ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 20 มนุษยชาติต้องเผชิญกับปัญหาเฉียบพลันในการค้นหาแหล่งพลังงานทางเลือกใหม่ สาเหตุนี้มาจากวิกฤตเชื้อเพลิงและพลังงานที่กำลังจะเกิดขึ้นและมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมที่เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ จำเป็นต้องหาแหล่งพลังงานความร้อนใหม่ที่สามารถทดแทนน้ำมันและก๊าซได้ นอกเหนือจากการพัฒนาพลังงานแสงอาทิตย์แล้วสิ่งที่มีแนวโน้มมากขึ้นและที่สำคัญที่สุดคือมีทิศทางงบประมาณมากขึ้นนั่นคือการใช้เชื้อเพลิงชีวภาพ
เชื้อเพลิงชีวภาพเป็นเชื้อเพลิงที่ได้จากการแปรรูปชีวมวลด้วยวิธีทางเทอร์โมเคมีหรือทางชีวภาพ - ด้วยความช่วยเหลือของแบคทีเรีย ทั้งวัตถุดิบจากพืชและสัตว์สามารถใช้เป็นชีวมวลได้เช่นเดียวกับกากอินทรีย์จากการผลิตและของเสียจากปศุสัตว์ แหล่งที่ใช้กันมากที่สุดคือพืชและเศษไม้
ขึ้นอยู่กับสถานะของการรวมตัวเชื้อเพลิงชีวภาพประเภทต่อไปนี้มีความโดดเด่น:
- ของแข็ง (ไม้เศษไม้ก้อนเชื้อเพลิงเม็ดเชื้อเพลิงพีทเชื้อเพลิง);
- ของเหลว (ไบโอเอทานอล, ไบโอบิทานอล, ไบโอเมทานอล, ไบโอดีเซล);
- ก๊าซ (ก๊าซชีวภาพไบโอไฮโดรเจน)
เชื้อเพลิงชีวภาพที่เป็นของแข็ง
ฟืนเช่นเดียวกับหลายศตวรรษที่ผ่านมายังคงถูกใช้เพื่อสร้างความร้อนและไฟฟ้า ตัวอย่างของโรงไฟฟ้าชีวมวลที่ใหญ่ที่สุดในยุโรปคือ CHP ของออสเตรีย กำลังการผลิต 66 เมกะวัตต์
แม้ว่าโลกจะมีการพัฒนาและจัดหาเงินทุนสำหรับโครงการสร้างป่าพลังงานที่มีการปลูกชีวมวลที่เป็นไม้ แต่การใช้ผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ในอุตสาหกรรมงานไม้เพื่อการได้รับเชื้อเพลิงชีวภาพกลับได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อย ๆ วิสาหกิจดังกล่าวได้รับการพัฒนาค่อนข้างดีและจัดหาผลิตภัณฑ์ของตนออกสู่ตลาดอย่างจริงจัง ซึ่งรวมถึงถ่านอัดแท่งและน้ำมันเชื้อเพลิง - อัดเม็ด
เพื่อให้ได้เชื้อเพลิงอัดก้อนขยะชีวภาพต่างๆเช่นมูลนกและมูลสัตว์จะถูกทำให้แห้งและกด ก้อนอิฐที่ได้จะใช้เพื่อให้ความร้อนแก่สถานที่อยู่อาศัยและโรงงานอุตสาหกรรม
เม็ดเชื้อเพลิง - เม็ดถูกใช้ในลักษณะเดียวกัน พวกเขาผลิตจากขี้เลื่อยเศษไม้เปลือกไม้ไม้ที่ต่ำกว่ามาตรฐานฟางวัสดุเหลือใช้จากการเกษตร (เปลือกทานตะวันถั่วเปลือกแข็ง) เพื่อให้ได้เม็ดชีวมวลจะถูกบดเป็นแป้งก่อนจากนั้นจึงเข้าสู่เครื่องอบแห้งและจากนั้นไปยังเครื่องอัดแบบพิเศษซึ่งภายใต้อิทธิพลของความดันและอุณหภูมิสูงลิกนินที่มีอยู่ในเศษไม้จะเหนียว ทำให้ได้ถังเชื้อเพลิงชีวภาพสำเร็จรูปที่เอาท์พุท คุณภาพที่โดดเด่นของเม็ดเชื้อเพลิงคือปริมาณเถ้าต่ำประมาณ 3%
เทคโนโลยีในการรับเชื้อเพลิงพีทที่ใช้ในการทำความร้อนอาคารที่อยู่อาศัยก็ทำได้ง่ายเช่นกัน วัตถุดิบจะถูกส่งตรงจากสถานที่สกัดไปยังโรงงานแปรรูปพรุซึ่งพีทจะถูกทำความสะอาดสิ่งสกปรก (ตะแกรง) ทำให้แห้งและอัดเป็นก้อน
เชื้อเพลิงชีวภาพอีกประเภทหนึ่งคือเศษไม้ถูกนำมาใช้ในยุโรปในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนขนาดใหญ่ที่มีกำลังการผลิตตั้งแต่หนึ่งถึงหลายเมกะวัตต์ การผลิตเศษไม้จะดำเนินการโดยตรงที่การตัดไม้หรือในการผลิตโดยใช้เครื่องย่อยพิเศษ - เครื่องย่อย ในฐานะที่เป็นวัตถุดิบมักใช้ไม้ขนาดเล็กและเศษไม้เหลือใช้เช่นกิ่งไม้เปลือกไม้ตอไม้เป็นต้น
เทคโนโลยีการผลิต
เช่นเดียวกับองค์กรของกระบวนการทางเทคโนโลยีใด ๆ ในช่วงเริ่มต้นการควบคุมวัตถุดิบที่เข้ามาจะดำเนินการ ในกรณีนี้จะมีการสุ่มตรวจเมล็ดพืชคุณภาพของเมล็ดพันธุ์ใช้ในการตัดสินคุณภาพของสินค้าที่ส่งมอบทั้งหมด
ขั้นตอนต่อไปคือการรับน้ำมัน ทำไมวัตถุดิบถึงส่งไปปั่น. เค้กที่ได้หลังจากบีบน้ำมันออกจะไม่ถูกโยนทิ้งไปใช้ในการผลิตอาหารสัตว์สำหรับปศุสัตว์
น้ำมันได้รับการประมวลผลเพิ่มเติม (ที่เรียกว่าเอสเทอริฟิเคชัน) ประกอบด้วยการเพิ่มคุณค่าของน้ำมันด้วยเมทิลเอสเทอร์ เนื้อหาทั้งหมดของสารเหล่านี้ตลอดทั้งปริมาตรต้องมีอย่างน้อย 96%
สาระสำคัญของเทคโนโลยีนั้นค่อนข้างง่าย: จำเป็นต้องเพิ่มเมทานอลและตัวกระตุ้นของกระบวนการทางเคมี (ด่างใด ๆ ) แหล่งที่มาของเมทานอลมักเป็นขี้เลื่อย อย่างไรก็ตามเป็นไปได้ที่จะทำให้งานง่ายขึ้น แทนที่จะแยกเมทานอลคุณสามารถเจือจางน้ำมันด้วยไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์หรือเอทานอลในปริมาณที่ต้องการ
เพื่อให้กระบวนการเอสเทอริฟิเคชันดำเนินต่อไปจำเป็นต้องทำให้น้ำมันร้อนถึงอุณหภูมิสูง โดยปกติจะใช้เวลาถึงสองชั่วโมง ในกรณีนี้จำเป็นต้องตรวจสอบกระบวนการอย่างต่อเนื่องและไม่ฟุ้งซ่าน: อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยอาจทำให้น้ำมันติดไฟได้
ปฏิกิริยาทางเคมีที่เสร็จสมบูรณ์นั้นเห็นได้จากการได้รับตะกอนกลีเซอรอลที่ด้านล่างและการก่อตัวของสองชั้นในภาชนะ ดังนั้นจึงเป็นที่พึงปรารถนาที่จะใช้ภาชนะโปร่งใสสำหรับกระบวนการเหล่านี้: ในกรณีนี้เป็นไปได้ที่จะระบุได้อย่างแม่นยำด้วยสายตาเมื่อกระบวนการเสร็จสมบูรณ์ซึ่งจะช่วยขจัดความจำเป็นในการแก้ไขในภายหลังและป้องกันไม่ให้ได้รับการปฏิเสธ
เชื้อเพลิงชีวภาพเหลว
เชื้อเพลิงชีวภาพเหลวได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อย ๆ เนื่องจากความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและความปลอดภัย ส่วนใหญ่จะใช้ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน เชื้อเพลิงประเภทนี้ได้มาจากการแปรรูปวัสดุจากพืชต่างๆ
เชื้อเพลิงชีวภาพเหลวมีประเภทหลัก:
- ไบโอเอทานอล
- ไบโอบิทูนอล
- ไบโอเมทานอล
- ไบโอดีเซล
ไบโอเอทานอล
ครองตำแหน่งผู้นำในรายชื่อเชื้อเพลิงชีวภาพเหลว ขอบเขตของมันอยู่ในรถยนต์ธรรมดาและในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีการใช้เป็นเชื้อเพลิงชีวภาพสำหรับเตาผิงในบ้าน ไบโอเอทานอลผสมกับน้ำมันเบนซินเป็นเชื้อเพลิงมีข้อดีหลายประการมากกว่าน้ำมันเบนซินทั่วไป: ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์รถยนต์เพิ่มกำลังไม่ให้เครื่องยนต์ร้อนเกินไปไม่ก่อให้เกิดเขม่าเขม่าและควัน
ไบโอเอทานอลเป็นทางเลือกที่ดีสำหรับคนรักเตาผิง เนื่องจากไม่ก่อให้เกิดควันเขม่าและปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาเล็กน้อยในระหว่างการเผาไหม้ สามารถใช้เพื่อให้ความร้อนกับเตาผิงได้แม้ในอาคารอพาร์ตเมนต์ ในเวลาเดียวกันไม่มีการสูญเสียความร้อนเลยเช่นเดียวกับกรณีการทำงานของเตาผิงธรรมดาที่มีปล่องไฟ
ผลิตตามเทคโนโลยีการหมักแอลกอฮอล์จากวัตถุดิบที่มีแป้งหรือน้ำตาล ได้แก่ ข้าวโพดธัญพืชอ้อยน้ำตาลหัวบีท มีเหตุผลทางเศรษฐกิจที่จะได้รับเอทานอลจากวัตถุดิบที่มีเซลลูโลส
ไบโอบิทูนอล
เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์เป็นที่ต้องการมากกว่าไบโอเอทานอล: ผสมกับน้ำมันเบนซินได้ดีกว่าและยังสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงแยกต่างหากได้อีกด้วย เพื่อให้ได้มาจะใช้พืชผลแบบดั้งเดิม: อ้อยข้าวโพดข้าวสาลีหัวบีท ในขณะที่ได้รับความนิยมน้อยกว่าไบโอเอทานอล
ไบโอเมทานอล
เทคโนโลยีการผลิตยังไม่สมบูรณ์และต้องมีการพัฒนานวัตกรรมอื่น ๆ อีกมากมาย ควรได้จากการเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมีของแพลงก์ตอนพืชในทะเลที่เพาะปลูกในอ่างเก็บน้ำพิเศษ แต่จนถึงขณะนี้ยังไม่สามารถสร้างการผลิตในระดับอุตสาหกรรมได้ การใช้งานไบโอเมทานอลจะเหมือนกับเมทานอลทั่วไป นี่คือการผลิตสารหลายชนิด (ฟอร์มาลดีไฮด์เมธิลเมทาคริเลตเมธิลามีนกรดอะซิติก ฯลฯ ) เป็นตัวทำละลายและสารป้องกันการแข็งตัว
ไบโอดีเซล
ใช้ในเครื่องยนต์รถยนต์ทั้งแบบแยกและแบบผสมกับน้ำมันดีเซลธรรมดานอกเหนือจากการไม่มีผลกระทบเชิงลบของไบโอดีเซลต่อสิ่งแวดล้อมแล้วการศึกษาจำนวนมากยังเน้นถึงข้อดีอีกประการหนึ่ง เนื่องจากมีกำมะถันต่ำความสามารถในการหล่อลื่นของไบโอดีเซลจึงดีกว่าซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานของเครื่องยนต์แบบอนุกรม วัตถุดิบในการผลิตไบโอดีเซลเป็นได้ทั้งพืช (ฝ้ายถั่วเหลืองเรพซีด) และน้ำมันไขมัน (ปาล์มเรพซีดมะพร้าว) สาหร่าย
การปรับเปลี่ยนที่จำเป็นของระบบยานพาหนะสำหรับการทำงานบนไบโอเอธานอล
นอกจากนี้ยังมีปัญหารัสเซียล้วนๆ ตามประเพณีอันยาวนานรัฐของเราถือว่าแอลกอฮอล์เป็นสารต่อต้านสังคมและปกป้องพลเมืองจากภาษีและข้อ จำกัด ในสถานการณ์เช่นนี้ค่าเชื้อเพลิงแอลกอฮอล์ไม่น่าจะน่าสนใจกว่าน้ำมันเบนซินทั่วไป และจะได้รับอนุญาตให้ขายเอทานอลตลอดเวลาหรือไม่ ..
นอกจากนี้ยังมีอุปสรรคระดับโลก หนึ่งในนั้นคือการขาดมาตรฐานและข้อกำหนดสำหรับเชื้อเพลิงชีวภาพที่สม่ำเสมอ ตัวอย่างเช่นการรับประกันว่า Opel หลายเชื้อเพลิงที่เดินทางไปทั่วเยอรมนีจะชอบน้ำมันเบนซินชีวภาพที่ทำจากวัตถุดิบอื่น ๆ ในประเทศเพื่อนบ้านของฝรั่งเศส ดังนั้นโมเดลสมัยใหม่ที่ใช้เชื้อเพลิงชีวภาพมักจะไม่ดูถูกน้ำมันเบนซินหรือน้ำมันดีเซล
เชื้อเพลิงชีวภาพที่เป็นก๊าซ
เชื้อเพลิงก๊าซมีสองประเภทหลัก:
- ก๊าซชีวภาพ
- ไบโอไฮโดรเจน
ก๊าซชีวภาพ
ผลิตภัณฑ์หมักของเสียอินทรีย์ซึ่งสามารถใช้เป็นกากอุจจาระสิ่งปฏิกูลขยะในครัวเรือนขยะจากโรงฆ่าสัตว์ปุ๋ยคอกมูลสัตว์รวมทั้งหญ้าหมักและสาหร่าย มันเป็นส่วนผสมของก๊าซมีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์ ปุ๋ยอินทรีย์เป็นอีกหนึ่งผลิตภัณฑ์จากการแปรรูปขยะในครัวเรือนในการผลิตก๊าซชีวภาพ เทคโนโลยีการผลิตมีความเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของสารอินทรีย์ที่ซับซ้อนภายใต้อิทธิพลของแบคทีเรียที่ดำเนินการหมักก๊าซมีเทน
ในช่วงเริ่มต้นของกระบวนการทางเทคโนโลยีมวลของเสียจะถูกทำให้เป็นเนื้อเดียวกันจากนั้นวัตถุดิบที่เตรียมไว้จะถูกป้อนโดยใช้รถตักเข้าในเครื่องปฏิกรณ์ที่ให้ความร้อนและมีฉนวนซึ่งกระบวนการหมักมีเทนจะเกิดขึ้นโดยตรงที่อุณหภูมิประมาณ 35-38 ° C มวลของเสียผสมอยู่ตลอดเวลา ก๊าซชีวภาพที่ได้จะถูกป้อนลงในถังก๊าซ (ใช้สำหรับเก็บก๊าซ) จากนั้นป้อนเข้าสู่เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ก๊าซชีวภาพที่ได้มาแทนที่ก๊าซธรรมชาติทั่วไป สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงชีวภาพหรือผลิตกระแสไฟฟ้าได้
ไบโอไฮโดรเจน
สามารถหาได้จากชีวมวลโดยวิธีทางเทอร์โมเคมีชีวเคมีหรือเทคโนโลยีชีวภาพ วิธีการแรกในการได้รับนั้นเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนแก่เศษไม้ที่อุณหภูมิ 500-800 ° C ซึ่งเป็นผลมาจากการที่ส่วนผสมของก๊าซ - ไฮโดรเจนคาร์บอนมอนอกไซด์และมีเทนเริ่มมีวิวัฒนาการ ในวิธีทางชีวเคมีจะใช้เอนไซม์ของแบคทีเรีย Rodobacter speriodes, Enterobacter cloacae ซึ่งทำให้เกิดการผลิตไฮโดรเจนในระหว่างการแยกกากพืชที่มีเซลลูโลสและแป้ง กระบวนการนี้เกิดขึ้นที่ความดันปกติและอุณหภูมิต่ำ ไบโอไฮโดรเจนใช้ในการผลิตเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนในการขนส่งและพลังงาน ยังไม่มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย
ข้อดีของพลังงาน
ความสนใจทางชีวภาพและวิทยาศาสตร์ในแหล่งพลังงานธรรมชาติเกิดขึ้นเนื่องจากคุณสมบัติเชิงบวกของผลิตภัณฑ์ดังต่อไปนี้:
- ความพร้อมทางเศรษฐกิจของวัสดุ... หลายประเทศใช้จ่ายเงินจำนวนมากเพื่อซื้อน้ำมันหรือก๊าซธรรมชาติ เศรษฐกิจของรัฐกำลังประสบกับความสูญเสีย เชื้อเพลิงชีวภาพสามารถหาได้ในเกือบทุกประเทศ การผลิตเชื้อเพลิงในท้องถิ่นจะช่วยลดต้นทุนในการนำเข้าทรัพยากรพลังงานจากต่างประเทศ
- ความคล่องตัว... การติดตั้งพลังงานลมหรือพลังงานแสงอาทิตย์มีไว้สำหรับการใช้งานที่อยู่กับที่โดยเฉพาะ ไม่สามารถขนส่งได้ ถ้าจำเป็นวัสดุชีวภาพสามารถขนส่งจากภูมิภาคหนึ่งไปยังอีกภูมิภาคหนึ่งได้
- เชื้อเพลิงชีวภาพคือ ทรัพยากรหมุนเวียน... ขยะจากพืชและสัตว์จะไม่มีวันหายไป
- ทรัพยากรธรรมชาติ ลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ในบรรยากาศ ป้องกันโอกาสที่จะเกิดภาวะโลกร้อน
- การใช้เชื้อเพลิงชีวภาพสำหรับเครื่องยนต์รถยนต์ช่วยลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา
ในอนาคตอันไม่ไกลการใช้เชื้อเพลิงที่ติดไฟได้จะมีราคาถูกกว่าการใช้น้ำมันเบนซิน
การปล่อยสารอันตรายสู่บรรยากาศ
ปริมาณการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ลดลงระหว่างการเผาไหม้เป็นข้อดีอย่างมากสำหรับไบโอดีเซล ตามการรับรองของนักวิทยาศาสตร์ที่จัดการกับปัญหาเหล่านี้ปริมาณการปล่อย CO2 จากการเผาไหม้ไบโอดีเซลไม่เกินปริมาณการแปรรูปก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยโรงงานเหล่านั้นซึ่งทำหน้าที่เป็นแหล่งวัตถุดิบสำหรับการผลิตเชื้อเพลิงตลอดทั้งปี วงจรชีวิต.
อย่างไรก็ตามการปล่อยก๊าซจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงจะเกิดขึ้น นั่นคือเหตุผลที่การเรียกไบโอดีเซลว่าเป็นเชื้อเพลิงที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมจึงไม่ถูกต้องทั้งหมด อย่างไรก็ตามบางคนเชื่อว่าปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ผลิตได้นั้นมีปริมาณน้อยมากจนอาจละเลยได้ คำพูดนี้เป็นที่ถกเถียงกันมาก
