Jenis bahan api bio: perbandingan ciri bahan api pepejal, cecair dan gas

Alternatif kepada sumber tenaga tradisional ialah pelbagai jenis biofuel, pengeluarannya menggunakan bahan mentah tumbuhan atau haiwan, sisa industri dan hasil aktiviti penting organisma.

Kami menawarkan untuk memahami kelebihan dan kekurangan menggunakan bahan api tersebut, mengetahui ciri pengeluaran, ciri fungsi, dan juga menilai keberkesanan penggunaan pelbagai jenis bahan api biologi. Maklumat yang diberikan akan membantu anda menavigasi pilihan sumber sumber tenaga alternatif.

Apakah biofuel

Hala tuju yang paling menjanjikan dalam sektor tenaga ialah teknologi yang melibatkan penggunaan sumber boleh diperbaharui, termasuk bahan api biologi.

Jenis bahan api biologi yang paling biasa ialah kayu api biasa. 38% daripada penduduk dunia menggunakannya untuk memanaskan dan memasak

Sebagai bahan mentah untuk pengeluarannya, anda boleh mengambil biojisim asal tumbuhan/haiwan, termasuk sisa industri atau sisa haiwan.

Pemprosesan bahan tersebut dilakukan dengan kaedah termokimia atau biologi; dalam kes kedua, bahan api diperoleh menggunakan pelbagai jenis mikroorganisma.

Bahagian penggunaan bahan api biologi sentiasa berkembang, yang menyumbang kepada pemuliharaan sumber hidrokarbon fosil (+)

Banyak negara mempunyai program khas untuk mengembangkan bahagian biofuel dalam penggunaan tenaga negara dan serantau. Beberapa negeri juga mempunyai piawaian wajib untuk penggunaan sumber tenaga ini.

Kebaikan dan keburukan biofuel

Bahan api biologi mempunyai sisi positif dan negatifnya. Minat dalam penggunaan bahan mentah jenis ini disebabkan oleh kelebihannya yang tidak diragui.

Ini termasuk:

• Kos bajet. Walaupun pada masa ini harga bahan api bio hampir sama dengan kos petrol, bahan biologi dianggap sebagai jenis bahan api yang lebih menguntungkan kerana ia menghasilkan lebih sedikit pelepasan apabila dibakar. Biofuel sesuai digunakan dalam pelbagai keadaan, dan ia boleh disesuaikan dengan enjin dengan reka bentuk yang berbeza. Kelebihan lain ialah pengoptimuman operasi enjin, yang kekal bersih lebih lama disebabkan oleh sejumlah kecil jelaga dan gas ekzos.
• mobiliti. Bahan api biologi berbeza daripada sumber tenaga alternatif lain dalam kemudahalihannya. Pemasangan solar dan angin biasanya termasuk bateri berat, jadi ia paling kerap digunakan secara kekal, manakala biofuel boleh diangkut dari satu kawasan ke kawasan lain tanpa banyak kerumitan.
• Sumber tenaga boleh diperbaharui. Walaupun penyelidik percaya deposit minyak mentah sedia ada akan bertahan sekurang-kurangnya beberapa ratus tahun, rizab fosil masih terhad. Biofuel, diperbuat daripada tumbuhan dan sisa haiwan, adalah antara sumber boleh diperbaharui yang tidak terancam lenyap pada masa hadapan.
• Melindungi Atmosfera Bumi. Kelemahan utama hidrokarbon tradisional ialah peratusan CO yang tinggi₂, yang dilepaskan apabila dibakar. Gas ini mewujudkan kesan rumah hijau di atmosfera planet kita, mewujudkan keadaan untuk pemanasan global. Apabila bahan biologi dibakar, jumlah karbon dioksida dikurangkan kepada 65%. Di samping itu, tanaman yang digunakan dalam pengeluaran biofuel menggunakan karbon monoksida, mengurangkan bahagiannya di udara.
• Keselamatan ekonomi. Rizab hidrokarbon diagihkan secara tidak sekata, jadi sesetengah negeri terpaksa membeli minyak atau gas asli, membelanjakan sejumlah besar wang untuk pemerolehan, pengangkutan dan penyimpanan. Pelbagai jenis bahan api biologi boleh dihasilkan di hampir mana-mana negara. Memandangkan pengeluaran dan pemprosesannya akan memerlukan penciptaan perusahaan baharu dan, oleh itu, pekerjaan, ini akan memberi manfaat kepada ekonomi negara dan memberi kesan positif kepada kesejahteraan rakyat.

Meningkatkan teknologi dan membangunkan kaedah baharu boleh meningkatkan kesan positif biofuel. Oleh itu, pembangunan teknologi menggunakan plankton dan alga akan mengurangkan harganya dengan ketara.

Pada masa yang sama, pada peringkat perkembangan sains dan teknologi sekarang, pengeluaran biofuel dikaitkan dengan beberapa kesukaran dan kesulitan. Pertama sekali, ini adalah batasan semula jadi dalam tumbuh tumbuhan.

Bagi pertumbuhan tanaman yang digunakan untuk pengeluaran biojisim, beberapa faktor perlu diambil kira, iaitu:

• Penggunaan air. Tumbuhan pertanian mengambil banyak air, yang merupakan sumber yang terhad, terutamanya di kawasan kering.
• Invasif. Tanaman yang ditanam untuk bahan bakar selalunya agresif.Mereka mencekik flora asli, yang boleh menyebabkan kepelbagaian biologi dan ekosistem rantau ini menderita.
• Baja. Banyak tumbuhan memerlukan nutrien tambahan untuk berkembang, yang boleh membahayakan tanaman lain atau keseluruhan ekosistem.
• iklim. Zon iklim tertentu (contohnya, padang pasir atau tundra) tidak sesuai untuk menanam tanaman biofuel.

Penanaman tanaman pertanian secara aktif juga dikaitkan dengan kehabisan sumber pertanian. Kegagalan untuk mematuhi peraturan teknologi pertanian boleh menyebabkan penurunan kandungan komponen tanah yang berguna dan, akibatnya, kepada penyusutannya, yang akan memburukkan lagi keadaan. masalah makanan.

Ekosistem terganggu. Pengeluaran biojisim biasanya memerlukan perluasan kawasan pertanian.

Selalunya, untuk tujuan ini, wilayah itu dibersihkan, yang membawa kepada kemusnahan mikroekosistem (contohnya, hutan), kematian tumbuhan dan haiwan.

Sebilangan besar tanaman telah ditanam untuk menghasilkan biofuel. Lebih daripada 50% biji sesawi yang dihasilkan di Eropah, lebih satu pertiga daripada bijirin Amerika, dan hampir separuh daripada tebu yang ditanam di Brazil digunakan untuk pengeluaran biojisim.

Masalah timbul dengan penanaman monokultur. Untuk mendapatkan hasil biojisim yang lebih besar, pengeluar selalunya menanam benih dengan tumbuhan tertentu. Amalan ini tidak begitu baik untuk tanah pertanian, kerana monokultur membawa kepada perubahan alam sekitar.

Padang yang diduduki oleh satu jenis tumbuhan biasanya diserang oleh jenis perosak khas.Percubaan untuk memerangi mereka dengan bantuan racun serangga dan racun perosak hanya membawa kepada perkembangan rintangan terhadap agen ini.

Untuk mengelakkan masalah yang dinyatakan di atas, saintis menasihatkan supaya tidak mengabaikan biodiversiti tanaman dengan menggabungkan beberapa tumbuhan di ladang, dan juga menggunakan jenis flora tempatan.

Generasi bahan api alternatif

Pelbagai bahan mentah tumbuhan yang digunakan untuk biojisim biasanya dibahagikan kepada beberapa generasi.

Generasi pertama. Kategori ini termasuk tanaman pertanian yang mengandungi peratusan tinggi kanji, gula dan lemak. Ini adalah tumbuhan yang popular seperti jagung, bit gula, biji sesawi, dan kacang soya.

Oleh kerana menanam tanaman ini membahayakan iklim dan penyingkirannya dari pasaran menjejaskan harga makanan, saintis cuba menggantikannya dengan jenis biojisim lain.

Hampir semua jenis bahan api cecair moden (biodiesel, etanol) kini dihasilkan daripada tumbuhan pertanian kepunyaan bahan mentah generasi pertama.

Generasi kedua. Kumpulan biojisim termasuk kayu, rumput, dan sisa pertanian (cengkerang, sekam). Menghasilkan biofuel daripada bahan mentah tersebut adalah mahal, tetapi ia membolehkan menyelesaikan isu kitar semula sisa bukan makanan dengan pengeluaran serentak bahan mudah terbakar.

Ciri tanaman yang termasuk dalam varieti ini ialah kehadiran lignin dan selulosa di dalamnya. Terima kasih kepada mereka, biojisim boleh dibakar dan digas, serta tertakluk kepada pirolisis untuk menghasilkan bahan api cecair.

Kelemahan utama biojisim generasi kedua dianggap sebagai pulangan yang tidak mencukupi bagi setiap unit keluasan, itulah sebabnya sumber tanah yang besar perlu diperuntukkan untuk tanaman tersebut.

Generasi ketiga. Bahan mentah untuk pengeluaran biofuel adalah alga, yang ditanam pada skala perindustrian, contohnya, dalam takungan terbuka.

Pilihan yang paling menjanjikan dianggap sebagai bahan api bio yang diperoleh daripada alga bersel tunggal. Tumbuhan sedemikian cepat bertambah berat, dan mereka tidak memerlukan tanah yang subur untuk menanamnya.

Amalan ini mempunyai janji yang besar, tetapi pada masa ini teknologi sedemikian hanya sedang dibangunkan. Para saintis juga menjalankan penyelidikan untuk mencipta teknik yang memungkinkan untuk mendapatkan biobahan api generasi keempat dan kelima.

Tiga jenis biofuel

Bergantung pada keadaan pengagregatan bahan itu, terdapat tiga jenis biofuel utama:

1. Padat: kayu api, gambut, sisa haiwan dan pertanian.
2. Cecair: biodiesel, dimetil eter, bioetanol, biobutanol.
3. Bergas: biogas, metana, biohidrogen.

Setiap jenis bahan mempunyai spesifiknya sendiri, yang akan dibincangkan di bawah.

Jenis #1: sukar

Jenis pepejal bahan api biologi yang paling popular termasuk kayu, gambut, dan sisa haiwan.

Kayu (kayu api, serpihan, habuk papan)

Jenis biofuel kuno ialah kayu api yang terkenal, yang telah lama digunakan untuk memanaskan rumah dan memasak makanan. Sehingga kini, ia digunakan secara aktif di negara yang berbeza untuk menjana haba/elektrik, khususnya, loji kuasa haba Austria yang besar dengan kapasiti 66 megawatt beroperasi di atas kayu.

Pada masa yang sama, bahan mentah tersebut mempunyai kelemahan. Nilai tenaga kayu api agak rendah: apabila dibakar, sebahagian daripada bahan itu mendap dalam bentuk jelaga, itulah sebabnya perapian dan dapur perlu dibersihkan dengan kerap.Di samping itu, ia mengambil masa tertentu untuk menambah rizab kayu - pokok baru akan tumbuh hanya selepas 15-20 tahun.

Alternatif yang sangat baik untuk kayu api konvensional adalah pelet (butiran), untuk pengeluaran kayu substandard digunakan: kulit kayu, serpihan kayu, habuk papan yang ditekan, jalang.

Pelet yang diperoleh daripada kayu, gambut dan pelbagai bahan buangan mempunyai warna yang berbeza. Yang ringan digunakan untuk menyalakan perapian dan dapur, manakala yang gelap, dengan kandungan kulit kayu yang tinggi, bertujuan untuk dandang bahan api pepejal

Untuk menghasilkan pelet bahan api, bahan mentah dikisar menjadi habuk, yang kemudiannya dikeringkan dan ditekan pada suhu tinggi. Terima kasih kepada lignin yang terkandung dalam kayu, jisim melekit terbentuk, dari mana silinder kecil dengan panjang 5-70 mm dan diameter 6-10 mm terbentuk.

Alternatif moden kepada kayu api tradisional ialah briket bahan api empat, enam atau oktagon. Bahan mesra alam ini mempunyai pemindahan haba yang tinggi

Anda boleh menyediakan pengeluaran pelet sendiri dengan membuat tekan untuk briket bahan api.

Antara jenis biofuel yang popular ialah serpihan kayu, yang sering berfungsi sebagai sumber tenaga di loji kuasa haba Eropah. Pengeluaran bahan mentah ini dijalankan di tapak pembalakan atau di barisan pengeluaran khas yang dilengkapi dengan mesin pencincang.

Tanah gambut paya dan bahan api hutan

Ia adalah jenis biofuel biasa yang telah digunakan untuk tujuan domestik dan perindustrian selama berabad-abad. Gambut adalah lapisan lumut yang belum sepenuhnya reput dalam keadaan paya, dan dilombong di banyak negara di seluruh dunia: Rusia, Belarus, Kanada, Sweden, Indonesia dan lain-lain.

Gambut, mengandungi 50-60% karbon, dianggap sebagai bahan galas gas yang popular. Bahan mentah yang berharga ini boleh digunakan bukan sahaja sebagai bahan api, tetapi juga sebagai baja atau penebat haba.

Untuk memudahkan proses pengeluaran, biojisim biasanya diproses di tapak perahan. Proses ini terdiri daripada pembersihan (menapis) bahan mentah daripada kemasukan luar, diikuti dengan pengeringan dan pengacuan menjadi briket atau butiran.

Bahan api daripada sisa pertanian

Dalam pengeluaran pertanian, sebagai peraturan, sejumlah besar pelbagai sisa tumbuhan terkumpul: kulit luar tumbuhan, kulit kacang, jerami.

Bahan mentah sedemikian juga boleh ditekan dan berbutir, menghasilkan pelet bahan api, ciri-cirinya secara praktikal tidak berbeza daripada pelet yang diperbuat daripada biojisim kayu.

Biofuel dari asal haiwan

Seiring dengan kayu api, pada zaman dahulu manusia mula menggunakan bahan bakar yang berasal dari haiwan, iaitu tahi - tahi haiwan peliharaan yang dikeringkan. Teknologi moden untuk pengeringan dan pemprosesan bahan mentah tersebut memungkinkan untuk mendapatkan jenis biofuel pepejal yang tidak mempunyai bau yang tidak menyenangkan.

Untuk masa yang lama, orang nomad menggunakan baja kering dari kuda, unta, dan lembu sebagai bahan bakar. Pada masa ini, biofuel dihasilkan daripada sisa haiwan domestik dalam bentuk briket atau pelet

Oleh kerana sisa ternakan kini terkumpul pada skala perindustrian, pengeluaran bahan api daripadanya secara serentak menyelesaikan isu pelupusannya.

Jenis #2: cecair

Biofuel cecair, yang selamat dan mesra alam, kebanyakannya digunakan sebagai pengganti petrol dan produk lain yang serupa.Pilihan yang paling biasa termasuk bioetanol, biometanol, biobutanol, biodiesel, dan dimetil eter.

Bioetanol daripada tanaman tumbuhan

Ia adalah biofuel cecair biasa yang digunakan untuk bahan api kereta. Walaupun bahan tulen tidak digunakan sebagai bahan api, penambahannya kepada petrol membantu meningkatkan prestasi enjin, meningkatkan kuasanya, mengawal pemanasan enjin dan mengurangkan pelepasan ekzos.

Banyak stesen minyak di Eropah, Asia, Amerika Utara dan Selatan menawarkan bukan sahaja bahan api tradisional, tetapi juga pelbagai jenis biofuel, terutamanya campuran yang mengandungi bioetanol

Bioetanol juga dihargai oleh pencinta perapian. Bahan ini mempunyai pemindahan haba yang baik; lebih-lebih lagi, apabila ia terbakar, tiada jelaga atau asap terbentuk, dan jumlah karbon dioksida yang dibebaskan diminimumkan.

Terima kasih kepada ciri-ciri ini, bahan api juga boleh digunakan untuk membakar perapian di bangunan pangsapuri. Baca lebih lanjut mengenai biofuel untuk pendiangan di artikel ini.

Bioetanol dihasilkan daripada bahan mentah generasi pertama yang mengandungi kanji atau gula. Bijirin, jagung, tebu dan bit diproses menggunakan teknologi penapaian alkohol.

Biobutanol untuk mengisi minyak kereta

Biobutanol ialah analog butanol yang diperoleh secara biologi. Cecair tidak berwarna dengan bau ciri, ia digunakan secara meluas sebagai bahan mentah kimia dalam industri, dan juga boleh digunakan sebagai bahan api pengangkutan.

Keamatan tenaga butanol adalah hampir dengan petrol, yang memungkinkan untuk menggantikan sebahagiannya dalam sel bahan api. Tidak seperti bioetanol, biobutanol boleh digunakan secara bebas, tanpa penambahan jenis bahan api tradisional.

Bahan mentah untuk pengeluaran biosubstansi ini adalah pelbagai jenis tumbuhan: bit, ubi kayu, gandum, jagung.

Dimetil eter (C₂H₆O)

Ia juga merupakan bahan api yang mesra alam. Apabila ia dibakar, tiada sebatian sulfur dalam gas ekzos, dan kandungan sebatian nitrogen adalah 90% lebih rendah daripada semasa membakar petrol.

Dimetil eter boleh digunakan tanpa penapis khas, tetapi perubahan asas mesti dibuat pada reka bentuk kereta (sistem kuasa, penyalaan enjin).

Dimetil eter dianggap sebagai pilihan yang menjanjikan untuk bahan api kereta. Kereta dengan enjin yang direka untuk bahan api ini sedang dibangunkan oleh syarikat besar seperti Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan

Tanpa sebarang pengubahsuaian, anda boleh menggunakan bahan api gabungan yang mengandungi 30% dimetil eter dalam kereta yang dilengkapi dengan enjin LPG.

Bahan api cecair boleh dihasilkan daripada pelbagai bahan mentah: gas asli, habuk arang batu, biojisim dan, terutamanya, daripada sisa pengeluaran pulpa dan kertas, yang diubah menjadi cecair di bawah tekanan rendah.

Biomethanol daripada alga unisel

Bahan ini adalah analog metanol biasa, yang digunakan secara meluas untuk pengeluaran sejumlah sebatian kimia (asid asetik, formaldehid), dan juga digunakan sebagai antibeku dan pelarut.

Isu menghasilkan biofuel jenis ini mula dibangkitkan pada tahun 1980-an, apabila sekumpulan saintis mencadangkan untuk menghasilkan bahan cecair melalui transformasi biokimia fitoplankton marin, yang akan diusahakan di dalam takungan khas.

Biomethanol mempunyai beberapa manfaat yang berpotensi:

• kecekapan tenaga yang tinggi — 14 untuk pengeluaran metana, 7 untuk pengeluaran metanol;
• produktiviti fitoplankton yang sangat baik — sehingga 100 tan sehektar setahun;
• organisma unisel yang tidak menuntut, untuk penanaman yang air tawar dan tanah yang subur tidak diperlukan;
• pemuliharaan sumber pertanian, kerana fitoplankton ditanam di kolam atau teluk laut.

Walaupun pengeluaran industri biomethanol belum ditubuhkan, penyelidikan dan pembangunan teknologi yang berterusan sedang dijalankan untuk membangunkan pengeluaran bahan api alternatif jenis ini.

Biodiesel sebagai alternatif untuk mengangkut bahan api

Ini adalah biofuel motor cecair yang terdiri daripada campuran ester asid lemak. Bahan ini selamat untuk manusia dan haiwan, hampir sepenuhnya terurai di dalam tanah dalam masa 28 hari, dan juga mempunyai takat kilat yang agak tinggi (<100).

Biodiesel mengurangkan peratusan pelepasan gas berbahaya dan juga memanjangkan hayat enjin, kerana ia mengandungi komponen pelincir.

Bahan api digunakan untuk mengisi minyak enjin kereta, kedua-duanya secara bebas dan digabungkan dengan bahan api konvensional. Hanya jangka hayat bahan biologi yang pendek perlu diambil kira: selepas tiga bulan, bahan biologi mula terurai dengan kehilangan harta benda sepenuhnya.

Untuk biodiesel, standard khas EN14214 telah diterima pakai di negara EU. Di beberapa negara, piawaian EN590 juga berkuat kuasa, membenarkan penambahan 5% biodiesel kepada bahan api lain.

Jenis #3: gas

Jenis utama bahan api biologi gas termasuk biogas dan biohidrogen.

Biogas sebagai pengganti gas asli

Biogas adalah analog gas asli yang hampir lengkap: ia mengandungi 13-50% CO_2, 49-87% metana, serta kekotoran H₂ dan H₂S.Jika bahan ini disucikan daripada karbon dioksida, biometana boleh diperolehi.

Biofuel gas dihasilkan daripada biojisim melalui penapaian hidrogen atau metana. Yang terakhir ini disebabkan oleh tiga jenis mikroorganisma: pertama, bahan mentah terdedah kepada bakteria hidrolitik, yang kemudiannya digantikan oleh mikrob pembentuk asid dan metana.

Pengeluaran biogas boleh dijalankan menggunakan peranti industri dan kraftangan. Kaedah pengeluaran yang paling biasa ialah pencernaan aerobik dalam pencerna.

Pelbagai bahan boleh digunakan sebagai bahan mentah: silaj, baja, alga, air kumbahan, sampah, sisa najis, sisa isi rumah. Bahan permulaan dibawa ke dalam keadaan homogen, selepas itu ia diletakkan ke dalam reaktor menggunakan pemuat.

Di sana, suhu selesa +35-38°C dikekalkan, yang diperlukan untuk proses penapaian metana.

Bahan mentah sentiasa dicampur, manakala produk gas yang terhasil dilepaskan ke dalam pemegang gas (unit simpanan), dari mana ia memasuki penjana elektrik.

Maklumat lanjut tentang mendapatkan biogas daripada baja dan menyediakan loji biogas ditulis dalam artikel:

1. Cara membuat biofuel dengan tangan anda sendiri dari baja di rumah
2. Loji biogas buat sendiri untuk rumah persendirian: cadangan untuk peranti dan contoh menyusun produk buatan sendiri

Biohidrogen diperoleh dengan kaedah kimia

Sejenis biofuel gas, yang merupakan analog hidrogen konvensional, diperoleh daripada biojisim menggunakan kaedah biokimia atau termokimia.

Dalam kaedah termokimia, bahan mentah yang disediakan (contohnya, sisa kayu) dipanaskan pada suhu 500–800°C tanpa oksigen, yang membebaskan gas H.₂,CO,CH₄.

Kaedah yang menjanjikan untuk menghasilkan biohidrogen ialah biophtholysis. Dalam kes ini, gas dihasilkan menggunakan alga, yang diletakkan di dalam air laut, kumbahan

Dengan kaedah biokimia, bahan mentah disimpan dalam keadaan selesa pada tekanan normal dan suhu lebih kurang 30°C.

Mikroorganisma khas Enterobacter cloacae dan Rodobacter speriodes dimasukkan ke dalam biojisim, yang mengurai produk asal, membebaskan hidrogen. Untuk mempercepatkan pengeluaran menggunakan polisakarida, enzim boleh ditambah.

Kesimpulan dan video berguna mengenai topik ini

Dalam video di bawah anda boleh melihat proses membuat jenis biofuel yang popular - briket kayu:

Jenis bahan api biologi berbeza bukan sahaja dalam keadaan pengagregatan mereka, tetapi juga dalam ciri-cirinya. Apabila memilih bahan tersebut, perlu mengambil kira kegunaan, keberkesanan, sifat fungsi dan kos yang dimaksudkan.

Adakah anda mempunyai pengalaman menggunakan bahan api alternatif? Atau ingin bertanya soalan tentang biofuel? Sila komen pada siaran dan ambil bahagian dalam perbincangan. Blok maklum balas terletak di bawah.