Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!

Alternatívou k tradičným zdrojom energie sú rôzne druhy biopalív, na výrobu ktorých sa používajú rastlinné alebo živočíšne suroviny, priemyselný odpad a výsledky životne dôležitej činnosti organizmov.

Navrhujeme pochopiť výhody a nevýhody používania takéhoto paliva, naučiť sa vlastnosti výroby, funkčné vlastnosti, ako aj hodnotiť účinnosť používania rôznych druhov biopalív. Tieto informácie pomôžu orientovať sa pri výbere alternatívnych zdrojov energie.

Čo je biopalivo

Najsľubnejšími oblasťami v sektore energetiky sú technológie, ktoré využívajú obnoviteľné zdroje, medzi ktoré patria aj biopalivá.

Najbežnejším typom biopalív je konvenčné palivové drevo. 38% svetovej populácie ich využíva na vykurovanie a varenie

Ako surovinu na jeho výrobu si môžete vziať biomasu rastlinného / živočíšneho pôvodu vrátane priemyselných odpadov alebo živočíšnych zvyškov.

Spracovanie takýchto látok je termochemická alebo biologická metóda, v druhom prípade sa palivo získava použitím rôznych typov mikroorganizmov.

Podiel biopalív neustále rastie, čo prispieva k ochrane zdrojov fosílnych uhľovodíkov (+).

V mnohých krajinách existujú osobitné programy na zvýšenie podielu biopalív na vnútroštátnej a regionálnej spotrebe energie. V mnohých štátoch existujú aj povinné normy pre používanie tohto zdroja energie.

Výhody a nevýhody biopalív

Biologické typy palív majú svoje pozitívne a negatívne stránky. Záujem o využitie tohto typu surovín vďaka jeho nesporným výhodám.

Patrí medzi ne:

  • Rozpočtové náklady . Hoci sa v súčasnosti cena biopalív prakticky zhoduje s nákladmi na benzín, biologické látky sa považujú za ziskovejší typ paliva, pretože pri spaľovaní produkujú menej emisií. Biopalivá sú vhodné na použitie v rôznych podmienkach, pričom môžu byť prispôsobené motorom rôznych konštrukcií. Ďalšou výhodou je optimalizácia motora, ktorá zostane dlhšia v dôsledku malého množstva sadzí a výfukových plynov.
  • Mobilita . Biopalivá sa odlišujú od iných alternatívnych možností energie svojou mobilitou. Konštrukcia solárnych a veterných elektrární zvyčajne zahŕňa ťažké batérie, takže sa najčastejšie používajú stacionárne, zatiaľ čo biopalivá možno prepravovať z jedného regiónu do druhého bez väčších ťažkostí.
  • Obnoviteľný zdroj energie . Hoci podľa výskumníkov budú existujúce ložiská ropy trvať najmenej niekoľko sto rokov, zásoby nerastných surovín sú stále obmedzené. Biopalivá vyrobené z rastlín a živočíšneho odpadu patria medzi obnoviteľné zdroje, ktoré v blízkej budúcnosti nie sú ohrozené vyhynutím.
  • Ochrana atmosféry Zeme . Hlavnou nevýhodou tradičných uhľovodíkov je veľké percento CO2 uvoľnené počas spaľovania. Tento plyn vytvára skleníkový efekt v atmosfére našej planéty a vytvára podmienky pre globálne otepľovanie. Počas spaľovania biologických látok sa množstvo oxidu uhličitého znižuje na 65%. Okrem toho plodiny používané pri výrobe biopalív spotrebujú oxid uhoľnatý, čím sa znižuje jeho podiel vo vzduchu.
  • Hospodárska bezpečnosť . Zásoby uhľovodíkov sú nerovnomerne rozdelené, preto sú niektoré štáty nútené nakupovať ropu alebo zemný plyn, pričom na nákup, prepravu a skladovanie skladujú veľké množstvo peňazí. Rôzne druhy biologického paliva možno získať v takmer každej krajine. Vzhľadom na to, že pre jeho výrobu a spracovanie bude potrebné vytvoriť nové podniky, a teda aj pracovné miesta, čo bude prínosom pre národné hospodárstvo a bude mať pozitívny vplyv na blahobyt ľudí.

Zlepšenie technológií a vývoj nových metód zvýši pozitívne účinky biopalív. Vývoj technológií využívajúcich planktón a riasy tak výrazne zníži jeho cenu.

Zároveň v súčasnej fáze rozvoja vedy a techniky sa výroba biopalív spája s množstvom ťažkostí a ťažkostí. V prvom rade ide o prirodzené obmedzenia v rastúcich rastlinách.

Pre rast plodín používaných na výrobu biomasy je potrebné zvážiť niekoľko faktorov, a to: \ t

  • Použitie vody . Poľnohospodárske rastliny spotrebujú veľa vody, čo je obmedzený zdroj, najmä na suchých miestach.
  • Invasiveness. Kultúry pestované na palivo sú často agresívne. Utopia autentickú flóru, ktorá môže ovplyvniť biodiverzitu a ekosystém regiónu.
  • Hnojivá . Rast mnohých rastlín vyžaduje pridanie živín, ktoré môžu poškodiť iné plodiny alebo všeobecný ekosystém.
  • Klímy. Samostatné klimatické zóny (napríklad púšť alebo tundra) nie sú vhodné na pestovanie plodín na biopalivá.

Aktívne pestovanie poľnohospodárskych plodín je tiež spojené s vyčerpaním poľnohospodárskych zdrojov a nedodržiavanie pravidiel poľnohospodárskeho inžinierstva môže viesť k zníženiu obsahu užitočných zložiek pôdy a následne k ich vyčerpaniu, čo spôsobí zhoršenie potravinového problému.

Nastáva rušenie ekosystému. Na výrobu biomasy zvyčajne vyžaduje rozšírenie území zapojených do poľnohospodárstva.

Na tento účel sa často vykonáva čistenie územia, ktoré vedie k zničeniu mikrokosystému (napr. Lesov), smrti rastlín a zvierat.

Na výrobu biopalív sa už pestuje veľký objem poľnohospodárskych plodín. Viac ako 50% repky vyrábanej v Európe, viac ako tretina amerického obilia a takmer polovica cukrovej trstiny pestovanej v Brazílii sa používa na výrobu biomasy.

Vyskytujú sa problémy s rastom monokultúr. Ak chcete získať viac biomasy, výrobcovia často zasievajú pôdu s určitým závodom. Táto prax sa veľmi dobre neodráža v stave poľnohospodárskej pôdy, pretože monokultúra vedie k zmene životného prostredia.

Na poliach, ktoré zaberá jeden druh rastlín, sa obyčajne parazitujú špeciálne druhy škodcov. Pokus o ich kontrolu insekticídmi a pesticídmi vedie len k rozvoju rezistencie na tieto činidlá.

Aby sa predišlo opísaným problémom, vedci radia, aby sa nezanedbávala biodiverzita plodín, pričom sa kombinujú viaceré rastliny na poli, ako aj miestne odrody rastlín.

Generácie alternatívnych palív

Širokú škálu rastlinných surovín používaných na biomasu možno rozdeliť do niekoľkých generácií.

Prvá generácia . Táto kategória zahŕňa plodiny, ktoré obsahujú vysoké percento škrobu, cukrov, tukov. Sú to také populárne rastliny ako kukurica, cukrová repa, repka, sója.

Keďže pestovanie týchto plodín poškodzuje klímu a ich odstraňovanie z trhu ovplyvňuje ceny výrobkov, vedci sa ich snažia nahradiť inými druhmi biomasy.

Z poľnohospodárskych podnikov patriacich do prvej generácie surovín sa v súčasnosti vyrábajú takmer všetky typy moderných kvapalných palív (bionafta, etanol).

Druhá generácia Skupina biomasy zahŕňa drevo, trávu, poľnohospodársky odpad (škrupina, šupka). Získavanie biopalív z takýchto surovín je nákladné, avšak rieši problém likvidácie zvyškov nepotravinárskych výrobkov súčasnou výrobou horľavých materiálov.

Charakteristickým znakom kultúr zahrnutých v tejto odrode je prítomnosť lignínu a celulózy v nich. Vďaka nim môže byť biomasa spaľovaná a splyňovaná a tiež podrobená pyrolýze, čím sa získa kvapalné palivo.

Hlavnou nevýhodou biomasy druhej generácie je nedostatočná návratnosť na jednotku plochy, preto je potrebné vyčleniť na tieto plodiny značné zdroje pôdy.

Tretia generácia Surovinou na výrobu biopalív sú riasy, ktoré sa pestujú v priemyselnom meradle, napríklad v otvorenej vode.

Najsľubnejšou možnosťou sú biopalivá pochádzajúce z jednobunkových rias. Tieto rastliny rýchlo získavajú hmotnosť, zatiaľ čo pre ich kultiváciu nevyžaduje úrodnú pôdu

Táto prax má veľké vyhliadky, ale v súčasnosti sa takéto technológie vyvíjajú. Vedci tiež vykonávajú výskum tvorby techník, ktoré umožňujú získať biopalivá štvrtej a dokonca aj piatej generácie.

Tri druhy biopalív

V závislosti od stavu agregácie látky existujú tri hlavné typy biopalív:

  1. Tuhé : palivové drevo, rašelina, živočíšny odpad a poľnohospodárska výroba.
  2. Kvapalina : bionafta, dimetyléter, bioetanol, biobutanol.
  3. Plynné : bioplyn, metán, biohydrogén.

Každý typ látky má svoje špecifiká, o ktorých sa bude diskutovať nižšie.

Typ # 1: Pevné

Najobľúbenejšie pevné odrody biopalív sú drevo, rašelina, živočíšny odpad.

Drevo (palivové drevo, štiepky, piliny)

Starobylá forma biopalív je dobre známe palivové drevo, ktoré sa už dlho používa na vykurovanie domácností a varenie. Doteraz sa aktívne používajú v rôznych krajinách na výrobu tepla / elektrickej energie, najmä veľké rakúske tepelné elektrárne s kapacitou 66 megawattov pracujú na palivovom dreve.

Tieto suroviny majú zároveň nevýhody. Energetická hodnota palivového dreva je relatívne malá: pri spaľovaní sa časť látky akumuluje vo forme sadzí, kvôli čomu musia byť krby a kachle pravidelne čistené. Okrem toho trvá čas na doplnenie zásob dreva - nové stromy porastú len za 15-20 rokov.

Vynikajúcou alternatívou k konvenčnému palivovému drevu sú pelety (granule), na výrobu ktorých sa používa neštandardné drevo: kôra, triesky, lisované piliny, vetvy.

Pelety získané z dreva, rašeliny a rôznych odpadov majú inú farbu. Svetlé farby sa používajú na vykurovanie krbov a kachlí, zatiaľ čo tmavé, s vysokým obsahom kôry, sú určené pre kotly na tuhé palivá.

Na výrobu palivových peliet sa suroviny melú na prach, ktorý sa potom suší a lisuje pri vysokej teplote. Vďaka lignínu obsiahnutému v dreve sa vytvorí lepivá hmota, z ktorej sa vytvoria malé valce s dĺžkou 5 až 70 mm a priemerom 6 až 10 mm.

Modernou alternatívou tradičného palivového dreva sú palivové brikety štyroch, šiestich alebo oktaedrických tvarov. Tento ekologický materiál má vysoký prenos tepla.

Výroba peliet si môžete nastaviť sami pomocou lisu na palivové brikety.

Medzi populárne typy biopalív patria drevné štiepky, ktoré často slúžia ako zdroj energie pre európske tepelné elektrárne. Výroba tejto suroviny sa vykonáva na ťažobných miestach alebo na špeciálnych výrobných linkách vybavených drviacimi strojmi.

Rašeliniská a lesné palivo

Ide o bežnú formu biopalív, ktorá sa používa po celé stáročia v domácnostiach a priemysle. Rašelina je vrstva machu, ktorá sa v bažinovom prostredí úplne nerozložila a je zberaná v mnohých krajinách sveta: Rusku, Bielorusku, Kanade, Švédsku, Indonézii a ďalších.

Rašelina obsahujúca 50-60% uhlíka sa považuje za populárny plynový materiál. Táto cenná surovina môže byť použitá nielen ako palivo, ale aj ako hnojivo alebo tepelný izolátor.

Pre pohodlie výrobného procesu sa biomasa zvyčajne spracováva na mieste extrakcie. Spôsob spočíva v čistení (triedení) surovín z vonkajších odstávok, po ktorom nasleduje sušenie a tvarovanie vo forme brikiet alebo granúl.

Poľnohospodárske odpadové palivo

V poľnohospodárskej výrobe sa spravidla hromadí veľké množstvo rôznorodých rastlinných odpadov: vonkajšie škrupiny rastlín, kocky, slama.

Také suroviny sa môžu tiež lisovať a granulovať, aby sa získali palivové pelety, ktorých vlastnosti sa prakticky nelíšia od peliet vyrobených z drevnej biomasy.

Biopalivá živočíšneho pôvodu

Spolu s palivovým drevom v dávnych dobách ľudia začali používať palivo živočíšneho pôvodu, menovite hnoj - sušený hnoj domácich zvierat. Moderné technológie sušenia a spracovania podobných surovín umožňujú získať pevné odrody biopalív, úplne bez nepríjemného zápachu.

Po dlhú dobu používali kočovní ľudia ako palivo sušený hnoj koní, ťavy a hovädzieho dobytka. V súčasnosti sa biopalivo vyrába z odpadu domácich zvierat vo forme brikiet alebo peliet.

Pretože v súčasnosti sa živočíšny odpad hromadí v priemyselnom meradle, výroba paliva z nich súčasne rieši problém ich využitia.

Typ # 2: kvapalina

Varianty kvapalných biopalív, ktoré sú bezpečné a šetrné k životnému prostrediu, sa väčšinou používajú ako náhrada benzínu a iných podobných prostriedkov. Medzi najbežnejšie možnosti patrí bioetanol, biometanol, biobutanol, bionafta, dimetyléter.

Bioetanol z rastlín

Ide o bežné kvapalné biopalivo, ktoré sa používa na tankovanie automobilov. Hoci sa čistá látka nepoužíva ako palivo, jej pridanie do benzínu pomáha zlepšiť výkon motora, zvýšiť jeho výkon, monitorovať vykurovanie motora a znížiť emisie výfukových plynov.

Na mnohých čerpacích staniciach v Európe, Ázii a Severnej a Južnej Amerike sa ponúka nielen tradičné palivo, ale aj rôzne druhy biopalív, predovšetkým zmesi obsahujúce bioetanol.

Bioetanol ocenia aj milovníci krbu. Táto látka má dobrý prenos tepla, navyše pri spaľovaní sa nevytvára žiadne sadze alebo dym a množstvo emitovaného oxidu uhličitého je minimalizované.

Vďaka týmto vlastnostiam je možné palivo použiť aj na vykurovanie krbu v bytových domoch. Prečítajte si viac o biopalivách pre krby v tomto článku.

Bioetanol sa vyrába zo surovín prvej generácie obsahujúcich škrob alebo cukor. Obilniny, kukurica, cukrová trstina, repa sa spracovávajú technológiou alkoholového kvasenia.

Biobutanol na tankovanie automobilov

Biobutanol je biologicky vyrábaný analóg butanolu. Bezfarebná kvapalina, ktorá má charakteristický zápach, je široko používaná ako chemická surovina v priemysle a môže byť tiež použitá ako dopravné palivo.

Energetický obsah butanolu je blízky benzínu, čo umožňuje jeho čiastočné nahradenie v palivových článkoch. Na rozdiel od bioetanolu sa biobutanol môže používať nezávisle, bez pridania tradičných druhov palív.

Suroviny na výrobu tejto bio-látky sú rôzne rastliny: repa, maniok, pšenica, kukurica.

Dimetyléter (C2H6O)

Je to aj ekologické palivo. Pri spaľovaní vo výfukových plynoch nie sú žiadne zlúčeniny síry a obsah dusíkatých zlúčenín je o 90% nižší ako pri spaľovaní benzínu.

Dimetyléter sa môže použiť bez špeciálnych filtrov, ale dizajn vozidla (systém napájania, zapaľovanie motora) sa musí dramaticky zmeniť.

Dimetyléter sa považuje za sľubnú možnosť pre pohonné hmoty. Stroje s motormi určenými pre toto palivo vyvíjajú veľké spoločnosti ako Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan.

Bez akýchkoľvek zmien sa môže použiť kombinované palivo s obsahom 30% dimetyléteru v strojoch vybavených motormi na LPG.

Kvapalné palivo sa môže vyrábať z rôznych surovín: zemný plyn, uhoľný prach, biomasa a predovšetkým z výroby buničiny a papiera, ktoré sa s miernym tlakom transformujú na kvapalinu.

Biometanol z jednobunkových rias

Táto látka je analógom konvenčného metanolu, ktorý sa široko používa na výrobu mnohých chemických zlúčenín (kyselina octová, formaldehyd) a tiež sa používa ako nemrznúca zmes a rozpúšťadlo.

Po prvýkrát sa v 80-tych rokoch minulého storočia zvýšila otázka výroby tohto typu biopalív, keď skupina vedcov navrhla získať kvapalnú látku prostredníctvom biochemickej transformácie morského fytoplanktónu, ktorý sa bude pestovať v špeciálnych zásobníkoch.

Biometanol má niekoľko potenciálnych výhod:

  • vysoká energetická účinnosť - 14 keď sa vyrába metán, 7 keď sa vyrába metanol;
  • vynikajúca produktivita fytoplanktónu - až 100 ton na hektár ročne;
  • nenáročné pestovanie jednobunkových organizmov na pestovanie, ktoré nepotrebuje sladkú vodu, úrodnú pôdu;
  • сохранение земледельческих ресурсов, поскольку фитопланктон выращивается в прудах или морских заливах.

Хотя промышленное изготовление биометанола до сих пор не налажено, в настоящее время ведутся упорные исследования и разработка технологий для развития производства этого вида альтернативного горючего.

Биодизель как альтернатива транспортному горючему

Toto je kvapalné motorové biopalivo, ktoré sa skladá zo zmesi esterov mastných kyselín. Látka je bezpečná pre ľudí a zvieratá, takmer úplne sa rozkladá v pôde počas 28 dní a má tiež relatívne vysokú (<100) teplotu vznietenia.

Bionafta znižuje percento emisií škodlivých plynov a tiež predlžuje životnosť motora, pretože obsahuje mazacie komponenty.

Palivo sa používa na natankovanie automobilových motorov tak nezávisle, ako aj v kombinácii s konvenčným palivom. Treba brať do úvahy iba krátku skladovateľnosť biologickej látky: po troch mesiacoch sa rozklad biologickej látky začína úplnou stratou vlastností.

Pre bionaftu v EÚ bola prijatá špeciálna norma EN14214. V mnohých krajinách platí aj norma EN590, ktorá umožňuje pridávanie 5% bionafty do iných palív.

Typ # 3: Plynný

Medzi hlavné typy plynných biopalív patria bioplyn a biovodík.

Bioplyn ako náhrada zemného plynu

Bioplyn je prakticky kompletný analóg zemného plynu: obsahuje 13-50% CO 2, 49-87% metánu, ako aj nečistoty H 2 a H 2 S. Ak je táto látka zbavená oxidu uhličitého, môžete získať biometán.

Plynné biopalivo sa vyrába z biomasy fermentáciou vodíka alebo metánu. Tá je spôsobená troma typmi mikroorganizmov: po prvé, surovina je vystavená pôsobeniu hydrolyzujúcich baktérií, ktoré sú potom nahradené mikrobmi tvoriacimi kyselinu a metán.

Výroba bioplynu sa môže vykonávať na priemyselných a remeselných zariadeniach. Najbežnejšou výrobnou metódou je aeróbna digescia v metánových nádržiach.

Ako surovina sa môžu použiť rôzne materiály: siláž, hnoj, riasy, odpadové vody, podstielka, fekálne zvyšky, odpad z domácností. Východiskový materiál sa uvedie do homogénneho stavu, po ktorom sa umiestni do reaktora pomocou nakladača.

Udržiava príjemnú teplotu + 35-38 ° C, potrebnú na realizáciu procesu fermentácie metánu.

Suroviny sa neustále miešajú, pričom výsledný plynný produkt sa vypúšťa do plynového zásobníka (zásobníka), odkiaľ vstupuje do generátora.

Viac informácií o získavaní bioplynu z hnoja a usporiadaní bioplynovej stanice je uvedené v článkoch:

  1. Ako urobiť biopalivo vlastnými rukami z hnoja doma
  2. Inštalácia bioplynu pre súkromný dom vlastnými rukami: odporúčania pre zariadenie a príklad usporiadania domácich zariadení

Biologický vodík získaný chemickou metódou

Z biomasy sa pomocou biochemických alebo termochemických metód získava množstvo plynného biopaliva, ktoré je analógom obyčajného vodíka.

Pri termochemickej metóde sa pripravená surovina (napríklad drevný odpad) zohrieva na teplotu 500 - 800 ° C bez prístupu kyslíka a emitujú sa plyny H 2, CO, CH 4 .

Sľubnou metódou výroby bio-vodíka je bioftalýza. V tomto prípade sa plyn vyrába pomocou rias, ktoré sú umiestnené v morskej vode, odpadových vodách

Pri biochemickej metóde sa surovina udržuje v pohodlných podmienkach pri normálnom tlaku a teplote približne 30 ° C.

Do biomasy sa zavádzajú špeciálne mikroorganizmy Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes, ktoré rozkladajú pôvodný produkt a uvoľňujú vodík. Enzýmy sa môžu urýchliť produkciu pomocou polysacharidov.

Závery a užitočné video na túto tému

Na videu nižšie môžete vidieť proces výroby populárneho typu biopalív - drevených brikiet:

Druhy biopalív sa líšia nielen v stave agregácie, ale aj v ich vlastnostiach. Pri výbere takéhoto materiálu je potrebné brať do úvahy jeho plánované použitie, účinnosť, funkčné vlastnosti a náklady.

Máte skúsenosti s používaním alternatívnych palív? Alebo by ste chceli klásť otázky o biopalivách? Komentujte prosím publikáciu a zúčastnite sa diskusií. Blok spätnej väzby je umiestnený nižšie.

Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!

Kategórie:

Stavba