Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Алтернатива на традиционните енергийни ресурси са различни видове биогорива, за производството на които се използват растителни или животински суровини, промишлени отпадъци и резултати от жизнената дейност на организмите.

Предлагаме да се разберат предимствата и недостатъците на използването на такова гориво, да се научат особеностите на производството, функционалните характеристики, както и да се оцени ефективността на използването на различни видове биогорива. Тази информация ще помогне да се ориентираме при избора на алтернативни енергийни източници.

Какво е биогориво

Най-обещаващите области в енергийния сектор са технологиите, които използват възобновяеми ресурси, които включват биогорива.

Най-често срещаният вид биогорива са конвенционалните дърва за огрев. 38% от населението на света ги използва за отопление и готвене

Като суровина за неговото производство можете да вземете биомаса от растителен / животински произход, включително промишлени отпадъци или животински остатъци.

Обработката на такива вещества е термохимичен или биологичен метод, в последния случай горивото се получава с помощта на различни видове микроорганизми.

Делът на биогоривата непрекъснато се увеличава, което допринася за запазването на изкопаемите въглеводородни ресурси (+)

В много страни съществуват специални програми за увеличаване на дела на биогоривата в националното и регионалното енергийно потребление. В редица държави има и задължителни норми за използването на този енергиен източник.

Предимствата и недостатъците на биогоривата

Биологичните видове горива имат своите положителни и отрицателни страни. Интересът към използването на този вид суровина се дължи на нейните безспорни предимства.

Те включват:

  • Бюджетни разходи . Въпреки че в момента цената на биогоривата практически съвпада с цената на бензина, биологичните вещества се считат за по-печеливш вид гориво, тъй като при изгаряне произвеждат по-малко емисии. Биогоривата са подходящи за употреба при различни условия, а могат да бъдат адаптирани към двигатели с различен дизайн. Друго предимство е оптимизирането на двигателя, който остава чист по-дълго поради малкото количество сажди и отработени газове.
  • Мобилност . Биогоривата се различават от другите алтернативни енергийни варианти чрез своята мобилност. Проектирането на слънчеви и вятърни електроцентрали обикновено включва тежки батерии, така че те най-често се използват стационарни, докато биогоривата могат да бъдат транспортирани от един регион в друг без много проблеми.
  • Възобновяем източник на енергия . Въпреки че според изследователите съществуващите находища на суров петрол ще продължат поне няколко стотин години, запасите от минерали все още са ограничени. Биогоривата, произведени от растения и животински отпадъци, са сред възобновяемите ресурси, които не са застрашени от изчезване в обозримо бъдеще.
  • Защита на атмосферата на земята . Основен недостатък на традиционните въглеводороди е големият процент CO 2, отделян при горенето. Този газ създава парников ефект в атмосферата на нашата планета, създавайки условия за глобално затопляне. При изгарянето на биологични вещества количеството въглероден диоксид се намалява до 65%. В допълнение, културите, използвани в производството на биогорива, консумират въглероден оксид, намалявайки неговия дял във въздуха.
  • Икономическа сигурност . Запасите от въглеводороди са неравномерно разпределени, поради което някои държави са принудени да купуват петрол или природен газ, като харчат големи суми за закупуване, транспортиране и съхранение. В почти всяка страна могат да се получат различни видове биологично гориво. Тъй като за неговото производство и преработка ще е необходимо да се създадат нови предприятия и съответно работни места, това ще е от полза за националната икономика и ще има положителен ефект върху благосъстоянието на хората.

Подобряването на технологиите и разработването на нови методи ще повишат положителното въздействие на биогоривата. По този начин развитието на технологиите с използване на планктон и водорасли ще намали значително цената му.

В същото време, на сегашния етап на развитие на науката и технологиите, производството на биогорива е свързано с редица трудности и неудобства. На първо място, това са естествени ограничения в отглеждането на растения.

За растежа на културите, използвани за производство на биомаса, трябва да бъдат разгледани редица фактори, а именно:

  • Използване на вода . Земеделските растения консумират много вода, което е ограничен ресурс, особено на сухи места.
  • Инвазивност. Култури, отглеждани за гориво, често са агресивни. Те заглушават автентичната флора, която може да засегне биологичното разнообразие и екосистемата на региона.
  • Торове . Растежът на много растения изисква добавянето на хранителни вещества, които могат да навредят на други култури или на общата екосистема.
  • Климата. Отделни климатични зони (например пустиня или тундра) не са подходящи за отглеждане на култури за биогорива.

Активното отглеждане на селскостопанските растения е свързано и с изчерпване на земеделските ресурси, а неспазването на правилата на селскостопанския инженеринг може да доведе до намаляване на съдържанието на полезни почвени компоненти и съответно до изчерпване, което ще доведе до влошаване на хранителния проблем.

Настъпват смущения в екосистемите. За производството на биомаса обикновено се изисква разширяване на териториите, участващи в селското стопанство.

Често за тази цел се извършва почистване на територията, което води до унищожаване на микроекосистемата (например гори), смърт на растения и животни.

За производството на биогорива вече се отглежда голям обем селскостопански култури. Повече от 50% от рапицата, произведена в Европа, повече от една трета от американското зърно и почти половината от захарната тръстика, отглеждана в Бразилия, се използват за производство на биомаса.

Има проблеми с отглеждането на монокултури. За да получат повече биомаса, производителите често сеят земята с определен завод. Тази практика не се отразява много добре на състоянието на земеделските земи, тъй като монокултурата води до промяна в околната среда.

На полетата, заемани от един вид растения, обикновено паразитират специални видове вредители. Опитът да бъдат контролирани с инсектициди и пестициди води само до развитие на резистентност към тези агенти.

За да се избегнат описаните по-горе проблеми, учените съветват да не се пренебрегва биологичното разнообразие на културите, като се комбинират няколко растения в полето, както и използването на местни сортове флора.

Генерации на алтернативно гориво

Широка гама растителни суровини, използвани за биомаса, могат да бъдат разделени на няколко поколения.

Първото поколение . Тази категория включва култури, които съдържат висок процент нишесте, захари, мазнини. Това са такива популярни растения като царевица, захарно цвекло, рапица, соя.

Тъй като отглеждането на тези култури е в ущърб на климата и тяхното премахване от пазара засяга ценообразуването на продуктите, учените се опитват да ги заменят с други видове биомаса.

От земеделски растения, принадлежащи към първото поколение суровини, в момента се произвеждат почти всички видове съвременни течни горива (биодизел, етанол).

Второ поколение Групата биомаса включва дървесина, трева, селскостопански отпадъци (черупки, люспи). Получаването на биогорива от такива суровини е скъпо, но решава проблема с изхвърлянето на нехранителни остатъци с едновременното производство на горими материали.

Особеност на културите, включени в този сорт, е наличието на лигнин и целулоза в тях. Благодарение на тях биомасата може да се изгори и газифицира, а също така да се подложи на пиролиза, като се получи течно гориво.

Основният недостатък на биомасата от второ поколение е липсата на възвръщаемост на единица площ, поради което за тези култури трябва да бъдат отпуснати значителни земни ресурси.

Трето поколение Суровината за производството на биогорива са водорасли, които се отглеждат в промишлен мащаб, например в открити води.

Най-обещаващ вариант е биогоривата, получени от едноклетъчни водорасли. Тези растения бързо придобиват маса, докато за тяхното отглеждане не се изисква плодородна земя

Тази практика има големи перспективи, но в момента такива технологии се разработват само. Учените също така провеждат изследвания за създаването на техники, които позволяват получаването на биогорива от четвърто и дори пето поколение.

Три вида биогорива

В зависимост от състоянието на агрегиране на веществото, съществуват три основни вида биогорива:

  1. Твърди : дърва за огрев, торф, животински отпадъци и селскостопанско производство.
  2. Течност : биодизел, диметилов етер, биоетанол, биобутанол.
  3. Газообразни : биогаз, метан, биоводород.

Всеки вид вещество има свои специфики, които ще бъдат разгледани по-долу.

Тип # 1: Твърдо

Най-популярните твърди сортове биогорива са дървесина, торф, животински отпадъци.

Дърва (дърва за огрев, стърготини, стърготини)

Древната форма на биогорива са добре известни дърва за огрев, които отдавна се използват за отопление на домове и готвене. Досега те се използват активно в различни страни за производство на топлоенергия / електроенергия, в частност, голяма австрийска термична централа с капацитет от 66 мегавата работи на дърва за огрев.

В същото време такива суровини имат недостатъци. Енергийната стойност на дървата за огрев е сравнително малка: при изгаряне част от веществото се натрупва под формата на сажди, поради което камините и печките трябва редовно да се почистват. В допълнение, отнема време за попълване на запасите от дърво - нови дървета ще растат само за 15-20 години.

Отлична алтернатива на конвенционалните дърва за огрев са пелети (гранули), за производството на които се използва нестандартно дърво: кора, чипс, пресовани дървени стърготини, клони.

Пелети, получени от дърво, торф и различни отпадъци, имат различен цвят. Светлите цветове се използват за отопление на камини и печки, а тъмните с високо съдържание на кора са предназначени за котли на твърдо гориво.

За производството на горивни пелети суровините се смилат до прах, който след това се изсушава и пресова при висока температура. Поради наличието на лигнин в дървото се образува лепкава маса, от която се образуват малки цилиндри с дължина 5-70 мм и диаметър 6-10 мм.

Модерна алтернатива на традиционните дърва за огрев е горивните брикети от четири, шест или октаедрични форми. Този екологично чист материал има висок топлообмен.

Можете сами да създадете производство на пелети, като направите преса за горивни брикети.

Сред популярните видове биогорива са дървесни стърготини, които често служат като източник на енергия за европейските топлоелектрически централи. Производството на тази суровина се извършва на изсечени места или на специални производствени линии, оборудвани с машини за раздробяване.

Торф от блато и гори

Това е обичайна форма на биогорива, използвана в битови и промишлени цели от векове. Торфът е слой от мъх, който не е напълно разложен в блатото и се прибира в много страни по света: Русия, Беларус, Канада, Швеция, Индонезия и др.

Торф, съдържащ 50-60% въглерод, се счита за популярен газсъдържащ материал. Тази ценна суровина може да се използва не само като гориво, но и като тор или топлинен изолатор.

За удобството на производствения процес, биомасата обикновено се преработва на мястото на екстракция. Процесът се състои в почистване (пресяване) на суровините от външни изключвания, последвано от сушене и формоване под формата на брикети или гранули.

Земеделско отпадъчно гориво

В селскостопанското производство, като правило, се натрупва голям брой разнообразни растителни отпадъци: външните черупки на растенията, ядки, слама.

Такива суровини могат също да бъдат пресовани и гранулирани, за да се получат горивни пелети, чиито характеристики практически не се различават от пелетите, направени от дървесна биомаса.

Биогорива от животински произход

Заедно с дърва за огрев в древни времена, хората започват да използват гориво от животински произход, а именно тор - сух тор от домашни животни. Съвременните технологии за сушене и преработка на подобни суровини правят възможно получаването на твърди сортове биогорива, напълно лишени от неприятна миризма.

Дълго време номадските народи използваха като гориво сух тор от коне, камили и добитък. Понастоящем биогоривата се произвеждат от отпадъци от домашни животни под формата на брикети или пелети.

Тъй като понастоящем животинските отпадъци се натрупват в промишлен мащаб, производството на гориво от тях едновременно решава проблема с тяхното използване.

Тип # 2: течност

Вариантите на течно биогориво, които са безопасни и щадящи околната среда, се използват най-вече като заместител на бензин и други подобни средства. Най-често срещаните варианти включват биоетанол, биометанол, биобутанол, биодизел, диметилов етер.

Биоетанол от растения

Това е обикновеното течно биогориво, което се използва за зареждане на автомобили. Въпреки че чистото вещество не се използва като гориво, добавянето му към бензин спомага за подобряване на работата на двигателя, увеличаване на мощността, наблюдение на отоплението на двигателя и намаляване на емисиите на отработени газове.

На много бензиностанции в Европа, Азия и Северна и Южна Америка се предлага не само традиционно гориво, но и различни видове биогорива, предимно смеси, съдържащи биоетанол.

Биоетанолът също е оценен от любителите на камината. Това вещество има добър пренос на топлина, освен това, когато се изгори, не се образува сажди или дим, а количеството на емитирания въглероден диоксид се свежда до минимум.

Благодарение на тези характеристики горивото може да се използва дори за отопление на огнището в жилищни сгради. Прочетете повече за биогоривата за камини, написани в тази статия.

Биоетанолът се произвежда от суровини от първо поколение, съдържащи нишесте или захар. Зърнени храни, царевица, захарна тръстика, цвекло се обработват по технология на алкохолна ферментация.

Биобутанол за зареждане с автомобили

Биобутанолът е биологично произведен бутанолов аналог. Безцветната течност, която има характерен мирис, се използва широко като химическа суровина в промишлеността и може да се използва като транспортно гориво.

Енергийното съдържание на бутанола е близко до бензина, което позволява частично заместване на горивото в горивните клетки. За разлика от биоетанола, биобутанолът може да се използва самостоятелно, без добавяне на традиционни видове гориво.

Суровините за производството на това биологично вещество са разнообразни растения: цвекло, маниока, пшеница, царевица.

Диметилов етер (C2H6O)

Това е и екологично гориво. Когато се изгарят в отработените газове, няма серни съединения, а съдържанието на азотни съединения е с 90% по-ниско, отколкото при изгарянето на бензин.

Диметилов етер може да се използва без специални филтри, но дизайнът на автомобила (енергийната система, запалването на двигателя) трябва да се промени драстично.

Диметилов етер се счита за обещаващ вариант за автомобилното гориво. Машини с двигатели, проектирани за това гориво, са разработени от такива големи компании като Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan.

Без каквито и да е промени, комбинирано гориво, съдържащо 30% диметилов етер, може да се използва в машини, които са оборудвани с двигатели с LPG.

Течните горива могат да бъдат произведени от различни суровини: природен газ, въглищен прах, биомаса и преди всичко от производството на целулоза и хартия, които се превръщат в течност с лек натиск.

Биометанол от едноклетъчни водорасли

Това вещество е аналог на конвенционалния метанол, който се използва широко за производството на редица химически съединения (оцетна киселина, формалдехид), и се използва също като антифриз и разтворител.

За първи път въпросът за производството на този вид биогориво беше повдигнат през 80-те години, когато група учени предложиха да се получи течно вещество чрез биохимичната трансформация на морския фитопланктон, който ще се отглежда в специални резервоари.

Биометанолът има няколко потенциални ползи:

  • висока енергийна ефективност - 14 при производството на метан, 7 при производството на метанол;
  • отлична продуктивност на фитопланктона - до 100 тона на хектар годишно;
  • неизискващите едноклетъчни организми, за отглеждането на които не е необходима прясна вода, плодородна почва;
  • опазване на земеделските ресурси, тъй като фитопланктонът се отглежда в езера или морски заливи.

Въпреки че промишленото производство на биометанол все още не е установено, в момента се провеждат постоянни изследвания и разработване на технологии за развитие на производството на този вид алтернативно гориво.

Биодизелът като алтернатива на транспортирането на гориво

Това е течно моторно биогориво, състоящо се от смес от естери на мастни киселини. Веществото е безопасно за хора и животни, почти напълно се разлага в земята в продължение на 28 дни и също има относително висока (<100) температура на запалване.

Биодизелът намалява процента на емисиите на вредни газове и удължава живота на двигателя, тъй като съдържа смазочни компоненти.

Горивото се използва за зареждане на автомобилни двигатели както самостоятелно, така и в комбинация с конвенционално гориво. Трябва да се има предвид само кратък срок на годност на биологичното вещество: след три месеца разграждането на биологичното вещество започва с пълна загуба на свойства.

За биодизела в ЕС беше приет специален стандарт EN14214. В редица страни е в сила и стандартът EN590, който позволява добавянето на 5% биодизел към други горива.

Тип # 3: Газообразно

Основните видове газообразни биогорива включват биогаз и био-водород.

Биогазът е заместител на природния газ

Биогазът е практически пълен аналог на природния газ: съдържа 13-50% CO 2, 49-87% метан, както и примеси H 2 и H 2 S. Ако това вещество е изчистено от въглероден диоксид, можете да получите биометан.

Газообразното биогориво се произвежда от биомаса чрез ферментация на водород или метан. Последното е причинено от три вида микроорганизми: първо, суровината е изложена на действието на хидролизиращи бактерии, които след това се заменят с киселинно формиращи и метанообразуващи микроби.

Производството на биогаз може да се извършва на промишлени и занаятчийски изделия. Най-често срещаният метод за производство е аеробно разграждане в метан-танки.

Като суровини могат да се използват разнообразни материали: силаж, тор, водорасли, отпадъчни води, отпадъци, фекални остатъци, битови отпадъци. Изходният материал се поставя в хомогенно състояние, след което се поставя в реактора с помощта на товарач.

Поддържа комфортна температура от + 35-38 ° C, необходима за осъществяване на процеса на метановата ферментация.

Суровините непрекъснато се смесват, като полученият газообразен продукт се изхвърля в резервоара за съхранение, откъдето влиза в генератора.

Повече информация за получаване на биогаз от тор и подреждане на инсталация за биогаз е написана в статиите:

  1. Как да направите биогориво със собствените си ръце от оборския тор вкъщи
  2. Биогазова инсталация за частна къща със собствени ръце: препоръки за устройството и пример за домашно оборудване

Биологичен водород, получен чрез химичен метод

Разнообразие от газообразно биогориво, което е аналог на обикновен водород, се получава от биомаса, използвайки биохимични или термохимични методи.

При термохимичния метод приготвената суровина (например дървесните отпадъци) се нагрява до температура от 500 до 800 ° С без достъп на кислород и се отделят газове Н2, СО, СН4.

Обещаващ метод за производство на био-водород е биофталазата. В този случай газът се произвежда с помощта на водорасли, които се поставят в морска вода, канализация

В биохимичния метод суровината се поддържа в удобни условия при нормално налягане и температура от около 30 ° С.

В биомасата се въвеждат специални микроорганизми Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes, които разграждат оригиналния продукт, освобождавайки водород. Ензимите могат да ускорят производството, използвайки полизахариди.

Заключения и полезно видео по темата

На видеото по-долу можете да видите процеса на производство на популярен вид биогориво - дървесни брикети:

Видовете биогорива се различават не само в състоянието на агрегация, но и в техните характеристики. При избора на такъв материал е необходимо да се вземе предвид тяхната планирана употреба, ефективност, функционални свойства и цена.

Имате опит с използването на алтернативно гориво? Или бихте искали да задавате въпроси за биогоривата? Моля, коментирайте публикацията и участвайте в дискусиите. Блокът за обратна връзка се намира по-долу.

Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Категория:

Строителство