A bioüzemanyag alapösszetétele

A globális felmelegedés visszaszorítására szolgáló számos megoldás egyike alternatív energiaforrások megtalálása. A napelemek és a szélturbinák képesek támogatni a globális áramszükségletet, beleértve az elektromos autókat is, de az áramot Gépjárművek, teherautók, repülőgépek, generátorok és egyéb motorok fosszilis tüzelőanyagokra való támaszkodására van szükség címzett. A bioüzemanyagok, mint például a biodízel, olyan növényi anyagokból előállított folyékony üzemanyagot használnak, amelyek helyettesíthetik a fosszilis üzemanyagok elégetését.

Fosszilis tüzelőanyagok finomítatlan kőolajból származnak. Ez a kőolaj a növényi és állati élet maradványaiból képződött anyag, amelyet évmilliók óta óriási nyomás alatt tartottak.

A fosszilis tüzelőanyagok három fő típusa a kőolaj, a szén és a földgáz, amelyek egyike sem megújuló. Ez azt jelenti, hogy a ma létező fosszilis üzemanyagok egy napon kimerülhetnek. A fosszilis üzemanyagok kimerülésének előkészítésére bioüzemanyagokat hoztak létre és készítenek.

Bioüzemanyagok élő vagy nemrégiben élő növényi anyagokból származnak, mint például a kukorica vagy a fűfű, egy évelő fű, amely 8-10 méter magasra nőhet. Ezt az ömlesztett anyagot biomasszának hívják, és megújuló energiaforrásnak tekintik, mivel a növényi anyag újratermeszthető.

A fosszilis tüzelőanyagok elégetése szén-dioxidot termel, és ez az extra szén-dioxid már régóta ismerten növeli a Föld légkörének természetes üvegházhatását.

Röviden: az üvegházhatás a nap energiája, amely eljut a Földre, felmelegíti, majd újra sugározza a légkörbe. Az üvegházhatású gázok, mint a szén-dioxid vagy a metán, elnyelik ezt az energiát, és egy részét visszasugározzák a Földre. Ez elősegíti az atmoszféra körülbelül 16 Celsius-fokos (59 Fahrenheit-fok) globális hőmérsékletre történő felmelegedését, amely képes támogatni az életet.

A fosszilis üzemanyagok felgyorsítják az üvegházhatást azáltal, hogy több szén-dioxidot juttat a légkörbe, és ez megemeli a bolygó hőmérsékletét globális felmelegedés. Ez a hőmérséklet-változás klímaváltozást okozhat, mivel a Föld szokásos éghajlata kiegyensúlyozatlanná válik.

A bioüzemanyagok elégetése szén-dioxidot, kis mennyiségű szén-monoxidot és egyéb részecskéket is termel, akárcsak a fosszilis tüzelőanyagok. A különbség nem annyira az égéstartalomban rejlik, hanem abban, hogy a biomassza a legutóbbi növekedés során a fotoszintézis során a légköri szén-dioxidot használta fel.

Az a feltételezés, hogy az elégetett bioüzemanyag helyettesíti a fotoszintézissel felvett eredeti szén-dioxidot. Ebből kifolyólag, bioüzemanyagok tekintik nettó szén-dioxid-kibocsátása nulla életük során.

A fosszilis tüzelőanyagok szénhidrogénekből állnak láncban és aromás formában egyaránt, de a bioüzemanyagok szénhidrogénláncokból állnak, amelyekhez oxigéncsoportok kapcsolódnak. Kémiai összetételük savakat, alkoholokat és észtereket tartalmazhat.

A bioüzemanyagok inkább átmeneti megközelítést jelentenek a nulla szén-dioxid-kibocsátáshoz, mivel a biomassza elégetése még mindig termel szén-dioxid, részecskék és hozzáadott oxigén mellett akár toxinokat is létrehozhat, például formaldehidet az égés során folyamat.

A bioüzemanyagnak generációi vannak. A bioüzemanyag-termelés első generációja növényi növényeken alapuló üzemanyag, például kukorica vagy cukornád. A második generáció állati vagy növényi hulladékból származik, a harmadik generációs bioüzemanyag pedig algákból származik.

Különböző típusú bioüzemanyagok léteznek, és jelenleg sokat használnak a fosszilis tüzelőanyagok benzin vagy dízel keverékeiben. Az alábbiakban bemutatjuk a jelenleg használt közös bioüzemanyagokat, meghatározásaikat, összetételüket, előállításukat és felhasználásaikat.

A biodízel alapvető meghatározása az aranytól a sötétig terjedő színű üzemanyag, amelyet a dízel pótlására szánnak. A biodízel összetétele leginkább trigliceridek, amelyeket észtereknek minősítenek. Az észtereket transzészterezéssel dolgozzák fel. Növényi és állati zsírokból származó biológiai olajok - ideértve a főzésből származó felhasznált olajat is - rövid szénláncú alkoholokkal és katalizátorral reagálnak meleg körülmények között.

Az átészterezés az észtereket, a hosszú láncú zsírsavakat biodízellé és glicerinné alakítja. Bár keverék, a biodízel alapvető kémiai képlete C₁₇H₃₄O₂, a –CO észtercsoporttal₂CH₃ a hosszú szénlánc végén.

A biodízeleket dízel üzemanyaghoz tervezett motorokban használják. A biodízel kevesebb ként termel az égési folyamat során, de kevesebb energiát szolgáltat, mint a kőolaj alapú dízel. A biodízel használatához minimális motormódosításra van szükség; általában csak szintetikus gumi tömlők és tömítések beépítése az üzemanyag-rendszerbe, mivel a bioüzemanyag lebontja a természetes gumit.

Alacsony hőmérsékleten a bioüzemanyag magas koncentrációja túl viszkózus lesz ahhoz, hogy motorban működjön, és nem lenne az alkalmas 13 Celsius fok (55 Fahrenheit fok) alatti hőmérsékletre, mivel a motor alkatrészei korróziót okozhatnak előfordul. 20% -nál kevesebb bioüzemanyag és 80% vagy annál több dízel keveréke kerüli ezt a viszkozitási problémát.

A biodízelt bizonyos üzemanyagtöltő állomásokon lehet megvásárolni, és általában B100, 100% bioüzemanyag vagy B20, 20% bioüzemanyag és 80% diesel keverék formájában forgalmazzák. A gáz futásteljesítmény csökken a biodízel B20 besorolása felett. Ez a csökkenés semmissé teszi a dízel nyereségét a benzinnel szemben, különösen nagyobb sebességgel haladva.

Az alapvető etanol-meghatározás színtelen folyadék, amelyet a cukrok természetes erjesztésével állítanak elő. Az etanol szénből, hidrogénből és hidroxidcsoportból áll, kukoricából, cukorrépából és cukornádból származik. Az alkalmazott eljárás fermentáció. A gazdaságosabb eljárás az, ha erjesztés előtt a kukoricát lisztszerű állagúra őrlik.

A fermentációs folyamat után az etanolt nagy koncentrációig desztilláljuk (tisztítjuk). Az etanol molekula kémiai képlete C₂H₅OH.

Az etanolt benzinhez tervezett motorokban lehet használni. Bármely, az Egyesült Államokban értékesített jármű 10% etanol és 90% ólommentes benzin keverékével működhet. A legtöbb eladott benzint etanollal keverik.

Az etanol segíti a benzin teljesebb égését; ez növeli az energiahozamot, de képes arra, hogy több szmogszennyező anyagot juttasson a környezetbe.

Az alapvető metanol-meghatározás növényi anyagból vagy metán oxidálásával desztillált színtelen folyadék. A metanol szénből, hidrogénből és hidroxidból áll. Ez a legegyszerűbb alkohol, amelynek kémiai képlete CH₃OH. A metanol előállítása olcsóbb, mint az etanol, és bármilyen növényi anyagból, hulladéklerakóból származó gáz vagy erőmű kibocsátásából származhat.

A metanolt szén-monoxid és hidrogén szintézisreakciójával állítják elő. Ezek az alkatrészek szén, gáz vagy biomassza elégetésével keletkezhetnek. Az egyik folyamat salakanyagának felhasználása, mint a szén elégetéséből származó gázok, egy másik kiindulási termékéhez A folyamat, mint a metanol létrehozása, ipari újrahasznosítás, és csökkenti a szennyező anyagok kibocsátását a szénhidrogénbe légkör.

A metanolt benzinüzemű motorokban lehet használni. A metanol üzemanyagként való alkalmazásának előnyei közé tartozik az égés során kisebb mennyiségű toxin és részecske, mint a benzin. A metanol térfogatának legfeljebb 15 százaléka keverhető benzinmotorokban a motor bármilyen módosítása nélkül.

Bár a metanol lényegesen olcsóbb, a gázfutás csökkentése megsemmisíti a költséghatékonyságot. Ezenkívül nehéz eltávolítani a vizet a metanolból, és ez korrodálhatja a motor tömlőket és tömítéseket.

A biobutanol alapvető meghatározása egy színtelen folyékony üzemanyag, amelyet bizonyos növényekből, főleg kukoricából állítanak elő. A butanol alapösszetétele szénből, hidrogénből és oxigénből áll. Ez egy négy szénatomos alkohol (butil-alkohol), amelynek kémiai képlete C₄H₁₀O.

A biobutanol elsősorban a kukorica alapanyagának fermentációjából származik. Alapanyagból az egyszerű cukrok fermentálásakor butanolt, etanolt és acetont állítanak elő. Ezeknek a melléktermékeknek a szétválasztása megnöveli a gyártási költségeket, bár bármely etanolt előállító feldolgozóüzem butanolt is előállíthat.

A biobutanol kevésbé maró hatású és csaknem 25 százalékkal több energiát szolgáltat, mint az etanol, és benzinnel keverhető az üvegházhatású gázok csökkentése érdekében. A butanolt a szállítás előtt keverhetjük benzinnel, míg az etanolt külön kell szállítani és összekeverni az üzemanyag-kimeneten.

A biobutanol kevesebb energiát szolgáltat, mint a benzin, de égéskor lényegesen kevesebb mérgező vegyületet tartalmaz. Bármely benzines üzemű autó biobutanol keverékkel is működhet. A legtöbb autógyártó elfogadja a benzinben elért biobutanol-keveréket akár 15% -ig, a motor módosítása nélkül.

Az alga bioüzemanyag alapvető meghatározása halványzöld folyékony üzemanyag, amely algákból készül. A növényekhez hasonlóan az algák is fotoszintézissel energiává alakítják a napfényt. Több mint 100 000 genetikailag sokféle algatörzs létezik, a tavak apró kezdőseitől kezdve az óceán nagy moszatáig.

Az algák magas koncentrációban tartalmaznak lipideket vagy zsíros, olajat tartalmazó molekulákat. Ezeket a lipideket ki kell extrahálni, és bioüzemanyaggá alakíthatók. Számos algatípus létezik, de az algák bioüzemanyagának általános képlete a C₁₀₆H₂₆₃O₁₁₀N₁₆.

A klorella és a spirulina alkalmasabb a bioszintézishez, mint más algák, de genetikailag módosítottak az algák magasabb lipidtartalmú organizmusokat hoznak létre, amelyek akár 40-re is növelhetik az energiahozamot százalék.

Az algákat nagy nyílt tavakban vagy medenceszerű rendszerekben lehet termeszteni. A zárt rendszerű rendszerek nincsenek nyitva a levegő előtt, és szén-dioxidot kell pumpálni. A CO használata₂ a füstölgőkből az egyik folyamat során keletkező hulladék újrahasznosítható a másik üzemanyagaként. Az alganövekedés bőséges, és a termék átlagosan ötnaponta gyűjthető.

A lipidek elválasztásához az algának száraz pornak kell lennie. Az algák szárítása gyakran több energiát igényel, mint az az energia, amelyet az üzemanyag szolgáltatna, ha felhasználható üzemanyagként elégetné. Új technológiát fejlesztenek ki, amely kihagyja a szárítási folyamatot, és az algák folyékony szuszpenzióban vannak, míg az oldószeres sugárok extrahálják a lipideket.

A növényi olajhoz hasonlóan az algák is tartalmaznak lipideket, és az algatüzelőanyagok biodízellá alakíthatók. Bármely dízelmotorban használható.

Keverékek készíthetők, amelyek a B5-től, az 5 százalékos bioüzemanyagtól 95 százalékos dízelben, a B50-ig, 50 százalékos bioüzemanyagig és 50 százalékig dízelig terjednek. A B30 keverék valamivel hatékonyabb volt, mint a dízel üzemanyag egy tanulmányban, más vizsgálatokban pedig a CO₂ kibocsátás magasabb volt, mint a fosszilis üzemanyagoké.

A bioüzemanyag alapja a növény növekedése. A folyamatosan növekvő népesség világában - amely várhatóan eléri a 9,6 milliárdot 2050-ig - a termékeny földterület felhasználása növények termesztésére üzemanyagként nem biztos, hogy az emberek érdeke. Ha azonban meggyalázott földterületeket hasznosítanának, például elhagyott termőföldeket, az ellensúlyozná ezt az aggodalmat.

A felsorolt ​​bioüzemanyagok közül a biodízel a legdemokratikusabb. A fogyasztó olcsó üzembe helyezésével és helyével bioüzemanyagot hozhat létre a kertjében. A használt étolajat összegyűjthették a helyi éttermekből, leszűrhették, majd az átészterezés céljából egy edénybe helyezhették.

A bioüzemanyagok költségei továbbra is magasak a fosszilis tüzelőanyagokhoz képest. Ez azonban a fosszilis üzemanyagok állami támogatásainak is köszönhető. A fosszilis tüzelőanyagok támogatása az Egyesült Államokban évi billió dollár nagyságrendű lehet. Ha ebben az arányban támogatnák a megújuló üzemanyagokat, akkor csökkenthetők lennének a termelési költségek, és a megújuló bioüzemanyagok versenyezhetnek a fosszilis üzemanyagokkal.