Biobrændstoffer. Typer og typer af økologiske brændstoffer

I slutningen af ​​det 20. århundrede opstod spørgsmålet om at søge efter nye, alternative energikilder for menneskeheden. Årsagen til dette var den forestående brændstof- og energikrise og den stadigt stigende forurening af miljøet. Det var nødvendigt at finde nye kilder til termisk energi, der kunne erstatte olie og gas. Sammen med udviklingen af ​​solenergi er der kommet en anden mere lovende og vigtigst af alt mere budgetretning - brugen af ​​biobrændstoffer.

Biobrændstoffer er brændstoffer opnået ved behandling af biomasse ved termokemiske eller biologiske metoder - ved hjælp af bakterier. Både vegetabilske og animalske råmaterialer kan bruges som biomasse såvel som organiske rester af produktion og affald af husdyr. De mest anvendte kilder er planter og træaffald.

Afhængig af sammenlægningstilstanden skelnes der mellem følgende typer biobrændstoffer:

• Massivt (træ, flis, brændstofbriketter, brændselspiller, brændstof tørv);
• Flydende (bioethanol, biobutanol, biomethanol, biodiesel);
• Gasformig (biogas, biohydrogen).

Faste biobrændstoffer

Brænde, som for århundreder siden, bruges fortsat til at skaffe varme og elektricitet. Et eksempel på det største biomassekraftværk i Europa er den østrigske kraftvarme. Dens kapacitet er 66 MW.

På trods af at verden aktivt udvikler og finansierer projekter til oprettelse af energiskove, hvor der dyrkes træbiomasse, tiltrækker brugen af ​​forskellige produkter fra træbearbejdningsindustrien til opnåelse af biobrændstof mere og mere opmærksomhed. Sådanne virksomheder er allerede ganske veludviklede og leverer aktivt deres produkter til markedet. Disse inkluderer brændstofbriketter og brændselspiller - piller.

For at opnå brændstofbriketter tørres og presses forskellige former for bioaffald, såsom fugledrag og gødning. De resulterende briketter bruges til opvarmning af boliger og industribygninger.

Brændstofgranulat - pellets bruges på lignende måde. De er produceret af savsmuld, flis, bark, understandard træ, halm, landbrugsaffald (solsikkeafskaller, nøddeskaller). For at opnå pellets knuses biomassen først i mel, går derefter ind i tørretumbleren og fra den til en speciel presse, hvor ligninet i træaffaldet bliver klæbrig under påvirkning af tryk og høj temperatur. Det gør det muligt at opnå færdige flasker af biobrændstof ved produktionen. En særpræget kvalitet af brændselspiller er deres lave askeindhold - ca. 3%.

Teknologien til at opnå brændstoftørv, der anvendes til opvarmning af beboelsesbygninger, er også enkel. Råvarer leveres direkte fra ekstraktionsstedet til tørvebehandlingsanlægget, hvor tørven renses for urenheder (sigtes), tørres og presses til briketter.

En anden type biobrændstof - flis - anvendes i Europa på store termiske kraftværker med en kapacitet på et til flere megawatt. Produktionen af ​​træflis udføres direkte ved logning eller i produktion ved hjælp af specielle flishuggere. Som råmateriale anvendes normalt små træ- og skovrester - grene, bark, stubbe osv.

Generationer af alternative brændstoffer

Den brede vifte af plantematerialer, der anvendes til biomasse, er normalt delt over flere generationer.

Den første generation inkluderer landbrugsafgrøder, der indeholder en høj procentdel af stivelse, sukker, fedt. Disse er sådanne populære planter som majs, sukkerroer, raps, soja. Da dyrkning af disse afgrøder skader klimaet, og deres tilbagetrækning fra markedet påvirker prisfastsættelsen af ​​produkter, forsøger forskere at erstatte dem med andre typer biomasse.

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

Gruppen af ​​anden generation af biomasse inkluderer træ, græs, landbrugsaffald (skaller, skaller). At få biobrændstoffer fra sådanne råvarer er dyrt, men det gør det muligt at løse spørgsmålet om bortskaffelse af ikke-madrester 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 forgases såvel som udsættes for pyrolyse og opnå et flydende brændstof. Den største ulempe ved anden generations biomasse anses for at være utilstrækkeligt udbytte pr. Arealenhed, hvorfor det er nødvendigt at afsætte betydelige jordressourcer til sådanne afgrøder.

Råmaterialet til produktion af tredje generation af biobrændstoffer er alger, der dyrkes i industriel skala, for eksempel i åbne vandområder.

Den mest lovende mulighed betragtes som biobrændstoffer opnået fra encellede alger. Sådanne planter får hurtigt vægt, mens deres dyrkning ikke kræver frugtbar jord.

Denne praksis har store udsigter, men på nuværende tidspunkt udvikles sådanne teknologier kun. Forskere forsker også i skabelsen af ​​metoder til opnåelse af biobrændstoffer af fjerde og endda femte generation.

Flydende biobrændstoffer

Flydende biobrændstoffer bliver mere og mere populære på grund af deres miljøvenlighed og sikkerhed. Det bruges hovedsageligt i forbrændingsmotorer. Denne type brændstof opnås ved at behandle forskellige plantematerialer.

Der er hovedtyper af flydende biobrændstoffer:

1. Bioethanol
2. Biobutanol
3. Biomethanol
4. Biodiesel

Bioethanol

Indtager en førende position på listen over flydende biobrændstoffer. Dens anvendelsesområde er i almindelige biler, og i de senere år er det også blevet brugt som biobrændstof til pejse i hjemmet. Bioethanol blandet med benzin som brændstof har en række fordele i forhold til konventionel benzin: det forbedrer bilmotorens ydeevne, øger dens effekt, overopheder ikke motoren, danner ikke sod, kulstofaflejringer og røg.

Bioethanol er et godt alternativ for pejselskere. Da det ikke danner røg, sod og udsender en lille mængde kuldioxid under forbrændingen. Kan bruges til opvarmning af pejse selv i lejlighedskomplekser. På samme tid er der slet ikke noget varmetab, som det normalt er tilfældet med driften af ​​konventionelle pejse med en skorsten.

Det produceres i henhold til teknologien til alkoholisk gæring fra råvarer, der indeholder stivelse eller sukker: majs, korn, sukkerrør, sukkerroer. Det er økonomisk berettiget at opnå ethanol fra råmaterialer, der indeholder cellulose.

Biobutanol

Som brændstof til motorer er det mere foretrukket end bioethanol: det blandes bedre med benzin og kan bruges som et separat brændstof. For at opnå det anvendes traditionelle afgrøder: sukkerrør, majs, hvede, sukkerroer. Mens mindre populær end bioethanol.

Biomethanol

Dens produktionsteknologi er stadig ufuldkommen og kræver introduktion af mange flere innovative udviklinger. Det formodes at være opnået ved biokemisk transformation af marine fytoplankton dyrket i specielle reservoirer.Men hidtil har det ikke været muligt at etablere produktion i industriel målestok. Ansøgningerne om biomethanol er de samme som for konventionel methanol. Dette er produktionen af ​​en række stoffer (formaldehyd, methylmethacrylat, methylaminer, eddikesyre osv.) Som opløsningsmiddel og frostvæske.

Biodiesel

Det bruges i bilmotorer både separat og i en blanding med konventionelt dieselolie. Ud over fraværet af den negative indvirkning af biodiesel på miljøet har adskillige undersøgelser fremhævet en anden fordel. På grund af det lave svovlindhold er biodiesels smøreegenskaber bedre, hvilket hjælper med at forlænge seriens motorers levetid. Råmaterialet til biodieselproduktion kan være både planter (bomuld, sojabønner, rapsfrø) og fede olier (palme, rapsfrø, kokosnød), alger.

Fordele og ulemper ved biobrændstoffer

Biologiske brændstoffer har deres positive og negative sider. Interessen for at bruge denne type råmateriale skyldes de utvivlsomt fordele. Disse inkluderer:

• Budgetomkostninger... Selvom biobrændstoffer i øjeblikket er prissat til næsten samme pris som benzin, betragtes biomaterialer som et mere rentabelt brændstof, fordi de producerer færre emissioner, når de brændes. Biobrændstoffer er velegnede til forskellige anvendelser og kan tilpasses til forskellige motordesigner. Et andet plus er optimeringen af ​​motoren, som forbliver renere i længere tid med mindre sod og udstødningsgasser.
• Mobilitet... Biobrændstoffer adskiller sig fra andre alternative energimuligheder i deres mobilitet. Designet af sol- og vindinstallationer inkluderer normalt tunge opbevaringsbatterier, så de bruges oftest stationært, mens biobrændstof 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, der er fremstillet af planter og animalsk affald, er vedvarende ressourcer, der ikke trues med udryddelse i overskuelig fremtid.
• Beskyttelse af jordens atmosfære... En stor ulempe ved traditionelle kulbrinter er den store procentdel af CO2, der udledes under forbrændingen. Denne gas skaber en drivhuseffekt i atmosfæren på vores planet og skaber betingelser for global opvarmning. Når biologiske stoffer forbrændes, reduceres mængden af ​​kuldioxid til 65%. Derudover forbruger afgrøder, der anvendes til produktion af biobrændstof, kulilte, hvilket reducerer dets andel i luften.
• Økonomisk sikkerhed... Kulbrintereserverne er ujævnt fordelt, så nogle stater er tvunget til at købe olie eller naturgas og bruge store mængder penge på anskaffelse, transport og opbevaring. Forskellige typer biologisk brændstof kan opnås i næsten ethvert land. Da dets produktion og forarbejdning vil kræve oprettelse af nye virksomheder og følgelig arbejdspladser, vil dette gavne den nationale økonomi og have en positiv effekt på folks velbefindende.

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

Samtidig er produktionen af ​​biobrændstoffer på nuværende tidspunkt i udviklingen af ​​videnskaber og teknologier forbundet med en række vanskeligheder og ulemper. Først og fremmest er disse naturlige begrænsninger i voksende planter. For væksten af ​​afgrøder, der anvendes til biomasseproduktion, skal der tages hensyn til en række faktorer, nemlig:

• Vandforbrug... Afgrøder forbruger meget vand, hvilket er en begrænset ressource, især i tørre områder.
• Invasivitet... Brændselsdyrkede afgrøder er ofte aggressive. De drukner den autentiske flora ud, som kan skade regionens biodiversitet og økosystem.
• Gødning... Mange planter kræver yderligere næringsstoffer, der kan skade andre afgrøder eller det samlede 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 følge heraf til deres udtømning, hvilket vil forværre madproblemet.

Økosystemet er forstyrret. Biomasseproduktion kræver normalt en udvidelse af landbrugsjord. Ofte til dette formål ryddes territoriet, hvilket fører til ødelæggelse af mikroøkosystemet (for eksempel en skov), planter og dyrs død.

En stor mængde afgrøder dyrkes allerede for at producere biobrændstoffer. Mere end 50% af rapsfrø i Europa bruges til biomasseproduktion, mere end en tredjedel af amerikansk korn, næsten halvdelen af ​​sukkerrør dyrket i Brasilien

Der er problemer med voksende monokulturer. For at opnå mere udbytte af biomasse så dyrkerne ofte jorden med en bestemt plante. Denne praksis er ikke særlig god for tilstanden af ​​landbrugsjord, da monokultur fører til en ændring i miljøet.

På markerne, der er besat af en plantetype, parasiterer specielle skadedyrstyper normalt. Et forsøg på at kontrollere dem ved hjælp af insekticider og pesticider fører kun til udvikling af resistens over for disse stoffer.

For at undgå de problemer, der er beskrevet ovenfor, anbefaler forskere ikke at forsømme afgrødens biodiversitet, kombinere flere planter i markerne og også bruge lokale sorter af flora.

Gasformige biobrændstoffer

Der er to hovedtyper af gasformige brændstoffer:

• Biogas
• Biohydrogen

Biogas

Fermenteringsprodukt af organisk affald, der kan bruges som fækalrester, spildevand, husholdningsaffald, slagteriaffald, gødning, gødning samt ensilage og alger. Det er en blanding af methan og kuldioxid. Organisk gødning er et andet produkt fra husholdningsaffaldsforarbejdning i biogasproduktion. Produktionsteknologien er forbundet med transformation af komplekse organiske stoffer under påvirkning af bakterier, der udfører metangæring.

I begyndelsen af ​​den teknologiske proces homogeniseres affaldsmassen, hvorefter det forberedte råmateriale tilføres ved hjælp af en læsser til en opvarmet og isoleret reaktor, hvor metangæringsprocessen finder sted direkte ved en temperatur på ca. 35-38 ° C. Massen af ​​affald blandes konstant. Den resulterende biogas kommer ind i en gastank (bruges til lagring af gas) og føres derefter til en elektrisk generator. Den resulterende biogas erstatter konventionel naturgas. Kan bruges som biobrændstof eller generere elektricitet fra det.

Biohydrogen

Det kan opnås fra biomasse ved termokemiske, biokemiske eller bioteknologiske metoder. Den første metode til opnåelse er forbundet med opvarmning af træaffald til en temperatur på 500-800 ° C, hvorved en blanding af gasser - brint, kulilte og metan - begynder at udvikle sig. I den biokemiske metode anvendes enzymer fra bakterierne Rodobacter speriodes, Enterobacter cloacae, som forårsager produktion af brint under opdeling af planterester indeholdende cellulose og stivelse. Processen finder sted ved normalt tryk og lav temperatur.Biohydrogen anvendes til produktion af brintbrændselsceller i transport og energi. Det er ikke meget brugt endnu.

Tendenser i udviklingen af ​​det globale marked for biobrændstof

De drivende faktorer for spredning af biobrændstoffer er trusler fra energisikkerhed, klimaændringer og økonomisk afmatning. Udvidelsen af ​​biobrændstofproduktionen rundt om i verden sigter mod at øge andelen af ​​rent brændstofforbrug, især inden for transport; reduceret afhængighed af importeret olie i mange lande reduktion af drivhusgasemissioner økonomisk udvikling. Biobrændstoffer er et alternativ til traditionelle brændstoffer, der stammer fra råolie. Verdenscentre for produktion af biobrændstof i 2014 er USA, Brasilien og Den Europæiske Union. Den mest udbredte type biobrændstof er bioethanol, dets andel er 82% af alle brændstoffer, der produceres i verden fra biologiske råmaterialer. De førende producenter er USA og Brasilien. Biodiesel er på andenpladsen. 49% af biodieselproduktionen er koncentreret i Den Europæiske Union. På lang sigt kan den stadigt voksende efterspørgsel efter biobrændstoffer fra land-, luft- og søtransport dramatisk ændre den nuværende situation på det globale energimarked. Brugen af ​​landbrugsråmaterialer til produktion af flydende biobrændstoffer og væksten i dets produktion har ført til efterspørgslen efter landbrugsprodukter, som har påvirket priserne på fødevareafgrøder, der anvendes til produktion af biobrændstoffer. Andengenerations biobrændstoffer fortsætter med at vokse, og den globale produktion af anden generations biobrændstoffer forventes at nå op på 10 milliarder liter inden 2020. Verdensproduktion af biobrændstof inden 2020 skal stige med 25% og beløbe sig til ca. 140 milliarder liter. I EU er størstedelen af ​​biobrændstofproduktionen biodiesel produceret af oliefrø (rapsfrø). Ifølge prognoser vil produktionen af ​​bioethanol fra hvede og majs samt sukkerroer ekspandere i EU-landene. I Brasilien forventes bioethanolproduktionen at fortsætte med at vokse i et accelereret tempo og vil nå op på 41 mia. Liter i 2017. Generelt forventes produktionen af ​​bioethanol og biodiesel at vokse hurtigt inden 2020 og vil udgøre henholdsvis 125 og 25 milliarder liter. Produktionen af ​​biobrændstof begyndte at vokse hurtigt i Asien. Fra 2014 er Kina den tredjestørste producent af bioethanol, og denne produktion forventes at vokse med mere end 4% om året i løbet af de næste ti år. I Indien forventes produktion af bioethanol fra melasse at stige med mere end 7% om året. Samtidig ekspanderer produktionen af ​​biodiesel fra nye afgrøder som jatropha.

Ifølge prognoserne fra Verdens Energiagentur (IEA) vil manglen på olie i 2025 blive estimeret til 14%. Selvom det samlede volumen af ​​biobrændstofproduktion (inklusive bioethanol og biodiesel) når op på 220 milliarder liter i 2021, dækker dets produktion ifølge IEA kun 7% af verdens efterspørgsel efter brændstof. Væksten i produktionen af ​​biobrændstof hænger langt bagefter væksten i efterspørgslen efter dem. Dette skyldes tilgængeligheden af ​​billige råvarer og utilstrækkelig finansiering. Den massive kommercielle anvendelse af biobrændstoffer vil være drevet af opnåelsen af ​​prisligevægt med konventionelle råolieafledte brændstoffer. Ifølge forskernes prognoser vil andelen af ​​vedvarende energikilder inden 2040 nå op på 47,7% og biomasse - 23,8%.

Med det nuværende niveau for teknologiudvikling vil produktion af biobrændstof udgøre en lille del af den globale energiforsyning, og energipriserne vil påvirke omkostningerne til landbrugsråvarer.Biobrændstoffer kan påvirke fødevaresikkerheden på forskellige måder - stigende råvarepriser drevet af biobrændstofproduktion kan skade fødevareimportører på den anden side stimulere indenlandsk landbrugsproduktion fra småbønder.

GASE TEAM

Gasformige brændstoffer opnås også fra biomasse, som også er fremragende til biler. For eksempel er metan en af ​​hovedkomponenterne i naturlige og såkaldte associerede gasser produceret under destillation af olie. Et sådant mineral kan let erstattes af et unødvendigt bjerg af organisk affald - fra banal gødning til affald fra fisk, kød, mejeri og grøntsagsindustri. Denne biomasse fodrer de bakterier, der producerer biogas. Efter rensning af kuldioxidgas opnås den såkaldte biomethan. Dens største forskel fra almindelig metan, som mange produktionsmodeller fungerer på, er at det ikke er et mineral. Nå, noget, men gødning og planter inden udgangen af ​​livet på planeten løber ikke ud.

Biometanproduktionsordning (alle diagrammer og tabeller åbnes i fuld størrelse ved museklik):

Biobrændstoffer som en alternativ energikilde:

Mennesket har altid været hårdt stillet over for spørgsmålet om at finde billige energikilder, hvis modtagelse ikke krævede for store omkostninger. Problemet med at bruge energiressourcer blev især akut i det 20. århundrede, da det blev klart, at tankeløs afbrænding af kulbrinter ville føre til et yderligere fald i deres jordreserver. Forskere er kommet til den konklusion, at olie- og gasreserverne løber ud over tid, og omkostningerne ved udvikling af nye felter vil stige betydeligt, da mere udstyr og produktionskapacitet skal tiltrækkes. I denne periode forværredes økologien markant og reagerede smertefuldt på det forsvindende skovdække og den fortsatte forurening af atmosfæren, tarmene og vandet.

Relevansen af ​​søgningen efter alternative kilder til termisk energi, som kunne erstatte naturgas og olie, er steget. Og en sådan effektiv retning sammen med solenergi er vindenergi blevet brugen af ​​energibærere af biologisk oprindelse (biobrændstof).

Under brændstof af biologisk oprindelse (biobrændstoffer) skal forstås som et produkt syntetiseret fra dyre- eller planteråmaterialer såvel som fra biologisk affald, der under en vis indflydelse frigiver termisk energi.

Blandt andre definitioner biobrændstoffer der er også følgende: "Biobrændstof er et brændstof opnået fra biomasse som et resultat af en termokemisk eller biologisk reaktion."

54-60% af biobrændstoffer er dens traditionelle former: brænde, planterester og tørret gødning til opvarmning af huse og madlavning. De bruges af 38% af verdens befolkning.

VEGETARISK MENU

Dieselbrændstof tilberedes også efter ikke-standardopskrifter. Råmaterialerne er rapsfrø, sojabønner, forskellige olier og fedtstoffer. Et sådant brændstof er mærket med bogstavet B og tal, der svarer til andelen af ​​anlægskomponenter i blandingen. Brændstoffets cetantal er højere end et konventionelt brændstof: 51 versus 42–45. Brændstoffet er meget biologisk nedbrydeligt uden at skade miljøet og indeholder praktisk talt ingen svovl. Blandt de væsentlige ulemper er den korte holdbarhed.

Bioadditiver til dieselbrændstof har endnu ikke modtaget så udbredt anvendelse som bioethanol. Ikke desto mindre produceres den i mange lande. Der er lande, hvor 5% bioindholdet er legaliseret og ikke behøver at nævnes, når det sælges.