Biokuras. Ekologinio kuro rūšys ir rūšys

20-ojo amžiaus pabaigoje prieš žmoniją iškilo naujų, alternatyvių energijos šaltinių paieškos klausimas. To priežastis buvo artėjanti kuro ir energijos krizė ir nuolat didėjanti aplinkos tarša. Reikėjo rasti naujų šilumos energijos šaltinių, kurie galėtų pakeisti naftą ir dujas. Kartu su saulės energijos plėtra atsirado dar viena perspektyvesnė ir, svarbiausia, didesnė biudžeto kryptis - biokuro naudojimas.

Biokuras yra kuras, gaunamas perdirbant biomasę termocheminėmis ar biologinėmis priemonėmis - naudojant bakterijas. Augalinės ir gyvulinės žaliavos gali būti naudojamos kaip biomasė, taip pat organinės gamybos liekanos ir gyvulių atliekos. Dažniausiai naudojami augalai ir medienos atliekos.

Atsižvelgiant į agregacijos būklę, išskiriamos šios biodegalų rūšys:

• Tvirtas (mediena, medienos drožlės, kuro briketai, kuro granulės, durpės);
• Skystis (bioetanolis, biobutanolis, biometanolis, biodyzelinas);
• Dujinės (biodujos, biohidrogenas).

Kietasis biokuras

Malkos, kaip ir prieš šimtmečius, ir toliau naudojamos šilumai ir elektrai gauti. Didžiausios biomasės elektrinės Europoje pavyzdys yra Austrijos kogeneracinė elektrinė. Jo galia yra 66 MW.

Nepaisant to, kad pasaulis aktyviai kuria ir finansuoja energetinių miškų, kuriuose auginama sumedėjusia biomasė, kūrimo projektus, įvairių medienos apdirbimo pramonės produktų naudojimas biokurui gauti pritraukia vis daugiau dėmesio. Tokios įmonės jau yra gana gerai išvystytos ir aktyviai tiekia savo produktus rinkai. Tai apima kuro briketus ir kuro granules - granules.

Kuro briketams gauti, įvairios biologinės atliekos, tokios kaip paukščių išmatos ir mėšlas, džiovinamos ir presuojamos. Gauti briketai naudojami gyvenamųjų ir pramoninių patalpų šildymui.

Kuro granulės - granulės naudojamos panašiai. Jie gaminami iš pjuvenų, medžio drožlių, žievės, nekokybiškos medienos, šiaudų, žemės ūkio atliekų (saulėgrąžų lukštai, riešutų lukštai). Norint gauti granules, biomasė pirmiausia susmulkinama į miltus, tada patenka į džiovyklą, o iš jos - į specialų presą, kur, veikiant slėgiui ir aukštai temperatūrai, medienos atliekose esantis ligninas tampa lipnus. Tai leidžia gauti paruoštus biokuro cilindrus prie išėjimo. Išskirtinė kuro granulių kokybė yra mažas pelenų kiekis - apie 3%.

Gyvenamųjų pastatų šildymui naudojamų durpių gavybos technologija taip pat yra paprasta. Žaliavos tiekiamos tiesiai iš gavybos vietos į durpių perdirbimo gamyklą, kur durpės valomos nuo priemaišų (sijojamos), džiovinamos ir presuojamos į briketus.

Kita biokuro rūšis - medienos drožlės - Europoje naudojama didelėse šiluminėse elektrinėse, kurių galia yra nuo vieno iki kelių megavatų. Medienos drožlių gamyba vykdoma tiesiogiai kirtimo metu arba gamyboje naudojant specialius smulkintuvus - smulkintuvus. Kaip žaliava dažniausiai naudojama mažo dydžio mediena ir medienos ruošos liekanos - šakos, žievė, kelmai ir kt.

Alternatyvių degalų kartos

Platus augalinių medžiagų, naudojamų biomasei, asortimentas paprastai yra padalintas kelioms kartoms.

Pirmajai kartai priklauso žemės ūkio kultūros, kuriose yra daug krakmolo, cukraus, riebalų. Tai tokie populiarūs augalai kaip kukurūzai, cukriniai runkeliai, rapsai, soja. Kadangi šių kultūrų auginimas kenkia klimatui, o jų pašalinimas iš rinkos turi įtakos produktų kainoms, mokslininkai bando juos pakeisti kitų rūšių biomase.

Beveik visos šiuolaikinio skystojo kuro rūšys (biodyzelinas, etanolis) šiuo metu gaminamos iš žemės ūkio augalų, priklausančių pirmosios kartos žaliavoms.

Antrosios kartos biomasės grupei priklauso mediena, žolė, žemės ūkio atliekos (kriauklės, lukštai). Iš tokių žaliavų gauti biokurą yra brangu, tačiau tai leidžia išspręsti ne maisto likučių šalinimo klausimą kartu gaminant degias medžiagas.

Šios veislės kultūrų bruožas yra lignino ir celiuliozės buvimas juose. Jų dėka biomasė gali būti deginama ir dujinama, taip pat atliekama pirolizė, gaunant skystą kurą. Laikoma, kad pagrindinis antrosios kartos biomasės trūkumas yra nepakankamas derlius iš ploto vieneto, todėl tokioms kultūroms reikia skirti didelius žemės išteklius.

Žaliava trečiosios kartos biokurui gaminti yra dumbliai, kurie auginami pramoniniu mastu, pavyzdžiui, atviruose vandens telkiniuose.

Perspektyviausiu variantu laikomas biokuras, gaunamas iš vienaląsčių dumblių. Tokie augalai greitai priauga svorio, o jų auginimui nereikia derlingos žemės.

Ši praktika turi didelių perspektyvų, tačiau šiuo metu tokios technologijos tik kuriamos. Mokslininkai taip pat atlieka tyrimus, kaip sukurti metodus, kaip gauti ketvirtos ir net penktos kartos biokurą.

Skystas biokuras

Skystas biokuras tampa vis populiaresnis dėl jų ekologiškumo ir saugumo. Jis daugiausia naudojamas vidaus degimo varikliuose. Šios rūšies kuras gaunamas perdirbant įvairias augalines medžiagas.

Yra pagrindinės skystojo biokuro rūšys:

1. Bioetanolis
2. Biobutanolis
3. Biometanolis
4. Biodyzelinas

Bioetanolis

Užima pirmaujančią poziciją skysto biokuro sąraše. Jo taikymo sritis yra įprasti automobiliai, o pastaraisiais metais jis taip pat buvo naudojamas kaip biokuras namų židiniams. Bioetanolis, sumaišytas su benzinu kaip degalu, turi daug privalumų, palyginti su įprastu benzinu: jis pagerina automobilio variklio veikimą, padidina jo galią, neperkaitina variklio, nesudaro suodžių, suodžių ir dūmų.

Bioetanolis yra puiki alternatyva židinių mėgėjams. Kadangi jis nesudaro dūmų, suodžių ir degdamas išskiria nedidelį kiekį anglies dioksido. Galima naudoti židiniams šildyti net daugiabučiuose namuose. Tuo pačiu metu visiškai nėra šilumos nuostolių, kaip paprastai būna įprastų židinių su kaminu veikimo metu.

Jis gaminamas pagal alkoholinio fermentavimo technologiją iš žaliavų, kuriose yra krakmolo ar cukraus: kukurūzų, javų, cukranendrių, cukrinių runkelių. Ekonomiškai pagrįsta gauti etanolį iš žaliavų, kuriose yra celiuliozės.

Biobutanolis

Kaip kuro variklis jis yra labiau pageidautinas nei bioetanolis: jis geriau maišosi su benzinu ir taip pat gali būti naudojamas kaip atskiras kuras. Jam gauti naudojami tradiciniai augalai: cukranendrės, kukurūzai, kviečiai, cukriniai runkeliai. Nors mažiau populiarus nei bioetanolis.

Biometanolis

Jo gamybos technologija vis dar netobula ir reikalauja įdiegti daug daugiau novatoriškų pokyčių. Manoma, kad jis gaunamas biochemiškai transformuojant specialiuose rezervuaruose auginamą jūrinį fitoplanktoną.Tačiau iki šiol nebuvo įmanoma nustatyti gamybos pramoniniu mastu. Biometanolio naudojimo atvejai yra tokie patys kaip įprasto metanolio. Tai yra daugelio medžiagų (formaldehido, metilmetakrilato, metilaminų, acto rūgšties ir kt.) Gamyba kaip tirpiklis ir antifrizas.

Biodyzelinas

Jis naudojamas automobilių varikliuose tiek atskirai, tiek mišinyje su įprastu dyzelinu. Be to, kad nėra neigiamo biodyzelino poveikio aplinkai, daugybė tyrimų parodė dar vieną pranašumą. Dėl mažo sieros kiekio biodyzelino tepimo savybės yra geresnės, o tai padeda prailginti serijinių variklių tarnavimo laiką. Biodyzelino gamybai naudojamos žaliavos gali būti tiek augalai (medvilnė, sojos pupelės, rapsai), tiek riebaliniai aliejai (palmių, rapsų, kokoso), dumbliai.

Biokuro privalumai ir trūkumai

Biologinis kuras turi savo teigiamų ir neigiamų pusių. Susidomėjimą šios rūšies žaliavos naudojimu lemia neabejotini jos pranašumai. Jie apima:

• Biudžeto kaina... Nors šiuo metu biokuras kainuoja beveik už tą pačią kainą kaip benzinas, biomedžiagos laikomos pelningesniais degalais, nes deginant išmetama mažiau teršalų. Biokuras tinka įvairiems tikslams ir gali būti pritaikytas skirtingiems variklių projektams. Dar vienas pliusas yra variklio optimizavimas, kuris ilgiau išlieka švaresnis, turėdamas mažiau suodžių ir išmetamųjų dujų.
• Mobilumas... Biokuras skiriasi nuo kitų alternatyvių energijos rūšių savo mobilumu. Statant saulės ir vėjo įrenginius dažniausiai būna naudojamos sunkios akumuliacinės baterijos, todėl jos dažniausiai naudojamos stacionariai, o biokurą iš vieno regiono į kitą galima gabenti be didelių rūpesčių.
• Atsinaujinantis energijos šaltinis... Nors, pasak tyrėjų, esami žalios naftos telkiniai truks mažiausiai kelis šimtus metų, iškastinių išteklių atsargos vis dar yra ribotos. Iš augalų ir gyvūninių atliekų pagamintas biokuras yra atsinaujinantys ištekliai, kuriems artimiausioje ateityje negresia išnykimas.
• Žemės atmosferos apsauga... Pagrindinis tradicinių angliavandenilių trūkumas yra didelis CO2 procentas, išsiskiriantis deginant. Šios dujos sukuria šiltnamio efektą mūsų planetos atmosferoje, sukuria sąlygas visuotiniam atšilimui. Deginant biologines medžiagas, anglies dioksido kiekis sumažėja iki 65%. Be to, biokuro gamyboje naudojamos kultūros sunaudoja anglies monoksidą, sumažindamos jo dalį ore.
• Ekonominis saugumas... Angliavandenilių atsargos pasiskirsto netolygiai, todėl kai kurios valstybės yra priverstos pirkti naftą ar gamtines dujas, išleisdamos dideles pinigų sumas įsigijimui, gabenimui ir sandėliavimui. Įvairių rūšių biologinio kuro galima gauti beveik bet kurioje šalyje. Kadangi jo gamybai ir perdirbimui reikės sukurti naujas įmones ir atitinkamai darbo vietas, tai bus naudinga nacionalinei ekonomikai ir teigiamai paveiks žmonių gerovę.

Patobulintos technologijos ir naujų metodų kūrimas gali sustiprinti teigiamą biokuro poveikį. Taigi plėtojant technologijas, naudojant planktoną ir dumblius, gerokai sumažės jo kaina.

Tuo pat metu dabartiniame mokslų ir technologijų plėtros etape biokuro gamyba siejama su daugybe sunkumų ir nepatogumų. Visų pirma, tai yra natūralūs augalų auginimo apribojimai. Auginant biomasės gamybai naudojamus pasėlius, reikia atsižvelgti į keletą veiksnių, būtent:

• Vandens naudojimas... Pasėliai sunaudoja daug vandens, o tai yra ribotas išteklius, ypač sausringose ​​vietovėse.
• Invazyvumas... Kuro pasėliai dažnai būna agresyvūs. Jie paskandina autentišką florą, kuri gali pakenkti regiono biologinei įvairovei ir ekosistemai.
• Trąšos... Daugeliui augalų reikia papildomų maistinių medžiagų, kurios gali pakenkti kitiems pasėliams ar visai ekosistemai.
• Klimatas. Tam tikros klimato zonos (pvz., Dykuma ar tundra) nėra tinkamos auginti biokuro pasėlius.

Aktyvus žemės ūkio augalų auginimas taip pat yra susijęs su žemės ūkio išteklių išeikvojimu. Nesilaikant žemės ūkio technologijos taisyklių, gali sumažėti naudingų dirvožemio komponentų kiekis ir dėl to jų išeikvojimas, o tai dar labiau pablogins. maisto problema.

Sutrinka ekosistema. Biomasės gamybai paprastai reikia išplėsti žemės ūkio paskirties žemę. Dažnai šiuo tikslu teritorija išvaloma, dėl to sunaikinama mikroekosistema (pavyzdžiui, miškas), žūsta augalai ir gyvūnai.

Biokuro gamybai jau auginama didelė kultūrų dalis. Daugiau nei 50% rapsų sėklų Europoje naudojama biomasės gamybai, daugiau nei trečdalis Amerikos grūdų, beveik pusė cukranendrių auginama Brazilijoje

Yra problemų dėl augančių monokultūrų. Norėdami gauti daugiau biomasės derliaus, augintojai dažnai apsėja žemę konkrečiu augalu. Ši praktika nėra labai naudinga žemės ūkio naudmenų būklei, nes monokultūra lemia aplinkos pokyčius.

Laukuose, kuriuose užima vienos rūšies augalai, dažniausiai parazituojami specialūs kenkėjų tipai. Bandymas juos suvaldyti insekticidų ir pesticidų pagalba sukelia tik atsparumo šiems veiksniams vystymąsi.

Norėdami išvengti aukščiau aprašytų problemų, mokslininkai pataria nepamiršti pasėlių biologinės įvairovės, derinant kelis augalus laukuose, taip pat naudoti vietines floros veisles.

Dujinis biokuras

Yra du pagrindiniai dujinio kuro tipai:

• Biodujos
• Biohidrogenas

Biodujos

Organinių atliekų fermentacijos produktas, kuris gali būti naudojamas kaip išmatų likučiai, nuotekos, buitinės atliekos, skerdyklos atliekos, mėšlas, mėšlas, taip pat silosas ir dumbliai. Tai yra metano ir anglies dioksido mišinys. Organinės trąšos yra dar vienas buitinių atliekų perdirbimo produktas gaminant biodujas. Gamybos technologija siejama su sudėtingų organinių medžiagų transformacija veikiant bakterijoms, vykdančioms metano fermentaciją.

Technologinio proceso pradžioje atliekų masė homogenizuojama, tada paruošta žaliava krautuvu tiekiama į įkaitintą ir izoliuotą reaktorių, kur metano fermentacijos procesas vyksta tiesiai esant maždaug 35–38 ° C temperatūrai. Atliekų masė nuolat maišoma. Gautos biodujos tiekiamos į dujų rezervuarą (naudojamą dujoms laikyti), o po to - į elektros generatorių. Susidariusios biodujos pakeičia įprastas gamtines dujas. Gali būti naudojamas kaip biokuras arba iš jo gaminti elektrą.

Biohidrogenas

Jį galima gauti iš biomasės termocheminiais, biocheminiais ar biotechnologiniais metodais. Pirmasis gavimo būdas yra susijęs su medienos atliekų pašildymu iki 500–800 ° C temperatūros, todėl pradeda vystytis dujų - vandenilio, anglies monoksido ir metano - mišinys. Biocheminiu metodu naudojami bakterijų Rodobacter speriodes, Enterobacter cloacae fermentai, sukeliantys vandenilio gamybą skaldant augalų liekanas, kuriose yra celiuliozės ir krakmolo. Procesas vyksta esant normaliam slėgiui ir žemai temperatūrai.Biohidrogenas naudojamas vandenilio kuro elementų gamyboje transporto ir energetikos srityse. Kol kas jis nėra plačiai naudojamas.

Pasaulinės biokuro rinkos plėtros tendencijos

Biokuro plitimą skatinantys veiksniai yra energijos saugumo, klimato kaitos ir ekonomikos nuosmukio keliamos grėsmės. Biokuro gamybos plėtra visame pasaulyje siekia padidinti švaraus kuro, ypač transporto, dalį. sumažėjo daugelio šalių priklausomybė nuo importuojamos naftos; šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimo mažinimas; ekonominis vystymasis. Biodegalai yra alternatyva tradiciniams degalams, gaunamiems iš naftos. Pasaulio biokuro gamybos centrai 2014 m. Yra JAV, Brazilija ir Europos Sąjunga. Labiausiai paplitusi biodegalų rūšis yra bioetanolis, jo dalis sudaro 82% viso pasaulyje pagaminto kuro iš biologinių žaliavų. Pagrindiniai gamintojai yra JAV ir Brazilija. Biodyzelinas yra antroje vietoje. 49% biodyzelino produkcijos yra sutelkta Europos Sąjungoje. Ilgainiui nuolat didėjantis sausumos, oro ir jūrų transporto biokuro poreikis gali dramatiškai pakeisti dabartinę padėtį pasaulinėje energetikos rinkoje. Žemės ūkio žaliavų naudojimas skystam biokurui gaminti ir jo augimas paskatino žemės ūkio produktų paklausą, o tai turėjo įtakos biokuro gamybai naudojamų maistinių augalų kainoms. Antrosios kartos biokuras ir toliau auga, tikimasi, kad pasaulinė antrosios kartos biokuro gamyba iki 2020 m. Pasieks 10 milijardų litrų. Pasaulio biokuro gamyba iki 2020 m. Turėtų padidėti 25% ir siekti maždaug. 140 milijardų litrų. Europos Sąjungoje didžioji biodegalų dalis yra biodyzelinas, pagamintas iš aliejinių augalų sėklų (rapsų). Remiantis prognozėmis, ES šalyse plėsis bioetanolio gamyba iš kviečių ir kukurūzų, taip pat cukrinių runkelių. Tikimasi, kad Brazilijoje bioetanolio gamyba toliau augs sparčiau ir iki 2017 m. Pasieks maždaug 41 mlrd. Litrų. Prognozuojama, kad iki 2020 m. Bioetanolio ir biodyzelino gamyba sparčiai augs ir sudarys atitinkamai 125 ir 25 mlrd. Litrų. Biokuro gamyba Azijoje pradėjo sparčiai augti. Nuo 2014 m. Kinija yra trečia pagal dydį bioetanolio gamintoja ir tikimasi, kad ši produkcija per ateinančius dešimt metų augs daugiau nei 4% per metus. Prognozuojama, kad Indijoje bioetanolio gamyba iš melasos padidės daugiau nei 7% per metus. Tuo pačiu metu plečiama biodyzelino gamyba iš naujų augalų, tokių kaip jatrofa.

Remiantis Pasaulio energetikos agentūros (TEA) prognozėmis, 2025 m. Naftos trūkumas bus įvertintas 14 proc. TEA duomenimis, net jei bendras biokuro (įskaitant bioetanolį ir biodyzeliną) gamybos kiekis iki 2021 m. Pasieks 220 milijardų litrų, tada jo gamyba padengs tik 7% viso pasaulio degalų poreikio. Biokuro gamybos augimo tempas gerokai atsilieka nuo jų paklausos augimo tempo. Taip yra dėl pigių žaliavų prieinamumo ir nepakankamo finansavimo. Masinį komercinį biodegalų naudojimą lems kainų pusiausvyros pasiekimas naudojant įprastą iš naftos gautą kurą. Remiantis mokslininkų prognozėmis, atsinaujinančių energijos šaltinių dalis iki 2040 m. Sieks 47,7 proc., O biomasė - 23,8 proc.

Esant dabartiniam technologijų vystymosi lygiui, biokuro gamyba sudarys nedidelę pasaulio energijos tiekimo dalį, energijos kainos paveiks žemės ūkio žaliavų kainą.Biokuras gali įvairiai paveikti aprūpinimą maistu - kylančios žaliavų kainos, kurias lemia biokuro gamyba, gali pakenkti maisto importuotojams, kita vertus, paskatinti smulkiųjų ūkininkų vidaus žemės ūkio gamybą.

DUJŲ KOMANDA

Biomasė taip pat gamina dujinį kurą, kuris taip pat puikiai tinka automobiliams. Pavyzdžiui, metanas yra vienas iš pagrindinių natūralių ir vadinamųjų susijusių dujų, susidarančių distiliuojant aliejų, komponentų. Tokį mineralą lengvai galima pakeisti nereikalingu organinių atliekų kalnu - nuo banalaus mėšlo iki žuvų, mėsos, pieno ir daržovių pramonės atliekų. Ši biomasė maitina bakterijas, gaminančias biodujas. Išvalius jį iš anglies dioksido dujų, gaunamas vadinamasis biometanas. Pagrindinis skirtumas nuo įprasto metano, kurį veikia daugelis gamybos modelių, yra tai, kad jis nėra mineralas. Taigi kažkas, bet mėšlas ir augalai iki gyvenimo planetoje pabaigos nesibaigs.

Biometano gamybos schema (visos diagramos ir lentelės atidaromos visu dydžiu spustelėjus pelę):

Biokuras kaip alternatyvus energijos šaltinis:

Žmonija visada susidūrė su opia problema - surasti pigius energijos šaltinius, kurių gavimas nereikalavo per didelių išlaidų. Energijos išteklių naudojimo problema tapo ypač aktuali XX a., Kai paaiškėjo, kad neapgalvotas angliavandenilių deginimas dar labiau sumažins jų žemės atsargas. Mokslininkai priėjo prie išvados, kad laikui bėgant naftos ir dujų atsargos baigsis, o naujų laukų kūrimo išlaidos žymiai padidės, nes teks pritraukti daugiau įrangos ir gamybos pajėgumų. Šiuo laikotarpiu ekologija labai pablogėjo, skaudžiai reaguodama į nykstančią miško dangą ir besitęsiančią atmosferos, žarnyno ir vandens taršą.

Padidėjo alternatyvių šilumos energijos šaltinių, kurie galėtų pakeisti gamtines dujas ir naftą, svarba. Tokia efektyvi kryptis kartu su saulės energija vėjo energija tapo biologinės kilmės energijos nešėjų naudojimu (biokuras).

Biologinės kilmės kuras (biokuras) turėtų būti suprantamas kaip produktas, susintetintas iš gyvūninių ar augalinių žaliavų, taip pat iš biologinių atliekų, kurios, veikiamos tam tikros įtakos, išskiria šiluminę energiją.

Be kitų apibrėžimų biokuras taip pat yra: "Biokuras yra kuras, gaunamas iš biomasės kaip termocheminės ar biologinės reakcijos rezultatas".

54–60% biodegalų yra jo tradicinės formos: malkos, augalų liekanos ir džiovintas mėšlas namų šildymui ir maisto ruošimui. Jais naudojasi 38% pasaulio gyventojų.

VEGETARŲ MENIU

Dyzelinas taip pat gaminamas pagal nestandartinius receptus. Žaliavos yra rapsai, sojos pupelės, įvairūs aliejai ir riebalai. Toks kuras žymimas raide B ir skaičiais, atitinkančiais augalų komponentų dalį mišinyje. Cetano degalų skaičius yra didesnis nei įprastų: 51, palyginti su 42–45. Kuras yra labai biologiškai skaidomas, nekenkdamas aplinkai, ir praktiškai neturi sieros. Tarp reikšmingų trūkumų yra trumpas galiojimo laikas.

Biologiniai priedai dyzeliniams degalams dar nebuvo taip plačiai naudojami kaip bioetanolis. Nepaisant to, jis gaminamas daugelyje šalių. Yra šalių, kuriose 5% biologinis kiekis yra legalizuotas ir jų nereikia minėti parduodant.