Биогорива: поређење чврстих, течних и гасовитих горива

Предности и мане биогорива

Развојем биотехнологије решава се проблем одлагања органског отпада, као и замене нафте и гаса алтернативним горивима. Али њихова неразумна употреба може изазвати додатне проблеме са климом, као и са екосистемима. Размотрите неколико кључних тачака у развоју ове индустрије:

• Биогорива су обновљиви извор енергије са јефтиним сировинама.
• Технологије засноване на преради органског отпада примењиве су свуда где има људи и индустријских комплекса.
• Производња биогорива смањује ниво угљен-диоксида у атмосфери, а његово коришћење уместо традиционалног горива смањује производњу угљен-диоксида.
• Узгајање монокултура у великим размерама (као сировина за биогорива) доводи до исцрпљивања састава земљишта и смањења биодиверзитета, што утиче на климу.

Разуман приступ производњи биогорива је у стању да реши најакутније еколошке проблеме животне средине.

Мобилност у поређењу са другим алтернативним изворима енергије

Тренутно, "радикалније" алтернативне енергетске технологије, као што су соларна енергија и енергија ветра, имају један велики проблем - мобилност. Пошто сунце и ветар нису трајни, потребно је користити релативно тешке батерије да би се обезбедила велика снага у оваквим енергетским технологијама (али са унапређењем технологије, овај проблем се постепено решава). С друге стране, биогорива су прилично лака за транспорт, стабилна су и имају прилично велику „густину енергије“, могу се користити уз мање модификације постојећих технологија и инфраструктуре.

Смањење трошкова

Биогорива тренутно коштају на тржишту колико и бензин. Међутим, коришћење биогорива има више користи јер је чистије гориво и производи мање емисија када се сагоре. Биогорива се могу прилагодити постојећим дизајном мотора како би добро радила у сваком окружењу.Међутим, такво гориво је боље за моторе, смањује укупне трошкове контроле загађивања мотора и стога његова употреба захтева мање трошкове одржавања. Са све већом потражњом за биогоривима, вероватно је да ће она у будућности појефтинити. Дакле, употреба биогорива ће бити мање тешка за новчаник.

Обновљиви извори

Бензин се добија из сирове нафте, која није обновљив ресурс. Док ће данашње резерве фосилних горива трајати још много година, на крају ће истећи. Биогорива се праве од разних сировина, као што су стајњак, остаци усева и биљке које се узгајају посебно за гориво. Ово су обновљиви ресурси који вероватно неће ускоро нестати.

Смањење емисије гасова стаклене баште

Када се сагоре, фосилна горива производе велике количине угљен-диоксида, који се сматра гасом стаклене баште и разлогом за одржавање топлоте сунца на планети. Сагоревање угља и нафте подиже температуру и изазива глобално загревање. Да би се смањио утицај гасова стаклене баште, могу се користити биогорива. Студије показују да биогорива смањују емисију гасова стаклене баште до 65 процената. Поред тога, када узгајају усеве за биогориво, они делимично апсорбују угљен моноксид, што чини систем биогорива још одрживијим.

Економска сигурност за земље које немају велике резерве горива

Нема свака земља велике резерве нафте. Увоз нафте оставља значајан јаз у економији земље.Ако људи почну да нагињу коришћењу биогорива, онда ће се смањити зависност од увоза. Захваљујући расту производње биогорива отвориће се више радних места, што би требало да има позитиван утицај на привреду земље.

Шта је биогориво

Биогорива су горива направљена од живе материје. Формирање биогорива траје краће време у поређењу са фосилним горивима. Биогорива се производе првенствено биолошким процесима. Крајњи производ производње биогорива може бити чврст, течан или гасовит.

Један од најважнијих задатака биогорива је да је обновљив извор енергије. Обновљиво гориво је гориво добијено из обновљивих извора. Пошто се биогорива праве од биомасе, а биомаса је обновљив ресурс, биогорива су обновљива горива.

Најчешћи типови биогорива су биоетанол и биодизел.

Биоетханол

Биоетанол је гориво произведено биолошким процесима коришћењем микроорганизама и ензима. Коначни производ је запаљива течност. Извори који се користе за производњу биогорива су шећерна трска и пшеница. Шећер из ових извора се ферментише да би се произвео етанол. Дестилација се врши да би се биоетанол одвојио од осталих компоненти укључених у финални производ. Биоетанол се може користити као адитив заједно са бензином за смањење емисије угљен моноксида.

биодизел

Биодизел се производи коришћењем биљног уља и масти у поступку који се зове интересерификација.Главни ресурси су соја, репица итд.Биодизел је један од најбољих адитива који се користе у мешавинама горива за смањење емисије штетних гасова. Биодизел може смањити ове емисије до 60%.

Међутим, сагоревање биогорива доприноси загађењу ваздуха услед стварања честица угљеника, угљен моноксида и других штетних гасовитих емисија. Али у процентима, овај допринос је мањи од доприноса фосилних горива.

Слика 1: Алге се могу користити за прављење млазног горива

Предности коришћења биогорива укључују ниже емисије, обновљивост, биоразградљивост и безбедност. Биогорива производе мање гасова стаклене баште него фосилна горива. Биогорива се лако могу добити из органског материјала. Пошто органски материјал као што је биљна биомаса можемо да узгајамо, биогорива се сматрају обновљивим извором енергије. Пошто су ова биогорива направљена од органске материје, она су биоразградива и стога изливање горива неће изазвати значајну штету по животну средину. Пошто се биогорива једноставно праве од биљака које расту на тлу, безбеднија су од метода које се односе на рударство или друга сложена ископавања.

Добијање и коришћење горива:

Најтраженије чврсто гориво је угаљ (камен, браон и антрацит). На другом месту су дрво и тресет. Угаљ се користи у великим термоелектранама, у металургији. Дрво се користи у грађевинарству, производњи намештаја и као гориво за пећи, камине, купатила.

Више од 80% течних горива која се користе у свету су производи дестилације нафте.

Главни производи прераде нафте - бензин и керозин су тражени као гориво за аутомобиле и ваздухопловство. ЦХП постројења раде на мазут. У овом случају, потребно је решити проблем уклањања једињења сумпора из производа сагоревања. У зависности од класе оригиналног уља, мазут може садржати до 4,3% овог елемента. Што је већи проценат сумпора, што је већи трошак одржавања опреме, то је веће хабање.

Гасно гориво се добија и директно са гасних поља и као производ повезан са нафтом. У последњем случају, гас садржи више виших угљоводоника уз смањење запремине метана. Боље гори и даје више топлоте.

Компостне гомиле и депоније постају извор биогаса. У Јапану се граде посебне мале фабрике, способне да приме до 20 м3 гаса дневно из сортираног смећа. Ово је довољно за производњу 716 кВ топлотне енергије. У Кини је, према УНЕСЦО-у, отворено најмање 7 милиона фабрика и постројења за производњу биогаса од труле органске материје.

Водоник се такође користи као гориво. Његова главна предност је што резерве нису географски везане за одређене регионе планете, а када се сагоре, формира се чиста вода.

ТИМ "ГАС"

Биомаса производи и гасовито гориво, које је одлично и за аутомобиле. На пример, метан је једна од главних компоненти природних и такозваних пратећих гасова који се добијају током прераде нафте. Такав минерал може лако да замени непотребну планину органског смећа - од баналног стајњака до отпада из индустрије рибе, меса, млека и поврћа. Ова биомаса се храни бактеријама које производе биогас.Након чишћења од гаса угљен-диоксида добија се биометан тзв. Његова главна разлика од конвенционалног метана, на којем раде многи производни модели, је у томе што није минерал. Већ нешто, али стајњак и биљке неће нестати пре краја живота на планети.

Шема производње биометана (све шеме и табеле се отварају у пуној величини кликом миша):

Зашто је боље користити биогорива?

Биогорива су алтернативни, обновљиви извор енергије на земљи.

Његове главне предности су следеће:

1. Приступачност омогућава коришћење ове врсте горива у свим сферама људског живота.
2. Обновљивост. Једна важна предност у односу на бензин је способност биогорива да буду обновљива.
3. Биогорива доприносе успоравању глобалних промена. Његова употреба смањује ефекат стаклене баште (до 65%)
4. За земље које производе биогорива, зависност од увоза овог производа се смањује.
5. Одлична бензинска пумпа за ауто.

Зелене технологије, биогорива

Биогориво из стајњака

Дуго времена се отпад пољопривреде и прехрамбене индустрије користио искључиво за производњу ђубрива, али данас исти тај отпад омогућава производњу биогорива. Као сировине за производњу горива могу се користити сточно и живинско ђубриво, као и пиварско зрно, кланички отпад, отпадне воде након алкохола, канализација, пулпа репе и тако даље.

Као резултат прераде таквог отпада добија се гасовито биогориво, које се добија као резултат ферментације. Добијени биогас се може користити за производњу електричне енергије или у котларницама, за грејање стамбених зграда.Поред тога, такво гориво се користи у аутомобилима.

Међутим, треба напоменути да се за добијање гасовитих биогорива за аутомобиле, биогас добијен као резултат ферментације мора очистити од ЦО2, након чега ће се претворити у метан.

Друга генерација биогорива

Биогориво друге генерације је врста горива која се производи од непрехрамбених обновљивих сировина, за разлику од етанола, метанола, биодизела и тако даље. Као сировине за производњу биогорива друге генерације могу се користити слама, алге, пиљевина и било која друга биомаса.

Велика предност ове врсте горива је што се прави од производа који су увек доступни и стално обновљиви. Према многим научницима, то је друга генерација биогорива која може да реши енергетску кризу.

Биогориво из алги

До данас су научници развили посебну технологију за добијање биогорива друге генерације из алги.

Развој ове технологије додатно ће револуционисати свет биогорива, будући да главна сировина (алге) не захтева посебну негу и не треба им ђубрива (за раст су јој потребна вода и сунчева светлост). Штавише, расту у било којој води (прљавој, чистој, сланој и свежој). Такође, алге могу помоћи у чишћењу канализационих водова.

Још један позитиван аспект производње биогорива из алги је то што се ова друга састоје од једноставних хемијских елемената који се лако могу обрадити и разградити. Дакле, због свих предности, технологија биогорива алги има највећи потенцијал.

Гасовито биогориво

Постоје две главне врсте гасовитих горива:

• Биогас
• биоводоник

Биогас

Производ ферментације органског отпада, који се може користити као фекални остаци, канализација, кућни отпад, отпад од клања, стајњак, стајњак, као и силажа и алге. То је мешавина метана и угљен-диоксида. Други производ прераде кућног отпада у производњи биогаса су органска ђубрива. Технологија производње је повезана са трансформацијом сложених органских супстанци под утицајем бактерија које спроводе ферментацију метана.

На почетку технолошког процеса маса отпада се хомогенизује, затим се припремљена сировина убацује уз помоћ пуњача у загрејани и изоловани реактор, где се процес ферментације метана одвија директно на температури од приближно 35°Ц. -38 °Ц. Маса отпада се стално меша. Добијени биогас улази у резервоар за гас (који се користи за складиштење гаса), а затим се доводи до генератора енергије.
Добијени биогас замењује конвенционални природни гас. Може се користити као биогориво или из њега производити електричну енергију.

биоводоник

Може се добити из биомасе термохемијским, биохемијским или биотехнолошким путем. Први начин добијања повезан је са загревањем отпадног дрвета на температуру од 500-800 ° Ц, услед чега почиње ослобађање мешавине гасова - водоника, угљен-моноксида и метана. У биохемијској методи користе се ензими бактерија Родобацтер спериодес, Ентеробацтер цлоацае, које изазивају производњу водоника при разградњи биљних остатака који садрже целулозу и скроб. Процес се одвија при нормалном притиску и ниској температури.Биоводоник се користи у производњи водоника гориве ћелије транспорта и енергетике. Још није у широкој употреби.

Функције горива

Изузетна предност коришћења таквог горива је занемарљива количина чађи. Када се сагоре у камину, не производи се више чађи него од догореле свеће. Такође нема угљен-моноксида, штетног по здравље.

Када се користи биоетанол, у камину се производи мала количина воде и мала количина угљен-диоксида. Ово је разлог одсуства уобичајеног наранџастог пламена.

Да би се постигла максимална природност, у састав биоетанола се додају адитиви који пламену дају карактеристичну наранџасту нијансу. Они такође помажу да се постигне максимална природност пламена.

Трендови у развоју светског тржишта биогорива

Покретачи ширења биогорива су претње које се односе на енергетску безбедност, климатске промене и економски пад. Ширење производње биогорива широм света има за циљ повећање удела у потрошњи чистог горива, посебно у транспорту; смањење зависности од увозне нафте за многе земље; смањење емисије гасова стаклене баште; економски развој. Биогорива су алтернатива традиционалним горивима добијеним из нафте. Светски центри производње биогорива у 2014. години су САД, Бразил и Европска унија. Најчешћи тип биогорива је биоетанол, његов удео је 82% свих горива произведених у свету од биолошких сировина.Његови водећи произвођачи су САД и Бразил. На 2. месту је биодизел. 49% производње биодизела концентрисано је у Европској унији. Дугорочно гледано, све већа потражња за биогоривима из копненог, ваздушног и поморског саобраћаја може у великој мери променити тренутну ситуацију на глобалном енергетском тржишту. Коришћење пољопривредних сировина за производњу течних биогорива и раст њихове производње довели су до потражње за пољопривредним производима, што је утицало на цене прехрамбених култура које се користе у производњи биогорива. Производња биогорива друге генерације наставља да расте, а до 2020. светска производња биогорива друге генерације требало би да достигне 10 милијарди литара. Светска производња биогорива до 2020. године требало би да порасте за 25% и да износи цца. 140 милијарди литара. У Европској унији, највећи део производње биогорива долази од биодизела произведеног од уљарица (уљана репица). Према прогнозама, производња биоетанола из пшенице и кукуруза, као и шећерне репе, прошириће се у земљама ЕУ. Очекује се да ће у Бразилу производња биоетанола наставити да расте убрзаним темпом, достижући око 41 милијарду литара до 2017. године. Генерално, производња биоетанола и биодизела, према прогнози, до 2020. године ће се брзо повећати и износиће 125, односно 25 милијарди литара. Производња биогорива у Азији почела је брзо да расте. Од 2014. године Кина је на трећем месту по производњи биоетанола, а очекује се да ће ова производња расти у наредних десет година за више од 4% годишње.У Индији се предвиђа да ће производња биоетанола из меласе порасти за више од 7% годишње. Истовремено се шири производња биодизела из нових усева као што је јатрофа.

Према прогнозама Светске енергетске агенције (ИЕА), несташица нафте у 2025. години биће процењена на 14 одсто. Према ИЕА, чак и ако укупна производња биогорива (укључујући биоетанол и биодизел) до 2021. буде 220 милијарди литара, онда ће његова производња покрити само 7% светске потражње за горивом. Стопа раста производње биогорива је далеко иза стопе раста тражње за њима. То је због доступности јефтиних сировина и недовољног финансирања. Масовна комерцијална употреба биогорива биће одређена постизањем равнотеже цена са традиционалним горивима добијеним из нафте. Према прогнозама научника, до 2040. године удео обновљивих извора енергије ће достићи 47,7%, а биомасе - 23,8%.

На садашњем нивоу развоја технологије, производња биогорива ће представљати мали део глобалног снабдевања енергијом, цене енергије ће утицати на цену пољопривредних сировина. Биогорива могу имати различите утицаје на сигурност хране – растуће цене робе изазване производњом биогорива могу наштетити увозницима хране, с друге стране стимулисати домаћу пољопривредну производњу од стране малих фармера.

Чврсто биогориво - пелети

У последње време било је много разних гласина или чак необичних „легенди“ да један од најперспективнијих и високопрофитабилних видова малог бизниса може бити производња горивих пелета – посебне врсте биолошког горива. Хајде да ближе погледамо предности чврстог зрнастог горива и процес његовог добијања.

Зашто и како се производе пелети за гориво

Сеча, дрвопрерађивачка предузећа, пољопривредни комплекси и неке друге производне линије нужно производе, поред главних производа, и веома велику количину дрвног или другог биљног отпада, који, чини се, више нема никакву практичну вредност. Још не дате, једноставно су спаљене, бацајући дим у атмосферу, или чак лоше управљане огромним "гомилама". Али они имају огроман енергетски потенцијал! Ако се овај отпад доведе у стање погодно за употребу као гориво, онда уз решавање проблема одлагања можете остварити и профит! На овим принципима се заснива производња чврстих биогорива – пелета.

У ствари, то су компримоване цилиндричне грануле пречника од 4 ÷ 5 и до 9 ÷ 10 мм, а дужине приближно 15 ÷ 50 мм. Овај облик ослобађања је веома згодан - пелети се лако пакују у вреће, лако се транспортују, одлични су за аутоматско снабдевање горивом котлова на чврсто гориво, на пример, помоћу пужног утоваривача.

Пелет се пресује како од природног дрвног отпада тако и од коре, грања, иглица, сувог лишћа и других нуспроизвода сече. Добијају се од сламе, љуски, погаче, ау неким случајевима чак и пилеће ђубриво служи као сировина. У производњи пелета користи се тресет - управо у овом облику постиже максималан пренос топлоте током сагоревања.

Наравно, различите сировине дају различите карактеристике добијених пелета – у смислу њихове енергетске ефикасности, садржаја пепела (количина преостале негориве компоненте), влажности, густине, цене.Што је већи квалитет, што је мање проблема са уређајима за грејање, већа је ефикасност система грејања.

По својој специфичној калоричној вредности (у смислу запремине), пелет за собом оставља све врсте огревног дрвета и угља. Складиштење таквог горива не захтева велике површине или стварање било каквих посебних услова. У компримованом дрвету, за разлику од пиљевине, процеси пропадања или расправе никада не почињу, тако да не постоји ризик од самозапаљења таквог биогорива.

Сада на питање производње пелета. У ствари, цео циклус је једноставно и јасно приказан на дијаграму (приказане су пољопривредне сировине, али то подједнако важи и за било који дрвени отпад):

Отпад пре свега пролази кроз фазу дробљења (обично до величине струготине дужине до 50 мм и дебљине 2 ÷ 3 мм). Затим следи поступак сушења - неопходно је да заостала влага не прелази 12%. Ако је потребно, чипс се дроби у још финије фракције, доводећи његово стање скоро до нивоа дрвног брашна. Сматра се оптималним ако је величина честица које улазе у линију за пресовање пелета унутар 4 мм.

Пре него што сировина уђе у гранулаторе, лагано се пари или накратко потопи у воду. И, коначно, на линији за пресовање пелета, ово „дрвно брашно“ се утискује кроз калибрационе рупе посебне матрице, које имају конусни облик. Ова конфигурација канала доприноси максималној компресији исеченог дрвета уз, наравно, његово оштро загревање. Истовремено, супстанца лигнина присутна у било којој структури која садржи целулозу поуздано "лепи" све најмање честице, стварајући веома густу и издржљиву гранулу.

На излазу из матрице, добијене "кобасице" се секу посебним ножем, што даје цилиндричне грануле жељене дужине. Улазе у бункер, а одатле - до готовог пријемника пелета. У ствари, остаје само охладити готове грануле и спаковати их у вреће.

Сорте биогорива

Извори енергије биогорива, упркос недостацима у саставу и технологији производње наведеним у претходним одељцима, већ се користе. У неким областима људске активности замењују електричну енергију. Постоје чак и читави котлови на биогориво који греју стамбене зграде, пословне и индустријске просторе.

Биогорива која се најчешће користе су:

• течност;
• тешко.

Хајде да детаљније погледамо сваки од њих.

течност

Такође је једна од врста биогорива.

Једна од најпогоднијих култура за производњу биогорива је уљана репица.

Носач енергије се производи према следећој шеми:

• пожњевена репица се подвргава фином чишћењу, због чега се из њега уклањају остаци, земља и други страни елементи;
• након тога, биљне сировине се сруше и стисну да се добије погача;
• затим долази до естерификације уља репице - уз помоћ специјалних киселина и алкохола из ове супстанце се екстрахују испарљиви естри;
• на крају добијено биодизел гориво се пречишћава од непотребних уљних нечистоћа.

Течно гориво се прави од уљане репице

Поред тога, биогориво Е-95, које замењује традиционални бензин, има широку примену.Овај тип енергетског носача састоји се од етил алкохола са адитивима који смањују корозивни ефекат на металне и гумене делове мотора са унутрашњим сагоревањем уграђених у аутомобиле.

Предности биобензина су следеће:

• трошак ове врсте горива је нижи од традиционалног;
• када га користите, век трајања уља и филтерских елемената се повећава;
• сагоревање биогорива не доводи до стварања плака на свећицама који спречава пролазак варнице;
• мотор са унутрашњим сагоревањем који ради на биобензину не емитује штетне материје у атмосферу;
• етанол је мање запаљив и не експлодира током саобраћајних незгода;
• органски бензин детонира на нижој температури, тако да се мотор аутомобила не прегрева у топлој сезони.

Органски бензин ће помоћи у решавању еколошких проблема

Упркос горе наведеним предностима, течно биогориво има неколико недостатака који спречавају његово широко увођење у привредну делатност:

1. Када се користи органски бензин, мотори са унутрашњим сагоревањем и друга опрема брзо пропадају, јер супстанце које чине природни носилац енергије изазивају корозију и оштећују гумене заптивке јединица. Ефикасни начини за борбу против ове појаве још нису пронађени.
2. Да би се фосилна горива у потпуности заменила биолошким, потребно је значајно проширити површину пољопривредног земљишта, што је тренутно немогуће. Поред тога, површина земљишта погодног за узгој биљака је ограничена. Решење проблема може бити гориво треће генерације, чији развој још није завршен.

чврст

Поред течних биогорива, заслужено признање међу потрошачима широм света добили су и чврсти органски енергенти.

Њихове карактеристике су следеће:

1. Израђују се од разних сировина биолошког порекла. То може бити и органски отпад људског и животињског света, као и делови разних биљака.
2. Суштина технолошког процеса за производњу чврстих биогорива је ефикасна употреба одређених метода цепања целулозе. Тренутно је у току многа истраживања чија је сврха да се понове природни процеси цепања који се дешавају у дигестивном тракту живих организама.
3. За производњу чврстих фосилних горива користи се такозвана биолошка маса, која има одређену конзистенцију и пропорције. Готов производ се добија уклањањем влаге из сировине и накнадним пресовањем.

Сорте чврстих биогорива

Најчешће се чврсти енергетски носач испоручује у следећим облицима:

• брикети;
• пелети;
• грануле.

Како се прави биодизел

Раст потрошње биодизела допринео је пооштравању захтева за опремом за његову производњу. Генерално, технологија производње биодизела има следећи облик. Прво се у биљно уље пречишћено од нечистоћа додају метил алкохол и алкалије. Ово последње делује као катализатор током реакције трансестерификације. После тога, добијена смеша се загрева. Као резултат таложења и накнадног хлађења, течност се одваја на лаку и тешку фракцију. Лака фракција је, у ствари, биодизел, а тешка фракција је глицерин.Глицерин је у овом случају нуспроизвод, који се касније може користити у производњи детерџената, течних сапуна или фосфатних ђубрива.

Раније коришћене технологије заснивале су се на принципу цикличног деловања и имале су низ недостатака, од којих се главни изразио у дугом трајању процеса и ниској продуктивности опреме.

Технологије ГлобеЦоре-а омогућавају имплементацију принципа протока производње биодизела кроз употребу хидродинамичких ултразвучних кавитационих реактора. У овом случају није потребна поновљена реакција интеретерификације, па се трајање процеса производње биодизела смањује за неколико пута.

Такође, коришћење хидродинамичких ултразвучних кавитационих реактора омогућава решавање проблема додавања вишка метанола и његовог накнадног опоравка. Када се користе кавитационе технологије, реакција захтева само минималну количину алкохола, што стриктно одговара стехиометријском саставу.

ГлобеЦоре производи биодизел комплексе засноване на технологији хидродинамичке кавитације капацитета од 1 до 16 кубних метара на сат. На захтев наручиоца могућа је израда опреме за већу продуктивност.