Typer af biobrændstoffer: sammenligning af egenskaberne for faste, flydende og gasformige brændstoffer

Et alternativ til traditionelle energiressourcer er forskellige typer biobrændstof, til fremstilling af hvilke plante- eller animalske råvarer, industrielt affald og resultaterne af organismers vitale aktivitet anvendes.

Vi tilbyder at forstå fordelene og ulemperne ved at bruge sådant brændstof, finde ud af produktionsegenskaberne, funktionelle egenskaber og også evaluere effektiviteten af ​​at bruge forskellige typer biologisk brændstof. Oplysningerne vil hjælpe dig med at navigere i valget af alternative energikilder.

Hvad er biobrændstof

Den mest lovende retning i energisektoren er teknologier, der involverer brugen af ​​vedvarende ressourcer, som omfatter biologisk brændstof.

Den mest almindelige type biologisk brændsel er almindeligt brænde. 38 % af verdens befolkning bruger dem til opvarmning og madlavning

Som råvare til dens produktion kan man tage biomasse af vegetabilsk/animalsk oprindelse, herunder industriaffald eller animalsk affald.

Behandlingen af ​​sådanne stoffer udføres ved termokemiske eller biologiske metoder; i sidstnævnte tilfælde opnås brændstof ved hjælp af forskellige typer mikroorganismer.

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

Mange lande har særlige programmer for at øge 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 brændstoffer har deres positive og negative sider. Interessen for brugen af ​​denne type råmateriale er forårsaget af dens utvivlsomme fordele.

Disse omfatter:

• Budgetomkostninger. Selvom priserne på biobrændstof i øjeblikket næsten er de samme som prisen på benzin, betragtes biologiske stoffer som en mere rentabel type brændstof, fordi de producerer færre emissioner ved forbrænding. Biobrændstof er velegnet til brug under forskellige forhold, og det kan tilpasses til motorer af forskelligt design. En anden fordel er optimeringen af ​​motordriften, som forbliver ren længere på grund af den lille mængde sod og udstødningsgasser.
• Mobilitet. Biologisk brændstof adskiller sig fra andre alternative energikilder i dets portabilitet. Sol- og vindanlæg indeholder som regel tunge batterier, så de bruges oftest permanent, mens biobrændstoffer kan transporteres fra en region til en anden uden det store besvær.
• Vedvarende energikilde. Selvom forskere mener, at eksisterende råolieforekomster vil holde i mindst flere hundrede år, er fossile reserver stadig begrænsede. Biobrændstoffer, fremstillet af planter og animalsk affald, er blandt de vedvarende ressourcer, der ikke er i fare for at forsvinde inden for en overskuelig fremtid.
• Beskyttelse af jordens atmosfære. En stor ulempe ved traditionelle kulbrinter er den høje procentdel af CO₂, som frigives ved forbrænding. Denne gas skaber en drivhuseffekt i atmosfæren på vores planet, hvilket skaber betingelserne for global opvarmning. Når biologiske stoffer afbrændes, reduceres mængden af ​​kuldioxid til 65%. Derudover forbruger afgrøder, der bruges til produktion af biobrændstoffer, kulilte, hvilket reducerer dets andel i luften.
• Økonomisk sikkerhed. Kulbrintereserver er ujævnt fordelt, så nogle stater er tvunget til at købe olie eller naturgas og bruge store mængder penge på erhvervelse, transport og opbevaring. Forskellige typer biologisk brændstof kan produceres i næsten ethvert land. Da dets produktion og forarbejdning vil kræve oprettelse af nye virksomheder og dermed arbejdspladser, vil dette gavne den nationale økonomi og have en positiv indvirkning på menneskers velfærd.

Forbedring af teknologi og udvikling af nye metoder kan øge de positive effekter af biobrændstoffer. Således vil udviklingen af ​​teknologier, der bruger plankton og alger, reducere prisen betydeligt.

Samtidig er biobrændstofproduktion på det nuværende udviklingsstadium af videnskab og teknologi forbundet med en række vanskeligheder og ulemper. Først og fremmest er disse naturlige begrænsninger i dyrkning af planter.

Til vækst af afgrøder, der anvendes til biomasseproduktion, skal der tages hensyn til en række faktorer, nemlig:

• Vandforbrug. Landbrugsplanter forbruger meget vand, hvilket er en begrænset ressource, især i tørre områder.
• Invasivitet. Afgrøder dyrket til brændstof er ofte aggressive.De kvæler den autentiske flora, som kan få regionens biodiversitet og økosystem til at lide.
• Gødning. Mange planter kræver yderligere næringsstoffer for at vokse, hvilket kan skade andre afgrøder eller det overordnede økosystem.
• Klima. Visse klimazoner (for eksempel 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 følge heraf til deres udtømning, hvilket vil forværre mad problem.

Økosystemet er forstyrret. Biomasseproduktion kræver normalt udvidelse af landbrugsarealer.

Ofte til dette formål ryddes territoriet, hvilket fører til ødelæggelsen af ​​mikroøkosystemet (for eksempel skove), planters og dyrs død.

En stor mængde afgrøder dyrkes allerede for at producere biobrændstoffer. Mere end 50 % af de rapsfrø, der produceres i Europa, mere end en tredjedel af det amerikanske korn, og næsten halvdelen af ​​sukkerrørene, der dyrkes i Brasilien, bruges til biomasseproduktion.

Der opstår problemer med voksende monokulturer. For at opnå større biomasseudbytter sår producenterne ofte til jord med en bestemt plante. Denne praksis er ikke særlig god for landbrugsjord, da monokultur fører til miljøændringer.

Marker optaget af en type plante er normalt angrebet af specielle typer skadedyr.Et forsøg på at bekæmpe dem ved hjælp af insekticider og pesticider fører kun til udvikling af resistens over for disse midler.

For at undgå de problemer, der er beskrevet ovenfor, råder forskere til ikke at forsømme biodiversiteten af ​​afgrøder ved at kombinere flere planter på markerne og også at bruge lokale sorter af flora.

Generationer af alternative brændstoffer

Den brede vifte af planteråvarer, der bruges til biomasse, er normalt opdelt i flere generationer.

Første generation. Denne kategori omfatter landbrugsafgrøder, der indeholder en høj procentdel af stivelse, sukkerarter og fedtstoffer. Disse er så populære planter som majs, sukkerroer, raps og sojabønner.

Fordi dyrkning af disse afgrøder skader klimaet, og deres fjernelse fra markedet påvirker fødevarepriserne, forsøger forskere at erstatte dem med andre typer biomasse.

Næsten alle typer moderne flydende brændstoffer (biodiesel, ethanol) produceres i dag fra landbrugsanlæg, der tilhører den første generation af råmaterialer.

Anden generation. Biomassegruppen omfatter træ, græs og landbrugsaffald (skaller, skaller). Det er dyrt at producere biobrændstof fra sådanne råmaterialer, men det gør det muligt at løse problemet med genanvendelse af nonfood-rester med samtidig produktion af brændbare materialer.

Et træk ved de afgrøder, der er inkluderet i denne sort, er tilstedeværelsen af ​​lignin og cellulose i dem. Takket være dem kan biomasse brændes og forgasses, samt udsættes for pyrolyse for at producere flydende brændstof.

Den største ulempe ved andengenerationsbiomasse anses for at være utilstrækkeligt afkast pr. arealenhed, hvorfor der skal afsættes betydelige jordressourcer til sådanne afgrøder.

Tredje generation. Råmaterialet til produktion af biobrændsel er alger, som dyrkes i industriel skala, for eksempel i åbne reservoirer.

Den mest lovende mulighed anses for at være biobrændstoffer opnået fra encellede alger. Sådanne planter tager hurtigt på i vægt, og de kræver ikke frugtbar jord for at dyrke dem.

Denne praksis lover meget, men i øjeblikket udvikles sådanne teknologier kun. Forskere udfører også forskning for at skabe teknikker, der gør det muligt at opnå fjerde og endda femte generations biobrændstoffer.

Tre typer biobrændstof

Afhængigt af aggregeringstilstanden stoffet er i, er der tre hovedtyper af biobrændstof:

1. Solid: brænde, tørv, dyre- og landbrugsaffald.
2. Væske: biodiesel, dimethylether, bioethanol, biobutanol.
3. Gasformig: biogas, metan, biobrint.

Hver type stof har sine egne specifikationer, som vil blive diskuteret nedenfor.

Type #1: hårdt

De mest populære faste typer biologisk brændsel omfatter træ, tørv og animalsk affald.

Træ (brænde, flis, savsmuld)

En ældgammel type biobrændsel er det velkendte brænde, som længe har været brugt til at varme huse op og lave mad. Indtil nu er de aktivt brugt i forskellige lande til at generere varme/elektricitet, især et stort østrigsk termisk kraftværk med en kapacitet på 66 megawatt arbejder på træ.

Samtidig har sådanne råvarer ulemper. Energiværdien af ​​brænde er relativt lav: Ved afbrænding sætter en del af stoffet sig i form af sod, hvorfor pejse og brændeovne skal rengøres regelmæssigt.Derudover tager det en vis tid at genopbygge træreserverne - nye træer vil først vokse efter 15-20 år.

Et fremragende alternativ til konventionelt brænde er pellets (granulat), til fremstilling af hvilket substandard træ anvendes: bark, træflis, presset savsmuld, tæve.

Pellets fra træ, tørv og forskelligt affald har forskellige farver. Lyse bruges til at fyre pejse og brændeovne, mens mørke med højt barkindhold er beregnet til fastbrændselskedler

For at producere brændstofpiller bliver råmaterialerne formalet til støv, som derefter tørres og presses ved høje temperaturer. Takket være ligninen indeholdt i træ dannes en klæbrig masse, hvorfra der dannes små cylindre med en længde på 5-70 mm og en diameter på 6-10 mm.

Et moderne alternativ til traditionelt brænde er fire-, seks- eller ottekantede brændselsbriketter. Dette miljøvenlige materiale har høj varmeoverførsel

Du kan selv oprette pilleproduktion ved at lave presse til brændstofbriketter.

Blandt de populære typer biobrændstoffer er træflis, som ofte tjener som energikilde i europæiske termiske kraftværker. Produktionen af ​​disse råvarer udføres på skovningssteder eller på specielle produktionslinjer udstyret med shreddermaskiner.

Sump og skovbrændsel tørv

Det er en almindelig type biobrændstof, der har været brugt til husholdnings- og industriformål i århundreder. Tørv er et lag af mos, der ikke er helt nedbrudt under sumpforhold, og udvindes i mange lande rundt om i verden: Rusland, Hviderusland, Canada, Sverige, Indonesien og andre.

Tørv, 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.

For at lette produktionsprocessen behandles biomasse normalt på udvindingsstedet. Processen består i at rense (sigte) råvarerne fra fremmede indeslutninger, efterfulgt af tørring og støbning til briketter eller granulat.

Brændstof fra landbrugsaffald

I landbrugsproduktionen ophobes der som regel et stort antal forskellige planteaffald: ydre skal af planter, nøddeskaller, halm.

Sådanne råmaterialer kan også presses og granuleres, hvilket giver brændstofpiller, hvis egenskaber praktisk talt ikke adskiller sig fra pellets fremstillet af træbiomasse.

Biobrændstoffer af animalsk oprindelse

Sammen med brænde begyndte folk i oldtiden at bruge brændstof af animalsk oprindelse, nemlig møg - tørret møg fra husdyr. Moderne teknologier til tørring og forarbejdning af sådanne råmaterialer gør det muligt at opnå solide varianter af biobrændstof, der er fuldstændig blottet for ubehagelig lugt.

I lang tid brugte nomadefolk tørret gødning fra heste, kameler og kvæg som brændstof. I øjeblikket produceres biobrændsel af husdyraffald i form af briketter eller piller

Da husdyraffald i øjeblikket akkumuleres i industriel skala, løser produktionen af ​​brændstof fra det samtidig problemet med dets bortskaffelse.

Type #2: væske

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

Bioethanol fra planteafgrøder

Det er et almindeligt flydende biobrændstof, der bruges til brændstof til biler. Selvom det rene stof ikke bruges som brændstof, hjælper dets tilsætning til benzin med at forbedre motorens ydeevne, øge dens effekt, kontrollere motoropvarmningen og reducere udstødningsemissioner.

Mange tankstationer i Europa, Asien, Nord- og Sydamerika tilbyder ikke kun traditionelt brændstof, men også forskellige typer biobrændstof, primært blandinger indeholdende bioethanol

Bioethanol blev også værdsat af pejseelskere. Dette stof har en god varmeoverførsel, og når det brænder, dannes der desuden ingen sod eller røg, og mængden af ​​frigivet kuldioxid minimeres.

Takket være disse funktioner kan brændstoffet endda bruges til at fyre ildsteder i lejlighedsbygninger. Læs mere om biobrændsel til pejse i denne artikel.

Bioethanol fremstilles af førstegenerationsråvarer indeholdende stivelse eller sukker. Korn, majs, sukkerrør og roer behandles ved hjælp af alkoholfermenteringsteknologi.

Biobutanol til tankning af biler

Biobutanol er en biologisk afledt analog af butanol. En farveløs væske med en karakteristisk lugt, den er meget udbredt som et kemisk råmateriale i industrien og kan også bruges som transportbrændstof.

Energiintensiteten af ​​butanol er tæt på benzinens, hvilket gør det muligt delvist at erstatte sidstnævnte i brændselsceller. I modsætning til bioethanol kan biobutanol bruges uafhængigt, uden tilsætning af traditionelle brændstoftyper.

Råvarerne til produktionen af ​​dette biostof er en bred vifte af planter: roer, kassava, hvede, majs.

Dimethylether (C₂H₆O)

Det er også et miljøvenligt brændstof. Når det afbrændes, er der ingen svovlforbindelser i udstødningsgasserne, og indholdet af kvælstofforbindelser er 90 % lavere end ved afbrænding af benzin.

Dimethylether kan bruges uden specielle filtre, men der skal foretages grundlæggende ændringer i bilens design (kraftsystem, motortænding).

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

Uden ændringer kan du bruge et kombinationsbrændstof indeholdende 30 % dimethylether i biler, der er udstyret med LPG-motorer.

Flydende brændsel kan fremstilles af forskellige råmaterialer: naturgas, kulstøv, biomasse og frem for alt fra papirmasse- og papirproduktionsrester, som omdannes til væske under lavt tryk.

Biomethanol fra encellede alger

Dette stof er en analog af almindelig methanol, som er meget udbredt til fremstilling af en række kemiske forbindelser (eddikesyre, formaldehyd), og bruges også som frostvæske og opløsningsmiddel.

Spørgsmålet om at producere denne type biobrændstof blev først rejst i 1980'erne, da en gruppe videnskabsmænd foreslog at producere et flydende stof gennem den biokemiske omdannelse af marine planteplankton, som ville blive dyrket i specielle reservoirer.

Biomethanol har en række potentielle fordele:

• høj energieffektivitet — 14 til metanproduktion, 7 til methanolproduktion;
• fremragende planteplanktonproduktivitet — op til 100 tons pr. hektar pr. år;
• krævende encellede organismer, til hvis dyrkning der ikke er brug for ferskvand og frugtbar jord;
• bevarelse af landbrugets ressourcer, da planteplankton dyrkes i damme eller havbugter.

Selvom den industrielle produktion af biomethanol endnu ikke er etableret, er vedvarende forskning og udvikling af teknologier i gang for at udvikle produktionen af ​​denne type alternative brændstoffer.

Biodiesel som et alternativ til transportbrændstof

Dette er et flydende motorbrændstof, der består af en blanding af fedtsyreestere. Stoffet er sikkert for mennesker og dyr, nedbrydes næsten fuldstændigt i jorden på 28 dage og har desuden et relativt højt (<100) flammepunkt.

Biodiesel reducerer procentdelen af ​​skadelige gasemissioner og forlænger også motorens levetid, da den indeholder smørende komponenter.

Brændstoffet bruges til at tanke bilmotorer, både uafhængigt og i kombination med konventionelt brændstof. Kun den korte holdbarhed af det biologiske stof skal tages i betragtning: efter tre måneder begynder det biologiske stof at nedbrydes med fuldstændigt tab af egenskaber.

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

Type #3: gasformig

De vigtigste typer af gasformige biologiske brændstoffer omfatter biogas og biobrint.

Biogas som erstatning for naturgas

Biogas er en næsten komplet analog af naturgas: den indeholder 13-50% CO_2, 49-87% metan, samt H urenheder₂ og H₂S.Hvis dette stof er oprenset fra kuldioxid, kan biomethan opnås.

Gasformigt biobrændstof fremstilles af biomasse ved brint- eller methangæring. Sidstnævnte er forårsaget af tre typer mikroorganismer: For det første udsættes råvaren for hydrolytiske bakterier, som derefter erstattes af syredannende og metandannende mikrober.

Biogasproduktion kan udføres ved hjælp af industri- og håndværksudstyr. Den mest almindelige produktionsmetode er aerob fordøjelse i metantanke.

En række materialer kan bruges som råvarer: ensilage, gødning, alger, spildevand, affald, fækale rester, husholdningsaffald. Udgangsstoffet bringes i en homogen tilstand, hvorefter det anbringes i reaktoren ved hjælp af en loader.

Der opretholdes en behagelig temperatur på +35-38°C, nødvendig for processen med methangæring.

Råmaterialet blandes konstant, mens det resulterende gasformige produkt udledes i en gasholder (lagerenhed), hvorfra det kommer ind i den elektriske generator.

Mere information om at få biogas fra gylle og oprette et biogasanlæg er skrevet i artiklerne:

1. Sådan laver du biobrændstof med dine egne hænder fra gødning derhjemme
2. Gør-det-selv biogasanlæg til et privat hjem: anbefalinger til enheden og et eksempel på at arrangere et hjemmelavet produkt

Biohydrogen opnået ved kemisk metode

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

I den termokemiske metode opvarmes tilberedte råvarer (for eksempel træaffald) til en temperatur på 500-800°C uden ilt, hvilket frigiver H-gasser₂,CO,CH₄.

En lovende metode til fremstilling af biobrint er biophtolyse. I dette tilfælde produceres gassen ved hjælp af alger, som er placeret i havvand, spildevand

Med den biokemiske metode holdes råvarerne under behagelige forhold ved normalt tryk og en temperatur på cirka 30°C.

Særlige mikroorganismer Enterobacter cloacae og Rodobacter sperioder indføres i biomassen, som nedbryder det originale produkt og frigiver brint. For at fremskynde produktionen ved hjælp af polysaccharider kan enzymer tilsættes.

Konklusioner og nyttig video om emnet

I videoen nedenfor kan du se processen med at lave en populær type biobrændstof - træbriketter:

Typer af biologisk brændstof adskiller sig ikke kun i deres aggregeringstilstand, men også i deres egenskaber. Når du vælger sådanne materialer, er det nødvendigt at tage hensyn til deres tilsigtede anvendelse, effektivitet, funktionelle egenskaber og omkostninger.

Har du erfaring med at bruge alternativt brændstof? Eller vil du stille spørgsmål om biobrændstoffer? Kommenter gerne opslaget og deltag i diskussioner. Feedbackblokken er placeret nedenfor.