Bioüzemanyagok fajtái: szilárd, folyékony és gáznemű tüzelőanyagok jellemzőinek összehasonlítása

A hagyományos energiaforrások alternatívája a különböző típusú bioüzemanyagok, amelyek előállításához növényi vagy állati nyersanyagokat, ipari hulladékot, valamint az élőlények létfontosságú tevékenységének eredményeit használnak fel.

Felajánljuk, hogy megértsük az ilyen üzemanyagok használatának előnyeit és hátrányait, megismerjük a gyártási jellemzőket, a funkcionális jellemzőket, valamint értékeljük a különböző típusú biológiai üzemanyagok felhasználásának hatékonyságát. A közölt információk segítenek eligazodni az alternatív energiaforrások kiválasztásában.

Mi az a bioüzemanyag

Az energiaszektorban a legígéretesebb irány a megújuló erőforrások felhasználását igénylő technológiák, amelyek között szerepel a biológiai tüzelőanyag is.

A biológiai tüzelőanyag leggyakoribb típusa a közönséges tűzifa. A világ lakosságának 38%-a fűtésre és főzésre használja őket

Előállításához nyersanyagként vehet növényi/állati eredetű biomasszát, beleértve az ipari hulladékot vagy az állati hulladékot is.

Az ilyen anyagok feldolgozását termokémiai vagy biológiai módszerekkel végzik, az utóbbi esetben különféle mikroorganizmusok felhasználásával nyerik az üzemanyagot.

A biológiai tüzelőanyagok felhasználásának aránya folyamatosan növekszik, ami hozzájárul a fosszilis szénhidrogén erőforrások megőrzéséhez (+)

Számos ország rendelkezik speciális programokkal a bioüzemanyagok nemzeti és regionális energiafogyasztásban való részesedésének növelésére. Számos államban kötelező szabványok is vannak ezen energiaforrás használatára vonatkozóan.

A bioüzemanyag előnyei és hátrányai

A biológiai üzemanyagoknak megvannak a pozitív és negatív oldalai. Az ilyen típusú alapanyagok felhasználása iránti érdeklődést kétségtelen előnyei okozzák.

Ezek tartalmazzák:

• Költségvetési költség. Bár jelenleg a bioüzemanyagok ára közel megegyezik a benzin árával, a biológiai anyagokat jövedelmezőbb üzemanyagtípusnak tekintik, mivel elégetve kevesebb károsanyag-kibocsátást termelnek. A bioüzemanyag különféle körülmények között használható, és különböző konstrukciójú motorokhoz illeszthető. További előnye a motor működésének optimalizálása, amely a kis mennyiségű korom és kipufogógáz miatt tovább marad tiszta.
• Mobilitás. A biológiai üzemanyag hordozhatóságában különbözik a többi alternatív energiaforrástól. A nap- és szélenergia berendezések általában nehéz akkumulátorokat tartalmaznak, így ezeket leggyakrabban tartósan használják, míg a bioüzemanyagokat nagyobb gond nélkül lehet szállítani egyik régióból a másikba.
• Megújuló energiaforrás. Bár a kutatók úgy vélik, hogy a meglévő kőolajlelőhelyek legalább több száz évig fennmaradnak, a fosszilis készletek még mindig végesek. A növényi és állati eredetű hulladékokból előállított bioüzemanyagok azon megújuló erőforrások közé tartoznak, amelyeket nem fenyeget az a veszély, hogy a belátható jövőben eltűnnek.
• A Föld légkörének védelme. A hagyományos szénhidrogének nagy hátránya a magas CO-tartalom₂, amely égéskor felszabadul. Ez a gáz üvegházhatást kelt bolygónk légkörében, megteremtve a globális felmelegedés feltételeit. Biológiai anyagok elégetésekor a szén-dioxid mennyisége 65%-ra csökken. Emellett a bioüzemanyag-előállításhoz használt növények szén-monoxidot fogyasztanak, csökkentve annak arányát a levegőben.
• Gazdasági biztonság. A szénhidrogénkészletek egyenetlenül oszlanak meg, így egyes államok kénytelenek olajat vagy földgázt vásárolni, és nagy összegeket költenek beszerzésre, szállításra és tárolásra. Szinte minden országban előállíthatók különféle típusú biológiai üzemanyagok. Mivel előállítása és feldolgozása új vállalkozások és ennek megfelelően munkahelyek létrehozását teszi szükségessé, ez a nemzetgazdaság javát szolgálja, és pozitív hatással lesz az emberek jólétére.

A technológia fejlesztése és új módszerek kidolgozása fokozhatja a bioüzemanyagok pozitív hatásait. Így a planktont és algákat használó technológiák fejlesztése jelentősen csökkenti annak árát.

Ugyanakkor a tudomány és a technológia fejlődésének jelenlegi szakaszában a bioüzemanyag-előállítás számos nehézséggel és kellemetlenséggel jár. Először is, ezek a növények termesztésének természetes korlátai.

A biomassza-termeléshez használt növények termesztéséhez számos tényezőt kell figyelembe venni, nevezetesen:

• Vízhasználat. A mezőgazdasági növények sok vizet fogyasztanak, ami korlátozott erőforrás, különösen száraz területeken.
• Invazivitás. Az üzemanyag céljára termesztett növények gyakran agresszívek.Kiszorítják az autentikus flórát, ami a régió biodiverzitását és ökoszisztémáját károsíthatja.
• Műtrágyák. Sok növénynek további tápanyagokra van szüksége a növekedéshez, ami károsíthatja a többi növényt vagy a teljes ökoszisztémát.
• Éghajlat. Bizonyos éghajlati övezetek (például sivatag vagy tundra) nem alkalmasak bioüzemanyag-növények termesztésére.

A mezőgazdasági növények aktív termesztése a mezőgazdasági erőforrások kimerülésével is jár, az agrártechnológiai szabályok be nem tartása a talaj hasznos összetevőinek csökkenéséhez, ennek következtében kimerüléséhez vezethet, ami súlyosbítja az agrártechnológiai szabályok betartását. élelmiszer probléma.

Az ökoszisztéma megzavart. A biomassza-termelés általában a mezőgazdasági területek bővítését igényli.

Gyakran erre a célra a területet megtisztítják, ami a mikroökoszisztéma (például erdők) pusztulásához, a növények és állatok halálához vezet.

Már most is nagy mennyiségű növényt termesztenek bioüzemanyag előállítására. Az Európában megtermelt repce több mint 50%-át, az amerikai gabonák több mint egyharmadát és a Brazíliában termesztett cukornád közel felét biomassza-termelésre használják fel.

Problémák merülnek fel a monokultúrák termesztésével. A nagyobb biomassza-hozam elérése érdekében a termelők gyakran egy adott növényt vetnek be. Ez a gyakorlat nem túl jó a mezőgazdasági területeken, mivel a monokultúra környezeti változásokhoz vezet.

Az egyfajta növény által elfoglalt táblákat általában speciális kártevők fertőzik meg.A rovarirtó és peszticidek segítségével való leküzdés kísérlete csak az ezekkel szembeni rezisztencia kialakulásához vezet.

A fent leírt problémák elkerülése érdekében a tudósok azt tanácsolják, hogy ne hagyják figyelmen kívül a növények biodiverzitását, ha több növényt kombinálnak a szántóföldeken, és használjanak helyi növényfajtákat.

Alternatív üzemanyagok generációi

A biomasszához felhasznált növényi alapanyagok széles skálája általában több generációra oszlik.

Első generáció. Ebbe a kategóriába tartoznak azok a mezőgazdasági termények, amelyek nagy százalékban tartalmaznak keményítőt, cukrot és zsírokat. Ezek olyan népszerű növények, mint a kukorica, a cukorrépa, a repce és a szójabab.

Mivel ezeknek a növényeknek a termesztése károsítja az éghajlatot, a piacról való kivonásuk pedig hatással van az élelmiszerárakra, a tudósok más típusú biomasszával próbálják helyettesíteni őket.

A modern folyékony üzemanyagok szinte minden típusát (biodízel, etanol) jelenleg az első generációs nyersanyaghoz tartozó mezőgazdasági üzemekből állítják elő.

Második generáció. A biomassza csoportba a fa, a fű és a mezőgazdasági hulladékok (héjak, héjak) tartoznak. A bioüzemanyag ilyen nyersanyagokból történő előállítása költséges, de lehetővé teszi a nem élelmiszer-szermaradványok újrahasznosításának kérdését az éghető anyagok egyidejű előállításával.

Az ebbe a fajtába tartozó növények jellemzője a lignin és a cellulóz jelenléte. Nekik köszönhetően a biomassza elégethető és elgázosítható, valamint pirolízisnek vethető alá folyékony tüzelőanyag előállítására.

A második generációs biomassza fő hátrányának az egységnyi területre jutó elégtelen megtérülést tartják, ezért jelentős földforrást kell elkülöníteni az ilyen növények számára.

Harmadik generáció. A bioüzemanyag előállításának alapanyaga az alga, amelyet ipari méretekben, például nyílt tározókban termesztenek.

A legígéretesebb lehetőségnek az egysejtű algákból nyert bioüzemanyagokat tekintik. Az ilyen növények gyorsan híznak, és termesztésükhöz nincs szükség termékeny földre.

Ez a gyakorlat nagyon ígéretes, de jelenleg ilyen technológiák csak fejlesztés alatt állnak. A tudósok kutatásokat is végeznek olyan technikák kidolgozására, amelyek lehetővé teszik a negyedik, sőt az ötödik generációs bioüzemanyagok előállítását.

Háromféle bioüzemanyag

Az anyag aggregáltsági állapotától függően a bioüzemanyagnak három fő típusa van:

1. Szilárd: tűzifa, tőzeg, állati és mezőgazdasági hulladék.
2. Folyékony: biodízel, dimetil-éter, bioetanol, biobutanol.
3. Gáznemű: biogáz, metán, biohidrogén.

Minden anyagtípusnak megvannak a sajátosságai, amelyeket az alábbiakban tárgyalunk.

1. típus: kemény

A szilárd biológiai tüzelőanyagok legnépszerűbb típusai a fa, a tőzeg és az állati hulladék.

Fa (tűzifa, forgács, fűrészpor)

A bioüzemanyag ősi fajtája a jól ismert tűzifa, amelyet régóta használnak házak fűtésére és ételek főzésére. Eddig különböző országokban aktívan használták hő/villamos energia előállítására, különösen egy 66 megawatt kapacitású osztrák hőerőmű működik fával.

Ugyanakkor az ilyen nyersanyagoknak vannak hátrányai. A tűzifa energiaértéke viszonylag alacsony: elégetve az anyag egy része korom formájában ülepedik, ezért a kandallókat, kályhákat rendszeresen tisztítani kell.Ezenkívül egy bizonyos időre van szükség a fatartalékok feltöltéséhez - az új fák csak 15-20 év múlva nőnek.

A hagyományos tűzifa kiváló alternatívája a pellet (granulátum), amelynek előállításához nem megfelelő fát használnak: kéreg, faforgács, préselt fűrészpor, kurva.

A fából, tőzegből és különféle hulladékokból nyert pellet eltérő színű. A világosak kandallók és kályhák tüzelésére szolgálnak, míg a sötétek, magas kéregtartalmúak szilárd tüzelésű kazánokhoz.

Az üzemanyag-pellet előállításához a nyersanyagokat porrá őrlik, majd megszárítják és magas hőmérsékleten préselik. A fában lévő ligninnek köszönhetően ragadós massza képződik, amelyből 5-70 mm hosszú, 6-10 mm átmérőjű kis hengerek keletkeznek.

A hagyományos tűzifa modern alternatívája a négy-, hat- vagy nyolcszögletű tüzelőanyag-brikett. Ennek a környezetbarát anyagnak magas a hőátadása

Készítéssel saját maga is beállíthatja a pelletgyártást préselni az üzemanyag-briketthez.

A bioüzemanyag népszerű típusai közé tartozik a faapríték, amely gyakran szolgál energiaforrásként az európai hőerőművekben. Ezen alapanyagok előállítása fakitermelő telepeken vagy speciális, aprítógépekkel felszerelt gyártósorokon történik.

Mocsári és erdei tüzelőtőzeg

Ez egy elterjedt bioüzemanyag típus, amelyet évszázadok óta használnak háztartási és ipari célokra. A tőzeg olyan moharéteg, amely mocsaras körülmények között nem bomlott le teljesen, és a világ számos országában bányásznak: Oroszországban, Fehéroroszországban, Kanadában, Svédországban, Indonéziában és másokban.

Az 50-60% szenet tartalmazó tőzeg népszerű gázhordozó anyagnak számít. Ez az értékes nyersanyag nemcsak tüzelőanyagként, hanem műtrágyaként vagy hőszigetelőként is használható.

A termelési folyamat megkönnyítése érdekében a biomasszát általában a kitermelési helyen dolgozzák fel. Az eljárás az alapanyagok idegen zárványoktól való megtisztításából (rostálásából), majd szárításból és brikettté vagy granulátummá formázásból áll.

Üzemanyag mezőgazdasági hulladékból

A mezőgazdasági termelésben általában nagyszámú különféle növényi hulladék halmozódik fel: növények külső héja, dióhéj, szalma.

Az ilyen nyersanyagok préselhetők és granulálhatók is, így tüzelőanyag-pelleteket állíthatunk elő, amelyek tulajdonságai gyakorlatilag nem különböznek a fa biomasszából készült pelletektől.

Állati eredetű bioüzemanyagok

A tűzifával együtt az ókorban az emberek állati eredetű tüzelőanyagot kezdtek használni, nevezetesen trágyát - háziállatok szárított trágyáját. Az ilyen nyersanyagok szárítására és feldolgozására szolgáló modern technológiák lehetővé teszik olyan szilárd bioüzemanyag-fajták előállítását, amelyek teljesen mentesek a kellemetlen szagtól.

A nomád népek sokáig ló, teve és szarvasmarha szárított trágyáját használták tüzelőanyagként. Jelenleg a bioüzemanyagot házi állati hulladékból állítják elő brikett vagy pellet formájában

Mivel jelenleg ipari méretekben halmozódnak fel az állati hulladékok, az abból történő tüzelőanyag előállítása egyben megoldja az ártalmatlanítását is.

2. típus: folyékony

A biztonságos és környezetbarát folyékony bioüzemanyagokat többnyire benzin és más hasonló termékek helyettesítésére használják.A leggyakoribb lehetőségek a bioetanol, biometanol, biobutanol, biodízel és dimetil-éter.

Növényi növényekből származó bioetanol

Ez egy gyakori folyékony bioüzemanyag, amelyet autók üzemanyagára használnak. Bár a tiszta anyagot nem használják üzemanyagként, benzinhez adva javítja a motor teljesítményét, növeli annak teljesítményét, szabályozza a motor fűtését és csökkenti a kipufogógáz-kibocsátást.

Európában, Ázsiában, Észak- és Dél-Amerikában számos benzinkút kínál nemcsak hagyományos üzemanyagot, hanem különféle bioüzemanyagokat is, elsősorban bioetanolt tartalmazó keverékeket.

A bioetanolt a kandalló szerelmesei is nagyra értékelték. Ennek az anyagnak jó a hőátadása, ráadásul égésekor sem korom, sem füst nem képződik, a felszabaduló szén-dioxid mennyisége minimális.

Ezeknek a tulajdonságoknak köszönhetően a tüzelőanyag akár társasházak kandallóinak tüzelésére is használható. A kandallók bioüzemanyagáról itt olvashat bővebben ez a cikk.

A bioetanolt első generációs keményítőt vagy cukrot tartalmazó nyersanyagokból állítják elő. A gabonaféléket, a kukoricát, a cukornádat és a répát alkoholos fermentációs technológiával dolgozzák fel.

Biobutanol autók tankolásához

A biobutanol a butanol biológiai eredetű analógja. Színtelen, jellegzetes szagú folyadék, széles körben használják vegyi alapanyagként az iparban, valamint közlekedési üzemanyagként is használható.

A butanol energiaintenzitása közel áll a benzinéhez, ami lehetővé teszi az utóbbi részleges pótlását az üzemanyagcellákban. A bioetanollal ellentétben a biobutanol önállóan is használható, hagyományos üzemanyagtípusok hozzáadása nélkül.

Ennek a bioanyagnak az előállításához sokféle növény nyersanyaga: cékla, manióka, búza, kukorica.

Dimetil-éter (C₂H₆O)

Ez is egy környezetbarát üzemanyag. Égetéskor a kipufogógázokban nincsenek kénvegyületek, a nitrogénvegyületek tartalma pedig 90%-kal alacsonyabb, mint benzinégetéskor.

A dimetil-étert speciális szűrők nélkül is lehet használni, de alapvető változtatásokat kell végrehajtani az autó kialakításán (erőrendszer, motorgyújtás).

A dimetil-étert ígéretes lehetőségnek tartják az autók üzemanyagaként. Az ehhez az üzemanyaghoz tervezett motorral rendelkező autókat olyan nagy cégek fejlesztik, mint a Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan

LPG motorral felszerelt autókban minden változtatás nélkül használhat 30% dimetil-étert tartalmazó kombinált üzemanyagot.

Folyékony tüzelőanyag különféle nyersanyagokból állítható elő: földgázból, szénporból, biomasszából és mindenekelőtt cellulóz- és papírgyártási maradványokból, amelyek alacsony nyomáson folyékonyakká alakulnak.

Biometanol egysejtű algákból

Ez az anyag a közönséges metanol analógja, amelyet széles körben használnak számos kémiai vegyület (ecetsav, formaldehid) előállítására, és fagyállóként és oldószerként is használják.

Az ilyen típusú bioüzemanyag előállításának kérdése először az 1980-as években merült fel, amikor a tudósok egy csoportja egy folyékony anyag előállítását javasolta a tengeri fitoplankton biokémiai átalakításával, amelyet speciális tározókban termesztenek.

A biometanolnak számos lehetséges előnye van:

• magas energiahatékonyság — 14 metángyártásra, 7 metanolgyártásra;
• kiváló fitoplankton termőképesség — évente legfeljebb 100 tonna hektáronként;
• igénytelen egysejtű szervezetek, amelynek termesztéséhez nincs szükség édesvízre és termékeny talajra;
• a mezőgazdasági erőforrások megőrzése, mivel a fitoplanktont tavakban vagy tengeri öblökben termesztik.

Bár a biometanol ipari termelése még nem alakult ki, jelenleg kitartó kutatás és technológiafejlesztés folyik az ilyen típusú alternatív üzemanyagok előállításának fejlesztésére.

A biodízel a közlekedési üzemanyag alternatívája

Ez egy folyékony motorbioüzemanyag, amely zsírsav-észterek keverékéből áll. Az anyag emberek és állatok számára biztonságos, 28 nap alatt szinte teljesen lebomlik a talajban, és viszonylag magas (<100) lobbanáspontja is van.

A biodízel csökkenti a káros gázok kibocsátásának százalékos arányát, és meghosszabbítja a motor élettartamát is, mivel kenőanyagokat tartalmaz.

Az üzemanyagot az autómotorok tankolására használják, függetlenül és hagyományos üzemanyaggal kombinálva. Csak a biológiai anyag rövid eltarthatóságát kell figyelembe venni: három hónap elteltével a biológiai anyag a tulajdonságok teljes elvesztésével kezd bomlani.

A biodízel esetében az EU országaiban egy speciális EN14214 szabványt fogadtak el. Számos országban az EN590 szabvány is érvényben van, amely lehetővé teszi 5% biodízel hozzáadását más üzemanyagokhoz.

3. típus: gáznemű

A gáznemű biológiai tüzelőanyagok fő típusai a biogáz és a biohidrogén.

Biogáz a földgáz helyettesítőjeként

A biogáz a földgáz szinte teljes analógja: 13-50% CO-t tartalmaz_2, 49-87% metán, valamint H-szennyeződések₂ és H₂S.Ha ezt az anyagot szén-dioxidtól megtisztítják, biometán nyerhető.

A gáznemű bioüzemanyagot biomasszából állítják elő hidrogénes vagy metános fermentációval. Ez utóbbit háromféle mikroorganizmus okozza: először a nyersanyagot hidrolitikus baktériumok érik, amelyeket aztán savképző és metánképző mikrobák váltanak fel.

A biogáz előállítása ipari és kézműves eszközökkel történhet. A legelterjedtebb előállítási módszer az aerob emésztés az emésztőben.

Nyersanyagként sokféle anyag használható: siló, trágya, alga, szennyvíz, alom, székletmaradványok, háztartási hulladék. A kiindulási anyagot homogén állapotba hozzuk, majd betöltő segítségével a reaktorba helyezzük.

Ott +35-38°C-os kényelmes hőmérsékletet tartanak fenn, ami a metánerjedés folyamatához szükséges.

A nyersanyagot folyamatosan keverik, miközben a keletkező gáznemű terméket egy gáztartóba (tárolóba) vezetik, ahonnan az elektromos generátorba kerül.

A biogáz trágyából történő kinyerésével és a biogáz üzem felállításával kapcsolatos további információk a cikkekben találhatók:

1. Hogyan készítsünk bioüzemanyagot saját kezűleg trágyából otthon
2. Csináld magad biogáz üzem egy magánház számára: ajánlások a készülékhez és példa a házi készítésű termék elrendezésére

Kémiai módszerrel nyert biohidrogén

A gáznemű bioüzemanyag egy fajtáját, amely a hagyományos hidrogén analógja, biomasszából állítják elő biokémiai vagy termokémiai módszerekkel.

A termokémiai eljárás során az előkészített nyersanyagokat (például fahulladékot) 500-800°C-ra hevítik oxigén nélkül, ami H-gázokat bocsát ki.₂,CO,CH₄.

A biohidrogén előállításának ígéretes módszere a bioftolízis. Ebben az esetben a gázt algák felhasználásával állítják elő, amelyeket tengervízbe, szennyvízbe helyeznek

A biokémiai módszerrel az alapanyagokat kényelmes körülmények között, normál nyomáson és körülbelül 30°C hőmérsékleten tartják.

Speciális mikroorganizmusok Enterobacter cloacae és Rodobacter speriodok kerülnek a biomasszába, amelyek lebontják az eredeti terméket, hidrogént szabadítva fel. A poliszacharidok felhasználásával történő termelés felgyorsítása érdekében enzimeket lehet hozzáadni.

Következtetések és hasznos videó a témában

Az alábbi videóban egy népszerű bioüzemanyag - fabrikett - készítésének folyamatát láthatja:

A biológiai tüzelőanyagok típusai nemcsak aggregáltsági állapotukban, hanem jellemzőikben is különböznek egymástól. Az ilyen anyagok kiválasztásakor figyelembe kell venni tervezett felhasználásukat, hatékonyságukat, funkcionális tulajdonságaikat és költségüket.

Van tapasztalatod alternatív üzemanyagok használatában? Vagy szeretne kérdéseket feltenni a bioüzemanyagokkal kapcsolatban? Kérjük, kommentálja a bejegyzést, és vegyen részt a beszélgetésekben. A visszacsatoló blokk alul található.