Заменой классическим энергетическим ресурсам представляются различные виды топлива на биологической основе. Сырьем для последних является растительная или животная субстанция, промышленные отходы, продукты жизнедеятельности некоторых организмов.
Материал предлагает рассмотреть положительные и отрицательные аспекты приведенного топлива, нюансы производства, характеристики, сравнить эффективность нескольких типов биологического горючего.
Не исключено, что материал поможет разобраться с альтернативными источниками энергетических ресурсов.
Биологическое топливо
Самым перспективным мировым направлением в развитии энергетики представляются технологии, предусматривающие применение возобновляемого потенциала, в состав которого входит описываемое биологическое горючая субстанция.
Наиболее распространенной формой биологического горючего являются самые обычные дрова. Почти треть населения Земли пользуется ими для отопления жилых и нежилых помещений, приготовления пищи.
В роли сырья для получения топлива рекомендуется пользоваться биомассой как растительного, так и животного происхождения, не снимая со счетов промышленные отходы и остатки жизнедеятельности некоторых представителей фауны.
Обрабатывается сырье термохимическим либо биологическим способом. Последняя методика говорит о получении горючего при содействии разных видов микроорганизмов.
Сектор использования подобных видов горючего постоянно расширяется. Процедура способствует сбережению ископаемых ресурсов земли.
Многие страны разработали специализированные программы по увеличению потребления биотоплива, также существуют обязательные нормы расхода приведенного источника энергии.
Позитивные и негативные стороны биотоплива
Произведенное горючее на биологической основе обладает своими плюсами и минусами. Если рассматривать его положительные качества, то можно обнаружить следующее:
- Бюджетная стоимость вследствие практически аналогичной цены классических видов топлива, того же бензина. Однако биологический аналог приветствуется более, по причине меньших вредных выбросов. Приведенная жидкость используется в любых условиях, причем возможна адаптация к двигателям различных конструкций. Оптимизация производительности мотора считается еще одним приятным дополнением. Небольшое количество сажи и выхлопных газов позволяет мотору продолжительное время оставаться чистым.
- Мобильности биологическому горючему не занимать. Если накопительные устройства солнечных или ветряных модулей состоят из громоздких аккумуляторных батарей, которые тяжело транспортируются и поэтому используются на месте. Биожидкость же можно перевозить без проблем из одного района в другой.
- Возобновляемость источников энергии также немаловажное достоинство биогорючего. Предполагается, что запасов нефти и угля может хватить еще на пару-тройку веков. Тем не менее они все-таки иссякнут. Биологическая горючая жидкость перегоняется из растений, отходов жизнедеятельности различных домашних животных, численность которых постоянно восполняется. Животные с растительностью могут исчезнуть разве что только с человечеством.
- Сохранение атмосферы планеты. Сжигание классических видов топлива наносит большой ущерб нашей атмосфере за счет выделения большого количество углекислого газа, создавая парниковый эффект. Это представляется первым условием глобального потепления. Сжигание же биологической жидкости уменьшает процент выделения СО2 практически наполовину. Кроме всего, некоторые представители флоры, используемые для получения биотоплива, потребляют оксид углерода для своего роста, тем самым еще уменьшая количество вредных примесей в воздухе.
- Экономическая безопасность заключается в вынуждении некоторых государств закупать нефть и уголь у других стран, из-за отсутствия подобных полезных ископаемых на своей территории. Кроме того, материалы нужно транспортировать, перерабатывать и хранить, на что привлекаются значительные финансовые средства. Биологическое же топливо свободно можно вырабатывать практически в любом государстве. Также для его получения нужно создавать новые предприятия, привлекать рабочую силу – создавая новые места. Новая технология тем самым приносит пользу экономическому развитию страны, что благоприятно сказывается на благосостоянии населения.
Совершенствование технологий наравне с развитием инновационных методов не лишний раз усиливает положительные качества горючего на биологической основе. Если принять во внимание использование планктона и морских водорослей, то стоимость нового топлива должна постоянно снижаться.
Однако отрицательные стороны биотоплива несколько снижают положительные его аспекты, выраженные сложностями и рядом неудобств. Среди них стоит выделить природные ограничения в плане выращивания необходимых культур.
Селекция растений, способных участвовать в производстве горючей жидкости, требует принять во внимание следующие факторы:
- Водопользование. Многие сырьевые растения требуют усиленного полива, причем вода во многих регионах, особенно засушливых, представляется ограниченным ресурсом.
- Инвазивность. Многие растения для переработки относятся к агрессивной флоре. Они глушат собой природные растения, произрастающие в определенном регионе. Это сказывается на уменьшении биоразнообразия растений, приводящее к нарушению экосистемы отдельно взятой площади.
- Внесение удобрений. Для лучшего произрастания сырьевых культур для получения горючей жидкости требуется включение питательных добавок. Однако последние способны принести вреда другим представителям флоры, как дикой, так и культурной.
- Климатические условия. Не все регионы государства могут подойти для выращивания специальных растений. Таковыми могут быть засушливые или холодные регионы.
Активное выращивание специальных сельскохозяйственных растений зачастую приводит к истощению земледельческих резервов. Нарушения условий агротехники может обернуться снижением содержания благоприятных элементов земли, что приводит к ее истощению.
Последний фактор в мировом масштабе приведет к образованию продовольственного кризиса. Производство биомассы постоянно требует расширения сельскохозяйственных угодий.
Это, в свою очередь, также приводит к печальным последствиям – нарушению экосистемы. Последнее выражается вырубкой лесов и зачисткой территорий, сопровождающейся гибелью животного и растительного мира.
Выращивание монокультур также становится проблемой. Чтобы получить большой объем биомассы, приходится засеивать огромные пространства определенными растениями.
Однако подобное нельзя считать благоприятным условием для сельскохозяйственных земель, это оборачивается изменением региональной окружающей среды.
Например, на производство топлива на биологической основе расходуется половина рапса, выращиваемого в Европе, треть американского зерна, практически половина бразильского сахарного тростника.
Территории, занятые монокультурой, привлекают к себе специфические виды вредителей. Борясь с ними различными активными ядами, мы только вырабатываем у последних своеобразный иммунитет к химикатам.
Во избежание перечисленных проблем, ученые рекомендуют не пренебрегать разнообразием биологических культур, и по возможности совмещать на одном участке несколько видов растений. Следует также помнить о местных сортах растений пригодных для вырабатывания горючего.
Поколения альтернативного топлива
Большое разнообразие растительного биосырья, разделяется на определенные поколения:
- Первое характеризуется сельскохозяйственными культурами, содержащими большое количество крахмала, сахара, растительного жира. Таковыми в частности представлены кукуруза, кольза, свекла и соя. Однако насаждения подобного типа растений наносит трудно поправимый ущерб климату, его же нехватка на рынке приводит к увеличению стоимости продуктов. Поэтому ученые работают над заменой последних культур другими видами биосырья. Сейчас из приведенных культурных всходов – первое поколение, производятся многие виды горючей жидкости – биодизель, биоэтанол.
- Ко второму поколению относится древесина, различные травы, сельскохозяйственные остатки в виде скорлупы и шелухи. Выделение топлива из перечисленных отходов сопровождается значимыми производственными затратами. Но вместе с этим решается проблема утилизации непищевых остатков, из которых получается экологически чистый горючий материал. Культуры второго поколения богаты на содержание лигнина, целлюлозы. Вследствие этого подобную биомассу можно не только сжигать или газифицировать, но подвергать пиролизу с получением жидкого топлива. Основным минусом биосырья второго поколения представляется неполная отдача с одной единицы участка, что подводит к постоянному увеличению размера земельных угодий.
- Масса третьего поколения включает водоросли, выращиваемые в промышленном плане в открытых природных и искусственных водоемах. Одноклеточные растения характеризуются лучшим сырьем для вырабатывания биотоплива. Подобные растения довольно быстро набирают необходимую массу, причем для их взращивания не требуется освоения или эксплуатации плодородных земельных участков.
Подобные инновационные технологии обладают большими перспективами, но в настоящее время они только разрабатываются. Однако третье поколение является далеко не последним.
Мировые исследовательские центры работают над разработкой способов получения горючей жидкости четвертого, даже пятого поколения.
Модификации биотоплива
Существует несколько агрегатных субстанций вещества, из чего исходят 3 основных типа биогорючего:
- Твердое включает дрова, различные виды торфа, продукты жизнедеятельности домашних животных и аграрного сектора.
- Жидкое состоит из биодизеля, диметилового эфира, биоэтанола, биобутанола.
- Газообразные виды – биогаз, биоводород и метан.
Все формы наделены своей спецификой, которую предлагается рассмотреть подробней.
1 – твердое
Самыми известными формами твердого биологического горючего представляется древесина, виды торфа, продукты жизнедеятельности подсобного хозяйства.
Самой древней формой биотоплива представлены всем известные дрова, применяющиеся с незапамятных времен для обогрева жилища и воды, приготовления пищи. Однако дрова не потеряли свое значение и в наши дни.
Сырье широко используется в некоторых странах для вырабатывания тепловой и электрической энергии. Например, крупнейшая австрийская теплоэлектростанция выдает мощность порядка 66 мегаватт.
Однако не обошлось без негативного фактора. Энергетическая ценность материала довольно мала. Во время сжигания часть сырья оседает сажей, вследствие чего требуется частая прочистка каминов и печей.
Восполнение ресурсов происходит лишь почти через четверть века, деревья ведь растут медленно:
- Приемлемой заменой дровам считаются пеллеты – гранулированное сырье, состоящее из некачественной древесины – коры деревьев, щепы, прессованных опилок, сучьев деревьев. Светлые гранулы используются топками каминов, печей, более темные – с большим процентом коры – подходят для твердотопливных агрегатов. Производству пеллет способствует измельчение сырья в пылевое состояние с последующим высушиванием и прессованием на высоких температурных режимах. Присутствующий в опилках лигнин образует клейкую массу, способную формировать цилиндрики длинной до 7 и диаметром 1 см, иногда и менее. Не исключаются и топливные брикеты многогранной формы с более высоким коэффициентом теплоотдачи по сравнению с гранулами. Поэтому имея специальное оборудование, наладить выпуск пеллет не составит особого труда. Главным механизмом будет пресс для получения брикетов.
- Древесная щепа также используется некоторыми зарубежными теплоэнергоцентралями. Сырье вырабатывается лесозаготовительными предприятиями и производственными модулями, оснащенные механизмами-шредерами – измельчителями.
Приведенная осадочная рыхлая горная порода успешно используется бытовыми и промышленными отопительными установками также не одно столетие. Торф представляется плотной массой из перегнивших остатков болотных растений – слой мха.
Промышленная добыча топлива происходит во многих государствах мира: Российской Федерации, Республике Беларусь, Швеции и Канаде, странах азиатского региона.
Полезное ископаемое состоит на 60% из углерода, что делает его популярным горючим материалом. Однако может практиковаться в качестве теплоизолятора. Производственные процессы проводятся на самом месте добычи.
Процедура обусловливается просеиванием массы от посторонних включений и последующей сушкой. Затем масса формуется в брикеты либо окатыши.
Сельскохозяйственные отходы
Работа предприятий сельского хозяйства характеризуется большими скоплениями разных растительных отходов. Таковыми выступает ореховая скорлупа, различные внешние оболочки культур, солома и др.
Обозначенное сырье также подвергается прессовке и формировке гранул для получения топливных пеллет. Причем последние ничем не выделяются от формированных брикетов и гранул, выполненных их древесного материала.
Животного происхожденияВместе с дровами, наши прадеды использовали в качестве горючего отходы животноводства – высохший навоз – кизяки. Новейшие технологии переработки биологического сырья позволяют получить твердые виды горючей субстанции, практически лишенной неприятных запахов.
Перерабатывающие комплексы выпускают топливо в форме брикетов или пеллет. Вместе с изготовлением горючего вещества на основе биологических отходов, решается задача их утилизации.
2 – жидкое
Жидкие вариации биологического горючего выделяются на фоне других своей безопасностью, экологичностью. Зачастую служат альтернативой бензину, других жидких видов топлива.
Наиболее распространенными представляются не только биоэтанол, но и биометанол, также биобутанол и биодизель, метоксиметан.
Биоэтанол из растенийПредставляется довольно распространенным горючим, используемым для заправки автомашин.
Приведенная жидкость в чистой форме не применяется в форме топлива, однако ее добавление в бензин значительно улучшает работу двигателя, увеличивает мощность, позволяет контролировать его нагрев, уменьшает количество выбросов отработанных газов.
Многие автозаправочные станции Европы, Америки, Азии предлагают владельцам машин не только классическую горючую жидкость, несколько видов биотоплива, а также смеси с биоэтанолом. Экологически чистое горючее понравилось любителям каминов тоже.
Жидкость обладает хорошей теплоотдачей, горит без образования черного налета и дыма, причем с выделением минимального количества двуокиси углерода. Подобные качества подойдут топкам очагов многоэтажных зданий.
Производство биоэтанола происходит из сырья, относящегося к первой генерации, которая содержит большой процент сахара или крахмала. Зерновые культуры, кукуруза, свекла и сахарный тростник перерабатывают по методам спиртового распада органических веществ.
Биобутанол для автомашин
Приведенная жидкость представляется аналогом бутанола, полученная биологическим способом. Жидкость не имеет цвета, но обладает характерным запахом.
Не исключается использование в промышленности в форме химического сырья. Может служить и автомобильным топливом.
Коэффициент энергоемкости биобутанола приближается к традиционному бензину, что представляется возможностью частично заменять классическое горючее.
Если рассматривать биоэтанол, то последний не может использоваться в чистом виде – без добавки в традиционные типы горючего по сравнению с биобутанолом. Сырьем выступают многие растительные виды – свекла, пшеница, кассава, кукуруза.
Метоксиметан
Представляется также экологически чистым топливом. Выхлопные газы двигателя, работающего на метоксиметане не содержат соединений серы, примеси же азота уменьшены на 90% по сравнению со сжиганием бензина.
Жидкость можно использовать без установки специальных фильтров. Однако в систему питания и зажигания двигателя необходимо внести некоторые значительные изменения.
Метоксиметан представляется наиболее перспективным горючим автомобильного топлива. Автомобили, рассчитанные на подобный вид горючего, разрабатываются известными европейскими и азиатскими концернами.
Исключая какие-либо реконструкции, некоторые моторы внутреннего сгорания – LPG, могут работать на газовом горючем, содержащим 30% метоксиметана.
Жидкое топливо производят из добываемого природного газа, каменноугольной пыли, различной биомассы, отходов целлюлозно-бумажного выхода. При создании небольшого давления, отходы целлюлозы трансформируются в жидкое агрегатное состояние.
Биологический метанол из морских водорослей
Приведенный продукт представляется аналогом классического метанола, используемого в производстве многих химических соединений, таких как уксусная кислота и формальдегид, антифриз, растворители.
Первое упоминание о биометаноле относится к середине 80-х годов прошлого столетия. Коллектив ученых предложил получить жидкую субстанцию, применяя биохимическое преобразование морского фитопланктона.
Размножение последнего предполагалось в отдельных водоемах. Жидкость обладает рядом положительных качеств:
- высокая энергоотдача – 14 единиц при исполнении метана, 7 – метанола;
- высокая продуктивность микроскопических водорослей – не менее 100 тонн продукции с площади в один гектар за год;
- низкая требовательность одноклеточных организмов – для культивации не потребуется пресная вода или плодородные земли;
- сохранение земельных участков – водоросли выращиваются в естественных и искусственных водоемах.
Промышленный выпуск биометанола еще не практикуется. Однако ученые проводят изыскания для разработки подобного производства, как альтернативного топлива.
Биодизель – реальная замена транспортному топливу
Представляется моторным биогорючим, состоящим из соединений органического раствора жирных кислот. Жидкость практически безопасна для пользователей, домашних животных.
Цикл растворения в почве равняется ровно 4 недели, обладает высокой температурой вспышки, приближающейся к 100° С выше нуля. Процент отработанных газов значительно снижен, что положительно отражается на двигателе, увеличивая его продолжительность эксплуатации.
Подобное достигается тем, что в смеси присутствуют смазочные вещества. Жидкость вправе использоваться самостоятельным топливом, так и добавкой к классическому горючему.
Однако существует некоторый минус. Не допускается длительного хранения топлива – спустя три месяца после получения начинается разложение биологического вещества, причем с совершенной потерей всех свойств.
Страны Европейского Сообщества разработали даже специальный стандарт – EN-14214. Некоторые государства также взяли другой стандарт – EN-590. Последний разрешает добавку биодизеля в классическое горючее до 5%.
3– газообразное
Вырабатываемый биогаз с биоводородом относятся к газообразным биологическим горючим. Биогаз – альтернатива добываемому природному газу. Вещество представляется полным эквивалентом природного газа.
Содержит от 13 до 50% углекислоты, до 90 метана с примесями оксида и сероводорода. При очищении вещества от диоксида углерода, получается биометан.
Генерируется подобный энергетик из биомассы методом водородного либо метанового разложения органических веществ. Процесс вызывается несколькими видами бактерий.
Вначале биомасса подвергается действию гидролизных микробов, затем кислотообразующих с метанообразующими. Вырабатывание может вестись как промышленным, так и самостоятельным способом.
Самая распространенная методика способа получения – аэробное разложение органических веществ в метанбаках. Сырьем выступает множество разновидностей материалов – силос, коровий навоз, свиной, морские водоросли, отработанные воды, птичий помет, фекалии, бытовые отходы.
Сырье приводится в однообразное состояние, затем загружается в биореактор. При температуре +37° С проходит процесс метанового разложения вещества. Для лучшего брожения обусловливается постоянное перемешивание биомассы.
После выделения газа, агент переходит в газгольдер – хранилище, после чего поступает в электрогенератор.
Биоводород выделенный химическим путем
Вид газообразного горючего практически аналогичен обычному водороду. Выделяют из биомассы путем биохимического или термохимического способов.
Во втором случае подготовленный сырьевой материал, например, древесные отходы, нагревают до 800°, при отсутствии кислорода. Во время процесса выделяется водород, углерод, метан. Наиболее перспективным способом получения биоводорода представляется биофтолиз.
Метод подразумевает размещение водорослей в морских водах, канализационных бытовых стоках. Биохимическая методика обусловливается выдерживанием биомассы при некотором давлении с поддержанием температурного режима не более +30°.
Для разложения добавляются некоторые виды бактерий для успешного брожения. Если операция проходит с полисахаридами, вносится некоторое количество энзимов.
Материал представляет видеоролик по изготовлению древесных брикетов.
При выборе определенного вида горючего следует учитывать агрегатное состояние, характеристики, планируемое использование, функциональные свойства, цену топлива.
Загрузка...
