Co je kapalné biopalivo?

Vyborg Timber Industry Corporation

VLK je největší závod na výrobu dřevěných pelet v Rusku s kapacitou až 1 milion tun ročně.

Biopalivo (Česky Biopalivo) – palivo z rostlinných nebo živočišných surovin, z odpadních produktů organismů nebo organického průmyslového odpadu.

Existují tři typy biopaliv:

  • kapalina (bioetanol, metanol, bionafta);
  • tuhá biopaliva (palivové dřevo, brikety, palivové pelety, štěpka, sláma, plevy);
  • plynné (syntézní plyn, bioplyn, vodík).

Biopaliva mohou být uhlíkově neutrální [1], protože všechny rostlinné plodiny do určité míry sekvestrují uhlík ze vzduchu. Některé jsou uhlíkově neutrální nebo dokonce uhlíkově negativní, zejména vytrvalé plodiny.

Obsah

generace biopaliv [ ]

Rostlinné materiály jsou rozděleny do generací.

Suroviny první generace jsou zemědělské plodiny s vysokým obsahem tuku, škrobu a cukrů. Rostlinné tuky se zpracovávají na bionaftu a škroby a cukry na etanol. Vzhledem k nepřímým změnám ve využívání půdy tyto suroviny často způsobují větší škody na klimatu, než kterým by se dalo předejít odstraněním spalování fosilních paliv. Jeho stažení z trhu navíc přímo ovlivňuje cenu potravinářských výrobků. Téměř všechna moderní dopravní biopaliva jsou vyráběna ze surovin první generace, použití surovin druhé generace je v raných fázích komercializace nebo v procesu výzkumu.

Dřevěné pelety

Nepotravinářské zbytky pěstovaných rostlin, trávy a dřeva (pelety) se nazývají druhá generace suroviny. Jeho produkce je mnohem levnější než produkce plodin první generace. Takové suroviny obsahují celulózu a lignin. Může být přímo spáleno (jak se tradičně dělalo s palivovým dřevem), zplynováno (produkující hořlavé plyny) nebo pyrolyzováno. Hlavními nevýhodami druhé generace surovin jsou zabrané půdní zdroje a relativně nízká návratnost na jednotku plochy.

Třetí generace suroviny – řasy. Nevyžadují půdní zdroje, mohou mít vysokou koncentraci biomasy a vysokou míru rozmnožování. Kromě pěstování řas v otevřených rybnících existují technologie pro pěstování řas v malých bioreaktorech umístěných v blízkosti elektráren. Odpadní teplo z tepelných elektráren dokáže pokrýt až 77 % tepla potřebného pro pěstování řas.

Druhy biopaliv [ ]

Biopaliva se dělí na pevná, kapalná a plynná.

Tuhá biopaliva [ ]

Dříví – nejstarší palivo používané lidstvem. V současné době se ve světě pěstují energetické lesy skládající se z rychle rostoucích druhů (topol, eukalyptus aj.) pro produkci palivového dřeva nebo biomasy [2].

READ
Proč jsou slepičí vejce modrá?

Alternativou k nim jsou palivové pelety a brikety — výlisky z dřevního odpadu (piliny, štěpky, kůra, tenké a nekvalitní dřevo, zbytky po těžbě), sláma, zemědělský odpad (slunečnicové slupky, ořechové skořápky, hnůj, kuřecí trus) a další biomasa.

Energetické zdroje biologického původu (hlavně hnůj apod.) se briketují, suší a spalují v krbech obytných budov a topeništích tepelných elektráren, čímž se vyrábí levná elektřina.

Kapalná biopaliva [ ]

Hlavní článek: Bioethanol

Bioethanol – běžný etanol získaný při zpracování rostlinných surovin pro použití jako biopalivo. Bioetanol je klasifikován jako biopalivo první generace a vyrábí se z biomasy, jako je kukuřice, cukrová třtina nebo pšenice.

Bioetanol je forma obnovitelné energie, kterou lze získat ze zemědělských surovin. Hodně se diskutuje o tom, jak účinný je bioetanol jako náhrada benzínu. Obavy z jeho produkce a využití se týkají především rostoucích cen potravin z důvodu potřeby velkého množství orné půdy potřebné k pěstování plodin a také množství znečištění z výroby bioetanolu, zejména z kukuřice.

Průmyslové pěstování a biotechnologická přeměna mořského fytoplanktonu ještě nedosáhly fáze komercializace, ale jsou považovány za jednu z perspektivních oblastí v oblasti získávání Biomethanol. Mezi potenciální výhody používání mikroskopických řas patří:

  • vysoká produktivita fytoplanktonu (až 100 t/ha za rok);
  • při výrobě se nepoužívají úrodné půdy ani sladká voda;
  • proces nekonkuruje zemědělské výrobě;
  • energetický výkon procesu dosahuje 14 ve fázi výroby metanu a 7 ve fázi výroby metanolu.

Biobutanol (C4H10O) – butylalkohol, který se vyráběl na počátku XNUMX. století pomocí bakterií Clostridia acetobutylicuma od poloviny století – z ropných produktů. Surovinou pro výrobu biobutanolu může být cukrová třtina, řepa, kukuřice, pšenice, maniok a v budoucnu i celulóza.

Dimethylether (C2H6O) lze vyrábět z uhlí, zemního plynu nebo biomasy. Velké množství dimethyletheru se vyrábí z odpadu buničiny a papíru. Dimethylether je ekologické palivo bez obsahu síry, obsah oxidů dusíku ve výfukových plynech je o 90 % nižší než u benzínu.

Bionafta — palivo na bázi tuků živočišného, ​​rostlinného a mikrobiálního původu, jakož i jejich esterifikační produkty. K výrobě bionafty se používají rostlinné nebo živočišné tuky. Suroviny mohou být řepkový, sójový, palmový, kokosový olej nebo jakýkoli jiný surový olej, stejně jako odpad z potravinářského průmyslu.

READ
Co lze použít místo filmu?

plynné palivo [ ]

Bioplyn – produkt fermentace organického odpadu (biomasy), představující směs metanu a oxidu uhličitého. K rozkladu biomasy dochází pod vlivem bakterií třídy metanogenů.

Biovodík – vodík získaný z biomasy termochemickými, biochemickými nebo jinými způsoby, například pomocí řas. Metan Syntetizuje se po čištění tzv. syntetického zemního plynu z pevných paliv obsahujících uhlík, jako je uhlí nebo dřevo. Tento exotermický proces probíhá při teplotě 300 až 450 °C a tlaku 1–5 bar v přítomnosti katalyzátoru. Svět již má několik zprovozněných zařízení na výrobu metanu z dřevěného odpadu.

Biopalivo – palivo z rostlinných nebo živočišných surovin, z odpadních produktů organismů nebo organického průmyslového odpadu.

Existují kapalná biopaliva (pro spalovací motory např. etanol, metanol, bionafta), pevná biopaliva (palivové dřevo, brikety, palivové pelety, dřevní štěpka, sláma, slupky) a plynná (syntézní plyn, bioplyn, vodík). 54–60 % biopaliva tvoří jeho tradiční formy: palivové dřevo, rostlinné zbytky a sušený hnůj pro vytápění domů a vaření. Používá je 38 % světové populace.

Nejcennější jsou plynná a kapalná biopaliva. Energetická přeměna biopaliv se prakticky neliší od energetické přeměny jakéhokoli uhlovodíkového paliva, proto je praktický zájem pouze o problematiku jeho výroby.

Biopaliva lze využít k přímé výrobě tepla (v tomto případě se spaluje vysušená biomasa nebo vzniklé dřevěné uhlí) nebo k výrobě elektřiny (v tomto případě se z biopaliv získává metan, který se využívá v autonomních palivových elektrárnách jako plynný palivo pro hnací motory).

Proces výroby metanu (CH4) z biomasy se nazývá anaerobní digesce. Jak název procesu (anaerobní) napovídá, probíhá za nepřítomnosti vzdušného kyslíku.

Р
Obr.1 Funkční schéma zařízení na výrobu anaerobního bioplynu.

Obr.2 Instalace pro výrobu bioplynu.

1 – ventil, 2 – pouzdro, 3 – píst, 4 – biomasa

Bioplyn se vyrábí takto:

Píst vytlačuje vzduch z biomasy.

Ventil se uzavře a biomasa se ohřívá bez přístupu vzduchu.

Ohřátá biomasa je intenzivně promíchávána pístem s lopatkami. V promíchávané zahřáté biomase dochází k anaerobním fermentačním procesům a začíná se uvolňovat bioplyn, ve kterém je převažující metan CH4.

Pod tlakem bioplynu se píst zvedá a plyn je vypouštěn do mezinádoby.

Metan z mezinádrže je po vyčištění kompresorem přečerpán do nádrže pro uskladnění a následné použití.

READ
Jak dlouho žije veverka degu?

Kromě získávání plynného paliva z biomasy je možné získat pevné (briketované nebo granulované) palivo a kapalné palivo (metanol).

Obr.3 Funkční schéma zařízení na výrobu kapalného paliva.

Výsledným palivem je metylalkohol a lze jej v určitých poměrech používat společně s benzínem.

Obecný způsob výroby pevného (dřevěné uhlí), plynného (bioplyn) a kapalného (pryskyřice a oleje) biopaliva je

Účinnost pyrolýzy je dána poměrem spalného tepla vyrobeného biopaliva ke spalnému teplu původní biomasy a dosahuje vysokých hodnot. Například generátor na dřevoplyn produkující vodík a CO má účinnost 90 %. Některé energetické ztráty jsou kompenzovány získáváním biopaliv vhodných pro použití v konvenčních tepelných motorech. To snižuje energetické ztráty ve srovnání s prostým spalováním biomasy.

Použitím pyrolýzních produktů při výrobě elektřiny je tedy možné dosáhnout vyšších hodnot účinnosti než při použití parních kotlů.

Pyrolýza probíhá ve čtyřech fázích, které se liší teplotou procesu:

100 – 120°C – materiál přiváděný do vyvíječe plynu padající dolů je zbaven vlhkosti;

275°C – výfukové plyny se skládají z N2, CO, CO2; Pryskyřice a oleje se uvolňují ve formě kondenzátu, který lze zpracovat na metanol nebo metan;

280 – 350°C – dochází k exotermickým reakcím, při kterých se uvolňují těkavé látky.;

350 – 600°C – vzniká vodík, metan a CO, část uhlíku přechází do formy dřevěného uhlí.

1. Bezzubtseva M.M., Volkov V.S. Netradiční a obnovitelná energie: poznámky k přednáškám pro studenty oboru 35.04.06. 2016. 127 „Agroinženýrství“, profil „Energetický management a inženýrství energetických systémů“. – SPb.: SPbGAU, XNUMX. – XNUMX s.

2. Bezzubtseva M.M., Volkov V.S. , Pirkin A.G., Fokin S.A. Energie technologických procesů – učebnice, 2011. – Petrohrad: SPbGAU, 265 s.

Rate article
Add a comment

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