Vào cuối thế kỷ 20, nhân loại phải đối mặt với câu hỏi cấp bách về việc tìm kiếm các nguồn năng lượng mới, thay thế. Lý do cho điều này là do cuộc khủng hoảng nhiên liệu và năng lượng sắp xảy ra và tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng. Cần phải tìm ra các nguồn nhiệt năng mới có thể thay thế dầu và khí đốt. Cùng với sự phát triển của năng lượng mặt trời, một hướng khác hứa hẹn hơn và quan trọng nhất là ngân sách hơn đã xuất hiện - sử dụng nhiên liệu sinh học.
Nhiên liệu sinh học là nhiên liệu thu được từ quá trình xử lý sinh khối bằng phương pháp nhiệt hóa hoặc sinh học - với sự hỗ trợ của vi khuẩn. Cả nguyên liệu thực vật và động vật đều có thể được sử dụng làm sinh khối, cũng như tàn dư hữu cơ của quá trình sản xuất và chất thải chăn nuôi. Các nguồn được sử dụng phổ biến nhất là thực vật và chất thải gỗ.
Tùy thuộc vào trạng thái kết tụ, các loại nhiên liệu sinh học sau được phân biệt:
- Chất rắn (gỗ, dăm gỗ, than củi, viên nhiên liệu, than bùn nhiên liệu);
- Chất lỏng (cồn sinh học, biobutanol, biomethanol, dầu diesel sinh học);
- Dạng khí (khí sinh học, khí sinh học).
Nhiên liệu sinh học rắn
Củi, giống như nhiều thế kỷ trước, vẫn tiếp tục được sử dụng để tạo ra nhiệt và điện. Một ví dụ về nhà máy điện sinh khối lớn nhất ở châu Âu là CHP của Áo. Công suất của nó là 66 MW.
Mặc dù thế giới đang tích cực phát triển và tài trợ cho các dự án tạo rừng năng lượng, nơi trồng sinh khối gỗ, việc sử dụng các sản phẩm khác nhau của ngành chế biến gỗ để lấy nhiên liệu sinh học đang ngày càng thu hút nhiều sự chú ý. Các doanh nghiệp này đã phát triển khá và chủ động cung cấp sản phẩm ra thị trường. Chúng bao gồm nhiên liệu đóng bánh và nhiên liệu viên - viên nén.
Để có được nhiên liệu đóng bánh, các chất thải sinh học khác nhau, chẳng hạn như phân chim và phân, được làm khô và ép. Sản phẩm đóng bánh được sử dụng để sưởi ấm các khu dân cư và công nghiệp.
Nhiên liệu dạng hạt - viên được sử dụng theo cách tương tự. Chúng được sản xuất từ mùn cưa, vỏ bào, vỏ cây, gỗ không đạt tiêu chuẩn, rơm rạ, phế thải nông nghiệp (vỏ hướng dương, vỏ quả hạch). Để có được viên nén, đầu tiên sinh khối được nghiền thành bột, sau đó được đưa vào máy sấy, và từ nó đến một máy ép đặc biệt, ở đó, dưới tác động của áp suất và nhiệt độ cao, lignin có trong chất thải gỗ trở nên dính. Nó làm cho nó có thể có được các xi lanh nhiên liệu sinh học làm sẵn ở đầu ra. Chất lượng đặc biệt của viên nhiên liệu là hàm lượng tro thấp - khoảng 3%.
Công nghệ thu nhận than bùn nhiên liệu dùng để sưởi ấm các tòa nhà dân cư cũng rất đơn giản. Nguyên liệu thô được chuyển trực tiếp từ nơi khai thác đến nhà máy chế biến than bùn, tại đây than bùn được làm sạch tạp chất (sàng lọc), sấy khô và ép thành viên.
Một loại nhiên liệu sinh học khác - dăm gỗ - được sử dụng ở châu Âu tại các nhà máy nhiệt điện lớn có công suất từ một đến vài megawatt. Quá trình sản xuất dăm gỗ được thực hiện trực tiếp tại quá trình khai thác hoặc sản xuất bằng máy băm - máy hủy đặc biệt. Làm nguyên liệu thô, gỗ có kích thước nhỏ và tàn dư gỗ thường được sử dụng - cành, vỏ cây, gốc cây, v.v.
Kỹ thuật sản xuất
Đối với việc tổ chức bất kỳ quy trình công nghệ nào, ngay từ đầu, việc kiểm soát nguyên liệu thô đầu vào được thực hiện. Trong trường hợp này, kiểm tra ngẫu nhiên các hạt được thực hiện.Chất lượng của hạt được sử dụng để đánh giá chất lượng của toàn bộ lô hàng.
Bước tiếp theo là lấy dầu. Tại sao các nguyên liệu thô được gửi đến churn. Bánh thu được sau khi ép hết dầu không được vứt đi mà được dùng để sản xuất thức ăn cho gia súc.
Dầu được xử lý thêm (cái gọi là quá trình este hóa). Nó bao gồm việc làm giàu dầu bằng metyl este. Tổng hàm lượng của các chất này trong toàn bộ khối lượng ít nhất phải đạt 96%.
Bản chất của công nghệ này khá đơn giản: cần thêm metanol và chất kích hoạt các quá trình hóa học (bất kỳ chất kiềm nào). Nguồn metanol thường là mùn cưa. Tuy nhiên, có thể đơn giản hóa nhiệm vụ. Thay vì tách metanol, bạn có thể pha loãng dầu với lượng cồn isopropyl hoặc etanol cần thiết.
Để các quá trình este hóa diễn ra, cần phải đun dầu đến nhiệt độ cao. Nó thường mất đến hai giờ trong thời gian. Trong trường hợp này, cần phải liên tục theo dõi quá trình và không được phân tâm: ngay cả khi nhiệt độ tăng nhẹ cũng có thể dẫn đến việc đánh lửa của dầu.
Sự hoàn thành của phản ứng hóa học được chứng minh bằng việc nhận được cặn glycerol ở đáy và sự hình thành hai lớp trong thùng chứa. Do đó, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng một vật chứa trong suốt cho các quy trình này: trong trường hợp này, có thể xác định chính xác bằng mắt thường khi quy trình hoàn thành, điều này sẽ giúp loại bỏ nhu cầu sửa đổi tiếp theo và ngăn ngừa việc loại bỏ.
Nhiên liệu sinh học lỏng
Nhiên liệu sinh học lỏng ngày càng trở nên phổ biến do thân thiện với môi trường và an toàn. Nó được sử dụng chủ yếu trong động cơ đốt trong. Loại nhiên liệu này thu được bằng cách chế biến các nguyên liệu thực vật khác nhau.
Có các loại nhiên liệu sinh học lỏng chính:
- Cồn sinh học
- Biobutanol
- Biomethanol
- Dầu diesel sinh học
Cồn sinh học
Giữ vị trí hàng đầu trong danh sách nhiên liệu sinh học lỏng. Phạm vi của nó là trong ô tô thông thường, và trong những năm gần đây nó cũng được sử dụng làm nhiên liệu sinh học cho lò sưởi gia đình. Etanol sinh học pha vào xăng làm nhiên liệu có một số ưu điểm hơn xăng thông thường: cải thiện hiệu suất của động cơ ô tô, tăng công suất, không làm động cơ quá nóng, không hình thành muội, muội và khói.
Ethanol sinh học là một sự thay thế tuyệt vời cho những người yêu thích lò sưởi. Vì nó không tạo thành khói, muội than và thải ra một lượng nhỏ khí cacbonic trong quá trình đốt cháy. Có thể sử dụng để sưởi ấm lò sưởi ngay cả trong các khu chung cư. Đồng thời, không có sự thất thoát nhiệt nào, như thường xảy ra với hoạt động của các lò sưởi thông thường có ống khói.
Được sản xuất theo công nghệ lên men rượu từ nguyên liệu có chứa tinh bột hoặc đường: ngô, ngũ cốc, mía, củ cải đường. Việc thu được etanol từ nguyên liệu thô có chứa xenlulo là hợp lý về mặt kinh tế.
Biobutanol
Là nhiên liệu cho động cơ, nó được ưa chuộng hơn cồn sinh học: nó trộn tốt hơn với xăng và cũng có thể được sử dụng như một loại nhiên liệu riêng biệt. Để có được nó, các loại cây trồng truyền thống được sử dụng: mía, ngô, lúa mì, củ cải đường. Trong khi ít phổ biến hơn cồn sinh học.
Biomethanol
Công nghệ sản xuất của nó vẫn chưa hoàn hảo và đòi hỏi sự ra đời của nhiều phát triển cải tiến hơn. Nó được cho là có được nhờ quá trình biến đổi sinh hóa của thực vật phù du biển được nuôi trồng trong các hồ chứa đặc biệt. Nhưng cho đến nay vẫn chưa thể thiết lập sản xuất ở quy mô công nghiệp. Các ứng dụng cho biomethanol cũng giống như metanol thông thường. Đây là quá trình sản xuất một số chất (fomandehit, metyl metacrylat, metylamin, axit axetic, v.v.), làm dung môi và chất chống đông.
Dầu diesel sinh học
Nó được sử dụng trong động cơ ô tô cả riêng biệt và hỗn hợp với nhiên liệu diesel thông thường.Ngoài việc không có tác động tiêu cực của diesel sinh học đối với môi trường, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra một ưu điểm khác. Do hàm lượng lưu huỳnh thấp nên đặc tính bôi trơn của diesel sinh học tốt hơn, giúp kéo dài tuổi thọ của động cơ loạt. Nguyên liệu để sản xuất biodiesel có thể là cả thực vật (bông, đậu nành, hạt cải dầu) và dầu béo (cọ, hạt cải dầu, dừa), tảo.
ĐIỀU CHỈNH CẦN THIẾT CỦA HỆ THỐNG XE VẬN HÀNH TRÊN BIOETHANOL
Ngoài ra còn có một vấn đề hoàn toàn là tiếng Nga. Theo một truyền thống lâu đời, nhà nước của chúng tôi coi rượu là một chất phản xã hội và bảo vệ công dân khỏi nó bằng các loại thuế và hạn chế. Trong tình hình này, chi phí cho nhiên liệu cồn khó có thể hấp dẫn hơn so với xăng thông thường. Và liệu họ có được phép bán ethanol suốt ngày đêm? ..
Ngoài ra còn có những trở ngại toàn cầu. Một trong số đó là thiếu các tiêu chuẩn và yêu cầu thống nhất đối với nhiên liệu sinh học. Đâu là sự đảm bảo rằng, ví dụ, chiếc Opel đa nhiên liệu đi vòng quanh nước Đức sẽ thích xăng sinh học được làm từ các nguyên liệu thô khác ở nước Pháp láng giềng? Vì vậy, các mẫu xe hiện đại chạy bằng nhiên liệu sinh học thường không coi thường nhiên liệu xăng hoặc dầu diesel.
Nhiên liệu sinh học dạng khí
Có hai loại nhiên liệu khí chính:
- Khí sinh học
- Khí sinh học
Khí sinh học
Sản phẩm lên men của chất thải hữu cơ, có thể được sử dụng làm bã phân, nước thải, chất thải sinh hoạt, chất thải lò mổ, phân, phân, cũng như thức ăn ủ chua và tảo. Nó là một hỗn hợp của mêtan và carbon dioxide. Phân hữu cơ là một sản phẩm khác của quá trình xử lý chất thải sinh hoạt trong sản xuất khí sinh học. Công nghệ sản xuất gắn liền với quá trình biến đổi các chất hữu cơ phức tạp dưới tác động của vi khuẩn thực hiện quá trình lên men metan.
Khi bắt đầu quy trình công nghệ, khối lượng chất thải được đồng nhất, sau đó nguyên liệu thô đã sơ chế được đưa vào lò phản ứng được gia nhiệt và cách nhiệt, tại đây quá trình lên men mêtan diễn ra trực tiếp ở nhiệt độ khoảng 35-38 ° C. Khối lượng chất thải liên tục được trộn lẫn. Khí sinh học thu được được đưa vào bể chứa khí đốt (dùng để chứa khí đốt), sau đó được cấp cho máy phát điện. Khí sinh học thu được sẽ thay thế khí đốt tự nhiên thông thường. Có thể được sử dụng làm nhiên liệu sinh học hoặc tạo ra điện từ nó.
Khí sinh học
Nó có thể được lấy từ sinh khối bằng các phương pháp nhiệt hóa, sinh hóa hoặc công nghệ sinh học. Phương pháp đầu tiên thu được là nung chất thải gỗ đến nhiệt độ 500-800 ° C, dẫn đến giải phóng một hỗn hợp khí - hydro, carbon monoxide và methane. Trong phương pháp sinh hóa, các enzym của vi khuẩn Rodobacter Speriodes, Enterobacter cloacae được sử dụng để tạo ra hydro trong quá trình phân tách các tàn dư thực vật có chứa xenlulo và tinh bột. Quá trình diễn ra ở áp suất thường và nhiệt độ thấp. Biohydrogen được sử dụng trong sản xuất pin nhiên liệu hydro trong vận chuyển và năng lượng. Nó vẫn chưa được sử dụng rộng rãi.
Những lợi thế của năng lượng
Mối quan tâm sinh học và khoa học đối với các nguồn năng lượng tự nhiên phát sinh do những phẩm chất tích cực sau đây của sản phẩm:
- Kinh tế sẵn có của vật liệu... Nhiều quốc gia chi rất nhiều tiền để mua dầu mỏ hoặc khí đốt tự nhiên. Nền kinh tế của nhà nước đang bị thua lỗ. Nhiên liệu sinh học có thể được cung cấp ở hầu hết mọi quốc gia. Sản xuất nhiên liệu địa phương sẽ giảm chi phí nhập khẩu các nguồn năng lượng nước ngoài.
- Tính di động... Việc lắp đặt bằng gió hoặc năng lượng mặt trời chỉ dành riêng cho mục đích sử dụng tại chỗ. Không thể vận chuyển. Vật liệu sinh học, nếu cần thiết, có thể được vận chuyển từ vùng này sang vùng khác.
- Nhiên liệu sinh học là tài nguyên tái tạo... Chất thải động thực vật sẽ không bao giờ biến mất.
- Tài nguyên thiên nhiên giảm phát thải khí nhà kính trong bầu không khí. Ngăn chặn khả năng nóng lên toàn cầu.
- Việc sử dụng nhiên liệu sinh học cho động cơ ô tô giúp giảm chi phí bảo dưỡng.
Trong một tương lai không xa, vận hành bằng nhiên liệu dễ cháy sẽ rẻ hơn so với sử dụng xăng.
Phát thải các chất độc hại vào khí quyển
Giảm lượng khí thải carbon dioxide từ quá trình đốt cháy là một điểm cộng lớn cho dầu diesel sinh học. Theo đảm bảo của các nhà khoa học giải quyết những vấn đề này, khối lượng khí thải CO2 từ quá trình đốt cháy diesel sinh học không vượt quá khối lượng xử lý cacbon điôxít của các nhà máy đóng vai trò là nguồn nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu trong toàn bộ vòng đời.
Tuy nhiên, khí thải từ quá trình đốt cháy nhiên liệu vẫn xảy ra. Đó là lý do tại sao gọi diesel sinh học là nhiên liệu thân thiện với môi trường là không hoàn toàn đúng. Tuy nhiên, một số người tin rằng lượng carbon dioxide tạo ra quá nhỏ nên chúng có thể bị bỏ qua. Tuyên bố này gây nhiều tranh cãi.
