הרכב בסיסי של דלק ביולוגי

אחד הפתרונות הרבים המסייעים בבלימת ההתחממות הגלובלית הוא למצוא מקורות אנרגיה חלופיים. פאנלים סולאריים וטורבינות רוח יכולים לתמוך בצרכי חשמל עולמיים, כולל מכוניות חשמליות, אך הנוכחי ההסתמכות על דלקים מאובנים להפעלת מכוניות, משאיות, מטוסים, גנרטורים ומנועים אחרים צריכה להיות פונה. דלק ביולוגי כמו ביו דיזל משתמש בדלק נוזלי שנוצר מחומר צמחי שעשוי להחליף שריפת דלקים מאובנים.

דלקים מאובנים נגזרים מנפט לא מזוקק. נפט גולמי זה הוא חומר שנוצר משאריות של צמחי חיים ובעלי חיים המוחזק בלחץ אדיר מזה מיליוני שנים.

שלושת הסוגים העיקריים של דלקים מאובנים הם נפט, פחם וגז טבעי, שאף אחד מהם אינו מתחדש. המשמעות היא שהדלקים המאובנים הקיימים כיום עשויים להיות מיצויים יום אחד. כדי להתכונן לקראת הופעת דלדול המאובנים נוצרו ונוצרו דלקים ביולוגיים.

דלק ביולוגי נגזרים מחומר צמחי חי או חי לאחרונה כמו תירס או עשב מתג, עשב רב שנתי שיכול לגדול בין 8 ל 10 מטר. חומר בתפזורת זה נקרא ביומסה ונחשב למקור אנרגיה מתחדש מכיוון שניתן לחדש את החומר הצמחי.

שריפת דלקים מאובנים מייצרת פחמן דו חמצני, ופחמן דו חמצני נוסף זה ידוע זה מכבר כמגביר את השפעת החממה הטבעית של האטמוספירה של כדור הארץ.

בקצרה, אפקט החממה הוא אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ, מחממת אותו, ואז מוקרנת מחדש לאטמוספירה. גזי חממה כמו פחמן דו חמצני או מתאן סופגים את האנרגיה הזו ומקרינים מחדש חלק ממנה חזרה לכדור הארץ. זה עוזר לחמם את האטמוספירה לטמפרטורה גלובלית ממוצעת של כ 16 מעלות צלזיוס (59 מעלות פרנהייט), המסוגל לתמוך בחיים.

דלקים מאובנים מאיצים את אפקט החממה על ידי הצבת יותר פחמן דו חמצני לאטמוספירה, וזה מעלה את הטמפרטורה של כדור הארץ, אפקט המכונה התחממות גלובלית. שינוי טמפרטורה זה יכול לגרום לשינויי אקלים כאשר האקלים הרגיל של כדור הארץ הופך להיות לא מאוזן.

שריפת דלקים ביולוגיים מייצרת גם פחמן דו חמצני, כמויות קטנות של פחמן חד חמצני וחלקיקים אחרים בדיוק כמו שעושים דלקים מאובנים. ההבדל הוא לא כל כך בתכולת הבעירה, אלא שהביומסה, בצמיחתם האחרונה, השתמשה בפחמן דו-חמצני אטמוספרי במהלך הפוטוסינתזה.

ההנחה היא שהדלק הביולוגי שנשרף מחליף את הפחמן הדו-חמצני המקורי שנלקח על ידי פוטוסינתזה. לָכֵן, דלקים ביולוגיים נחשבים ל יש פליטת פחמן דו חמצני נטו של אפס לאורך אורך חייהם.

דלקים מאובנים מורכבים מפחמימנים בצורת שרשרת וארומטית כאחד, אך דלק ביולוגי מורכב משרשראות פחמימנים עם קבוצות חמצן צמודות. ההרכב הכימי שלהם עשוי לכלול חומצות, אלכוהול ואסתר.

דלק ביולוגי הוא יותר גישה מעבר לאפס פליטת פחמן מכיוון שהשרפה של ביומסה עדיין מייצרת פחמן דו חמצני, חלקיקים ובתוספת חמצן, עשוי אפילו ליצור רעלים כמו פורמלדהיד בעירה תהליך.

לדלק ביולוגי יש דורות. הדור הראשון לייצור דלק ביולוגי הוא דלק המבוסס על גידולי צמחים כמו תירס או קנה סוכר. הדור השני הוא מפסולת מן החי או מהצומח, והדלק השלישי של הדלק השלישי נגזר מאצות.

ישנם סוגים שונים של דלק ביולוגי, ורבים מהם משמשים כיום בתערובות עם דלקים מאובנים בנזין או סולר. להלן דלקים ביולוגיים נפוצים הנמצאים כיום בשימוש והגדרותיהם, הרכבם וייצורם ושימושים בהם.

הגדרת הביו-דיזל הבסיסית היא דלק של צבע זהוב עד חום כהה המיועד כתחליף לדיזל. הרכב הביו-דיזל הוא בעיקר טריגליצרידים המסווגים כאסטרים. האסטרים עוברים עיבוד מחדש. שמנים ביולוגיים משומנים צמחיים ובעלי חיים - זה כולל שמנים משומשים מבישול - מגיבים עם אלכוהולים קצרים וזרז בתנאים מחוממים.

טרנספורמציה ממירה את האסטרים, חומצות השומן הארוכות, לביו דיזל וגליצרין. למרות שתערובת, הנוסחה הכימית הבסיסית של ביו-דיזל היא C₁₇ה₃₄או₂, עם קבוצת האסטרים –CO₂CH₃ בסוף שרשרת הפחמן הארוכה.

ביו דיזל משמשים במנועים המיועדים לסולר. ביו דיזל מייצר פחות גופרית בתהליך הבעירה אך מספק פחות אנרגיה מאשר סולר מבוסס נפט. יש צורך בשינויים מינימליים במנוע כדי להשתמש בביו דיזל; בדרך כלל, רק התקנת צינורות גומי סינתטיים ואטמים במערכת הדלק כאשר הדלק הביולוגי משפיל את הגומי הטבעי.

בטמפרטורות נמוכות, ריכוז גבוה של דלק ביולוגי הופך צמיג מדי מכדי לעבוד במנוע ולא יהיה מתאים לטמפרטורות מתחת ל 13 מעלות צלזיוס (55 מעלות פרנהייט) שכן קורוזיה לחלקי המנוע עשויה מתרחש. תערובות של פחות מ -20% דלק ביולוגי ו -80% או יותר סולר מקיפות את חשש הצמיגות הזה.

ניתן לרכוש ביו דיזל בתחנות דלק מסוימות והוא מופץ בדרך כלל כ- B100, 100 אחוז דלק ביולוגי, או B20, תערובת של 20 אחוז דלק ביולוגי ו 80 אחוז סולר. קילומטראז 'גז יורד מעל דירוג B20 של ביו דיזל. ירידה זו מבטלת כל רווח שיש לסולר בהשוואה לבנזין, במיוחד כשנוסעים במהירות גבוהה יותר.

הגדרת אתנול בסיסית היא נוזל חסר צבע המיוצר על ידי תסיסה טבעית של סוכרים. אתנול מורכב מפחמן, מימן וקבוצת הידרוקסיד, והוא נגזר מתירס, סלק סוכר ומקל סוכר. התהליך בו נעשה שימוש הוא תסיסה. התהליך החסכוני יותר הוא טחינת התירס לעקביות דמוית קמח לפני התסיסה.

לאחר תהליך התסיסה האתנול מזוקק (מטוהר) לריכוז גבוה. הנוסחה הכימית למולקולת האתנול היא C₂ה₅אה.

ניתן להשתמש באתנול במנועים המיועדים לבנזין. כל רכב שנמכר בארצות הברית יכול להפעיל תערובת של 10 אחוז אתנול ו 90 אחוז בנזין נטול עופרת. רוב הדלקים הנמכרים כעת משולבים באתנול.

אתנול מסייע לשריפת דלק בצורה מלאה יותר; זה מגביר את תשואת האנרגיה, אך יש בכך פוטנציאל לתרום יותר מזהמי ערפיח לסביבה.

ההגדרה הבסיסית של מתנול היא נוזל חסר צבע שמזוקק מחומר צמחי או על ידי חמצון מתאן. מתנול מורכב מפחמן, מימן והידרוקסיד. זהו הפשוט ביותר של אלכוהול עם נוסחה כימית CH₃אה. מתנול הוא פחות יקר לייצור מאשר אתנול והוא יכול להפיק מכל חומר צמחי או מפליטת גז או מפליטת תחנות כוח.

מתנול מיוצר באמצעות תגובת סינתזה של פחמן חד חמצני ומימן. רכיבים אלה עשויים להיווצר משריפת פחם, גז או ביומסה. שימוש בתוצר הפסולת של תהליך אחד, כמו הגזים משריפת הפחם, למוצרי התחלה של אחר התהליך, כמו יצירת מתנול, הוא מיחזור תעשייתי ויקטין את שחרור המזהמים לתחום אַטמוֹספֵרָה.

ניתן להשתמש במתנול במנועים המונעים על ידי בנזין. היתרונות של שימוש במתנול כדלק כוללים נפח נמוך יותר של רעלים וחלקיקים מהבעירה מאשר בנזין. ניתן לערבב עד 15 אחוזים מהמתנול בנפח במנועי בנזין ללא כל שינוי במנוע.

למרות שמתנול הוא פחות יקר באופן משמעותי, ההפחתה בקילומטראז 'הגז מבטלת את יעילות העלות. כמו כן, קשה להוציא מים ממתנול, וזה עלול לאבד צינורות מנוע וחותמות.

ההגדרה הבסיסית של ביובוטנול היא דלק נוזלי חסר צבע המיוצר מצמחים מסוימים, בעיקר תירס. ההרכב הבסיסי של בוטנול מורכב מפחמן, מימן וחמצן. זהו אלכוהול בעל ארבע פחמן (אלכוהול בוטיל) עם נוסחה כימית של C₄ה₁₀או

הביובוטנול נגזר בעיקר מתסיסה של חומרי גלם לתירס. בתסיסה של סוכרים פשוטים מחומרי גלם, מייצרים בוטאנול, אתנול ואצטון. ההפרדה בין תוצרי לוואי אלה מעלה את עלות הייצור, אם כי כל מפעל עיבוד שמייצר אתנול יכול לייצר גם בוטנול.

ביובוטנול פחות מאכל ומספק כמעט 25 אחוז יותר אנרגיה מאשר אתנול וניתן לשלב אותו עם בנזין בכדי לסייע בהפחתת גזי החממה. בוטנול עשוי להיות מעורבב עם בנזין לפני ההובלה בעוד שאתנול יש להעביר בנפרד ולערבב בשקע הדלק.

ביובוטנול מספק פחות אנרגיה מבנזין, אך יש בו פחות תרכובות רעילות משמעותית עם הבעירה. כל מכונית שעוברת על בנזין יכולה לפעול על תערובת ביובוטנול. מרבית יצרני הרכב יקבלו תערובת ביובוטנול עם בנזין עד 15 אחוז ללא שינויים במנוע.

ההגדרה הבסיסית של דלק ביולוגי לאצות היא דלק נוזלי ירוק בהיר המיוצר מאצות. כמו צמחים, אצות ממירות את אור השמש לאנרגיה על ידי פוטוסינתזה. ישנם מעל 100,000 זנים אצות מגוונים, החל מפרוטוזואה זעירה בבריכות ועד אצות גדולות באוקיאנוס.

לאצות יש ריכוז גבוה של שומנים או מולקולות שומניות ומכילות שמן. יש לחלץ את השומנים הללו וניתן להמירם בדלק ביולוגי. ישנם סוגים רבים של אצות, אך נוסחה כימית כללית של אצות ביולוגיות היא C₁₀₆ה₂₆₃או₁₁₀נ₁₆.

כלורלה וספירולינה מתאימים יותר לביוסינתזה מאשר אצות אחרות, אך מהונדסים גנטית אצות יוצרות אורגניזמים בעלי תכולת שומנים גבוהה יותר העלולים להגדיל את תפוקת האנרגיה עד 40 אָחוּז.

אצות עשויות להיות מעובדות בבריכות פתוחות גדולות או במערכות דמויות בריכה. מערכות לולאה סגורה אינן פתוחות לאוויר ויש לשאוב פנימה דו תחמוצת הפחמן. באמצעות CO₂ ממחסני עשן ניתן למחזר מוצר פסולת מתהליך אחד לצורך דלק אחר. גידול האצות הוא שופע, וניתן לאסוף את המוצר בממוצע כל חמישה ימים.

על מנת להפריד בין השומנים, האצות צריכות להיות אבקה יבשה. לעתים קרובות ייבוש האצות לוקח יותר אנרגיה מאשר האנרגיה שהדלק יספק כאשר הוא נשרף כדלק שמיש. פותחת טכנולוגיה חדשה שמדלגת על תהליך הייבוש ויש לה אצות במצב של מתלה נוזלי בעוד סילוני ממס מחלצים את השומנים.

כמו שמן צמחי, אצות מכילות ליפידים, וניתן להמיר דלק אצות לביו דיזל. ניתן להשתמש בו בכל מנוע דיזל.

ניתן ליצור תערובות הנעות בין B5, דלק ביולוגי של 5 אחוזים בסולר של 95 אחוזים, ל- B50, 50 אחוזים דלק ביולוגי ו- 50 אחוז סולר. תערובת B30 הייתה מעט יעילה יותר מאשר סולר במחקר אחד, ובמחקרים אחרים, CO₂ הפליטות היו גבוהות יותר מאשר לדלקים מאובנים.

דלק ביולוגי זקוק לגידול צמחים כבסיסו. בעולם של אוכלוסייה הולכת וגדלה - הצפויה להגיע ל -9.6 מיליארד עד שנת 2050 - השימוש באדמה פורייה לגידול צמחים לדלק לא יכול להיות לטובת בני האדם. עם זאת, אם היו מנצלים שטחים של אדמות מושפלות, כגון שטחים חקלאיים נטושים, זה היה מקזז דאגה זו.

מבין הדלקים המפורטים, ביו דיזל הוא הדמוקרטי ביותר. צרכן יכול, עם הפעלה ומרחב זולים, ליצור דלק ביולוגי בחצר ביתם. ניתן היה לאסוף שמן בישול משומש ממסעדות מקומיות, לסנן אותו ולהכניס אותו למיכל לשם ייצור מחדש.

עלות הדלקים הביולוגיים נותרה גבוהה בהשוואה לדלקים מאובנים. עם זאת, זה גם בגלל סובסידיות ממשלתיות של דלקים מאובנים. סבסוד דלקים מאובנים בארצות הברית יכול להיות בסדר גודל של טריליוני דולרים בשנה. אם היו מסובסדים דלקים מתחדשים בקצב זה, ניתן היה להוריד את עלויות הייצור, ודלקים ביולוגיים מתחדשים עלולים להתחרות בדלקים מאובנים.