Biokütuste liigid: tahke, vedel, gaasiline

Alternatiiv traditsioonilistele energiaallikatele on eri liiki biokütused, mille valmistamiseks kasutatud taimset või loomset toorainet, tööstusjäätmeid ja elu tulemusi organismid.

Soovitame mõista sellise kütuse kasutamise eeliseid ja puudusi, õppida funktsioone tootmist, funktsionaalseid omadusi, samuti erinevate tüüpide kasutamise tõhusust biokütused. See teave aitab navigeerida alternatiivsete energiaallikate valikul.

Mis on biokütus

Energiasektori kõige paljutõotavamad valdkonnad on taastuvaid energiaallikaid kasutavad tehnoloogiad, sealhulgas biokütused.

Tootmise toorainena saate võtta taimse / loomse päritoluga biomassi, sealhulgas tööstusjäätmeid või loomseid jääke.

Selliste ainete töötlemine on termokeemiline või bioloogiline meetod, viimasel juhul saadakse kütus erinevate mikroorganismide abil.

Paljudes riikides on olemas eriprogrammid biokütuste osakaalu suurendamiseks riiklikul ja piirkondlikul energiatarbimisel. Paljudes riikides on ka selle energiaallika kasutamise kohustuslikud normid.

Biokütuste eelised ja puudused

Bioloogilistel kütuseliikidel on positiivne ja negatiivne külg. Huvi selle toorme kasutamise vastu selle kahtlemata eeliste tõttu.

Nende hulka kuuluvad:

• Eelarve väärtus. Kuigi biokütuste hind langeb praegu kokku bensiini maksumusega, peetakse bioloogilisi aineid tulutoovamaks kütuseliigiks, kuna need tekitavad põletamisel vähem heitkoguseid. Biokütused sobivad kasutamiseks mitmesugustes tingimustes, samas kui neid saab kohandada erinevate konstruktsioonidega mootoritele. Teine eelis on mootori optimeerimine, mis jääb tahma ja heitgaaside väikese koguse tõttu pikemaks.
• Liikuvus. Biokütus erineb liikuvuse tõttu teistest alternatiivsetest energiaallikatest. Päikeseenergia ja tuuleenergia elektrijaamade projekteerimine sisaldab tavaliselt raskeid patareisid, nii et nad on sageli neid kasutatakse pidevalt, samal ajal kui biokütust saab transportida ühest piirkonnast teine.
• Taastuvenergia. Kuigi teadlaste sõnul kestavad olemasolevad toornafta hoiused vähemalt paarsada aastat, on mineraalivarud endiselt piiratud. Taimedest ja loomsetest jäätmetest valmistatud biokütused kuuluvad taastuvate loodusvarade hulka, mis lähitulevikus ei ole väljasuremisohus.
• Maa atmosfääri kaitse. Traditsiooniliste süsivesinike suureks puuduseks on suur osa CO.₂põlemisel vabaneb. See gaas tekitab kasvuhooneefekti meie planeedi atmosfääris, luues tingimused globaalseks soojenemiseks. Bioloogiliste ainete põletamisel väheneb süsinikdioksiidi kogus 65% -ni. Lisaks tarbivad biokütuste tootmiseks kasutatavad kultuurid süsinikmonooksiidi, vähendades selle osa õhus.
• Majanduslik julgeolek. Süsivesinike reservid jaotuvad ebaühtlaselt, mistõttu mõned riigid on sunnitud ostma naftat või maagaasi, kulutades suuri summasid ostmiseks, transportimiseks ja ladustamiseks. Peaaegu igas riigis on võimalik saada erinevaid bioloogilisi kütuseid. Tootmise ja töötlemise osas on vaja luua uusi ettevõtteid ja \ t sellest tulenevalt saavad töökohad kasu riigi majandusele ja avaldavad positiivset mõju inimeste heaolu.

Tehnoloogia parandamine ja uute meetodite väljatöötamine suurendab biokütuste positiivset mõju. Seega vähendab planktonit ja vetikaid kasutavate tehnoloogiate arendamine oluliselt selle hinda.

Samal ajal seostub biokütuste tootmine teaduse ja tehnoloogia praeguses arengufaasis mitmete raskuste ja ebamugavustega. Esiteks on need loomulikud piirangud taimede kasvatamisel.

Biomassi tootmiseks kasutatavate põllukultuuride kasvatamiseks tuleb kaaluda mitmeid tegureid, nimelt:

• Vee kasutamine. Põllumajandusettevõtted tarbivad palju vett, mis on piiratud ressurss, eriti kuivades kohtades.
• Invasiivsus. Kütuseks kasvatatud kultuurid on sageli agressiivsed. Nad uputavad välja autentse taimestiku, mis võib mõjutada piirkonna bioloogilist mitmekesisust ja ökosüsteemi.
• Väetised. Paljude taimede kasv nõuab toitaineid, mis võivad kahjustada teisi põllukultuure või üldist ökosüsteemi.
• Kliima Eraldi kliimavööndid (näiteks kõrb või tundra) ei sobi biokütuste kasvatamiseks.

Põllumajanduskultuuride aktiivne kasvatamine on seotud põllumajandusressursside ammendumisega, põllumajandusliku tehnika reeglite mittejärgimine kaasa tooma mullas sisalduvate kasulike komponentide sisalduse vähenemise ja järelikult ka nende kahanemise, mis põhjustab toiduainete halvenemist. probleeme.

Esineb ökosüsteemi häire. Biomassi tootmiseks on tavaliselt vaja põllumajandusega seotud territooriumide laiendamist.

Sageli teostatakse sel eesmärgil territooriumi puhastamine, mis toob kaasa mikroökosüsteemi (näiteks metsade) hävitamise, taimede ja loomade surma.

Monokultuuride kasvatamisel on probleeme. Et saada rohkem biomassi saagikust, külvavad tootjad sageli maad teatud taimega. See tava ei kajastu väga hästi põllumajandusmaa seisundis, kuna monokultuur viib keskkonna muutumiseni.

Valdkonnas, kus asuvad ühe taime liigid, tekivad tavaliselt parasiitideks spetsiaalsed kahjuriliigid. Katse kontrollida neid insektitsiidide ja pestitsiididega toob kaasa nende ainete suhtes resistentsuse tekke.

Eespool kirjeldatud probleemide vältimiseks soovitavad teadlased mitte jätta tähelepanuta põllukultuuride bioloogilist mitmekesisust, kombineerides mitmeid põllukultuure, samuti kasutada kohalikke taimestiku sorte.

Alternatiivse kütuse põlvkonnad

Mitmeid biomassi jaoks kasutatavaid taimset toorainet saab jagada mitmeks põlvkonnaks.

Esimene põlvkond. Sellesse kategooriasse kuuluvad kultuurid, mis sisaldavad suurt protsenti tärklist, suhkruid, rasvu. Need on sellised populaarsed taimed nagu mais, suhkrupeet, raps, soja.

Kuna nende põllukultuuride kasvatamine kahjustab kliimat ja nende turult kõrvaldamine mõjutab toodete hinnakujundust, püüavad teadlased neid asendada teiste biomassi liikidega.

Teine põlvkond. Biomassi gruppi kuuluvad puit, rohi, põllumajandusjäätmed (kest, koor). Biokütuste saamine sellistest toorainetest on kulukas, kuid lahendab toiduks mittekasutatavate jääkide kõrvaldamise probleemi samaaegsel põlevate materjalide tootmisel.

Selles sordis sisalduvate kultuuride tunnuseks on ligniini ja tselluloosi olemasolu nendes. Tänu neile võib biomassi põletada ja gaasistada ning samuti pürolüüsida, saades vedelat kütust.

Teise põlvkonna biomassi peamiseks puuduseks on tagasipöördumise puudumine pindalaühiku kohta, mistõttu tuleb selliste põllukultuuride jaoks eraldada märkimisväärseid maaressursse.

Kolmas põlvkond. Biokütuste tootmise tooraine on vetikad, mida kasvatatakse tööstuslikus mastaabis, näiteks avatud vees.

Sellel praktikal on suured väljavaated, kuid praegu on sellised tehnoloogiad välja töötatud. Teadlased viivad läbi uuringuid ka tehnikate loomiseks, mis võimaldavad saada neljanda ja isegi viienda põlvkonna biokütuseid.

Kolm liiki biokütuseid

Sõltuvalt aine koondumise seisust on biokütuste kolm peamist tüüpi:

1. Tahke: küttepuud, turvas, loomsed jäätmed ja põllumajanduslik tootmine.
2. Vedelik: biodiislikütus, dimetüüleeter, bioetanool, biobutanool.
3. Gaasiline: biogaas, metaan, biohüdrogeen.

Igal ainetüübil on oma eripära, mida käsitletakse allpool.

Tüüp # 1: tahke

Kõige populaarsemad biokütuste sordid on puit, turvas, loomsed jäätmed.

Puit (küttepuud, laastud, saepuru)

Biokütuste iidne vorm on tuntud küttepuud, mida on pikka aega kasutatud kodude ja toiduvalmistamiseks. Seni on neid aktiivselt kasutatud erinevates riikides soojuse / elektri tootmiseks, eriti suur Austria 66 MW võimsusega soojuselektrijaam töötab küttepuudel.

Samal ajal on sellistel toorainetel puudused. Küttepuude energiasisaldus on suhteliselt väike: põletamisel koguneb osa ainest tahma, mille tõttu tuleb kaminaid ja ahju korrapäraselt puhastada. Lisaks kulub aega puidu varude täiendamiseks - uued puud kasvavad alles 15-20 aastat.

Suurepärane alternatiiv tavapärasele küttepuudele on graanulid, mille valmistamiseks kasutatakse ebastandardset puitu: koor, laastud, pressitud saepuruharud

Kütuse graanulite tootmiseks jahvatatakse tooraine tolmuks, mis seejärel kuivatatakse ja pressitakse kõrgel temperatuuril. Puidust sisalduva ligniini tõttu moodustub kleepuv mass, millest moodustuvad väikesed balloonid pikkusega 5-70 mm ja läbimõõduga 6-10 mm.

Pelletite tootmist saate ise seadistada. briketipress.

Populaarsete biokütuste hulka kuuluvad puiduhake, mis on sageli Euroopa soojuselektrijaamade energiaallikaks. Selle tooraine tootmine toimub metsamaterjalides või spetsiaalsetes purustamismasinatega varustatud tootmisliinides.

Marsh ja metsa kütuse turvas

See on tavaline biokütuste vorm, mida kasutatakse kodu- ja tööstuslikel eesmärkidel sajandeid. Turvas on sambla kiht, mis ei ole sootingimustes täielikult lagunenud ja on koristatud paljudes maailma riikides: Venemaal, Valgevenes, Kanadas, Rootsis, Indoneesias ja teistes riikides.

Tootmisprotsessi mugavuse huvides töödeldakse biomassi tavaliselt kaevandamiskohas. Protsess seisneb toorainete puhastamises (sõelumine) võõrastest sulgemistest, millele järgneb kuivatamine ja vormimine brikettide või graanulite kujul.

Põllumajandusjäätmete kütus

Põllumajandustootmises koguneb reeglina suur hulk erinevaid taimseid jäätmeid: taimede väliskoored, pähklid, õled.

Selliseid tooraineid saab ka pressida ja granuleerida, et saada kütusepelletid, mille omadused praktiliselt ei erine puidust biomassist valmistatud pelletitest.

Loomset päritolu biokütused

Koos küttepuudega iidsetel aegadel hakkasid inimesed kasutama loomse päritoluga kütust, nimelt sõnnikuga kuivatatud koduloomade sõnnikut. Kaasaegsed sarnaste toorainete kuivatamise ja töötlemise tehnoloogiad võimaldavad saada tahkeid biokütuste sorte, millel puudub täiesti ebameeldiv lõhn.

Kuna praegu on loomsed jäätmed tööstuslikus koguses kogunenud, lahendab nende kütuse tootmine samaaegselt nende kasutamise probleemi.

Tüüp # 2: vedelik

Ohutuid ja keskkonnasõbralikke vedelaid biokütuse variante kasutatakse enamasti bensiini ja muude samalaadsete vahendite asendajana. Kõige levinumad võimalused hõlmavad bioetanooli, biometanooli, biobutanooli, biodiislit, dimetüüleetrit.

Bioetanool taimedest

See on tavaline vedel biokütus, mida kasutatakse autode tankimiseks. Kuigi puhast ainet ei kasutata kütusena, parandab selle lisamine bensiini jõudlust. mootorit, suurendades selle võimsust, jälgides mootori kütmist, vähendades heitgaase gaasid.

Kaminamehed hindasid ka bioetanooli. Sellel ainel on hea soojusülekanne, lisaks, kui see on põlenud, ei moodustu tahma ega suitsu ning eraldunud süsinikdioksiidi kogus on minimaalne.

Tänu sellistele omadustele saab kütust kasutada isegi korterelamute kamina soojendamiseks. Lisateave on kirjutatud biokütuste kohta kaminates see artikkel.

Bioetanooli toodetakse esimese põlvkonna tärklist või suhkrut sisaldavatest toorainetest. Teravilja, teravilja, suhkruroo, peet töödeldakse alkohoolse kääritamise tehnoloogia abil.

Biobutanool autode tankimiseks

Biobutanool on bioloogiliselt toodetud butanoolanaloog. Värvitu vedelik, millel on iseloomulik lõhn, on tööstuses laialdaselt kasutatav keemilise toorainena ning seda võib kasutada ka transpordikütusena.

Butanooli energiasisaldus on lähedal bensiinile, mis võimaldab viimast kütuseelementides osaliselt asendada. Erinevalt bioetanoolist saab biobutanooli kasutada iseseisvalt, lisamata traditsioonilisi kütuseliike.

Selle bioloogilise aine tootmiseks kasutatavad toormaterjalid on erinevad taimed: suhkrupeedi, kassava, nisu, mais.

Dimetüüleeter (C₂H₆O)

See on ka keskkonnasõbralik kütus. Kui heitgaasis põletatakse, ei ole väävliühendeid ja lämmastikuühendite sisaldus on 90% madalam kui bensiini põletamisel.

Dimetüüleetrit saab kasutada ilma spetsiaalsete filtriteta, kuid auto konstruktsiooni (elektrisüsteem, mootori süüde) tuleb drastiliselt muuta.

Ilma igasuguste muudatusteta võib LPG mootoritega varustatud masinates kasutada kombineeritud kütust, mis sisaldab 30% dimetüüleetrit.

Vedelkütust saab toota erinevatest toorainetest: maagaas, kivisöepulber, biomass ja varem kogu paberimassi- ja paberitootmisjäägid, mis muutuvad kergeks rõhuks vedelikuks.

Biometanool ühekomponentsetest vetikatest

See aine on sarnane tavapärasele metanoolile, mida kasutatakse laialdaselt mitmete valmistamiseks keemilised ühendid (äädikhape, formaldehüüd) ja neid kasutatakse ka antifriisi ja lahusti.

Esimest korda tõstatati selle biokütuse tootmise küsimus 1980. aastatel, kui rühm teadlasi tegi ettepaneku vedeliku tootmiseks. mere fütoplanktoni biokeemilise ümberkujundamise kaudu, mida kasvatatakse erilisel viisil reservuaarid.

Biometanoolil on mitmeid võimalikke eeliseid:

• kõrge energiatõhusus - 14 metaani saamisel, 7 metanooli tootmisel;
• suurepärane fütoplanktoni tootlikkus - kuni 100 tonni hektari kohta aastas;
• soovimatud üheahelalised organismid, mille kasvatamiseks ei ole vaja värsket vett, viljakas pinnas;
• põllumajandusressursside kaitsesest fütoplanktoni kasvatatakse tiikides või merepiirkondades.

Kuigi biometanooli tööstuslikku tootmist ei ole veel välja kujunenud, on praegu käimas püsivad teadusuuringud ja tehnoloogia arendamine sellise alternatiivse kütuse tootmise arendamiseks.

Biodiisel kui alternatiiv kütuse transpordile

See on vedelkütuse biokütus, mis koosneb rasvhapete estrite segust. Aine on inimeste ja loomade jaoks ohutu, peaaegu täielikult laguneb maapinnal 28 päeva, samuti on see suhteliselt kõrge (<100) süttimistemperatuuriga.

Biodiisel vähendab kahjulike gaaside heitkoguseid ja pikendab ka mootori eluiga, kuna see sisaldab määrdeaineid.

Kütust kasutatakse auto mootorite tankimiseks nii iseseisvalt kui ka tavapärase kütusega. Arvesse tuleks võtta ainult lühikest bioloogilise aine säilivusaega: kolme kuu pärast algab bioloogilise aine lagunemine omaduste täieliku kadumisega.

Biodiisli puhul ELis võeti vastu spetsiaalne standard EN14214. Paljudes riikides kehtib ka EN590 standard, mis võimaldab lisada 5% biodiislit teistele kütustele.

Tüüp # 3: gaasiline

Peamised gaasiliste biokütuste liigid on biogaas ja bio-vesinik.

Biogaas kui maagaasi asendaja

Biogaas on praktiliselt täielik maagaasi analoog: see sisaldab 13-50% CO_2, 49-87% metaani, samuti lisandeid H₂ ja H₂S. Kui see aine puhastatakse süsinikdioksiidist, saad biometaani.

Gaasilist biokütust toodetakse biomassist vesiniku või metaani kääritamise teel. Viimane on põhjustatud kolme tüüpi mikroorganismidest: esiteks, tooraine puutub kokku bakterite hüdrolüüsimisega, mis asendatakse seejärel happega moodustuvate ja metaani moodustavate mikroobidega.

Toorainena võib kasutada erinevaid materjale: silo, sõnnik, vetikad, kanalisatsioon, allapanu, fekaalijäägid, majapidamisjäätmed. Lähtematerjal viiakse homogeensesse olekusse, seejärel asetatakse see laaduri abil reaktorisse.

See säilitab mugava temperatuuri + 35-38 ° C, mis on vajalik metaani kääritamise protsessi rakendamiseks.

Toorained segatakse pidevalt ja saadud gaasiline toode juhitakse gaasipaaki (ladustamisüksusesse), kust see generaatorisse siseneb.

Lisateavet biogaasi hankimise kohta sõnnikust ja biogaasitehase paigutamisest on kirjutatud artiklites:

1. Kuidas teha oma käega biokütust sõnnikust kodus
2. Biogaasi paigaldamine eramajale oma kätega: soovitused seadmele ja näide omatehtud seadmetest

Keemilise meetodiga saadud bioloogiline vesinik

Biomassi abil saadakse biokeemilisi või termokeemilisi meetodeid kasutades erinevaid gaasilisi biokütuseid, mis on tavalise vesiniku analoog.

Termokeemilisel meetodil kuumutatakse ettevalmistatud tooraine (näiteks puidujäätmed) temperatuurini 500–800 ° C ilma hapnikuta ja eralduvad H-gaasid.₂, CO, CH₄.

Biokeemilises meetodis hoitakse toorainet normaalsel rõhul ja umbes 30 ° C juures mugavatel tingimustel.

Biomassi viiakse sisse erilised mikroorganismid Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes, mis lagunevad algse toote, vabastades vesiniku. Ensüümidel lubatakse kiirendada tootmist polüsahhariidide abil.

Järeldused ja kasulik video antud teemal

Alloleval videol on näha populaarse biokütuse - puitbriketi valmistamise protsess:

Biokütuste liigid erinevad mitte ainult koondumise seisukorrast, vaid ka nende omadustest. Sellise materjali valimisel on vaja arvestada nende kavandatavat kasutamist, tõhusust, funktsionaalseid omadusi ja kulusid.

Kas teil on kogemusi alternatiivkütuse kasutamisel? Või sooviksite esitada küsimusi biokütuste kohta? Palun kommenteerige avaldamist ja osalege aruteludes. Tagasiside plokk asub allpool.