Органические отходы в энергию – как работает биотопливо?

Биоэнергетика набирает популярность, но как работает биотопливо? В этой статье объясняется процесс превращения органических отходов в возобновляемые источники энергии, которые можно использовать различными способами.

Существует множество видов биотоплива, и все они работают одинаково. Этот термин обычно относится к созданию возобновляемого топлива, которое производится с использованием ресурсов биомассы.

Использование биологического процесса, а не географического (например, ископаемого топлива) дает некоторые преимущества. Двумя наиболее распространенными видами биотоплива в мире являются этанол и биодизель.

Эти возобновляемые источники энергии используют различные типы биомассы в качестве исходного сырья. Сюда входят кукурузный крахмал и сахарный тростник, отходы животноводства или растительное масло.

Однако есть и другие потенциальные источники биотоплива. Водоросли и отходы лесного хозяйства демонстрируют высокий уровень исследований и разработок для производства биотоплива. Биотопливо в целом изучается и разрабатывается во всем мире как потенциальный глобальный источник энергии будущего. Учитывая рост его популярности, важно понимать, как работает биотопливо.

Итак, как работает биотопливо?

Биотопливо — это форма горючего топлива, которое производится из возобновляемых ресурсов, таких как:

• пищевые отходы
• собранный урожай
• специально выращенные материалы, такие как водоросли

Однако они работают почти так же, как ископаемое топливо. При сгорании биотоплива выделяется энергия. Затем этот источник энергии преобразуется в движение или тепло. Для промышленных объектов, использующих биомассу и биотопливо, источник энергии может создавать больше продукции или просто обогревать здания.

Биотопливо требует сложной обработки. Для его производства используется широкий спектр источников биомассы и методов. Этанол чаще всего производится с использованием спирта, который можно найти в сахарном тростнике и кукурузе.

Микробные процессы для биотоплива

В настоящее время этанол смешивают с бензином и дизельным топливом из-за его эффективности в снижении выбросов углекислого газа. Более того, использование биотоплива для производства этанола требует выполнения нескольких основных шагов:

• Ферментация сахара с использованием микробных процессов
• Дистилляция (удаление воды)
• Дегидратация (удаление воды)

Две стадии удаления воды обеспечивают максимально возможное удаление воды из биомассы. Это делает его более подходящим для двигателей и промышленного использования.

переэтерификация

Биодизель использует совершенно другой производственный процесс, называемый переэтерификацией. При этом используются химические реакции липидов и спирта для производства более энергоэффективного биотоплива.

И биоэтанол, и чистое биодизельное топливо работают так же, как и другие виды жидкого топлива. Их можно использовать в качестве источника энергии на производственных предприятиях, в домах, транспортных средствах и коммерческих зданиях.

Использование биотоплива

Хотя биотопливо можно использовать в различных условиях, в настоящее время оно чаще всего используется в транспортной отрасли. Биодизель и этанол — это два вида жидкого биотоплива, обычно используемые в транспортных средствах с гибким топливом.

Биодизель

Биодизель, известный как более чистая замена дизельному топливу на нефтяной основе, используется в двигателях с воспламенением от сжатия. Биодизель является биоразлагаемым, нетоксичным и производится путем смешивания спирта с жирами из биомассы, такими как животный жир или растительное масло.

Биодизель также можно смешивать с дизельным топливом.

Этиловый спирт

Этанол — это тип спирта, ферментированный с использованием различных растительных материалов, таких как крахмал и сахара. Он обычно используется в качестве смешивающего агента с бензином. Смеси этанола, такие как E10 и E85, используются на большинстве заправочных станций в Соединенных Штатах и ​​помогают сократить выбросы углерода. Разница между смесями заключается в процентном содержании этанола.

Создание конечного продукта

Производство современного биотоплива, такого как возобновляемое углеводородное топливо и целлюлозный этанол, включает несколько этапов.

Во-первых, должна быть разрушена прочная клеточная стенка растения. Стенка включает в себя несколько биологических молекул, тесно связанных друг с другом, в том числе лигнин, целлюлозу и гемицеллюлозу. Есть два разных способа сломать эту стену.Его можно разрушить под воздействием высоких или низких температур.

Демонтаж при высоких температурах

В этом процессе используются экстремальные уровни тепла для преобразования твердой биомассы в промежуточные продукты, которые являются либо газообразными, либо жидкими. Добиться этого можно тремя основными способами:

• Пиролиз
• Газификация
• Гидротермальное сжижение

Процесс пиролиза требует быстрого нагрева биомассы в среде, не содержащей кислорода. Температуры чрезвычайно высоки, обычно между 500°C и 700°C.

Из-за тепла биомасса может быть разбита на пиролизный пар, газ и уголь. Затем char удаляется. Пару дают время остыть, а затем он сжимается в жидкую форму, часто называемую биосырой нефтью.

Процесс газификации аналогичен, но есть некоторые ключевые отличия. Температурный диапазон выше, с температурами выше 700°C. В окружающей среде также присутствует некоторое количество кислорода, поэтому можно производить синтез-газ (синтез-газ). Эта смесь в основном состоит из водорода и монооксида углерода.

Термический процесс, обычно рекомендуемый для влажного сырья, такого как водоросли, представляет собой гидротермальное сжижение. В этом процессе вода подвергается воздействию более умеренных температур в диапазоне от 200°C до 350°C. Затем давление повышают, чтобы биомассу можно было превратить в жидкую биосырую нефть.

Демонтаж при низких температурах

В процессе демонтажа при более низких температурах обычно используются биологические катализаторы, такие как химические вещества или ферменты. Это позволяет деконструировать сырье и превращать его в промежуточные продукты.

Во-первых, процесс начинается с этапа предварительной обработки. Затем стенки водорослей и растительных клеток открываются, чтобы облегчить доступ к гемицеллюлозе, целлюлозе и другим полимерам сахара.

Наконец, в процессе гидролиза эти полимеры расщепляются на строительные блоки простого сахара. Это можно сделать химически или ферментативно.