Vrste biogoriva: usporedba karakteristika krutih, tekućih i plinovitih goriva

Alternativa tradicionalnim izvorima energije su razne vrste biogoriva, za čiju se proizvodnju koriste biljne ili životinjske sirovine, industrijski otpad i rezultati vitalne aktivnosti organizama.

Nudimo razumjeti prednosti i nedostatke korištenja takvog goriva, saznati značajke proizvodnje, funkcionalne karakteristike, kao i procijeniti učinkovitost korištenja različitih vrsta biološkog goriva. Pružene informacije pomoći će vam da se snađete u izboru alternativnih izvora energije.

Što je biogorivo

Najperspektivniji smjer u energetskom sektoru su tehnologije koje uključuju korištenje obnovljivih izvora, što uključuje biološko gorivo.

Najčešća vrsta biološkog goriva je obično drvo za ogrjev. 38% svjetske populacije koristi ih za grijanje i kuhanje

Kao sirovina za njegovu proizvodnju možete uzeti biomasu biljnog/životinjskog podrijetla, uključujući industrijski otpad ili životinjski otpad.

Obrada takvih tvari provodi se termokemijskim ili biološkim metodama; u potonjem slučaju gorivo se dobiva pomoću različitih vrsta mikroorganizama.

Udio korištenja bioloških goriva u stalnom je porastu, što doprinosi očuvanju izvora fosilnih ugljikovodika (+)

Mnoge zemlje imaju posebne programe za povećanje udjela biogoriva u nacionalnoj i regionalnoj potrošnji energije. Niz država također ima obvezne standarde za korištenje ovog izvora energije.

Prednosti i nedostaci biogoriva

Biološka goriva imaju svoje pozitivne i negativne strane. Zanimanje za korištenje ove vrste sirovina uzrokovano je njegovim nedvojbenim prednostima.

To uključuje:

• Proračunski trošak. Iako su trenutačno cijene biogoriva gotovo jednake cijeni benzina, biološke tvari smatraju se isplativijom vrstom goriva jer proizvode manje emisija pri izgaranju. Biogorivo je pogodno za korištenje u različitim uvjetima, a može se prilagoditi motorima različitih izvedbi. Još jedna prednost je optimizacija rada motora koji dulje ostaje čist zbog male količine čađe i ispušnih plinova.
• Mobilnost. Biološko gorivo se od ostalih alternativnih izvora energije razlikuje po svojoj prenosivosti. Solarne i vjetroelektrane obično uključuju teške baterije, pa se najčešće koriste trajno, dok se biogoriva mogu transportirati iz jedne regije u drugu bez puno muke.
• Obnovljivi izvor energije. Iako istraživači vjeruju da će postojeća nalazišta sirove nafte trajati barem nekoliko stotina godina, fosilne rezerve su još uvijek ograničene. Biogoriva, proizvedena od biljnog i životinjskog otpada, spadaju među obnovljive resurse kojima ne prijeti nestanak u dogledno vrijeme.
• Zaštita Zemljine atmosfere. Veliki nedostatak tradicionalnih ugljikovodika je visok postotak CO₂, koji se oslobađa prilikom spaljivanja. Ovaj plin stvara efekt staklenika u atmosferi našeg planeta, stvarajući uvjete za globalno zatopljenje. Sagorijevanjem bioloških tvari količina ugljičnog dioksida se smanjuje na 65%. Osim toga, usjevi koji se koriste u proizvodnji biogoriva troše ugljični monoksid, smanjujući njegov udio u zraku.
• Ekonomska sigurnost. Rezerve ugljikovodika su neravnomjerno raspoređene, pa su neke države prisiljene kupovati naftu ili prirodni plin, trošeći velike količine novca na nabavu, transport i skladištenje. Razne vrste biološkog goriva mogu se proizvesti u gotovo svakoj zemlji. Budući da će njegova proizvodnja i prerada zahtijevati otvaranje novih poduzeća, a time i radnih mjesta, to će biti od koristi nacionalnom gospodarstvu i pozitivno će utjecati na dobrobit ljudi.

Poboljšanje tehnologije i razvoj novih metoda mogu poboljšati pozitivne učinke biogoriva. Stoga će razvoj tehnologije korištenja planktona i algi značajno smanjiti njegovu cijenu.

Istodobno, u sadašnjoj fazi razvoja znanosti i tehnologije, proizvodnja biogoriva povezana je s nizom poteškoća i neugodnosti. Prije svega, to su prirodna ograničenja u uzgoju biljaka.

Za rast usjeva koji se koriste za proizvodnju biomase potrebno je uzeti u obzir niz čimbenika, a to su:

• Upotreba vode. Poljoprivredne biljke troše puno vode, što je ograničen resurs, posebno u suhim područjima.
• Invazivnost. Usjevi koji se uzgajaju za gorivo često su agresivni.Oni guše autentičnu floru, što može uzrokovati štetu bioraznolikosti i ekosustavu regije.
• Gnojiva. Mnoge biljke zahtijevaju dodatne hranjive tvari za rast, što može naštetiti drugim usjevima ili cjelokupnom ekosustavu.
• Klima. Određene klimatske zone (na primjer, pustinja ili tundra) nisu prikladne za uzgoj usjeva biogoriva.

Aktivni uzgoj poljoprivrednih biljaka također je povezan s iscrpljivanjem poljoprivrednih resursa.Nepridržavanje pravila poljoprivredne tehnologije može dovesti do smanjenja sadržaja korisnih komponenti tla i, kao rezultat toga, do njihovog iscrpljivanja, što će pogoršati problem hrane.

Ekosustav je poremećen. Proizvodnja biomase obično zahtijeva širenje poljoprivrednih površina.

Često se u tu svrhu čisti teritorij, što dovodi do uništavanja mikroekosustava (na primjer, šuma), smrti biljaka i životinja.

Velik broj usjeva već se uzgaja za proizvodnju biogoriva. Više od 50% uljane repice proizvedene u Europi, više od trećine američkih žitarica i gotovo polovica šećerne trske uzgojene u Brazilu koristi se za proizvodnju biomase.

Problemi nastaju kod uzgoja monokultura. Kako bi dobili veće prinose biomase, proizvođači često zasiju zemlju određenom biljkom. Ova praksa nije baš dobra za poljoprivredno zemljište, budući da monokultura dovodi do promjena u okolišu.

Polja zauzeta jednom vrstom biljaka obično su napadnuta posebnim vrstama štetnika.Pokušaj njihovog suzbijanja uz pomoć insekticida i pesticida samo dovodi do razvoja otpornosti na te agense.

Kako bi se izbjegli gore opisani problemi, znanstvenici savjetuju da se ne zanemari bioraznolikost usjeva kombiniranjem nekoliko biljaka na poljima, kao i da se koriste lokalne sorte flore.

Generacije alternativnih goriva

Širok raspon biljnih sirovina koji se koriste za biomasu obično se dijeli na nekoliko generacija.

Prva generacija. U ovu kategoriju spadaju poljoprivredne kulture koje sadrže visok postotak škroba, šećera i masti. To su tako popularne biljke kao što su kukuruz, šećerna repa, uljana repica i soja.

Budući da uzgoj ovih usjeva šteti klimi, a njihovo uklanjanje s tržišta utječe na cijene hrane, znanstvenici ih pokušavaju zamijeniti drugim vrstama biomase.

Gotovo sve vrste modernih tekućih goriva (biodizel, etanol) trenutno se proizvode iz poljoprivrednih biljaka koje pripadaju prvoj generaciji sirovina.

Druga generacija. Skupina biomase uključuje drvo, travu i poljoprivredni otpad (ljuske, ljuske). Proizvodnja biogoriva iz takvih sirovina je skupa, ali omogućuje rješavanje problema recikliranja neprehrambenih ostataka uz istovremenu proizvodnju zapaljivih materijala.

Značajka usjeva uključenih u ovu sortu je prisutnost lignina i celuloze u njima. Zahvaljujući njima, biomasa se može spaljivati ​​i plinificirati, kao i podvrgnuti pirolizi za proizvodnju tekućeg goriva.

Glavnim nedostatkom biomase druge generacije smatra se nedovoljan povrat po jedinici površine, zbog čega se za takve usjeve moraju izdvojiti značajni zemljišni resursi.

Treća generacija. Sirovina za proizvodnju biogoriva su alge, koje se uzgajaju u industrijskim razmjerima, na primjer, u otvorenim rezervoarima.

Opcija koja najviše obećava smatra se biogorivom dobivenim iz jednostaničnih algi. Takve biljke brzo dobivaju na težini, a za uzgoj im nije potrebna plodna zemlja.

Ova praksa mnogo obećava, ali trenutno se takve tehnologije tek razvijaju. Znanstvenici također provode istraživanja kako bi stvorili tehnike koje omogućuju dobivanje biogoriva četvrte, pa čak i pete generacije.

Tri vrste biogoriva

Ovisno o agregatnom stanju u kojem se tvar nalazi, postoje tri glavne vrste biogoriva:

1. Čvrsto: ogrjevno drvo, treset, životinjski i poljoprivredni otpad.
2. Tekućina: biodizel, dimetil eter, bioetanol, biobutanol.
3. plinoviti: bioplin, metan, biovodik.

Svaka vrsta tvari ima svoje specifičnosti, o čemu će biti riječi u nastavku.

Tip #1: teško

Najpopularnije krute vrste biološkog goriva uključuju drvo, treset i životinjski otpad.

Drvo (ogrjevno drvo, sječka, piljevina)

Drevna vrsta biogoriva je dobro poznato ogrjevno drvo, koje se od davnina koristi za grijanje kuća i kuhanje hrane. Do sada se aktivno koriste u različitim zemljama za proizvodnju topline/električne energije, posebno velika austrijska termoelektrana kapaciteta 66 megavata radi na drvu.

Istodobno, takve sirovine imaju nedostatke. Energetska vrijednost ogrjevnog drva je relativno niska: prilikom sagorijevanja dio tvari taloži se u obliku čađe, zbog čega je kamine i peći potrebno redovito čistiti.Osim toga, potrebno je određeno vrijeme za popunjavanje rezervi drva - nova stabla će rasti tek nakon 15-20 godina.

Izvrsna alternativa konvencionalnom drvu za ogrjev su peleti (granule), za čiju se proizvodnju koristi nestandardno drvo: kora, drvna sječka, prešana piljevina, kučko.

Peleti dobiveni od drva, treseta i raznog otpada imaju različite boje. Svijetle se koriste za loženje kamina i peći, a tamne, s visokim udjelom kore, namijenjene su kotlovima na kruta goriva

Za proizvodnju peleta za gorivo, sirovine se melju u prah, koji se zatim suši i preša na visokim temperaturama. Zahvaljujući ligninu sadržanom u drvu, nastaje ljepljiva masa iz koje se formiraju mali cilindri duljine 5-70 mm i promjera 6-10 mm.

Moderna alternativa tradicionalnom drvu za ogrjev su četvero-, šest- ili osmerokutni briketi za gorivo. Ovaj ekološki prihvatljiv materijal ima visok prijenos topline

Proizvodnju peleta možete postaviti sami izradom preša za brikete goriva.

Među popularnim vrstama biogoriva je drvna sječka koja često služi kao izvor energije u europskim termoelektranama. Proizvodnja ovih sirovina odvija se na sječima ili na posebnim proizvodnim linijama opremljenim strojevima za usitnjavanje.

Močvarni i šumski treset za gorivo

To je uobičajena vrsta biogoriva koja se stoljećima koristi u kućanstvu i industriji. Treset je sloj mahovine koji se nije potpuno razgradio u močvarnim uvjetima, a vadi se u mnogim zemljama svijeta: Rusiji, Bjelorusiji, Kanadi, Švedskoj, Indoneziji i dr.

Treset, koji sadrži 50-60% ugljika, smatra se popularnim materijalom koji nosi plin. Ova vrijedna sirovina može se koristiti ne samo kao gorivo, već i kao gnojivo ili toplinski izolator.

Kako bi se olakšao proizvodni proces, biomasa se obično prerađuje na mjestu ekstrakcije. Proces se sastoji od čišćenja (prosijavanja) sirovina od stranih inkluzija, nakon čega slijedi sušenje i oblikovanje u brikete ili granule.

Gorivo iz poljoprivrednog otpada

U poljoprivrednoj proizvodnji u pravilu se nakuplja veliki broj raznih biljnih otpadaka: vanjske ljuske biljaka, ljuske oraha, slama.

Takve se sirovine također mogu prešati i granulirati, čime se dobivaju peleti za gorivo, čija se svojstva praktički ne razlikuju od peleta od drvne biomase.

Biogoriva životinjskog podrijetla

Uz ogrjev, ljudi su u davna vremena počeli koristiti gorivo životinjskog podrijetla, odnosno balegu - osušeni izmet domaćih životinja. Suvremene tehnologije sušenja i obrade takvih sirovina omogućuju dobivanje čvrstih vrsta biogoriva koje su potpuno lišene neugodnog mirisa.

Dugo su vremena nomadski narodi kao gorivo koristili osušeni gnoj od konja, deva i goveda. Trenutno se biogorivo proizvodi iz otpada domaćih životinja u obliku briketa ili peleta

Budući da se stočni otpad trenutno akumulira u industrijskim razmjerima, proizvodnja goriva iz njega istodobno rješava pitanje njegovog zbrinjavanja.

Tip #2: tekućina

Tekuća biogoriva, koja su sigurna i ekološki prihvatljiva, uglavnom se koriste kao zamjena za benzin i slične proizvode.Najčešće opcije uključuju bioetanol, biometanol, biobutanol, biodizel i dimetil eter.

Bioetanol iz biljnih kultura

To je uobičajeno tekuće biogorivo koje se koristi za gorivo automobila. Iako se čista tvar ne koristi kao gorivo, njezin dodatak benzinu pomaže poboljšati performanse motora, povećati njegovu snagu, kontrolirati zagrijavanje motora i smanjiti emisije ispušnih plinova.

Mnoge benzinske postaje u Europi, Aziji, Sjevernoj i Južnoj Americi nude ne samo tradicionalno gorivo, već i razne vrste biogoriva, prvenstveno mješavine koje sadrže bioetanol

Bioetanol su cijenili i ljubitelji kamina. Ova tvar ima dobar prijenos topline, štoviše, kada gori, ne stvara se čađa ili dim, a količina oslobođenog ugljičnog dioksida je svedena na minimum.

Zahvaljujući ovim svojstvima, gorivo se čak može koristiti za loženje ognjišta u stambenim zgradama. Pročitajte više o biogorivu za kamine u ovaj članak.

Bioetanol se proizvodi od sirovina prve generacije koje sadrže škrob ili šećer. Žitarice, kukuruz, šećerna trska i repa prerađuju se tehnologijom alkoholnog vrenja.

Biobutanol za punjenje automobila

Biobutanol je biološki dobiven analog butanola. Bezbojna tekućina karakterističnog mirisa, široko se koristi kao kemijska sirovina u industriji, a može se koristiti i kao pogonsko gorivo za prijevoz.

Energetski intenzitet butanola blizak je onom benzina, što omogućuje djelomičnu zamjenu potonjeg u gorivim ćelijama. Za razliku od bioetanola, biobutanol se može koristiti samostalno, bez dodavanja tradicionalnih vrsta goriva.

Sirovine za proizvodnju ove biosupstance su razne biljke: repa, kasava, pšenica, kukuruz.

Dimetil eter (C₂H₆O)

Također je ekološki prihvatljivo gorivo. Prilikom izgaranja u ispušnim plinovima nema sumpornih spojeva, a sadržaj dušikovih spojeva je 90% manji nego kod izgaranja benzina.

Dimetil eter se može koristiti bez posebnih filtara, ali se moraju izvršiti temeljne promjene u dizajnu automobila (sustav napajanja, paljenje motora).

Dimetil eter se smatra obećavajućom opcijom za automobilsko gorivo. Automobile s motorima dizajniranim za ovo gorivo razvijaju tako velike tvrtke kao što su Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan

Bez ikakvih izmjena, možete koristiti kombinirano gorivo koje sadrži 30% dimetil etera u automobilima koji su opremljeni LPG motorima.

Tekuće gorivo može se proizvoditi iz različitih sirovina: prirodnog plina, ugljene prašine, biomase i prije svega iz ostataka proizvodnje celuloze i papira koji se pod niskim tlakom pretvaraju u tekućinu.

Biometanol iz jednostaničnih algi

Ova tvar je analog običnog metanola, koji se široko koristi za proizvodnju niza kemijskih spojeva (octena kiselina, formaldehid), a također se koristi kao antifriz i otapalo.

Pitanje proizvodnje ove vrste biogoriva prvi put se pokrenulo 80-ih godina prošlog stoljeća, kada je skupina znanstvenika predložila proizvodnju tekuće tvari biokemijskom transformacijom morskog fitoplanktona koji bi se uzgajao u posebnim rezervoarima.

Biometanol ima brojne potencijalne prednosti:

• visoka energetska učinkovitost — 14 za proizvodnju metana, 7 za proizvodnju metanola;
• izvrsna produktivnost fitoplanktona — do 100 tona po hektaru godišnje;
• nezahtjevni jednostanični organizmi, za čiji uzgoj nisu potrebni svježa voda i plodna tla;
• očuvanje poljoprivrednih resursa, budući da se fitoplankton uzgaja u jezercima ili morskim zaljevima.

Iako industrijska proizvodnja biometanola još nije uspostavljena, trenutno su u tijeku ustrajna istraživanja i razvoj tehnologija za razvoj proizvodnje ove vrste alternativnog goriva.

Biodizel kao alternativa transportnom gorivu

Ovo je tekuće motorno biogorivo koje se sastoji od mješavine estera masnih kiselina. Tvar je sigurna za ljude i životinje, gotovo potpuno se razgrađuje u zemlji za 28 dana, a također ima relativno visoko (<100) plamište.

Biodizel smanjuje postotak emisije štetnih plinova i produljuje vijek trajanja motora jer sadrži mazive komponente.

Gorivo se koristi za punjenje motora automobila, samostalno ili u kombinaciji s konvencionalnim gorivom. Treba uzeti u obzir samo kratak rok trajanja biološke tvari: nakon tri mjeseca biološka tvar počinje se raspadati uz potpuni gubitak svojstava.

Za biodizel je u zemljama EU usvojena posebna norma EN14214. U nizu zemalja na snazi ​​je i standard EN590 koji dopušta dodavanje 5% biodizela drugim gorivima.

Tip #3: plinoviti

Glavne vrste plinovitih bioloških goriva uključuju bioplin i biovodik.

Bioplin kao zamjena za prirodni plin

Bioplin je gotovo potpuni analog prirodnog plina: sadrži 13-50% CO_2, 49-87% metana, kao i H nečistoće₂ i H₂S.Ako se ova tvar pročisti od ugljičnog dioksida, može se dobiti biometan.

Plinovito biogorivo proizvodi se iz biomase fermentacijom vodika ili metana. Ovo posljednje uzrokuju tri vrste mikroorganizama: prvo, sirovina je izložena hidrolitičkim bakterijama, koje su zatim zamijenjene mikrobima koji stvaraju kiselinu i mikroorganizmima koji stvaraju metan.

Proizvodnja bioplina može se provoditi pomoću industrijskih i zanatskih uređaja. Najčešća metoda proizvodnje je aerobna digestija u digestorima.

Kao sirovine mogu se koristiti različiti materijali: silaža, stajnjak, alge, otpadne vode, stelja, fekalni ostaci, kućni otpad. Polazna tvar se dovodi u homogeno stanje, nakon čega se pomoću punjača stavlja u reaktor.

Tamo se održava ugodna temperatura od +35-38°C, neophodna za proces fermentacije metana.

Sirovina se stalno miješa, a nastali plinoviti produkt se ispušta u spremnik plina (skladište), odakle ulazi u električni generator.

Više informacija o dobivanju bioplina iz stajnjaka i postavljanju bioplinskog postrojenja napisano je u člancima:

1. Kako napraviti biogorivo vlastitim rukama od gnojiva kod kuće
2. Bioplinsko postrojenje za privatnu kuću "uradi sam": preporuke za uređaj i primjer uređenja domaćeg proizvoda

Biovodik dobiven kemijskom metodom

Vrsta plinovitog biogoriva, analognog konvencionalnom vodiku, dobiva se iz biomase biokemijskim ili termokemijskim metodama.

U termokemijskoj metodi pripremljene sirovine (na primjer, drvni otpad) zagrijavaju se na temperaturu od 500-800 °C bez kisika, pri čemu se oslobađaju H plinovi₂,CO,CH₄.

Obećavajuća metoda za proizvodnju biovodika je bioftoliza. U ovom slučaju, plin se proizvodi pomoću algi, koje se stavljaju u morsku vodu, kanalizaciju

Kod biokemijske metode sirovine se čuvaju u ugodnim uvjetima pri normalnom tlaku i temperaturi od približno 30°C.

U biomasu se unose posebni mikroorganizmi Enterobacter cloacae i Rodobacter speriodes koji razgrađuju izvorni produkt pri čemu se oslobađa vodik. Kako bi se ubrzala proizvodnja pomoću polisaharida, mogu se dodati enzimi.

Zaključci i koristan video na tu temu

U videu ispod možete vidjeti proces izrade popularne vrste biogoriva - drvenih briketa:

Vrste bioloških goriva razlikuju se ne samo po agregatnom stanju, već i po karakteristikama. Pri odabiru takvih materijala potrebno je voditi računa o njihovoj namjeni, učinkovitosti, funkcionalnim svojstvima i cijeni.

Imate li iskustva s alternativnim gorivom? Ili želite postaviti pitanja o biogorivima? Molimo komentirajte objavu i sudjelujte u raspravama. Blok povratnih informacija nalazi se ispod.