バイオ燃料の基本組成

地球温暖化を抑えるのに役立つ多くの解決策の1つは、代替エネルギー源を見つけることです。 ソーラーパネルと風力タービンは、電気自動車を含む世界の電力需要をサポートできますが、現在は 自動車、トラック、飛行機、発電機、その他のエンジンに電力を供給するために化石燃料に依存する必要があります 対処。 バイオディーゼルなどのバイオ燃料は、化石燃料の燃焼に取って代わる可能性のある植物材料から作成された液体燃料を使用します。

化石燃料 未精製の石油に由来します。 この原油は、何百万年もの間、途方もない圧力にさらされてきた動植物の残骸から形成された物質です。

化石燃料の3つの主要なタイプは、石油、石炭、天然ガスであり、いずれも再生可能ではありません。 これは、今日存在する化石燃料がいつか使い果たされる可能性があることを意味します。 化石燃料の枯渇の到来に備えるために、バイオ燃料が作成されてきました。

バイオ燃料 トウモロコシやスイッチグラスなどの生きている、または最近生きている植物材料に由来します。これは、8フィートから10フィートの高さに成長する可能性のある多年生草です。 このバルク材料はバイオマスと呼ばれ、植物材料を再成長させることができるため、再生可能なエネルギー源と見なされます。

化石燃料を燃やすと二酸化炭素が発生します。この余分な二酸化炭素は、地球の大気の自然な温室効果を高めることが長い間知られています。

簡単に言うと、温室効果とは、太陽のエネルギーが地球に到達し、地球を暖め、大気中に再放射することです。 二酸化炭素やメタンなどの温室効果ガスはこのエネルギーを吸収し、その一部を地球に再放射します。 これは、大気を摂氏約16度（華氏59度）の平均地球温度に暖めるのに役立ち、生命を支えることができます。

化石燃料は温室効果を加速します より多くの二酸化炭素を大気中に置くことによって、そしてこれは惑星の温度を上げます、として知られている効果 地球温暖化. この温度変化は、地球の通常の気候が不均衡になるため、気候変動を引き起こす可能性があります。

バイオ燃料を燃やすと、化石燃料と同じように、二酸化炭素、少量の一酸化炭素、その他の粒子状物質も生成されます。 違いは燃焼内容にそれほどありませんが、バイオマスは最近の成長で、光合成中に大気中の二酸化炭素を使用していました。

燃焼したバイオ燃料が、光合成によって取り込まれた元の二酸化炭素に取って代わると想定されています。 したがって、 バイオ燃料 と見なされます 正味の二酸化炭素排出量はゼロです 彼らの寿命にわたって。

化石燃料は鎖状と芳香族の両方の形態の炭化水素で構成されていますが、バイオ燃料は酸素基が結合した炭化水素鎖で構成されています。 それらの化学組成には、酸、アルコール、およびエステルが含まれる場合があります。

バイオマスの燃焼は依然として生成するため、バイオ燃料はゼロカーボン排出への移行アプローチに近い 二酸化炭素、粒子状物質、および酸素が追加されると、燃焼時にホルムアルデヒドなどの毒素が生成される可能性があります 処理する。

バイオ燃料には世代があります。 第一世代のバイオ燃料生産は、トウモロコシやサトウキビなどの植物作物に基づく燃料です。 第2世代は動物または植物の廃棄物に由来し、第3世代のバイオ燃料は藻類に由来します。

さまざまな種類のバイオ燃料が存在し、その多くは現在、化石燃料であるガソリンやディーゼルとのブレンドで使用されています。 以下は、現在使用されている一般的なバイオ燃料とその定義、組成、生産および使用法です。

基本的なバイオディーゼルの定義は、ディーゼルの代替として意図された黄金色から暗褐色の燃料です。 バイオディーゼルの組成は、ほとんどがエステルとして分類されるトリグリセリドです。 エステルはエステル交換反応によって処理されます。 植物性および動物性脂肪からの生物学的油（これには料理からの使用済み油が含まれます）は、加熱された条件下で短鎖アルコールおよび触媒と反応します。

エステル交換は、長鎖脂肪酸であるエステルをバイオディーゼルとグリセリンに変換します。 混合物ですが、基本的なバイオディーゼルの化学式はCです₁₇H₃₄O₂、エステル基–CO₂CH₃ 長い炭素鎖の終わりに。

バイオディーゼルは、ディーゼル燃料用に設計されたエンジンに使用されます。 バイオディーゼルは、燃焼プロセスで生成される硫黄が少なくなりますが、石油ベースのディーゼルよりも少ないエネルギーを供給します。 バイオディーゼルを使用するには、最小限のエンジン変更が必要です。 通常、バイオ燃料は天然ゴムを分解するため、燃料システムに合成ゴムホースとシールを取り付けるだけです。

低温では、高濃度のバイオ燃料は粘性が高くなりすぎてエンジンで機能しなくなり、 エンジン部品の腐食が発生する可能性があるため、摂氏13度（華氏55度）未満の温度に適しています 発生する。 20パーセント未満のバイオ燃料と80パーセント以上のディーゼルのブレンドは、この粘度の懸念を回避します。

バイオディーゼルは特定の燃料ステーションで購入でき、通常、B100、100％バイオ燃料、またはB20、20％バイオ燃料と80％ディーゼルの混合物として配布されます。 燃費は、バイオディーゼルのB20定格を超えると減少します。 この減少は、特に高速で走行する場合に、ディーゼルがガソリンに対して持つ利益を無効にします。

基本的なエタノールの定義は、砂糖の自然発酵によって生成される無色の液体です。 エタノールは、炭素、水素、水酸化物基で構成されており、トウモロコシ、テンサイ、サトウキビに由来します。 使用されるプロセスは発酵です。 より経済的なプロセスは、発酵する前にトウモロコシを小麦粉のような粘稠度に粉砕することです。

発酵工程の後、エタノールは高濃度に蒸留（精製）されます。 エタノール分子の化学式はCです。₂H₅ああ。

エタノールはガソリン用に設計されたエンジンで使用できます。 米国で販売されているすべての車両は、10パーセントのエタノールと90パーセントの無鉛ガソリンのブレンドで走行できます。 現在販売されているガソリンのほとんどはエタノールと混合されています。

エタノールはガソリンをより完全に燃焼させるのに役立ちます。 これはエネルギー収量を高めますが、環境により多くのスモッグ汚染物質をもたらす可能性があります。

基本的なメタノールの定義は、植物材料から、またはメタンを酸化することによって蒸留された無色の液体です。 メタノールは、炭素、水素、水酸化物で構成されています。 化学式CHの最も単純なアルコールです₃ああ。 メタノールはエタノールよりも製造コストが低く、あらゆる植物材料から、または埋立地ガスや発電所の排出物から得ることができます。

メタノールは、一酸化炭素と水素の合成反応によって生成されます。 これらの成分は、石炭、ガス、またはバイオマスの燃焼から生成される可能性があります。 石炭の燃焼からのガスのような、あるプロセスの廃棄物を別のプロセスの出発製品に使用する メタノールの生成と同様に、このプロセスは産業リサイクルであり、汚染物質の放出を削減します。 雰囲気。

メタノールはガソリンエンジンで使用できます。 燃料としてメタノールを使用する利点には、ガソリンよりも燃焼による毒素や粒子状物質の量が少ないことが含まれます。 ガソリンエンジンでは、エンジンを変更することなく、最大15体積パーセントのメタノールを混合できます。

メタノールは大幅に安価ですが、燃費の低下は費用対効果を打ち消します。 また、メタノールから水分を除去することは困難であり、これはエンジンホースとシールを腐食させる可能性があります。

基本的なバイオブタノールの定義は、特定の植物、主にトウモロコシから作られた無色の液体燃料です。 ブタノールの基本的な組成は、炭素、水素、酸素で構成されています。 化学式Cの4炭素アルコール（ブチルアルコール）です。₄H₁₀O。

バイオブタノールは、主にトウモロコシ原料の発酵に由来します。 原料からの単糖の発酵では、ブタノール、エタノール、アセトンが生成されます。 これらの副産物の分離は生産コストを増加させますが、エタノールを生産するどの処理プラントもブタノールを生産することができます。

バイオブタノールは腐食性が低く、エタノールよりも25％近く多くのエネルギーを提供し、ガソリンとブレンドして温室効果ガスを削減することができます。 ブタノールは輸送前にガソリンと混合することができますが、エタノールは別々に輸送して燃料出口で混合する必要があります。

バイオブタノールはガソリンよりも少ないエネルギーを提供しますが、燃焼時の有毒化合物は大幅に少なくなります。 ガソリンで走る車はどれでも、バイオブタノールブレンドで走ることができます。 ほとんどの自動車メーカーは、エンジンに変更を加えることなく、最大15パーセントのガソリンとのバイオブタノールブレンドを受け入れます。

基本的な藻類のバイオ燃料の定義は、藻類から作られた薄緑色の液体燃料です。 植物のように、藻類は光合成によって太陽光をエネルギーに変換します。 池の小さな原生動物から海の大きな昆布まで、10万を超える遺伝的に多様な藻類が生息しています。

藻類には、高濃度の脂質または脂肪質の油を含む分子が含まれています。 これらの脂質は抽出する必要があり、バイオ燃料に変換することができます。 藻類には多くの種類がありますが、一般的な藻類のバイオ燃料の化学式はCです。₁₀₆H₂₆₃O₁₁₀N₁₆.

クロレラとスピルリナは他の藻類よりも生合成に適していますが、遺伝子組み換えされています 藻類は脂質含有量の高い生物を作り出し、エネルギー収量を最大40増加させる可能性があります パーセント。

藻類は、大きな開いた池やプールのようなシステムで栽培される場合があります。 閉ループシステムは大気に開放されておらず、二酸化炭素を送り込む必要があります。 COの使用₂ 煙突からの廃棄物は、あるプロセスからの廃棄物を別のプロセスの燃料としてリサイクルできます。 藻類の成長は豊富で、製品は平均5日ごとに収集できます。

脂質を分離するために、藻類は乾燥粉末である必要があります。 多くの場合、藻類の乾燥には、使用可能な燃料として燃焼したときに燃料が提供するエネルギーよりも多くのエネルギーが必要です。 乾燥プロセスをスキップし、溶媒のジェットが脂質を抽出する間、藻類を液体懸濁液の状態にする新しい技術が開発されています。

植物油と同様に、藻類には脂質が含まれており、藻類の燃料はバイオディーゼルに変換できます。 あらゆるディーゼルエンジンで使用できます。

ブレンドは、95％ディーゼル中の5％バイオ燃料であるB5から、50％バイオ燃料および50％ディーゼルであるB50までの範囲で作成できます。 B30ブレンドは、ある研究ではディーゼル燃料よりもわずかに効率的であり、他の研究ではCO₂ 排出量は化石燃料よりも高かった。

バイオ燃料はその基盤として植物の成長を必要としています。 2050年までに96億人に達すると予想される人口が増え続ける世界では、肥沃な土地を使って燃料用の植物を育てることは、人間の最善の利益にはならないかもしれません。 しかし、放棄された農地など、荒廃した土地の領域が利用された場合、それはこの懸念を相殺するでしょう。

記載されているバイオ燃料の中で、バイオディーゼルは最も民主的です。 消費者は、安価なスタートアップとスペースで、裏庭でバイオ燃料を作ることができます。 使用済み食用油は、地元のレストランから収集し、ろ過してから、エステル交換反応のために容器に入れることができます。

化石燃料と比較した場合、バイオ燃料のコストは依然として高いままです。 しかし、これは化石燃料に対する政府の補助金によるものでもあります。 米国の化石燃料補助金は、年間数兆ドルのオーダーになる可能性があります。 再生可能燃料がこの割合で助成されれば、生産コストが削減され、再生可能バイオ燃料が化石燃料と競合する可能性があります。