Pod koniec XX wieku ludzkość stanęła przed ostrym problemem znalezienia nowych, alternatywnych źródeł energii. Przyczyną tego był zbliżający się kryzys paliwowo-energetyczny oraz stale rosnące zanieczyszczenie środowiska. Konieczne było znalezienie nowych źródeł energii cieplnej, które mogłyby zastąpić ropę i gaz. Wraz z rozwojem energetyki słonecznej pojawił się inny bardziej obiecujący i co najważniejsze bardziej budżetowy kierunek - wykorzystanie biopaliw.
Biopaliwa to paliwa otrzymywane z przetwarzania biomasy metodami termochemicznymi lub biologicznymi - przy pomocy bakterii. Jako biomasę można wykorzystać zarówno surowce roślinne, jak i zwierzęce, a także organiczne pozostałości poprodukcyjne i odpady inwentarza żywego. Najczęściej używanymi źródłami są rośliny i odpady drzewne.
W zależności od stanu skupienia wyróżnia się następujące rodzaje biopaliw:
- Lite (drewno, zrębki, brykiety opałowe, pelety opałowe, torf opałowy);
- Ciecz (bioetanol, biobutanol, biometanol, biodiesel);
- Gazowy (biogaz, biowodór).
Biopaliwa stałe
Drewno opałowe, podobnie jak wieki temu, nadal jest wykorzystywane do wytwarzania ciepła i elektryczności. Przykładem największej elektrowni na biomasę w Europie jest austriacka elektrociepłownia. Jego moc wynosi 66 MW.
Pomimo tego, że świat aktywnie rozwija i finansuje projekty dotyczące tworzenia lasów energetycznych, w których uprawiana jest biomasa drzewna, coraz większą uwagę zwraca wykorzystanie różnych produktów przemysłu drzewnego do pozyskiwania biopaliw. Takie przedsiębiorstwa są już dość dobrze rozwinięte i aktywnie dostarczają swoje produkty na rynek. Należą do nich brykiety opałowe i pelety opałowe - pelety.
Aby uzyskać brykiety paliwowe, suszy się i prasuje różne bioodpady, takie jak ptasie odchody i obornik. Powstałe brykiety służą do ogrzewania pomieszczeń mieszkalnych i przemysłowych.
Granulki paliwowe - pellety są używane w podobny sposób. Produkowane są z trocin, zrębków, kory, drewna niespełniającego norm, słomy, odpadów rolniczych (łuski słonecznika, łupiny orzechów). W celu uzyskania pelletu biomasa jest najpierw kruszona na mąkę, następnie trafia do suszarni, a stamtąd do specjalnej prasy, gdzie pod wpływem ciśnienia i wysokiej temperatury lignina zawarta w odpadach drzewnych staje się lepka. Umożliwia uzyskanie gotowych butli na biopaliwo na wyjściu. Charakterystyczną cechą peletów paliwowych jest niska zawartość popiołu - około 3%.
Technologia pozyskiwania torfu opałowego wykorzystywanego do ogrzewania budynków mieszkalnych jest również prosta. Surowce dostarczane są bezpośrednio z miejsca wydobycia do przetwórni torfu, gdzie torf jest oczyszczany z zanieczyszczeń (przesiewany), suszony i prasowany w brykiety.
Inny rodzaj biopaliwa - zrębki drzewne - jest używany w Europie w dużych elektrowniach cieplnych o mocy od jednego do kilku megawatów. Produkcja zrębków drzewnych odbywa się bezpośrednio przy wyrębie lub w produkcji przy użyciu specjalnych rębaków - rozdrabniaczy. Jako surowiec stosuje się zwykle drewno o niewielkich rozmiarach i pozostałości po wyrębie - gałęzie, korę, pnie itp.
Technologia produkcji
Podobnie jak w przypadku organizacji każdego procesu technologicznego, na samym początku przeprowadzana jest kontrola przychodząca surowca. W takim przypadku przeprowadzana jest wyrywkowa kontrola ziaren.Jakość nasion służy do oceny jakości całej przesyłki.
Następnym krokiem jest zdobycie oleju. Dlaczego surowce są wysyłane do masarni. Ciasta otrzymane po wyciśnięciu olejów nie są wyrzucane, służą do produkcji pasz dla zwierząt gospodarskich.
Oleje poddawane są dalszej obróbce (tzw. Estryfikacja). Polega na wzbogaceniu olejku w estry metylowe. Całkowita zawartość tych substancji w całej objętości musi wynosić co najmniej 96%.
Istota technologii jest dość prosta: konieczne jest dodanie metanolu i aktywatora procesów chemicznych (dowolna zasada). Źródłem metanolu są zwykle trociny. Można jednak uprościć zadanie. Zamiast oddzielać metanol, olej można rozcieńczyć odpowiednią ilością alkoholu izopropylowego lub etanolu.
Aby zaszły procesy estryfikacji, olej należy podgrzać do wysokich temperatur. Zwykle zajmuje to do dwóch godzin. W takim przypadku konieczne jest ciągłe monitorowanie procesu i nie rozpraszanie się: nawet niewielki wzrost temperatury może doprowadzić do zapłonu oleju.
O zakończeniu reakcji chemicznej świadczy odbiór osadu gliceryny na dnie i powstanie dwóch warstw w zbiorniku. Dlatego wskazane jest, aby do tych procesów używać przezroczystego pojemnika: w tym przypadku możliwe jest wizualne dokładne określenie, kiedy proces się zakończy, co wyeliminuje potrzebę późniejszych modyfikacji i zapobiegnie odrzutom.
Ciekłe biopaliwa
Ciekłe biopaliwa stają się coraz bardziej popularne ze względu na ich przyjazność dla środowiska i bezpieczeństwo. Stosowany jest głównie w silnikach spalinowych. Ten rodzaj paliwa uzyskuje się poprzez przetwarzanie różnych materiałów roślinnych.
Istnieją główne rodzaje biopaliw płynnych:
- Bioetanol
- Biobutanol
- Biometanol
- Biodiesel
Bioetanol
Zajmuje czołowe miejsce na liście biopaliw ciekłych. Jego zasięg obejmuje zwykłe samochody, aw ostatnich latach był również używany jako biopaliwo do domowych kominków. Bioetanol zmieszany z benzyną jako paliwem ma szereg zalet w stosunku do konwencjonalnej benzyny: poprawia osiągi silnika samochodowego, zwiększa jego moc, nie przegrzewa silnika, nie tworzy sadzy, sadzy i dymu.
Bioetanol to świetna alternatywa dla miłośników kominków. Ponieważ nie tworzy dymu, sadzy i wydziela niewielką ilość dwutlenku węgla podczas spalania. Może być stosowany do ogrzewania kominków nawet w budynkach mieszkalnych. Jednocześnie w ogóle nie ma strat ciepła, jak to zwykle bywa przy pracy konwencjonalnych kominków z kominem.
Produkowany jest w technologii fermentacji alkoholowej z surowców zawierających skrobię lub cukier: kukurydzy, zbóż, trzciny cukrowej, buraków cukrowych. Ekonomicznie uzasadnione jest pozyskiwanie etanolu z surowców zawierających celulozę.
Biobutanol
Jako paliwo do silników jest bardziej preferowane niż bioetanol: lepiej miesza się z benzyną i może być również stosowany jako oddzielne paliwo. Do jego uzyskania wykorzystuje się tradycyjne uprawy: trzcinę cukrową, kukurydzę, pszenicę, buraki cukrowe. Choć mniej popularny niż bioetanol.
Biometanol
Jego technologia produkcji jest wciąż niedoskonała i wymaga wprowadzenia wielu bardziej innowacyjnych rozwiązań. Ma być uzyskiwany poprzez biochemiczną przemianę fitoplanktonu morskiego uprawianego w specjalnych zbiornikach. Jednak do tej pory nie było możliwe rozpoczęcie produkcji na skalę przemysłową. Zastosowania dla biometanolu są takie same, jak dla konwencjonalnego metanolu. Jest to produkcja wielu substancji (formaldehyd, metakrylan metylu, metyloaminy, kwas octowy itp.), Jako rozpuszczalnik i środek przeciw zamarzaniu.
Biodiesel
Jest stosowany w silnikach samochodowych zarówno osobno, jak iw mieszaninie z konwencjonalnym olejem napędowym.Oprócz braku negatywnego wpływu biodiesla na środowisko, liczne badania wykazały jeszcze jedną zaletę. Ze względu na niską zawartość siarki właściwości smarne biodiesla są lepsze, co pozwala wydłużyć żywotność silników seryjnych. Surowcami do produkcji biodiesla mogą być zarówno rośliny (bawełna, soja, rzepak), jak i oleje tłuszczowe (palmowy, rzepakowy, kokosowy), algi.
NIEZBĘDNE REGULACJE SYSTEMÓW POJAZDU DO PRACY NA BIOETANOLU
Jest też problem czysto rosyjski. Zgodnie z wieloletnią tradycją, nasze państwo uważa alkohol za substancję antyspołeczną i chroni przed nim obywateli podatkami i ograniczeniami. W tej sytuacji jest mało prawdopodobne, aby koszt paliwa alkoholowego był bardziej atrakcyjny niż zwykła benzyna. I czy będą mogli sprzedawać etanol przez całą dobę?
Istnieją również przeszkody globalne. Jedną z nich jest brak jednolitych norm i wymagań dla biopaliw. Gdzie są gwarancje, że np. Wielopaliwowy Opel podróżujący po Niemczech polubi bio-benzynę produkowaną z innych surowców w sąsiedniej Francji? Dlatego nowoczesne modele zasilane biopaliwami zwykle nie gardzą benzyną lub olejem napędowym.
Biopaliwa gazowe
Istnieją dwa główne rodzaje paliw gazowych:
- Biogaz
- Biohydrogen
Biogaz
Produkt fermentacji odpadów organicznych, który może być wykorzystany jako pozostałości kałowe, ścieki, odpady z gospodarstw domowych, odpady poubojowe, obornik, obornik, a także kiszonki i algi. Jest to mieszanina metanu i dwutlenku węgla. Nawozy organiczne to kolejny produkt przetwarzania odpadów domowych przy produkcji biogazu. Technologia produkcji związana jest z przemianą złożonych substancji organicznych pod wpływem bakterii prowadzących fermentację metanową.
Na początku procesu technologicznego masa odpadowa jest homogenizowana, następnie przygotowany surowiec podawany jest ładowarką do ogrzewanego i izolowanego reaktora, gdzie proces fermentacji metanowej odbywa się bezpośrednio w temperaturze około 35-38 ° C. Masa odpadów jest stale mieszana. Powstały biogaz jest podawany do zbiornika gazu (służącego do magazynowania gazu), a następnie podawany do generatora elektrycznego. Powstały biogaz zastępuje konwencjonalny gaz ziemny. Może być używany jako biopaliwo lub generować z niego energię elektryczną.
Biohydrogen
Można go otrzymać z biomasy metodami termochemicznymi, biochemicznymi lub biotechnologicznymi. Pierwsza metoda pozyskiwania wiąże się z podgrzaniem odpadów drzewnych do temperatury 500-800 ° C, w wyniku czego uwalnia się mieszanina gazów - wodoru, tlenku węgla i metanu. W metodzie biochemicznej wykorzystuje się enzymy bakterii Rodobacter speriodes, Enterobacter cloacae, które powodują produkcję wodoru podczas rozszczepiania resztek roślinnych zawierających celulozę i skrobię. Proces przebiega pod normalnym ciśnieniem i niską temperaturą. Biowodór jest wykorzystywany do produkcji wodorowych ogniw paliwowych w transporcie i energetyce. Nie jest jeszcze szeroko stosowany.
Zalety energii
Biologiczne i naukowe zainteresowanie naturalnymi zasobami energii wynika z następujących pozytywnych właściwości produktu:
- Ekonomiczna dostępność materiału... Wiele krajów wydaje dużo pieniędzy na zakup ropy lub gazu ziemnego. Gospodarka państwa ponosi straty. Biopaliwo można kupić w prawie każdym kraju. Lokalna produkcja paliw obniży koszty importu zagranicznych surowców energetycznych.
- Mobilność... Instalacje wiatrowe lub słoneczne są przeznaczone wyłącznie do użytku stacjonarnego. Nie można transportować. W razie potrzeby materiały biologiczne można transportować z jednego regionu do drugiego.
- Biopaliwo jest zasób odnawialny... Odpady roślinne i zwierzęce nigdy nie znikną.
- Zasób naturalny zmniejsza emisje gazów cieplarnianych w atmosferze. Zapobiega prawdopodobieństwu globalnego ocieplenia.
- Stosowanie biopaliw do silników samochodowych obniża koszty utrzymania.
W niedalekiej przyszłości eksploatacja paliwa palnego będzie tańsza od benzyny.
Emisje szkodliwych substancji do atmosfery
Zmniejszona emisja dwutlenku węgla ze spalania to duży plus dla biodiesla. Według zapewnień naukowców zajmujących się tymi zagadnieniami, wielkość emisji CO2 ze spalania biodiesla nie przekracza wielkości przerobu dwutlenku węgla przez te zakłady, które przez cały czas służyły jako źródło surowca do produkcji paliwa. koło życia.
Jednak występują emisje ze spalania paliwa. Dlatego nie do końca słuszne jest nazywanie biodiesla paliwem przyjaznym dla środowiska. Jednak niektórzy uważają, że ilość wytwarzanego dwutlenku węgla jest tak mała, że można je zaniedbać. To stwierdzenie jest wysoce kontrowersyjne.
