Soorten biobrandstoffen: een vergelijking van vast, vloeibaar, gasvormig

Een alternatief voor traditionele energiebronnen zijn verschillende soorten biobrandstoffen, voor de vervaardiging waarvan gebruikte plantaardige of dierlijke grondstoffen, industrieel afval en de resultaten van het leven organismen.

We stellen voor om de voor- en nadelen van het gebruik van dergelijke brandstof te begrijpen, de functies te leren kennen productie, functionele kenmerken, evenals evalueren van de effectiviteit van het gebruik van verschillende soorten biobrandstof. Deze informatie zal helpen bij het navigeren in de selectie van alternatieve energiebronnen.

Wat is biobrandstof

De meest veelbelovende gebieden in de energiesector zijn technologieën die gebruikmaken van hernieuwbare hulpbronnen, waaronder biobrandstoffen.

Als grondstof voor de productie ervan, kunt u biomassa van plantaardige / dierlijke oorsprong gebruiken, inclusief industrieel afval of dierlijke reststoffen.

De verwerking van dergelijke stoffen is thermochemische of biologische methode, in het laatste geval wordt de brandstof verkregen met behulp van verschillende soorten micro-organismen.

In veel landen zijn er speciale programma's om het aandeel biobrandstoffen in het nationale en regionale energieverbruik te vergroten. In een aantal staten zijn er ook verplichte normen voor het gebruik van deze energiebron.

De voor- en nadelen van biobrandstoffen

Biologische soorten brandstof hebben hun positieve en negatieve kanten. Interesse in het gebruik van dit type grondstof vanwege de onbetwiste voordelen.

Deze omvatten:

• Budgetwaarde. Hoewel op dit moment de prijs van biobrandstoffen praktisch samenvalt met de kosten van benzine, worden biologische stoffen als een meer rendabele brandstofsoort beschouwd, omdat ze bij het verbranden minder emissies produceren. Biobrandstoffen zijn geschikt voor gebruik in verschillende omstandigheden, terwijl het kan worden aangepast aan motoren met verschillende ontwerpen. Een ander voordeel is de optimalisatie van de motor, die langer schoon blijft vanwege de kleine hoeveelheid roet en uitlaatgassen.
• mobiliteit. Biobrandstof onderscheidt zich van andere alternatieve energieopties door zijn mobiliteit. Het ontwerp van zonne- en windenergie-installaties omvat meestal zware batterijen, dus dat zijn ze vaak worden permanent gebruikt, terwijl biobrandstoffen van de ene regio naar de andere kunnen worden getransporteerd een ander.
• Hernieuwbare energie. Hoewel, volgens onderzoekers, de bestaande stortingen van ruwe olie minstens enkele honderden jaren zullen aanhouden, zijn de minerale reserves nog steeds eindig. Biobrandstoffen gemaakt van planten en dierlijk afval behoren tot de hernieuwbare bronnen die binnen afzienbare tijd niet met uitsterven worden bedreigd.
• Aardatmosfeerbescherming. Een groot nadeel van traditionele koolwaterstoffen is een groot percentage CO.₂dat komt vrij bij verbranding. Dit gas creëert een broeikaseffect in de atmosfeer van onze planeet, waardoor er omstandigheden ontstaan ​​voor het broeikaseffect. Tijdens de verbranding van biologische stoffen wordt de hoeveelheid koolstofdioxide teruggebracht tot 65%. Daarnaast verbruiken gewassen die worden gebruikt bij de productie van biobrandstoffen koolmonoxide, waardoor het aandeel in de lucht wordt verminderd.
• Economische veiligheid. Koolwaterstoffenreserves zijn ongelijk verdeeld, daarom zijn sommige staten gedwongen olie of aardgas te kopen, waarbij ze grote hoeveelheden geld uitgeven om te kopen, te vervoeren en op te slaan. Verschillende soorten biologische brandstof kunnen in bijna elk land worden verkregen. Wat de vervaardiging en verwerking ervan betreft, zullen nieuwe ondernemingen moeten worden opgericht en, dienovereenkomstig zullen banen de nationale economie ten goede komen en een positief effect hebben op welzijn van mensen.

Verbetering van de technologie en ontwikkeling van nieuwe methoden zullen de positieve effecten van biobrandstoffen versterken. Zo zal de ontwikkeling van technologieën die plankton en algen gebruiken de prijs ervan aanzienlijk verlagen.

Tegelijkertijd houdt de productie van biobrandstoffen in het huidige ontwikkelingsstadium van wetenschap en technologie een aantal moeilijkheden en ongemakken in. Allereerst zijn dit natuurlijke beperkingen bij het kweken van planten.

Voor de groei van gewassen die worden gebruikt voor de productie van biomassa, moet een aantal factoren worden overwogen, namelijk:

• Water gebruik. Landbouwplanten verbruiken veel water, wat een beperkte hulpbron is, vooral op droge plaatsen.
• invasiveness. Culturen geteeld voor brandstof zijn vaak agressief. Ze overstemmen de authentieke flora, die de biodiversiteit en het ecosysteem van de regio kan aantasten.
• meststoffen. De groei van veel planten vereist de toevoeging van voedingsstoffen die andere gewassen of het algemene ecosysteem kunnen schaden.
• Klimaat. Afzonderlijke klimaatzones (bijvoorbeeld woestijn of toendra) zijn niet geschikt voor het telen van gewassen met biobrandstoffen.

De actieve teelt van landbouwgewassen wordt geassocieerd met de uitputting van agrarische hulpbronnen. Niet-naleving van de regels van de landbouwtechniek kan leiden tot een afname van het gehalte aan gunstige bodemcomponenten en bijgevolg tot hun uitputting, waardoor voedsel verergert problemen.

Er treedt ecosysteemverstoring op. Voor de productie van biomassa is meestal de uitbreiding van de landbouwgebieden vereist.

Vaak wordt hiervoor het gebied gereinigd, wat leidt tot de vernietiging van het micro-ecosysteem (bijvoorbeeld bossen), de dood van planten en dieren.

Er zijn problemen met groeiende monoculturen. Om meer biomassaopbrengst te krijgen, zaaien producenten het land vaak met een bepaalde plant. Deze praktijk wordt niet zo goed weerspiegeld in de staat van de landbouwgrond, aangezien monocultuur leidt tot een verandering van de omgeving.

Op de velden die worden bezet door één soort planten parasiteren speciale soorten plagen meestal. Een poging om ze te bestrijden met insecticiden en pesticiden leidt alleen tot de ontwikkeling van resistentie tegen deze middelen.

Om de hierboven beschreven problemen te vermijden, adviseren wetenschappers om de biodiversiteit van gewassen niet te verwaarlozen door verschillende planten in het veld te combineren en om lokale flora-variaties te gebruiken.

Generaties van alternatieve brandstof

Een breed scala aan plantaardige grondstoffen voor biomassa kan worden onderverdeeld in verschillende generaties.

Eerste generatie. Deze categorie omvat gewassen die een hoog percentage zetmeel, suikers, vetten bevatten. Dit zijn populaire planten als maïs, suikerbieten, koolzaad, soja.

Aangezien de teelt van deze gewassen schadelijk is voor het klimaat, en hun verwijdering uit de markt van invloed is op de prijsstelling van producten, proberen wetenschappers ze te vervangen door andere soorten biomassa.

Tweede generatie. De biomassagroep omvat hout, gras, landbouwafval (schaal, schil). Het verkrijgen van biobrandstoffen uit dergelijke grondstoffen is kostbaar, maar het lost het probleem op van het recyclen van non-foodresten met de gelijktijdige productie van brandbare materialen.

Een kenmerk van de culturen in dit ras is de aanwezigheid van lignine en cellulose daarin. Dankzij hen kan biomassa worden verbrand en vergast en ook worden onderworpen aan pyrolyse waarbij vloeibare brandstof wordt verkregen.

Het grootste nadeel van de biomassa van de tweede generatie is het gebrek aan rendement per oppervlakte-eenheid, en daarom moeten aanzienlijke landbronnen voor dergelijke gewassen worden toegewezen.

Derde generatie. De grondstof voor de productie van biobrandstoffen zijn algen die op industriële schaal worden gekweekt, bijvoorbeeld in open water.

Deze praktijk heeft grote perspectieven, maar momenteel worden dergelijke technologieën alleen maar ontwikkeld. Wetenschappers doen ook onderzoek naar het creëren van technieken waarmee biobrandstoffen van de vierde en zelfs de vijfde generatie kunnen worden verkregen.

Drie soorten biobrandstoffen

Afhankelijk van de aggregatietoestand van de stof zijn er drie hoofdtypen biobrandstoffen:

1. een stevige: brandhout, turf, dierlijk afval en landbouwproductie.
2. vloeistof: biodiesel, dimethylether, bio-ethanol, biobutanol.
3. gas-: biogas, methaan, biowaterstof.

Elk type stof heeft zijn eigen specifieke kenmerken, die hieronder zullen worden besproken.

Type # 1: vast

De meest populaire vaste variëteiten van biobrandstoffen zijn hout, turf, dierlijk afval.

Hout (brandhout, chips, zaagsel)

De oude vorm van biobrandstoffen is bekend brandhout, dat al lang wordt gebruikt voor het verwarmen van huizen en koken. Tot nu toe worden ze in verschillende landen actief gebruikt voor de productie van warmte / elektriciteit, met name een grote Oostenrijkse thermische centrale met een capaciteit van 66 megawatt werkt op brandhout.

Tegelijkertijd hebben dergelijke grondstoffen nadelen. De energetische waarde van brandhout is relatief klein: bij verbranding hoopt een deel van de stof zich op in de vorm van roet, waardoor de haarden en kachels regelmatig moeten worden gereinigd. Bovendien kost het tijd om de voorraad hout aan te vullen - nieuwe bomen zullen slechts in 15-20 jaar groeien.

Een uitstekend alternatief voor conventioneel brandhout zijn pellets (korrels), voor de productie waarvan minderwaardig hout wordt gebruikt: schors, spaanders, gedrukt zaagsel, Takken.

Voor de productie van brandstofpellets worden de grondstoffen gemalen tot stof, dat vervolgens bij hoge temperatuur wordt gedroogd en geperst. Vanwege de lignine die zich in het hout bevindt, wordt een kleverige massa gevormd, waaruit kleine cilinders met een lengte van 5-70 mm en een diameter van 6-10 mm worden gevormd.

Je kunt de productie van pellets zelf opzetten. brikettenpers.

Tot de populaire soorten biobrandstoffen behoren houtsnippers, die vaak dienen als energiebron voor Europese thermische energiecentrales. De productie van deze grondstof wordt uitgevoerd op houtvestingslocaties of op speciale productielijnen die zijn uitgerust met shreddermachines.

Marsh en bosbrandstofveen

Dit is een veel voorkomende vorm van biobrandstoffen, die al eeuwenlang wordt gebruikt voor huishoudelijke en industriële doeleinden. Turf is een laag mos die niet volledig is ontbonden in de moerasomstandigheden en wordt geoogst in veel landen over de hele wereld: Rusland, Wit-Rusland, Canada, Zweden, Indonesië en anderen.

Voor het gemak van het productieproces wordt biomassa meestal verwerkt op de winningslocatie. Het proces bestaat uit het reinigen (screenen) van de grondstoffen van externe shutdowns, gevolgd door drogen en gieten in de vorm van briketten of korrels.

Landbouwafvalbrandstof

In de landbouwproductie hoopt zich in de regel een groot aantal verschillende plantenafvalstoffen op: de buitenschillen van planten, notendoppen, stro.

Dergelijke grondstoffen kunnen ook geperst en gegranuleerd worden om brandstofpellets te verkrijgen, waarvan de karakteristieken praktisch niet verschillen van pellets gemaakt van houtachtige biomassa.

Biobrandstoffen van dierlijke oorsprong

Samen met brandhout in de oudheid, begonnen mensen brandstof van dierlijke oorsprong te gebruiken, namelijk mest - gedroogde mest van huisdieren. Moderne technologieën voor het drogen en verwerken van vergelijkbare grondstoffen maken het mogelijk om vaste variëteiten biobrandstoffen te verkrijgen, volledig verstoken van een onaangename geur.

Omdat op dit moment dierlijk afval op industriële schaal wordt geaccumuleerd, lost de productie van brandstof daaruit tegelijkertijd het probleem van hun gebruik op.

Type # 2: vloeistof

Vloeibare biobrandstofvarianten die veilig en milieuvriendelijk zijn, worden meestal gebruikt als vervanging voor benzine en andere soortgelijke middelen. De meest voorkomende opties zijn onder andere bio-ethanol, biomethanol, biobutanol, biodiesel, dimethylether.

Bio-ethanol uit planten

Dit is een veelvoorkomende vloeibare biobrandstof die wordt gebruikt voor het tanken van auto's. Hoewel de zuivere stof niet als brandstof wordt gebruikt, verbetert de toevoeging aan benzine de prestaties. motor, verhoogt het vermogen, bewaakt de verwarming van de motor en vermindert de uitlaatemissies gassen.

Bio-ethanol werd ook gewaardeerd door liefhebbers van open haarden. Deze stof heeft een goede warmteoverdracht, bovendien wordt er bij verbranding geen roet of rook gevormd en wordt de hoeveelheid uitgestoten koolstofdioxide geminimaliseerd.

Dankzij dergelijke functies kan brandstof zelfs worden gebruikt voor het verwarmen van de haard in appartementsgebouwen. Lees meer over biobrandstoffen voor open haarden dit artikel.

Bio-ethanol wordt geproduceerd uit grondstoffen van de eerste generatie die zetmeel of suiker bevatten. Granen, maïs, suikerriet, bieten worden verwerkt door de technologie van alcoholische gisting.

Biobutanol voor het tanken van auto's

Biobutanol is een biologisch geproduceerd butanol-analogon. De kleurloze vloeistof, die een karakteristieke geur heeft, wordt veel gebruikt als chemische grondstof in de industrie en kan ook worden gebruikt als transportbrandstof.

De energie-inhoud van butanol ligt dicht bij benzine, waardoor deze laatste gedeeltelijk in brandstofcellen kan worden vervangen. In tegenstelling tot bio-ethanol kan biobutanol onafhankelijk worden gebruikt, zonder toevoeging van traditionele soorten brandstof.

De grondstoffen voor de productie van deze bio-substantie zijn een verscheidenheid aan planten: bieten, cassave, tarwe, maïs.

Dimethylether (C₂H₆O)

Het is ook milieuvriendelijke brandstof. Wanneer het wordt verbrand in de uitlaatgassen zijn er geen zwavelverbindingen en het gehalte aan stikstofverbindingen is 90% lager dan tijdens de verbranding van benzine.

Dimethylether kan worden gebruikt zonder speciale filters, maar het ontwerp van de auto (voedingssysteem, ontsteking van de motor) moet drastisch worden gewijzigd.

Zonder enige wijziging kan een gecombineerde brandstof die 30% dimethylether bevat, worden gebruikt in machines die zijn uitgerust met LPG-motoren.

Vloeibare brandstof kan worden geproduceerd uit verschillende grondstoffen: aardgas, kolenstof, biomassa en daarvoor totaal resten van pulp en papierproductie die onder lichte druk in een vloeistof worden omgezet.

Biomethanol uit eencellige algen

Deze stof is vergelijkbaar met conventionele methanol, die op grote schaal wordt gebruikt om een ​​aantal te produceren chemische verbindingen (azijnzuur, formaldehyde), en wordt ook gebruikt als antivries en oplosmiddel.

Voor het eerst werd de vraag naar de productie van dit soort biobrandstoffen opgeworpen in de jaren tachtig, toen een groep wetenschappers voorstelde vloeibare substantie door de biochemische transformatie van marien fytoplankton, die in speciaal zal worden gekweekt reservoirs.

Biomethanol heeft verschillende potentiële voordelen:

• hoge energie-efficiëntie - 14 na ontvangst van methaan, 7 bij de productie van methanol;
• uitstekende productiviteit van fytoplankton - tot 100 ton per hectare per jaar;
• niet veeleisende eencellige organismenvoor de teelt waarvan geen vers water, vruchtbare grond nodig is;
• behoud van agrarische hulpbronnenomdat fytoplankton wordt gekweekt in vijvers of zee-baaien.

Hoewel de industriële productie van biomethanol nog niet is vastgesteld, wordt momenteel hardnekkig onderzoek en ontwikkeling van technologieën voor de ontwikkeling van de productie van dit type alternatieve brandstof uitgevoerd.

Biodiesel als alternatief voor brandstoftransport

Dit is een vloeibare motorbrandstof die bestaat uit een mengsel van vetzuuresters. De stof is veilig voor mens en dier, bijna volledig ontbindt in de grond gedurende 28 dagen, en heeft ook een relatief hoge (<100) ontbrandingstemperatuur.

Biodiesel vermindert het percentage emissies van schadelijke gassen en verlengt ook de levensduur van de motor, omdat deze smeercomponenten bevat.

Brandstof wordt gebruikt voor het tanken van auto-motoren, zowel onafhankelijk als in combinatie met conventionele brandstof. Alleen een korte houdbaarheid van de biologische stof moet in aanmerking worden genomen: na drie maanden begint de afbraak van de biologische stof met een volledig verlies van eigenschappen.

Voor biodiesel in de EU is een speciale norm EN14214 goedgekeurd. In een aantal landen is de EN590-norm ook van kracht, waardoor de toevoeging van 5% biodiesel aan andere brandstoffen mogelijk is.

Type # 3: gasvormig

De belangrijkste soorten gasvormige biobrandstoffen zijn biogas en bio-waterstof.

Biogas als vervanging voor aardgas

Biogas is een praktisch compleet analoog van aardgas: het bevat 13-50% CO_2, 49-87% methaan, evenals onzuiverheden H₂ en H₂S. Als deze stof wordt vrijgemaakt van koolstofdioxide, kunt u biomethaan krijgen.

Gasvormige biobrandstof wordt geproduceerd uit biomassa door waterstof of methaanvergisting. Dit laatste wordt veroorzaakt door drie soorten micro-organismen: ten eerste wordt de grondstof blootgesteld aan de werking van hydrolyserende bacteriën, die vervolgens worden vervangen door zuurvormende en methaanvormende microben.

Een verscheidenheid aan materialen kan als grondstof worden gebruikt: kuilvoer, mest, algen, afvalwater, zwerfvuil, fecale resten, huishoudelijk afval. Het uitgangsmateriaal wordt in een homogene toestand gebracht, waarna het met behulp van een lader in de reactor wordt geplaatst.

Het onderhoudt een comfortabele temperatuur van + 35-38 ° C, noodzakelijk voor de uitvoering van het proces van methaanvergisting.

Grondstoffen worden voortdurend gemengd, waarbij het resulterende gasvormige product wordt afgevoerd naar de gastank (opslageenheid), van waaruit het de generator binnenkomt.

Meer informatie over het verkrijgen van biogas uit mest en de inrichting van een biogasinstallatie staat in de artikelen:

1. Hoe maak je een biobrandstof met eigen handen uit de mest thuis
2. Biogasinstallatie voor een eigen huis met eigen handen: aanbevelingen voor het apparaat en een voorbeeld van zelfgemaakte apparatuurarrangementen

Biologische waterstof verkregen door chemische methode

Een verscheidenheid aan gasvormige biobrandstof, die een analogon is van gewone waterstof, wordt verkregen uit biomassa met behulp van biochemische of thermochemische methoden.

Bij de thermochemische methode wordt de bereide grondstof (bijvoorbeeld houtafval) verwarmd tot een temperatuur van 500-800 ° C zonder zuurstof en gassen van H worden uitgestoten.₂, CO, CH₄.

In de biochemische methode wordt de grondstof onder comfortabele omstandigheden op normale druk en een temperatuur van ongeveer 30 ° C gehouden.

Speciale micro-organismen Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes worden ingebracht in biomassa, die het oorspronkelijke product afbreekt, waarbij waterstof vrijkomt. Enzymen mogen de productie versnellen met behulp van polysacchariden.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Op de onderstaande video ziet u het productieproces van een populair type biobrandstof - houtbriketten:

Typen biobrandstoffen verschillen niet alleen in de aggregatietoestand, maar ook in hun kenmerken. Bij het kiezen van dergelijk materiaal is het noodzakelijk rekening te houden met het geplande gebruik, de efficiëntie, functionele eigenschappen en kosten.

Heeft u ervaring met het gebruik van alternatieve brandstof? Of wilt u vragen stellen over biobrandstoffen? Geef commentaar op de publicatie en neem deel aan discussies. Het feedbackblok bevindt zich hieronder.