Ende des 20. Jahrhunderts stand die Menschheit vor der akuten Frage, neue alternative Energiequellen zu finden. Grund dafür war die drohende Kraftstoff- und Energiekrise und die ständig zunehmende Umweltverschmutzung. Es war notwendig, neue Wärmeenergiequellen zu finden, die Öl und Gas ersetzen konnten. Mit der Entwicklung der Solarenergie hat sich eine weitere vielversprechendere und vor allem budgetärere Richtung herausgestellt - die Verwendung von Biokraftstoffen.
Biokraftstoffe sind Kraftstoffe, die aus der thermochemischen oder biologischen Verarbeitung von Biomasse gewonnen werden - mit Hilfe von Bakterien. Sowohl pflanzliche als auch tierische Rohstoffe können als Biomasse sowie organische Produktionsrückstände und tierische Abfälle verwendet werden. Die am häufigsten verwendeten Quellen sind Pflanzen und Holzabfälle.
Je nach Aggregatzustand werden folgende Arten von Biokraftstoffen unterschieden:
- Feststoff (Holz, Hackschnitzel, Brennstoffbriketts, Brennstoffpellets, Brennstofftorf);
- Flüssigkeit (Bioethanol, Biobutanol, Biomethanol, Biodiesel);
- Gasförmig (Biogas, Biowasserstoff).
Feste Biokraftstoffe
Brennholz wird wie vor Jahrhunderten weiterhin zur Erzeugung von Wärme und Strom verwendet. Ein Beispiel für das größte Biomassekraftwerk Europas ist das österreichische KWK. Die Leistung beträgt 66 MW.
Trotz der Tatsache, dass die Welt aktiv Projekte zur Schaffung von Energiewäldern entwickelt und finanziert, in denen Holzbiomasse angebaut wird, findet die Verwendung verschiedener Produkte der Holzindustrie zur Gewinnung von Biokraftstoff immer mehr Beachtung. Solche Unternehmen sind bereits recht gut entwickelt und liefern ihre Produkte aktiv an den Markt. Dazu gehören Brennstoffbriketts und Brennstoffpellets - Pellets.
Um Brennstoffbriketts zu erhalten, werden verschiedene Bioabfälle wie Vogelkot und Mist getrocknet und gepresst. Die resultierenden Briketts werden zum Heizen von Wohn- und Industriegebäuden verwendet.
Brennstoffgranulat - Pellets werden auf ähnliche Weise verwendet. Sie werden aus Sägemehl, Hackschnitzeln, Rinde, minderwertigem Holz, Stroh und landwirtschaftlichen Abfällen (Sonnenblumenschalen, Nussschalen) hergestellt. Um Pellets zu erhalten, wird die Biomasse zuerst zu Mehl zerkleinert, gelangt dann in den Trockner und von dort zu einer Spezialpresse, wo unter dem Einfluss von Druck und hoher Temperatur das in Holzabfällen enthaltene Lignin klebrig wird. Es ist möglich, vorgefertigte Zylinder mit Biokraftstoff am Ausgang zu erhalten. Eine besondere Qualität von Brennstoffpellets ist ihr niedriger Aschegehalt - etwa 3%.
Die Technologie zur Gewinnung von Torf, der zum Heizen von Wohngebäuden verwendet wird, ist ebenfalls einfach. Die Rohstoffe werden direkt von der Extraktionsstelle zur Torfverarbeitungsanlage geliefert, wo der Torf von Verunreinigungen gereinigt (gesiebt), getrocknet und zu Briketts gepresst wird.
Eine andere Art von Biokraftstoff - Hackschnitzel - wird in Europa in großen KWK-Anlagen mit einer Leistung von einem bis mehreren Megawatt eingesetzt. Die Herstellung von Hackschnitzeln erfolgt direkt beim Holzeinschlag oder bei der Herstellung mit speziellen Häckslern - Zerkleinerern. Als Rohstoff werden normalerweise kleine Holz- und Holzabfälle verwendet - Äste, Rinde, Stümpfe usw.
Produktionstechnologie
Wie bei der Organisation eines technologischen Prozesses wird zu Beginn die eingehende Kontrolle des eingehenden Rohmaterials durchgeführt. In diesem Fall wird eine Stichprobenprüfung der Körner durchgeführt.Die Qualität der Samen wird verwendet, um die Qualität der gesamten Sendung zu beurteilen.
Der nächste Schritt ist das Öl zu bekommen. Warum werden die Rohstoffe an die Kanne geschickt? Die nach dem Auspressen der Öle gewonnenen Kuchen werden nicht weggeworfen, sondern zur Herstellung von Viehfutter verwendet.
Die Öle werden weiterverarbeitet (sogenannte Veresterung). Es besteht darin, das Öl mit Methylestern anzureichern. Der Gesamtgehalt dieser Substanzen über das gesamte Volumen muss mindestens 96% betragen.
Das Wesen der Technologie ist recht einfach: Es ist notwendig, Methanol und einen Aktivator für chemische Prozesse (jedes Alkali) zuzusetzen. Die Methanolquelle ist normalerweise Sägemehl. Es ist jedoch möglich, die Aufgabe zu vereinfachen. Anstatt Methanol abzutrennen, können Sie das Öl mit der erforderlichen Menge Isopropylalkohol oder Ethanol verdünnen.
Damit die Veresterungsprozesse stattfinden können, muss das Öl auf hohe Temperaturen erhitzt werden. Normalerweise dauert es bis zu zwei Stunden. In diesem Fall ist es notwendig, den Prozess ständig zu überwachen und nicht abgelenkt zu werden: Schon ein geringfügiger Temperaturanstieg kann zur Entzündung des Öls führen.
Die Vervollständigung der chemischen Reaktion wird durch die Aufnahme eines Glycerinsediments am Boden und die Bildung von zwei Schichten im Behälter nachgewiesen. Daher ist es wünschenswert, dass für diese Prozesse ein transparenter Behälter verwendet wird: In diesem Fall ist es möglich, visuell genau zu bestimmen, wann der Prozess abgeschlossen ist, wodurch die Notwendigkeit nachfolgender Änderungen entfällt und der Empfang von Ausschuss verhindert wird.
Flüssige Biokraftstoffe
Flüssige Biokraftstoffe werden aufgrund ihrer Umweltfreundlichkeit und Sicherheit immer beliebter. Es wird hauptsächlich in Verbrennungsmotoren eingesetzt. Diese Art von Kraftstoff wird durch Verarbeitung verschiedener Pflanzenmaterialien erhalten.
Es gibt Haupttypen von flüssigen Biokraftstoffen:
- Bioethanol
- Biobutanol
- Biomethanol
- Biodiesel
Bioethanol
Nimmt eine führende Position in der Liste der flüssigen Biokraftstoffe ein. Sein Anwendungsbereich liegt in gewöhnlichen Autos, und in den letzten Jahren wurde es auch als Biokraftstoff für Haushaltskamine verwendet. Mit Benzin als Kraftstoff vermischtes Bioethanol hat gegenüber herkömmlichem Benzin eine Reihe von Vorteilen: Es verbessert die Leistung des Automotors, erhöht seine Leistung, überhitzt den Motor nicht, bildet keinen Ruß, keine Kohlenstoffablagerungen und keinen Rauch.
Bioethanol ist eine großartige Alternative für Kaminliebhaber. Da es keinen Rauch bildet, rußt es und gibt bei der Verbrennung eine geringe Menge Kohlendioxid ab. Kann auch in Mehrfamilienhäusern zum Heizen von Kaminen verwendet werden. Gleichzeitig gibt es überhaupt keinen Wärmeverlust, wie dies normalerweise beim Betrieb herkömmlicher Kamine mit Kamin der Fall ist.
Es wird nach der Technologie der alkoholischen Gärung aus stärkehaltigen oder zuckerhaltigen Rohstoffen hergestellt: Mais, Getreide, Zuckerrohr, Zuckerrüben. Es ist wirtschaftlich gerechtfertigt, Ethanol aus zellulosehaltigen Rohstoffen zu gewinnen.
Biobutanol
Als Kraftstoff für Motoren ist es bevorzugter als Bioethanol: Es mischt sich besser mit Benzin und kann auch als separater Kraftstoff verwendet werden. Um es zu erhalten, werden traditionelle Pflanzen verwendet: Zuckerrohr, Mais, Weizen, Zuckerrüben. Während weniger beliebt als Bioethanol.
Biomethanol
Die Produktionstechnologie ist immer noch unvollkommen und erfordert die Einführung vieler weiterer innovativer Entwicklungen. Es soll durch biochemische Transformation von marinem Phytoplankton gewonnen werden, das in speziellen Reservoirs kultiviert wird. Bisher war es jedoch nicht möglich, eine Produktion im industriellen Maßstab aufzubauen. Die Anwendungen für Biomethanol sind die gleichen wie für herkömmliches Methanol. Dies ist die Herstellung einer Reihe von Substanzen (Formaldehyd, Methylmethacrylat, Methylamine, Essigsäure usw.) als Lösungsmittel und Frostschutzmittel.
Biodiesel
Es wird in Kraftfahrzeugmotoren sowohl separat als auch in Mischung mit herkömmlichem Dieselkraftstoff eingesetzt.Neben dem Fehlen der negativen Auswirkungen von Biodiesel auf die Umwelt haben zahlreiche Studien einen weiteren Vorteil hervorgehoben. Aufgrund des geringen Schwefelgehalts sind die Schmiereigenschaften von Biodiesel besser, was zur Verlängerung der Lebensdauer von Serienmotoren beiträgt. Rohstoffe für die Biodieselherstellung können sowohl Pflanzen (Baumwolle, Sojabohnen, Raps) als auch Fettöle (Palme, Raps, Kokosnuss) und Algen sein.
ERFORDERLICHE EINSTELLUNGEN DER FAHRZEUGSYSTEME FÜR DEN BETRIEB MIT BIOETHANOL
Es gibt auch ein rein russisches Problem. Nach einer langen Tradition betrachtet unser Staat Alkohol als unsoziale Substanz und schützt die Bürger mit Steuern und Beschränkungen davor. In dieser Situation ist es unwahrscheinlich, dass die Kosten für Alkoholkraftstoff attraktiver sind als für das übliche Benzin. Und dürfen sie rund um die Uhr Ethanol verkaufen?
Es gibt auch globale Hindernisse. Eine davon ist das Fehlen einheitlicher Standards und Anforderungen für Biokraftstoffe. Wo sind die Garantien, dass zum Beispiel der in Deutschland fahrende Mehrstoff-Opel Biobenzin aus anderen Rohstoffen im benachbarten Frankreich mag? Daher verachten moderne Modelle, die mit Biokraftstoffen betrieben werden, normalerweise weder Benzin noch Dieselkraftstoff.
Gasförmige Biokraftstoffe
Es gibt zwei Haupttypen gasförmiger Brennstoffe:
- Biogas
- Biowasserstoff
Biogas
Fermentationsprodukt aus organischen Abfällen, das als Fäkalienrückstände, Abwasser, Haushaltsabfälle, Schlachthofabfälle, Gülle, Mist sowie Silage und Algen verwendet werden kann. Es ist eine Mischung aus Methan und Kohlendioxid. Organische Düngemittel sind ein weiteres Produkt der Hausmüllverarbeitung in der Biogaserzeugung. Die Produktionstechnologie ist mit der Umwandlung komplexer organischer Substanzen unter dem Einfluss von Bakterien verbunden, die eine Methangärung durchführen.
Zu Beginn des technologischen Prozesses wird die Abfallmasse homogenisiert, dann wird das vorbereitete Rohmaterial unter Verwendung eines Laders in einen beheizten und isolierten Reaktor eingespeist, wo der Methanfermentationsprozess direkt bei einer Temperatur von etwa 35 bis 38 ° C stattfindet. Die Abfallmasse wird ständig gemischt. Das entstehende Biogas wird in einen Gastank (zur Speicherung von Gas) eingespeist und anschließend einem elektrischen Generator zugeführt. Das entstehende Biogas ersetzt herkömmliches Erdgas. Kann als Biokraftstoff verwendet werden oder daraus Strom erzeugen.
Biowasserstoff
Es kann durch thermochemische, biochemische oder biotechnologische Verfahren aus Biomasse gewonnen werden. Die erste Methode zur Gewinnung ist das Erhitzen von Holzabfällen auf eine Temperatur von 500 bis 800 ° C, wodurch sich ein Gemisch aus Gasen - Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan - zu entwickeln beginnt. Bei der biochemischen Methode werden Enzyme der Bakterien Rodobacter speriodes, Enterobacter cloacae verwendet, die bei der Spaltung von Pflanzenresten, die Cellulose und Stärke enthalten, Wasserstoff produzieren. Der Prozess findet bei normalem Druck und niedriger Temperatur statt. Biowasserstoff wird zur Herstellung von Wasserstoffbrennstoffzellen in Transport und Energie verwendet. Es ist noch nicht weit verbreitet.
Die Vorteile von Energie
Das biologische und wissenschaftliche Interesse an natürlichen Energieressourcen ergibt sich aus den folgenden positiven Eigenschaften des Produkts:
- Wirtschaftliche Verfügbarkeit von Material... Viele Länder geben viel Geld aus, um Öl oder Erdgas zu kaufen. Die Wirtschaft des Staates erleidet Verluste. Biokraftstoff ist in fast jedem Land erhältlich. Die lokale Kraftstoffproduktion wird die Kosten für den Import ausländischer Energieressourcen senken.
- Mobilität... Wind- oder Solaranlagen sind ausschließlich für den stationären Gebrauch vorgesehen. Kann nicht transportiert werden. Bei Bedarf können biologische Materialien von einer Region in eine andere transportiert werden.
- Biokraftstoff ist nachwachsende Rohstoffe... Pflanzen- und Tierabfälle werden niemals verschwinden.
- Natürliche Ressource reduziert Treibhausgasemissionen in der Atmosphäre. Verhindert die Wahrscheinlichkeit einer globalen Erwärmung.
- Die Verwendung von Biokraftstoffen für Automotoren reduziert die Wartungskosten.
In nicht allzu ferner Zukunft wird der Betrieb eines brennbaren Kraftstoffs billiger sein als die Verwendung von Benzin.
Schadstoffemissionen in die Atmosphäre
Die verringerte Menge an Kohlendioxidemissionen während der Verbrennung ist ein großes Plus für Biodiesel. Nach den Zusicherungen von Wissenschaftlern, die sich mit diesen Themen befassen, überschreitet das Volumen der CO2-Emissionen aus der Verbrennung von Biodiesel nicht das Volumen der Kohlendioxidverarbeitung durch jene Anlagen, die insgesamt als Rohstoffquelle für die Kraftstoffproduktion dienten Lebenszyklus.
Es treten jedoch Emissionen aus der Kraftstoffverbrennung auf. Deshalb ist es nicht ganz richtig, Biodiesel als umweltfreundlichen Kraftstoff zu bezeichnen. Einige glauben jedoch, dass die Menge an Kohlendioxid so gering ist, dass sie vernachlässigt werden können. Diese Aussage ist sehr umstritten.
