Biopaliwo: co to jest, rodzaje, zalety i wady | Trendy RBC

Jak działa produkcja biopaliw i jakie problemy rozwiązuje

Pellet z trocin to jeden z najczęstszych rodzajów nowoczesnych biopaliw.

Spalanie paliw kopalnych na energię jest istotnym czynnikiem przyczyniającym się do kryzysu klimatycznego. Aby złagodzić jego konsekwencje, konieczne jest poszukiwanie nowych sposobów pozyskiwania energii. Biopaliwo może być rozwiązaniem

Co to jest biopaliwo

Biopaliwa to paliwa pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego. Ma on zastąpić tradycyjne paliwa pochodzące z wyczerpujących się zasobów tymi produkowanymi z surowców odnawialnych.

Na przykład do biopaliw można przypisać konwencjonalne drewno opałowe lub olej rzepakowy. Jednak olej napędowy i benzyna wyparły te paliwa, ponieważ są tańsze, a masowa motoryzacja wymagała dużych ilości paliwa.

Dlaczego ludzie wracają do biopaliw? Pierwszym powodem jest kryzys klimatyczny, który pogłębiają emisje gazów cieplarnianych związane ze stosowaniem paliw kopalnych. Transport odpowiada za prawie jedną czwartą wszystkich emisji dwutlenku węgla związanych z produkcją energii. Od 1970 r. emisje gazów cieplarnianych z sektora transportu podwoiły się, z czego 80% pochodzi z transportu drogowego.

Drugim powodem jest poszukiwanie odnawialnych źródeł energii, gdyż zasoby ropy naftowej i węgla mogą wkrótce się wyczerpać. Można to również dodać do skoków cen węglowodorów.

Rodzaje biopaliw

  • Solidny
  • Жидкое
  • Gazowy

biopaliwa stałe

Najbardziej typowym i najstarszym rodzajem biopaliwa stałego jest drewno opałowe. Jednak teraz w czystej postaci i na dużą skalę prawie nigdy nie są używane. Najczęściej stosowanymi biopaliwami stałymi są pellety z trocin lub kory, słomy, pestek oliwek, łupin orzechów lub łusek słonecznika. Pellet wytwarzany jest również z obornika bydlęcego.

Pellet zastępuje węgiel, drewno opałowe i olej napędowy. Po spaleniu nie wydzielają szkodliwych substancji i praktycznie nie palą (w przeciwieństwie do węgla i oleju napędowego). Ponadto są bardziej energooszczędne niż tradycyjne drewno opałowe. Pellet Plus ma również minimalną zawartość popiołu, co zmniejsza potrzebę konserwacji pieców i kotłów. Ponadto mają najniższą cenę w porównaniu z innymi rodzajami biopaliw.

Biopaliwa płynne

Bioetanol — najbardziej popularne i masowe biopaliwo płynne. Uzyskuje się go poprzez fermentację skrobi lub cukru. Brazylia i Stany Zjednoczone należą do liderów w produkcji bioetanolu. W Stanach Zjednoczonych biopaliwa na bazie etanolu są wytwarzane z kukurydzy i zwykle są mieszane z benzyną w celu wytworzenia paliw hybrydowych. W całych Stanach Zjednoczonych biopaliwa stanowią 5% całego zużycia energii. W Brazylii biopaliwa na bazie etanolu wytwarza się z trzciny cukrowej, aw Anglii nawet z buraków cukrowych.

READ
Lampy ogrodowe na energię słoneczną: urządzenie, jak wybrać niuanse instalacji © Geostart

Biodiesel to drugie pod względem popularności biopaliwo płynne. Biodiesel wytwarzany jest głównie z nasion oleistych, takich jak soja lub palma olejowa, oraz w mniejszym stopniu z innych produktów oleistych, takich jak odpady oleju posmażalniczego z głębokiego smażenia. Biodiesel jest stosowany w silnikach wysokoprężnych i jest zwykle mieszany z olejem napędowym naftowym w różnych proporcjach.

Zdjęcie: Transmashholding

Biobutanol – alkohol czterowęglowy, co odnosi się również do biopaliw. Jest wytwarzany z tych samych surowców co etanol. Zaletą biobutanolu nad bioetanolem jest to, że biobutanol nie miesza się z wodą, ma wyższą zawartość energii i niższą prężność pary, co oznacza niższą lotność poprzez parowanie.

eter dimetylowy. Można go pozyskiwać z biomasy, ale na skalę przemysłową surowcem do tego pozostaje gaz ziemny. Zaletą tego paliwa jest to, że jego efektywność energetyczna jest prawie taka sama jak w przypadku oleju napędowego, ale gęstość energetyczna eteru dimetylowego jest o połowę mniejsza niż w przypadku oleju napędowego, więc wymaga on dwukrotnie większego zbiornika paliwa. Ponadto pojazdy potrzebują specjalnie zaprojektowanego systemu do pracy silnika na eterze dimetylowym.

Obecnie inżynierowie aktywnie opracowują nową generację biopaliw ciekłych pozyskiwanych z alg. Glony uprawiane w dużych basenach lub na farmach, zamieniają światło słoneczne w energię i przechowują je jako olej. Olej jest ekstrahowany mechanicznie (podczas tłoczenia biomasy) lub za pomocą rozpuszczalników chemicznych, które niszczą ściany komórkowe. Dalsze przetwarzanie i oczyszczanie skutkuje biopaliwami odpowiednimi do stosowania jako alternatywa dla paliw konwencjonalnych.

Zdjęcie: Unsplash

Biopaliwo gazowe

biogaz to gaz składający się głównie z metanu i dwutlenku węgla w różnych proporcjach w zależności od składu materii organicznej, z której pochodzi. Głównymi źródłami biogazu są odpady zwierzęce i rolnicze, ścieki i materia organiczna z odpadów domowych. Biogaz powstaje w wyniku procesów biologicznego rozkładu bez dostępu tlenu (fermentacja beztlenowa).

biowodór – analog zwykłego wodoru, który otrzymuje się z biomasy. Metoda termochemiczna to podgrzewanie surowca bez dostępu tlenu do wysokich temperatur, np. odpadów drzewnych, podczas którego uwalniany jest wodór i inne towarzyszące gazy. Dzięki biochemicznej metodzie pozyskiwania biowodoru do biomasy dodawane są specjalne mikroorganizmy, które rozkładają ją z uwolnieniem wodoru.

Plusy i minusy biopaliw

Korzyści:

  1. Odnawialność zasobu. Paliwa kopalne to ograniczone źródło energii, które w końcu się wyczerpie. Ponieważ biopaliwa są produkowane z materii roślinnej, teoretycznie są odnawialne.
  2. Zmniejszenie negatywnego wpływu na środowisko. Dzięki spalaniu biopaliw ilość dwutlenku węgla zmniejsza się nawet o 65%, co zmniejsza wkład przemysłu w zmiany klimatyczne. Ponadto bioetanol i biodiesel zawierają niższe stężenia chemikaliów, takich jak chlor i siarka. Oznacza to, że biopaliwa pomagają zmniejszyć emisje tych zanieczyszczeń do atmosfery.
  3. Bezpieczeństwo ekonomiczne. Biopaliwa można wytwarzać lokalnie, tworząc miejsca pracy w tym samym regionie, w którym będą zużywane, a tym samym zmniejszając koszty transportu i emisje. Ponadto produkcja własnych biopaliw zmniejsza zależność kraju od dostaw ropy z innych krajów.
  4. Trwałość silnika. Ponieważ biopaliwa zawierają mniej zanieczyszczeń niż paliwa tradycyjne, silniki będą mniej zanieczyszczone i mniej podatne na awarie.
  1. Utrata lasów. Produkcja biopaliw wymaga ogromnych obszarów do uprawy surowców. Może to doprowadzić do masowego wylesiania w celu uwolnienia gruntów.
  2. kryzys żywnościowy. Produkcja biopaliw może wpłynąć na ekonomikę cen i dostępności żywności, ponieważ grunty orne byłyby przeznaczane pod uprawy biopaliw, a nie żywność.
  3. degradacja gleby. Uprawa tych samych upraw (monokultury) doprowadzi do zubożenia gleby i wzrostu liczby szkodników. Do ich zwalczania stosowane będą pestycydy chemiczne, co w efekcie spowoduje spadek żyzności gleby i utratę bioróżnorodności.
  4. Użycie zasobów. Ilość energii wytwarzanej z biopaliw jest znacznie mniejsza niż ze spalania paliw kopalnych, co oznacza, że ​​do zaspokojenia potrzeb energetycznych tej samej liczby ludzi potrzeba znacznie więcej ziemi, wody i nawozów.
  5. Koszty energii. Oceniając korzyści ekonomiczne biopaliw, należy wziąć pod uwagę energię niezbędną do ich produkcji. Na przykład proces produkcji kukurydzy etanolowej wykorzystuje paliwa kopalne do produkcji nawozów, transportu kukurydzy i destylacji etanolu. Pod tym względem etanol pochodzący z kukurydzy oferuje stosunkowo niewielki zysk energetyczny.
READ
Panele słoneczne: wszystko o alternatywnym źródle energii. Kolektor słoneczny zrób to sam: do ogrzewania domu, basenu, szklarni, prysznica

Zdjęcie: Bloomberg

Gdzie jest używane biopaliwo

Podczas gdy mówimy głównie o spożywaniu go w domu. Zazwyczaj biopaliwa stałe stosuje się w biednych krajach, w których nie ma innych źródeł energii do gotowania, prania i sprzątania lub do ogrzewania samego domu. 80% wszystkich obecnie zużywanych biopaliw jest wykorzystywanych właśnie do tych celów. 18% biopaliw jest wykorzystywanych w przemyśle jako źródło energii i smarów. Biopaliwa są często wymieniane jako alternatywa dla benzyny do samochodów, ale obecnie tylko 2% jest wykorzystywane w branży transportowej.

Perspektywy dla biopaliw

Obecnie Stany Zjednoczone są największym producentem biopaliw wśród krajów rozwiniętych, stanowiąc prawie 40% światowego rynku. Łącznie w 2019 roku światowa produkcja biopaliw przekroczyła 1,8 tys. Z powodu pandemii koronawirusa światowy rynek biopaliw po raz pierwszy od 136 lat spadł o około 8%.

Biopaliwa mają szansę zająć tylko część rynku, ponieważ ich potencjał jest sztucznie ograniczany. Na przykład w UE istnieją przepisy zakazujące wykorzystywania ponad 7% roślin spożywczych jako surowca do produkcji biopaliw. W perspektywie krótkoterminowej biopaliwa nie wymagają wymiany istniejącej infrastruktury i silników, ale jest mało prawdopodobne, aby cały kompleks energetyczny był w stanie przestawić się wyłącznie na nią.

Rodzaje biopaliw i ich charakterystyka środowiskowa

Technologie produkcji biopaliw rozwiązują problem znalezienia odnawialnych źródeł energii przy minimalnym wykorzystaniu cennych zasobów, a także pozwalają na przyjazne dla środowiska unieszkodliwianie odpadów z różnych gałęzi przemysłu na skalę przemysłową.

Biopaliwo: surowce i technologie

Biopaliwa są produkowane z dowolnego surowca organicznego. Mogą to być odpady zwierzęce, łupiny i łodygi roślin, drewno niespełniające norm, a także odpady z przemysłu spożywczego.

Biomasa jest kruszona, poddawana obróbce biologicznej lub termochemicznej (ogrzewanie, narażenie na różnego rodzaju mikroorganizmy). Następnie powstałe substancje są sortowane, czyszczone, a następnie wysyłane do kolektora.

Biopaliwo: surowce i technologie

Istnieje klasyfikacja biopaliw według rodzaju surowca:

  • Paliwo pierwszej generacji produkowane jest z roślin o dużej zawartości cukrów, tłuszczów, skrobi. Na przykład soja, rzepak, kukurydza i buraki cukrowe. Uprawa tych roślin szkodzi klimatowi.
  • Druga generacja surowców biopaliwowych: trawa, drewno, odpady rolnicze. Taka biomasa wymaga więcej technologicznych metod przetwarzania, ale także rozwiązuje problem utylizacji odpadów przemysłowych.
  • Bazą surowcową trzeciej generacji są glony. Są specjalnie uprawiane, ale nie wymaga to ani słodkiej wody, ani ziemi. Bezpretensjonalne glony pozwalają uzyskać paliwo bez wydawania cennych zasobów.
READ
Hybrydowy falownik solarny: wielofunkcyjny i kompaktowy

Różne generacje biopaliw różnią się właściwościami środowiskowymi. Najbardziej preferowaną opcją produkcji paliwa jest biomasa drugiej lub trzeciej generacji.

Rodzaje biopaliw

Podobnie jak inne substancje, biopaliwa mają trzy odmiany w zależności od stanu skupienia:

  • Typ stały produkowany jest na bazie odpadów rolniczych lub drzewnych.
  • Typ cieczy jest reprezentowany przez biobutanol, bioetanol, eter dimetylowy, biodiesel.
  • Rodzaje gazowe: biowodór, biometan, biogaz.

Wszystkie trzy odmiany mają swoje specyficzne cechy, które omówiono poniżej.

Biopaliwa stałe

Najbardziej tradycyjnym przykładem biopaliw stałych jest drewno opałowe. Od tysięcy lat służą do ogrzewania domów. Ale nie jest to najbardziej przyjazny dla środowiska rodzaj paliwa, ponieważ odnowienie funduszu drzew zajmuje dziesięciolecia.

Biopaliwa stałe

Alternatywą dla drewna opałowego są pelety, które są produkowane z drewna niespełniającego norm – kory, gałęzi, trocin, ścinków i zrębków. Surowiec jest mielony, a następnie pod wpływem wysokiego ciśnienia i wysokiej temperatury powstają z niego małe cylindry lub brykiety. Dzięki odpowiedniemu kształtowi są łatwe w przechowywaniu. Ponadto jest to świetny sposób na recykling odpadów z przemysłu drzewnego.

Oprócz pulpy drzewnej do produkcji paliw stałych używa się słomy, łupin orzechów i zewnętrznych łupin roślin. Takie surowce są prasowane i granulowane.

Nie rzadziej pelety wytwarza się z obornika. Nowoczesne technologie pozwalają wyeliminować nieprzyjemny zapach z tego rodzaju paliwa. To dobry sposób na wykorzystanie odchodów zwierzęcych. Ponadto ten tani surowiec bardzo szybko się odnawia.

Biopaliwo płynne

Paliwa płynne stanowią alternatywę dla benzyny lub uzupełnienie tradycyjnych paliw samochodowych. Istnieje pięć głównych rodzajów biopaliw ciekłych:

  • Biometanol. Algi jednokomórkowe służą jako surowiec do jego produkcji. Uprawa takich alg nie wymaga ani słodkiej wody, ani ziemi, dlatego jest jednym z najbardziej obiecujących obszarów rozwoju biotechnologii.
  • Biodiesel opiera się na mieszaniu estrów kwasów tłuszczowych. Jest całkowicie bezpieczny, przechowywany przez trzy miesiące, rozkłada się w cztery tygodnie. Jest stosowany jako alternatywne paliwo samochodowe lub jako dodatek do tradycyjnego paliwa.

Biopaliwo płynne

  • Biobutanol jest analogiem butanolu, ale jest wytwarzany z roślin: kukurydzy, pszenicy, manioku i buraków. Substancja ta może zastąpić tradycyjne paliwo samochodowe. otrzymywany z surowców zawierających cukier i skrobię w drodze fermentacji alkoholowej. Wykorzystywany jest do ogrzewania kominków, ponieważ ma wysoki transfer ciepła i nie tworzy ubocznych produktów spalania. Może być stosowany jako dodatek do paliw samochodowych, ponieważ chroni silnik i zmniejsza emisje.
  • Eter dimetylowy wytwarzany jest z odpadów papierowych. Może być stosowany do produkcji paliwa samochodowego do samochodów z silnikami LPG.
READ
Jak zrobić pompę ciepła własnymi rękami ze starej lodówki: rysunki, instrukcje i wskazówki montażowe © Geostart

Biopaliwo gazowe

Główne rodzaje biopaliw gazowych to:

  • Biowodór jest analogiem wodoru. Pozyskiwany jest z surowców organicznych na dwa sposoby – termochemiczny (ogrzewanie do 800 stopni bez tlenu) i biochemiczny (ogrzewanie światłem i mikroorganizmy). Zaletą tego rodzaju paliwa jest jego odnawialność. Do masy surowej wykorzystuje się odpady organiczne; bakterie biorące udział w przetwarzaniu surowców mogą być używane wielokrotnie.
  • Biogaz jest analogiem gazu ziemnego. Zawiera metan, dwutlenek węgla i niewielką ilość zanieczyszczeń (wodór i siarkowodór). Jeśli gaz ten zostanie oczyszczony z dwutlenku węgla, uzyskany zostanie metan biologiczny. Biogaz powstaje w wyniku fermentacji metanowej lub wodorowej. Fermentacja metanowa obejmuje trzy etapy biologicznego przetwarzania surowej masy: za pomocą bakterii hydrolitycznych oraz mikroorganizmów kwasotwórczych i metanotwórczych. Surowcami są odpady zwierzęce, glony, odpady z gospodarstw domowych. Zakres zastosowania jest taki sam jak gazu ziemnego.

Plusy i minusy biopaliw

Rozwój biotechnologii rozwiązuje problem recyklingu odpadów organicznych, a także zastępowania ropy naftowej i gazu paliwami alternatywnymi. Jednak ich nierozsądne wykorzystanie może spowodować dodatkowe problemy z klimatem, a także ekosystemami. Rozważ kilka kluczowych punktów w rozwoju tej branży:

  • Biopaliwa to odnawialne źródło energii z tanimi surowcami.
  • Technologie oparte na przetwarzaniu odpadów organicznych mają zastosowanie wszędzie tam, gdzie znajdują się ludzie i kompleksy przemysłowe.
  • Produkcja biopaliwa zmniejsza poziom dwutlenku węgla w atmosferze, a jego zastosowanie zamiast tradycyjnego paliwa zmniejsza produkcję dwutlenku węgla.
  • Uprawa monokultur na dużą skalę (jako surowiec do biopaliw) prowadzi do zubożenia składu gleby i zmniejszenia bioróżnorodności, co wpływa na klimat.

Rozsądne podejście do produkcji biopaliw jest w stanie rozwiązać najbardziej dotkliwe problemy środowiskowe środowiska.

Rating
( No ratings yet )
Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: