Tipus de biocombustibles: comparació de les característiques dels combustibles sòlids, líquids i gasosos
Una alternativa als recursos energètics tradicionals són diversos tipus de biocombustibles, la producció dels quals utilitza matèries primeres vegetals o animals, residus industrials i els resultats de l'activitat vital dels organismes.
Oferim entendre els avantatges i els inconvenients de l'ús d'aquest combustible, conèixer les característiques de producció, les característiques funcionals i també avaluar l'efectivitat de l'ús de diferents tipus de combustible biològic. La informació proporcionada us ajudarà a navegar per triar les fonts alternatives de recursos energètics.
El contingut de l'article:
Què és el biocombustible
La direcció més prometedora en el sector energètic són les tecnologies que impliquen l'ús de recursos renovables, entre els quals hi ha el combustible biològic.
Com a matèria primera per a la seva producció, es pot agafar biomassa d'origen vegetal/animal, inclosos els residus industrials o els residus animals.
El processament d'aquestes substàncies es realitza mitjançant mètodes termoquímics o biològics; en aquest últim cas, el combustible s'obté mitjançant diversos tipus de microorganismes.
Molts països tenen programes especials per ampliar la proporció dels biocombustibles en el consum energètic nacional i regional. Alguns estats també tenen estàndards obligatoris per a l'ús d'aquesta font d'energia.
Avantatges i inconvenients dels biocombustibles
Els combustibles biològics tenen els seus costats positius i negatius. L'interès per l'ús d'aquest tipus de matèria primera ve provocat pels seus indubtables avantatges.
Això inclou:
- Cost pressupostari. Tot i que actualment els preus dels biocombustibles són gairebé els mateixos que el cost de la gasolina, les substàncies biològiques es consideren un tipus de combustible més rendible perquè produeixen menys emissions quan es cremen. El biocombustible és adequat per al seu ús en diverses condicions i es pot adaptar a motors de diferents dissenys. Un altre avantatge és l'optimització del funcionament del motor, que es manté net més temps a causa de la petita quantitat de sutge i gasos d'escapament.
- Mobilitat. El combustible biològic es diferencia d'altres fonts d'energia alternatives en la seva portabilitat. Les instal·lacions solars i eòliques solen incloure bateries pesades, de manera que s'utilitzen més sovint de manera permanent, mentre que els biocombustibles es poden transportar d'una regió a una altra sense gaire molèstia.
- Font d'energia renovable. Tot i que els investigadors creuen que els jaciments de cru existents duraran almenys diversos centenars d'anys, les reserves fòssils encara són finites. Els biocombustibles, elaborats a partir de residus vegetals i animals, es troben entre els recursos renovables que no corren perill de desaparèixer en un futur previsible.
- Protecció de l'atmosfera terrestre. Un desavantatge important dels hidrocarburs tradicionals és l'alt percentatge de CO2, que s'allibera quan es crema. Aquest gas crea un efecte hivernacle a l'atmosfera del nostre planeta, creant les condicions per a l'escalfament global. Quan es cremen substàncies biològiques, la quantitat de diòxid de carboni es redueix al 65%. A més, els cultius utilitzats en la producció de biocombustibles consumeixen monòxid de carboni, reduint la seva participació en l'aire.
- Seguretat econòmica. Les reserves d'hidrocarburs es distribueixen de manera desigual, de manera que alguns estats es veuen obligats a comprar petroli o gas natural, gastant grans quantitats de diners en l'adquisició, el transport i l'emmagatzematge. Es poden produir diversos tipus de combustible biològic a gairebé qualsevol país. Atès que la seva producció i processament requerirà la creació de noves empreses i, en conseqüència, llocs de treball, això beneficiarà l'economia nacional i tindrà un impacte positiu en el benestar de les persones.
La millora de la tecnologia i el desenvolupament de nous mètodes poden millorar els efectes positius dels biocombustibles. Així, el desenvolupament de tecnologies que utilitzen plàncton i algues reduirà significativament el seu preu.
Al mateix temps, en l'actual etapa de desenvolupament de la ciència i la tecnologia, la producció de biocombustibles està associada a una sèrie de dificultats i inconvenients. En primer lloc, aquestes són limitacions naturals en el creixement de les plantes.
Per al creixement de cultius utilitzats per a la producció de biomassa, cal tenir en compte una sèrie de factors, a saber:
- Ús d'aigua. Les plantes agrícoles consumeixen molta aigua, que és un recurs limitat, sobretot a les zones seques.
- Invasivitat. Els cultius per a combustible són sovint agressius.Ofoquen la flora autèntica, que pot provocar que la biodiversitat i l'ecosistema de la regió es ressenteixin.
- Fertilitzants. Moltes plantes necessiten nutrients addicionals per créixer, que poden perjudicar altres cultius o l'ecosistema en general.
- Clima. Algunes zones climàtiques (per exemple, el desert o la tundra) no són adequades per al cultiu de biocombustibles.
El conreu actiu de plantes agrícoles també s'associa amb l'esgotament dels recursos agrícoles.L'incompliment de les regles de la tecnologia agrícola pot provocar una disminució del contingut de components útils del sòl i, com a conseqüència, al seu esgotament, cosa que agreujarà la problema alimentari.
L'ecosistema està alterat. La producció de biomassa sol requerir l'ampliació de zones agrícoles.
Sovint, amb aquest propòsit, el territori s'esborra, la qual cosa comporta la destrucció del microecosistema (per exemple, els boscos), la mort de plantes i animals.
Els problemes sorgeixen amb el creixement dels monocultius. Per obtenir majors rendiments de biomassa, els productors solen sembrar terra amb una planta específica. Aquesta pràctica no és molt bona per a les terres agrícoles, ja que el monocultiu comporta canvis ambientals.
Els camps ocupats per un tipus de planta solen estar infestats per tipus especials de plagues.Un intent de combatre'ls amb l'ajuda d'insecticides i pesticides només condueix al desenvolupament de la resistència a aquests agents.
Per evitar els problemes descrits anteriorment, els científics aconsellen no descuidar la biodiversitat dels cultius combinant diverses plantes als camps, i també utilitzar varietats locals de flora.
Generacions de combustibles alternatius
L'àmplia gamma de matèries primeres vegetals utilitzades per a la biomassa es divideix normalment en diverses generacions.
Primera generació. Aquesta categoria inclou els cultius agrícoles que contenen un alt percentatge de midó, sucres i greixos. Aquestes són plantes tan populars com el blat de moro, la remolatxa sucrera, la colza i la soja.
Com que el cultiu d'aquests cultius perjudica el clima i la seva retirada del mercat afecta els preus dels aliments, els científics estan intentant substituir-los per altres tipus de biomassa.
Segona generació. El grup de biomassa inclou la fusta, l'herba i els residus agrícoles (petxines, closques). Produir biocombustible a partir d'aquestes matèries primeres és car, però permet resoldre el problema del reciclatge de residus no alimentaris amb la producció simultània de materials combustibles.
Una característica dels cultius inclosos en aquesta varietat és la presència de lignina i cel·lulosa en ells. Gràcies a ells, la biomassa pot ser cremada i gasificada, així com sotmesa a piròlisi per produir combustible líquid.
El principal desavantatge de la biomassa de segona generació es considera que és un rendiment insuficient per unitat de superfície, per la qual cosa s'han d'assignar importants recursos terrestres per a aquests cultius.
Tercera generació. La matèria primera per a la producció de biocombustible són les algues, que es conreen a escala industrial, per exemple, en embassaments oberts.
Aquesta pràctica és molt prometedora, però actualment aquestes tecnologies només s'estan desenvolupant. Els científics també estan duent a terme investigacions per crear tècniques que permetin obtenir biocombustibles de quarta i fins i tot de cinquena generació.
Tres tipus de biocombustibles
Depenent de l'estat d'agregació en què es trobi la substància, hi ha tres tipus principals de biocombustibles:
- Sòlid: llenya, torba, residus animals i agrícoles.
- Líquid: biodièsel, èter dimetil, bioetanol, biobutanol.
- Gasós: biogàs, metà, biohidrogen.
Cada tipus de substància té les seves pròpies especificitats, que es comentaran a continuació.
Tipus #1: dur
Els tipus de combustibles biològics sòlids més populars inclouen la fusta, la torba i els residus animals.
Fusta (llenya, estelles, serradures)
Un tipus de biocombustible antic és la coneguda llenya, que s'utilitza durant molt de temps per escalfar les cases i cuinar aliments. Fins ara, s'utilitzen activament en diferents països per generar calor/electricitat, en particular, una gran central tèrmica austríaca amb una capacitat de 66 megawatts funciona amb fusta.
Al mateix temps, aquestes matèries primeres tenen desavantatges. El valor energètic de la llenya és relativament baix: quan es crema, part de la substància s'instal·la en forma de sutge, per això cal netejar regularment les xemeneies i les estufes.A més, es necessita un cert temps per reposar les reserves de fusta: els arbres nous creixeran només després de 15-20 anys.
Una excel·lent alternativa a la llenya convencional són els pellets (grànuls), per a la producció dels quals s'utilitza fusta deficient: escorça, estelles, serradures premsades, gossa.
Per produir pellets de combustible, les matèries primeres es trituren en pols, que després s'asseca i es premsa a altes temperatures. Gràcies a la lignina continguda a la fusta, es forma una massa enganxosa, a partir de la qual es formen petits cilindres amb una longitud de 5-70 mm i un diàmetre de 6-10 mm.
Podeu configurar la producció de pellets vostè mateix fent premsa per a briquetes de combustible.
Les estelles de fusta es troben entre els tipus de biocombustibles populars, que sovint serveixen com a font d'energia a les centrals tèrmiques europees. La producció d'aquestes matèries primeres es realitza en llocs de tala o en línies de producció especials equipades amb màquines trituradores.
Torba de combustible de pantà i bosc
És un tipus comú de biocombustible que s'ha utilitzat per a usos domèstics i industrials durant segles. La torba és una capa de molsa que no s'ha descompost completament en condicions de pantà, i s'extreu a molts països del món: Rússia, Bielorússia, Canadà, Suècia, Indonèsia i altres.
Per facilitar el procés de producció, la biomassa es processa normalment al lloc d'extracció. El procés consisteix a netejar (tamisar) les matèries primeres d'inclusions estranyes, seguida d'assecat i emmotllament en briquetes o grànuls.
Combustible procedent de residus agrícoles
En la producció agrícola, per regla general, s'acumulen una gran quantitat de residus vegetals diversos: closques exteriors de plantes, closques de fruits secs, palla.
Aquestes matèries primeres també es poden premsar i granular, produint pellets de combustible, les característiques dels quals pràcticament no són diferents dels pellets de biomassa de fusta.
Biocombustibles d'origen animal
Juntament amb la llenya, en l'antiguitat la gent va començar a utilitzar combustible d'origen animal, és a dir, fems - fems secs d'animals domèstics. Les tecnologies modernes d'assecat i processament d'aquestes matèries primeres permeten obtenir varietats sòlides de biocombustibles completament desproveïdes d'olors desagradables.
Atès que actualment les deixalles ramaderes s'acumulen a escala industrial, la producció de combustible a partir d'elles resol simultàniament el problema de la seva eliminació.
Tipus #2: líquid
Els biocombustibles líquids, que són segurs i respectuosos amb el medi ambient, s'utilitzen principalment com a reemplaçament de la gasolina i altres productes similars.Les opcions més habituals inclouen bioetanol, biometanol, biobutanol, biodièsel i èter dimetil.
Bioetanol de cultius vegetals
És un biocombustible líquid comú utilitzat per alimentar els cotxes. Tot i que la substància pura no s'utilitza com a combustible, la seva incorporació a la gasolina ajuda a millorar el rendiment del motor, augmentar la seva potència, controlar l'escalfament del motor i reduir les emissions d'escapament.
El bioetanol també va ser apreciat pels amants de la xemeneia. Aquesta substància té una bona transferència de calor; a més, quan es crema, no es forma sutge ni fum, i es minimitza la quantitat de diòxid de carboni alliberat.
Gràcies a aquestes característiques, el combustible fins i tot es pot utilitzar per encendre focs en edificis d'apartaments. Llegiu més sobre el biocombustible per a xemeneies Aquest article.
El bioetanol es produeix a partir de matèries primeres de primera generació que contenen midó o sucre. Els cereals, el blat de moro, la canya de sucre i la remolatxa es processen mitjançant la tecnologia de fermentació alcohòlica.
Biobutanol per repostar cotxes
El biobutanol és un anàleg biològicament derivat del butanol. Un líquid incolor amb una olor característica, s'utilitza àmpliament com a matèria primera química a la indústria i també es pot utilitzar com a combustible de transport.
La intensitat energètica del butanol és propera a la de la gasolina, fet que permet substituir parcialment aquesta última a les piles de combustible. A diferència del bioetanol, el biobutanol es pot utilitzar de manera independent, sense afegir els tipus tradicionals de combustible.
Les matèries primeres per a la producció d'aquesta biosubstància són una gran varietat de plantes: remolatxa, mandioca, blat, blat de moro.
Èter dimetil (C2H6O)
També és un combustible respectuós amb el medi ambient. Quan es crema, no hi ha compostos de sofre als gasos d'escapament i el contingut de compostos de nitrogen és un 90% més baix que quan es crema gasolina.
El dimetil èter es pot utilitzar sense filtres especials, però s'han de fer canvis fonamentals en el disseny del cotxe (sistema d'alimentació, encès del motor).
Sense cap modificació, podeu utilitzar un combustible combinat que contingui un 30% d'èter dimetil en els cotxes equipats amb motors de GLP.
El combustible líquid es pot produir a partir de diverses matèries primeres: gas natural, pols de carbó, biomassa i, sobretot, a partir de residus de producció de pasta i paper, que es transformen en líquid a baixa pressió.
Biometanol d'algues unicel·lulars
Aquesta substància és un anàleg del metanol normal, que s'utilitza àmpliament per a la producció de diversos compostos químics (àcid acètic, formaldehid) i també s'utilitza com a anticongelant i dissolvent.
La qüestió de produir aquest tipus de biocombustible es va plantejar per primera vegada als anys 80, quan un grup de científics va proposar produir una substància líquida mitjançant la transformació bioquímica del fitoplàncton marí, que es conrearia en dipòsits especials.
El biometanol té una sèrie de beneficis potencials:
- alta eficiència energètica — 14 per a la producció de metà, 7 per a la producció de metanol;
- excel·lent productivitat del fitoplàncton — fins a 100 tones per hectàrea i any;
- organismes unicel·lulars poc exigents, per al cultiu del qual no calen aigua dolça i sòls fèrtils;
- conservació dels recursos agrícoles, ja que el fitoplàncton es cultiva en estanys o badies marines.
Tot i que encara no s'ha establert la producció industrial de biometanol, actualment s'està duent a terme una constant recerca i desenvolupament de tecnologies per desenvolupar la producció d'aquest tipus de combustible alternatiu.
El biodièsel com a alternativa al combustible de transport
Es tracta d'un biocombustible líquid de motor format per una barreja d'èsters d'àcids grassos. La substància és segura per a persones i animals, es descompon gairebé completament al sòl en 28 dies i també té un punt d'inflamació relativament alt (<100).
El biodièsel redueix el percentatge d'emissions de gasos nocius i també allarga la vida útil del motor, ja que conté components lubricants.
El combustible s'utilitza per repostar motors d'automòbils, tant de manera independent com en combinació amb combustible convencional. Només s'ha de tenir en compte la curta vida útil de la substància biològica: després de tres mesos, la substància biològica comença a descompondre's amb una pèrdua total de propietats.
Per al biodièsel, s'ha adoptat una norma especial EN14214 als països de la UE. En diversos països també està vigent la norma EN590, que permet afegir un 5% de biodièsel a altres combustibles.
Tipus #3: gasós
Els principals tipus de combustibles biològics gasosos inclouen el biogàs i el biohidrogen.
Biogàs com a substitut del gas natural
El biogàs és un anàleg gairebé complet del gas natural: conté un 13-50% de CO2, 49-87% metà, així com impureses H2 i H2S.Si aquesta substància es purifica del diòxid de carboni, es pot obtenir biometà.
El biocombustible gasós es produeix a partir de la biomassa per fermentació d'hidrogen o metà. Aquest últim és causat per tres tipus de microorganismes: en primer lloc, la matèria primera està exposada a bacteris hidrolítics, que després són substituïts per microbis àcids i metà.
Com a matèries primeres es poden utilitzar diversos materials: ensitjat, fems, algues, aigües residuals, deixalles, residus fecals, residus domèstics. La substància inicial es porta a un estat homogeni, després del qual es col·loca al reactor mitjançant un carregador.
Allà es manté una temperatura confortable de +35-38°C, necessària per al procés de fermentació del metà.
La matèria primera es barreja constantment, mentre que el producte gasós resultant es descarrega a un suport de gas (unitat d'emmagatzematge), des d'on entra al generador elèctric.
Més informació sobre l'obtenció de biogàs a partir de fems i la instal·lació d'una planta de biogàs es troba als articles:
- Com fer biocombustible amb les vostres pròpies mans amb fems a casa
- Planta de biogàs de bricolatge per a un habitatge particular: recomanacions per al dispositiu i un exemple d'arranjament d'un producte casolà
Biohidrogen obtingut per mètode químic
Un tipus de biocombustible gasós, que és un anàleg de l'hidrogen convencional, s'obté de la biomassa mitjançant mètodes bioquímics o termoquímics.
En el mètode termoquímic, les matèries primeres preparades (per exemple, els residus de fusta) s'escalfen a una temperatura de 500-800 °C sense oxigen, que alliberen gasos H2,CO,CH4.
Amb el mètode bioquímic, les matèries primeres es mantenen en condicions còmodes a pressió normal i una temperatura d'aproximadament 30 °C.
A la biomassa s'introdueixen microorganismes especials Enterobacter cloacae i Rodobacter speriodes, que descomponen el producte original, alliberant hidrogen. Per accelerar la producció amb polisacàrids, es poden afegir enzims.
Conclusions i vídeo útil sobre el tema
Al vídeo següent podeu veure el procés d'elaboració d'un tipus popular de biocombustible: briquetes de fusta:
Els tipus de combustible biològic difereixen no només pel seu estat d'agregació, sinó també per les seves característiques. En triar aquests materials, cal tenir en compte l'ús previst, l'eficàcia, les propietats funcionals i el cost.
Tens experiència utilitzant combustibles alternatius? O vols fer preguntes sobre els biocombustibles? Si us plau, comenta la publicació i participa en els debats. El bloc de comentaris es troba a continuació.
M'agrada el biocombustible pel qual es processen els residus de la fusteria i d'altres indústries: serradures, fusta deficient. Aquest és un bon enfocament per estalviar els recursos del planeta. Les algues també són una opció, no necessiten res especial i creixen ràpidament.
Però conrear als camps sembla antiecològic: es malgasta molta aigua dolça, però surt poc producte útil.
No puc entendre per què el bioetanol encara no es ven àmpliament a Rússia; és un tipus de combustible purament respectuós amb el medi ambient i les matèries primeres es poden trobar sense gaire dificultat. Les briquetes de fusta també són una bona alternativa. Qui pot respondre clarament: la nostra Duma no està aprovant deliberadament la llei sobre els combustibles ecològics o el lobby de Gazprom està implicat aquí, sospito molt...
Hola. Produïm brackets en bons volums, que van dir que no. Pel que fa a l'escala, la taxa de creixement de la bioenergia està augmentant i es preveu un augment de volum, sobretot perquè es tracta d'un recurs renovable, però, malauradament, no espereu que això sigui beneficiós per a ningú, molt probablement, el preu d'aquest combustible. serà moltes vegades superior, donades les característiques del seu ús immediat.
Mentrestant, majoritàriament intenten implementar-ho en l'agricultura de forma autònoma. No obstant això, segons les estadístiques d'un fabricant d'instal·lacions de bioenergia, 10 mil granges estan interessades en el seu producte, només 3 granges l'utilitzen. Perquè, perquè la recuperació econòmica de l'equipament és injustificada.
El lobby de Gazprom probablement no hi té res a veure. Quins països estan desenvolupant aquest bioetanol? El 90% de la producció mundial és del Brasil amb la seva canya de sucre i dels EUA amb blat de moro. De què en farem?
Alex, tenim una gran escala de registres. Fins i tot el fet que els residus no es podriguin al bosc, a les parcel·les, serà beneficiós. I la fusta es transforma en alcohol i biogàs no pitjor que el blat de moro.