

Brændstof bruges til at tanke auto-motorer både uafhængigt og i kombination med konventionelt brændstof. Der skal kun tages en kort holdbarhed på det biologiske stof: efter tre måneder begynder forfaldet af det biologiske stof med et fuldstændigt tab af egenskaber.

For biodiesel i EU er der vedtaget en særlig standard EN14214. I nogle lande er EN590-standarden også gyldig, hvilket tillader tilføjelse af 5% biodiesel til andre brændstoffer.

Type # 3: Gasformig

De vigtigste sorter af gasformigt biobrændstof inkluderer biogas og biohydrogen.

Biogas som erstatning for naturgas

Biogas er en næsten komplet analog naturgas: den indeholder 13-50% CO_2, 49-87% methan såvel som urenheder H₂ og H₂S. Hvis dette stof renses for kuldioxid, kan du få biomethan.

Gasformige biobrændstoffer fremstilles af biomasse ved hydrogen eller metanfermentering. Sidstnævnte er forårsaget af tre typer mikroorganismer: for det første udsættes råmaterialet for hydrolytiske bakterier, som derefter erstattes af syreformende og metandannende mikrober.

Biogasproduktion kan udføres på industrielle og håndværksenheder. Den mest almindelige produktionsmetode er aerob fordøjelse i metantanke.

En række materialer kan bruges som råmaterialer: ensilage, gødning, alger, spildevand, strøelse, fækale rester, husholdningsaffald. Udgangsmaterialet bringes i en homogen tilstand, hvorefter det anbringes i en reaktor ved anvendelse af en læsser.

Det opretholder en behagelig temperatur på + 35-38 ° C, hvilket er nødvendigt for implementeringen af ​​metangæringsprocessen.

Råvarerne blandes konstant, mens det resulterende gasformige produkt udtømmes i gasholderen (opbevaringsenhed), hvorfra det kommer ind i den elektriske generator.

Læs mere om produktionen af ​​biogas fra gødning og arrangementet af et biogasanlæg i artiklerne:

1. Sådan fremstilles biobrændstof med dine egne hænder fra gødning derhjemme
2. Gør-det-selv-biogasanlæg til et privat hus: anbefalinger til enheden og et eksempel på boligforbedring

Kemisk biohydrogen

En type gasformigt biobrændstof, der er en analog til almindeligt brint, opnås fra biomasse ved hjælp af biokemiske eller termokemiske metoder.

I den termokemiske metode opvarmes de tilberedte råmaterialer (for eksempel træaffald) til en temperatur på 500-800 ° C uden ilt, mens gasser H₂CO, CH₄.

En lovende metode til fremstilling af biohydrogen er biophtholyse. I dette tilfælde produceres gassen ved hjælp af alger, der anbringes i havvand og spildevand

I den biokemiske metode holdes råmaterialet under komfortable betingelser ved normalt tryk og temperatur ved ca. 30 ° C.

Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes specielle mikroorganismer indføres i biomassen, som nedbrydes det oprindelige produkt og frigiver brint. Enzymer får lov til at fremskynde produktionen ved hjælp af polysaccharider.

Konklusioner og nyttig video om emnet

I videoen herunder kan du se fremstillingsprocessen for en populær type biobrændstof - træbriketter:

Typer af biobrændstof er ikke kun forskellige i tilstanden af ​​aggregering, men også i egenskaber. Når man vælger sådant materiale, er det nødvendigt at tage hensyn til deres planlagte anvendelse, effektivitet, funktionelle egenskaber og omkostninger.

Har du erfaring med at bruge alternative brændstoffer? Eller vil du stille spørgsmål om biobrændstof? Kommenter publikationen og deltag i diskussionerne.Feedbackblokken findes nedenfor.