20. gadsimta beigās cilvēce saskārās ar akūtu jautājumu par jaunu, alternatīvu enerģijas avotu atrašanu. Iemesls tam bija gaidāmā degvielas un enerģijas krīze un arvien pieaugošais vides piesārņojums. Bija jāatrod jauni siltumenerģijas avoti, kas varētu aizstāt naftu un gāzi. Paralēli saules enerģijas attīstībai ir parādījies vēl viens daudzsološāks un, pats galvenais, vairāk budžeta virziens - biodegvielas izmantošana.
Biodegviela ir degviela, kas iegūta, pārstrādājot biomasu ar termoķīmiskiem vai bioloģiskiem līdzekļiem - ar baktēriju palīdzību. Kā biomasu var izmantot gan augu, gan dzīvnieku izcelsmes izejvielas, kā arī organiskos ražošanas atlikumus un mājlopu atkritumus. Visbiežāk izmantotie avoti ir augi un koksnes atkritumi.
Atkarībā no agregācijas stāvokļa izšķir šādus biodegvielu veidus:
- Ciets (koksne, šķelda, degvielas briketes, kurināmā granulas, kūdras kūdra);
- Šķidrums (bioetanols, biobutanols, biometanols, biodīzeļdegviela);
- Gāzveida (biogāze, bioūdeņradis).
Cietā biodegviela
Malku, tāpat kā pirms gadsimtiem, turpina izmantot siltuma un elektrības ražošanai. Lielākās biomasas spēkstacijas Eiropā piemērs ir Austrijas koģenerācijas stacija. Tā jauda ir 66 MW.
Neskatoties uz to, ka pasaule aktīvi izstrādā un finansē projektus enerģētisko mežu izveidei, kur audzē koksnes biomasu, dažādu kokapstrādes rūpniecības produktu izmantošana biodegvielas ieguvei piesaista arvien lielāku uzmanību. Šādi uzņēmumi jau ir diezgan labi attīstīti un aktīvi piegādā savus produktus tirgum. Tie ietver degvielas briketes un degvielas granulas - granulas.
Lai iegūtu degvielas briketes, dažādus bioatkritumus, piemēram, putnu izkārnījumus un kūtsmēslus, žāvē un presē. Iegūtās briketes tiek izmantotas dzīvojamo un rūpniecisko telpu apsildīšanai.
Degvielas granulas - granulas tiek izmantotas līdzīgā veidā. Tos ražo no zāģskaidas, šķeldas, mizas, standartiem neatbilstošas koksnes, salmiem, lauksaimniecības atkritumiem (saulespuķu sēnalas, riekstu čaumalas). Lai iegūtu granulas, biomasu vispirms sasmalcina miltos, pēc tam nonāk žāvētavā un no tās uz speciālu presi, kur spiediena un augstas temperatūras ietekmē koksnes atkritumos esošais lignīns kļūst lipīgs. Tas ļauj iegūt gatavus biodegvielas cilindrus pie izejas. Atšķirīga degvielas granulu kvalitāte ir to zemais pelnu saturs - aptuveni 3%.
Arī dzīvojamo ēku apkurei izmantojamās kūdras iegūšanas tehnoloģija ir vienkārša. Izejvielas no ieguves vietas tiek nogādātas tieši kūdras pārstrādes rūpnīcā, kur kūdru attīra no piemaisījumiem (izsijā), žāvē un iespiež briketēs.
Citu biodegvielas veidu - šķeldu - Eiropā izmanto lielās termoelektrostacijās ar jaudu no viena līdz vairākiem megavatiem. Skaidu ražošana tiek veikta tieši mežizstrādē vai ražošanā, izmantojot īpašus šķeldotājus - smalcinātājus. Kā izejvielu parasti izmanto maza izmēra koksni un mežizstrādes atlikumus - zarus, mizu, celmus utt.
Ražošanas tehnoloģija
Tāpat kā jebkura tehnoloģiskā procesa organizēšanā, pašā sākumā tiek veikta ienākošo izejvielu ienākošā kontrole. Šajā gadījumā tiek veikta graudu izlases veida pārbaude.Sēklu kvalitāti izmanto, lai spriestu par visas partijas kvalitāti.
Nākamais solis ir eļļas iegūšana. Kāpēc izejvielas tiek sūtītas uz kanālu. Pēc eļļu izspiešanas iegūtās kūkas netiek izmestas, tās izmanto lopbarības ražošanai.
Eļļas tiek tālāk apstrādātas (tā sauktā esterifikācija). Tas sastāv no eļļas bagātināšanas ar metilesteriem. Šo vielu kopējam saturam visā tilpumā jābūt vismaz 96%.
Tehnoloģijas būtība ir pavisam vienkārša: nepieciešams pievienot metanolu un ķīmisko procesu aktivatoru (jebkuru sārmu). Metanola avots parasti ir zāģu skaidas. Tomēr uzdevumu ir iespējams vienkāršot. Metanola atdalīšanas vietā jūs varat atšķaidīt eļļu ar nepieciešamo daudzumu izopropilspirta vai etanola.
Lai notiktu esterifikācijas procesi, eļļu nepieciešams uzkarsēt līdz augstai temperatūrai. Parasti tas prasa laiku līdz divām stundām. Šajā gadījumā ir nepieciešams pastāvīgi uzraudzīt procesu un nenovērst uzmanību: pat neliels temperatūras paaugstinājums var izraisīt eļļas aizdegšanos.
Ķīmiskās reakcijas pabeigšanu pierāda glicerīna nogulumu saņemšana apakšā un divu slāņu veidošanās traukā. Tādēļ ir vēlams, lai šiem procesiem tiktu izmantots caurspīdīgs konteiners: šajā gadījumā ir iespējams vizuāli precīzi noteikt, kad process ir pabeigts, kas novērsīs vajadzību pēc turpmākajām modifikācijām un novērsīs noraidījumu saņemšanu.
Šķidrā biodegviela
Šķidrā biodegviela kļūst arvien populārāka videi draudzīguma un drošības dēļ. To galvenokārt izmanto iekšdedzes motoros. Šāda veida degvielu iegūst, apstrādājot dažādus augu materiālus.
Ir galvenie šķidro biodegvielu veidi:
- Bioetanols
- Biobutanols
- Biometanols
- Biodīzeļdegviela
Bioetanols
Ieņem vadošo pozīciju šķidro biodegvielu sarakstā. Tās darbības joma ir parastajās automašīnās, un pēdējos gados to izmanto arī kā biodegvielu mājas kamīniem. Bioetanolam, kas sajaukts ar benzīnu kā degvielu, ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar parasto benzīnu: tas uzlabo automašīnas dzinēja darbību, palielina tā jaudu, nepārkarst motoru, neveido kvēpus, kvēpus un dūmus.
Bioetanols ir lieliska alternatīva kamīnu mīļotājiem. Tā kā degšanas laikā tas neveido dūmus, kvēpus un izdala nelielu daudzumu oglekļa dioksīda. Var izmantot kamīnu sildīšanai pat daudzdzīvokļu mājās. Tajā pašā laikā vispār nav siltuma zudumu, kā tas parasti notiek ar parasto kamīnu darbību ar skursteni.
To ražo saskaņā ar spirta fermentācijas tehnoloģiju no izejvielām, kas satur cieti vai cukuru: kukurūzu, graudaugus, cukurniedres, cukurbietes. Ekonomiski ir pamatoti iegūt etanolu no izejvielām, kas satur celulozi.
Biobutanols
Kā degviela motoriem tā ir vēlamāka nekā bioetanols: tā labāk sajaucas ar benzīnu un to var izmantot arī kā atsevišķu degvielu. Lai to iegūtu, tiek izmantotas tradicionālās kultūras: cukurniedres, kukurūza, kvieši, cukurbietes. Kaut arī mazāk populārs nekā bioetanols.
Biometanols
Tās ražošanas tehnoloģija joprojām ir nepilnīga, un tai ir jāievieš daudz vairāk novatorisku izstrādājumu. To paredzēts iegūt, bioķīmiski pārveidojot jūras fitoplanktonu, kas kultivēts īpašos rezervuāros. Bet līdz šim nav bijis iespējams izveidot ražošanu rūpnieciskā mērogā. Biometanola pielietojums ir tāds pats kā parastajam metanolam. Tas ir vairāku vielu (formaldehīda, metilmetakrilāta, metilamīnu, etiķskābes utt.) Ražošana kā šķīdinātājs un antifrīzs.
Biodīzeļdegviela
To lieto automobiļu motoros gan atsevišķi, gan maisījumā ar parasto dīzeļdegvielu.Papildus biodīzeļdegvielas negatīvās ietekmes uz vidi neesamībai daudzi pētījumi ir uzsvēruši vēl vienu priekšrocību. Zema sēra satura dēļ biodīzeļdegvielas eļļošanas spēja ir labāka, kas palīdz pagarināt sērijveida dzinēju kalpošanas laiku. Izejvielas biodīzeļdegvielas ražošanai var būt gan augi (kokvilna, sojas pupas, rapšu sēklas), gan tauku eļļas (palmu, rapšu, kokosriekstu), aļģes.
NEPIECIEŠAMĀS TRANSPORTLĪDZEKĻU SISTĒMU PIELĀGOŠANAS DARBĪBĀ AR BIOETANOLU
Ir arī tīri krievu problēma. Saskaņā ar senām tradīcijām mūsu valsts alkoholu uzskata par antisociālu vielu un aizsargā iedzīvotājus no tā ar nodokļiem un ierobežojumiem. Šajā situācijā alkohola degvielas izmaksas, visticamāk, nebūs pievilcīgākas nekā parastais benzīns. Un vai viņiem būs atļauts visu diennakti pārdot etanolu? ..
Pastāv arī globāli šķēršļi. Viens no tiem ir vienotu standartu un prasību trūkums biodegvielai. Kur ir garantijas, ka, piemēram, daudzdzinēju Opel, kas ceļo pa Vāciju, patiks bioloģiskais benzīns, kas ražots no citām izejvielām kaimiņvalstī Francijā? Tāpēc mūsdienu modeļi, kas darbojas ar biodegvielu, parasti nenoniecina benzīnu vai dīzeļdegvielu.
Gāzveida biodegviela
Ir divi galvenie gāzveida kurināmā veidi:
- Biogāze
- Biodidrogēns
Biogāze
Organisko atkritumu fermentācijas produkts, ko var izmantot kā fekāliju atliekas, notekūdeņus, sadzīves atkritumus, kautuves atkritumus, kūtsmēslus, mēslus, kā arī skābbarību un aļģes. Tas ir metāna un oglekļa dioksīda maisījums. Organiskie mēslojumi ir vēl viens sadzīves atkritumu pārstrādes produkts biogāzes ražošanā. Ražošanas tehnoloģija ir saistīta ar sarežģītu organisko vielu pārveidošanu baktēriju ietekmē, kas veic metāna fermentāciju.
Tehnoloģiskā procesa sākumā atkritumu masa tiek homogenizēta, pēc tam sagatavoto izejvielu, izmantojot iekrāvēju, padod sakarsētā un izolētā reaktorā, kur metāna fermentācijas process notiek tieši aptuveni 35-38 ° C temperatūrā. Atkritumu masa tiek pastāvīgi sajaukta. Iegūtā biogāze tiek ievadīta gāzes tvertnē (ko izmanto gāzes uzglabāšanai) un pēc tam tiek padota elektriskajam ģeneratoram. Iegūtā biogāze aizstāj parasto dabasgāzi. Var izmantot kā biodegvielu vai no tā ražot elektrību.
Biodidrogēns
To var iegūt no biomasas ar termoķīmiskām, bioķīmiskām vai biotehnoloģiskām metodēm. Pirmā iegūšanas metode ir saistīta ar koksnes atkritumu sildīšanu līdz 500–800 ° C temperatūrai, kā rezultātā sāk attīstīties gāzu - ūdeņraža, oglekļa monoksīda un metāna - maisījums. Bioķīmiskajā metodē tiek izmantoti baktēriju Rodobacter speriodes, Enterobacter cloacae fermenti, kas izraisa ūdeņraža ražošanu, sadalot celulozi un cieti saturošus augu atlikumus. Process notiek normālā spiedienā un zemā temperatūrā. Bioūdeņradis tiek izmantots ūdeņraža kurināmā elementu ražošanā transportā un enerģētikā. Pagaidām tas netiek plaši izmantots.
Enerģijas priekšrocības
Bioloģiskā un zinātniskā interese par dabas enerģijas resursiem rodas šādu produkta pozitīvo īpašību dēļ:
- Materiāla ekonomiskā pieejamība... Daudzas valstis tērē daudz naudas naftas vai dabasgāzes pirkšanai. Valsts ekonomika cieš zaudējumus. Biodegvielu var iegūt gandrīz jebkurā valstī. Vietējā degvielas ražošana samazinās ārvalstu enerģijas resursu importēšanas izmaksas.
- Mobilitāte... Vēja vai saules enerģijas iekārtas ir paredzētas tikai stacionārai lietošanai. Nevar transportēt. Bioloģiskos materiālus, ja nepieciešams, var transportēt no viena reģiona uz citu.
- Biodegviela ir atjaunojamie resursi... Augu un dzīvnieku atkritumi nekad nepazudīs.
- Dabas resurss samazina siltumnīcefekta gāzu emisijas atmosfērā. Novērš globālās sasilšanas iespējamību.
- Biodegvielas izmantošana automašīnu dzinējiem samazina uzturēšanas izmaksas.
Ne pārāk tālā nākotnē degoša kurināmā izmantošana būs lētāka nekā benzīna lietošana.
Kaitīgo vielu emisija atmosfērā
Sadedzināšanas laikā samazinātais oglekļa dioksīda daudzums ir liels plus biodīzeļdegvielai. Saskaņā ar zinātnieku, kuri nodarbojas ar šiem jautājumiem, apliecinājumiem, CO2 izmešu daudzums, sadedzinot biodīzeļdegvielu, nepārsniedz oglekļa dioksīda pārstrādes apjomu tajās rūpnīcās, kuras kalpoja kā izejvielu avots degvielas ražošanai visā dzīves cikls.
Tomēr rodas degvielas sadegšanas emisijas. Tāpēc nav pilnīgi pareizi saukt biodīzeļdegvielu par videi draudzīgu degvielu. Tomēr daži uzskata, ka saražotā oglekļa dioksīda daudzums ir tik mazs, ka tos var atstāt novārtā. Šis apgalvojums ir ļoti pretrunīgs.
