ბიოსაწვავის ძირითადი შემადგენლობა

გლობალური დათბობის აღსაკვეთად მრავალი გამოსავალია ენერგიის ალტერნატიული წყაროების პოვნა. მზის პანელებსა და ქარის ტურბინებს შეუძლიათ ელექტროენერგიის გლობალური საჭიროებების მხარდაჭერა, ელექტრომობილების ჩათვლით, მაგრამ მიმდინარე ნარჩენების საწვავზე დამოკიდებულება საჭიროა ავტომობილების, სატვირთოების, თვითმფრინავების, გენერატორების და სხვა ძრავების ენერგიაზე. მიმართა. ბიოსაწვავი, როგორიცაა ბიოდიზელი, იყენებს მცენარეული მასალისგან შექმნილ თხევად საწვავს, რომელმაც შეიძლება შეცვალოს წიაღისეული საწვავის დაწვა.

Წიაღისეული მიიღება არარაფინირებული ნავთობიდან. ეს ნედლი ზეთი არის ნივთიერება, რომელიც წარმოიქმნება მცენარეთა და ცხოველთა სიცოცხლის ნაშთებისგან, რომელიც მილიონობით წლის განმავლობაში იმართებოდა უზარმაზარ ზეწოლას.

წიაღისეული საწვავის სამი ძირითადი ტიპია ნავთობი, ქვანახშირი და ბუნებრივი აირი, რომელთაგან არცერთი განახლებადია. ეს ნიშნავს, რომ ნამარხი საწვავი, რომელიც დღეს არსებობს, შეიძლება ერთ დღეს ამოწურა. ნამარხი საწვავის შემცირების აღმოსაფხვრელად მოსამზადებლად შეიქმნა და იქმნება ბიოსაწვავი.

ბიოსაწვავი წარმოიქმნება ცოცხალი ან ახლახანს მცხოვრები მცენარეული მასალისგან, როგორიცაა სიმინდი ან სვიის მწვანილი, მრავალწლიანი ბალახი, რომლის ზრდა 8 მეტრიდან 10 მეტრამდე შეიძლება. ამ ნაყარ მასალას ბიომასას უწოდებენ და ითვლება ენერგიის განახლებადი წყაროდ, რადგან მცენარეული მასალა შეიძლება გაიზარდოს.

ნამარხი საწვავის დაწვისას წარმოიქმნება ნახშირორჟანგი და ეს დამატებითი ნახშირორჟანგი უკვე დიდი ხანია ცნობილია, რომ ზრდის დედამიწის ატმოსფეროს ბუნებრივ სათბურის ეფექტს.

მოკლედ, სათბურის ეფექტი არის მზის ენერგია, რომელიც მიაღწევს დედამიწას, ათბობს მას, შემდეგ ხდება მისი ხელახალი გამოსხივება ატმოსფეროში. სათბურის გაზები, როგორიცაა ნახშირორჟანგი ან მეთანი, შთანთქავს ამ ენერგიას და ნაწილობრივ ხელახლა ასხივებს დედამიწას. ეს ეხმარება ატმოსფეროს საშუალო გლობალურ ტემპერატურაზე დაახლოებით 16 გრადუსი ცელსიუსით (59 გრადუსი ფარენგეიტით), რაც სიცოცხლის შენარჩუნებას შეძლებს.

წიაღისეული საწვავი აჩქარებს სათბურის ეფექტს ნახშირორჟანგის მეტი ატმოსფეროში განთავსებით და ეს ზრდის პლანეტის ტემპერატურას, ეფექტს, რომელსაც ეწოდება გლობალური დათბობა. ამ ტემპერატურულმა ცვლამ შეიძლება გამოიწვიოს კლიმატის ცვლილება, რადგან დედამიწის ჩვეულებრივი კლიმატი ხდება გაუწონასწორებელი.

ბიოსაწვავის დაწვისას ასევე წარმოიქმნება ნახშირორჟანგი, მცირე რაოდენობით ნახშირბადის მონოქსიდი და სხვა ნაწილაკები, ისევე როგორც წიაღისეული საწვავი. განსხვავება არ არის მხოლოდ წვის შემცველობაში, არამედ იმაში, რომ ბიომასამ, მათი ბოლოდროინდელი ზრდის დროს, ატმოსფერული ნახშირორჟანგი გამოიყენა ფოტოსინთეზის დროს.

დაშვებაა, რომ დამწვარი ბიოსაწვავი ანაცვლებს ფოტოსინთეზის შედეგად მიღებულ ნახშირორჟანგს. ამიტომ, ბიოსაწვავი ითვლება ნახშირორჟანგის წმინდა ნულოვანი გამოყოფა მათი სიცოცხლის განმავლობაში.

წიაღისეული საწვავი შედგება ნახშირწყალბადებისგან როგორც ჯაჭვის, ასევე არომატული ფორმისა, მაგრამ ბიოსაწვავი შედგება ნახშირწყალბადების ჯაჭვებისგან, რომლებსაც აქვთ მიერთებული ჟანგბადის ჯგუფები. მათი ქიმიური შემადგენლობა შეიძლება შეიცავდეს მჟავებს, სპირტებს და ეთერებს.

ბიოსაწვავი უფრო მეტად გარდამავალი მიდგომაა ნახშირბადის ნულოვან გამონაბოლქვთან, ვინაიდან ბიომასის წვა კვლავ აწარმოებს ნახშირორჟანგი, ნაწილაკები და დამატებული ჟანგბადი, შესაძლოა ტოქსინებიც კი შექმნას, მაგალითად ფორმალდეჰიდი წვის დროს პროცესი

ბიოსაწვავს თაობები აქვს. ბიოსაწვავის წარმოების პირველი თაობა არის საწვავი, რომელიც დაფუძნებულია მცენარეულ კულტურებზე, როგორიცაა სიმინდი ან შაქრის ლერწამი. მეორე თაობა არის ცხოველური ან მცენარეული ნარჩენებისგან, ხოლო მესამე თაობის ბიოსაწვავი წყალმცენარეებისგან არის მიღებული.

არსებობს სხვადასხვა სახის ბიოსაწვავი, და ამჟამად ბევრი მათგანი გამოიყენება წიაღისეული საწვავის ბენზინთან ან დიზელთან. ქვემოთ მოცემულია ამჟამად გამოყენებული ჩვეულებრივი ბიოსაწვავი და მათი განმარტებები, შემადგენლობა და წარმოება და გამოყენება.

ბიოდიზელის ძირითადი განმარტება არის საწვავი ოქროსფერიდან მუქი ყავისფერი ფერისა, რომელიც განკუთვნილია დიზელის შემცვლელად. ბიოდიზელის შემადგენლობა ძირითადად წარმოადგენს ტრიგლიცერიდებს, რომლებიც კლასიფიცირდება როგორც ესერები. ეთერების დამუშავება ხდება ტრანსსტერიფიკაციის გზით. მცენარეული და ცხოველური ცხიმების ბიოლოგიური ზეთები - ეს მოიცავს გამოყენებული ზეთების მომზადებას - რეაგირებენ მოკლედ ჯაჭვურ სპირტებთან და კატალიზატორთან გაცხელებულ პირობებში.

ტრანესტერიფიკაცია გარდაქმნის ეთერებს, გრძელი ჯაჭვის ცხიმოვან მჟავებს, ბიოდიზელად და გლიცერინად. მიუხედავად იმისა, რომ ნარევია, ბიოდიზელის ძირითადი ქიმიური ფორმულაა C₁₇ჰ₃₄ო₂, ესტერების ჯგუფთან –CO₂CH₃ გრძელი ნახშირბადის ჯაჭვის ბოლოს.

ბიოდიზელები გამოიყენება ძრავებში, რომლებიც განკუთვნილია დიზელის საწვავისთვის. ბიოდიზელი წვის პროცესში ნაკლებ გოგირდს აწარმოებს, მაგრამ ნაკლებ ენერგიას აწვდის ვიდრე ნავთობზე დაფუძნებულ დიზელს. ბიოდიზელის გამოყენებისთვის საჭიროა მინიმალური ძრავის მოდიფიკაციები; ჩვეულებრივ, მხოლოდ სინთეზური რეზინის შლანგების და ბეჭდების დამონტაჟება საწვავის სისტემაში, რადგან ბიოსაწვავი ამცირებს ბუნებრივ რეზინს.

დაბალ ტემპერატურაზე, ბიოსაწვავის მაღალი კონცენტრაცია ძალიან ბლანტი ხდება ძრავაში მუშაობისთვის და არც იქნება შესაფერისია 13 გრადუს ცელსიუსიან ტემპერატურაზე (55 გრადუსი ფარენგეიტი), რადგან შეიძლება ძრავის ნაწილების კოროზია მოხდეს 20 პროცენტზე ნაკლები ბიოსაწვავისა და 80 ან მეტი პროცენტიანი დიზელის ნარევები შემოივლის ამ სიბლანტის პრობლემას.

ბიოდიზელის შეძენა შესაძლებელია საწვავის გარკვეულ სადგურებზე და გავრცელებულია როგორც B100, 100 პროცენტიანი ბიოსაწვავი ან B20, 20 პროცენტიანი ბიოსაწვავისა და 80 პროცენტიანი დიზელის ნაზავია. გაზის გარბენი მცირდება ბიოდიზელის B20 რეიტინგის ზემოთ. ეს შემცირება აუქმებს ყოველგვარ მოგებას, რაც დიზელს აქვს ბენზინზე, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც უფრო მაღალი სიჩქარით მოძრაობს.

ეთანოლის ძირითადი განმარტება არის უფერო სითხე, რომელიც წარმოიქმნება შაქრების ბუნებრივი დუღილით. ეთანოლი შედგება ნახშირბადის, წყალბადის და ჰიდროქსიდის ჯგუფისაგან და ის მომდინარეობს სიმინდის, შაქრის ჭარხლისა და შაქრის ლერწმისგან. პროცესი გამოიყენება დუღილი. უფრო ეკონომიური პროცესია დუღილის დაწყებამდე სიმინდის ფქვილის მსგავსი კონსისტენციის დაფქვა.

დუღილის პროცესის დასრულების შემდეგ ეთანოლი გამოიყოფა (იწმინდება) მაღალ კონცენტრაციამდე. ეთანოლის მოლეკულის ქიმიური ფორმულაა C₂ჰ₅ოჰ

ეთანოლის გამოყენება შესაძლებელია ბენზინისთვის განკუთვნილი ძრავებში. შეერთებულ შტატებში გაყიდული ნებისმიერი მანქანა შეიძლება მუშაობდეს 10 პროცენტიანი ეთანოლისა და 90 პროცენტიანი დაუფარავი ბენზინის ნაზავით. ახლა გაყიდული ბენზინის უმეტესობა ეთანოლთან არის შერწყმული.

ეთანოლი ხელს უწყობს ბენზინის უფრო სრულყოფილ დაწვას; ეს ზრდის ენერგიის მოსავლიანობას, მაგრამ მას აქვს პოტენციალი უფრო მეტი სმოგი დამაბინძურებელი გარემო შეიტანოს გარემოში.

მეთანოლის ძირითადი განმარტებაა უფერო სითხე, რომელიც გამოიხდება მცენარეული მასალისგან ან მეთანის დაჟანგვის გზით. მეთანოლი შედგება ნახშირბადისგან, წყალბადისგან და ჰიდროქსიდისგან. ეს არის უმარტივესი ალკოჰოლი ქიმიური ფორმულით CH₃ოჰ მეთანოლის წარმოება უფრო იაფია ვიდრე ეთანოლი და ის შეიძლება მიღებულ იქნას ნებისმიერი მცენარეული მასალისგან ან ნაგავსაყრელის გაზის ან ელექტროსადგურის ემისიებიდან.

მეთანოლი წარმოიქმნება ნახშირბადის მონოქსიდისა და წყალბადის სინთეზური რეაქციით. ეს კომპონენტები შეიძლება წარმოიშვას ნახშირის, გაზის ან ბიომასის დაწვის შედეგად. ერთი პროცესის ნარჩენების პროდუქტის გამოყენება, ისევე როგორც ნახშირის დაწვისგან გამოწვეული გაზები, სხვისი საწყისის პროდუქტებისთვის პროცესი, ისევე როგორც მეთანოლის შექმნა, არის სამრეწველო გადამუშავება და შეამცირებს დამაბინძურებლების გამოყოფას ნალექებში ატმოსფერო.

მეთანოლის გამოყენება შესაძლებელია ბენზინზე მომუშავე ძრავებში. მეთანოლის საწვავად გამოყენების უპირატესობებში შედის ტოქსინების და წვის ნაწილაკების უფრო მცირე მოცულობა ვიდრე ბენზინი. მოცულობის მეთანოლის 15 პროცენტამდე შერევა შეიძლება ბენზინის ძრავებში ძრავის ყოველგვარი მოდიფიკაციის გარეშე.

მიუხედავად იმისა, რომ მეთანოლი მნიშვნელოვნად ნაკლებია, გაზის გარბენის შემცირება აუქმებს ხარჯების ეფექტურობას. ასევე, რთულია წყლის ამოღება მეთანოლიდან და ამან შეიძლება გამოძახოს ძრავის შლანგები და ბეჭდები.

ბიობუტანოლის ძირითადი განმარტება არის უფერო თხევადი საწვავი, რომელიც მზადდება გარკვეული მცენარეებისგან, ძირითადად სიმინდისგან. ბუტანოლის ძირითადი შემადგენლობა შედგება ნახშირბადის, წყალბადის და ჟანგბადისგან. ეს არის ოთხ ნახშირბადოვანი სპირტი (ბუტილ სპირტი), C- ს ქიმიური ფორმულით₄ჰ₁₀ო.

ბიობუტანოლი ძირითადად მიიღება სიმინდის საკვების დუღილის შედეგად. პირველი შაქრის დუღილის დროს წარმოიქმნება ბუტანოლი, ეთანოლი და აცეტონი. ამ ქვეპროდუქტების გამოყოფა ზრდის წარმოების ღირებულებას, თუმცა ნებისმიერ გადამამუშავებელ საწარმოს, რომელიც აწარმოებს ეთანოლს, შეუძლია ბუტანოლის წარმოებაც.

ბიობუტანოლი ნაკლებად არის კოროზიული და თითქმის 25 პროცენტით მეტ ენერგიას იძლევა ვიდრე ეთანოლი და შეიძლება გაზავდეს ბენზინთან სათბურის გაზების შემცირებაში. ტრანსპორტირების დაწყებამდე შესაძლებელია ბუტანოლის შერწყმა ბენზინთან, ხოლო ეთანოლის ტრანსპორტირება უნდა მოხდეს ცალკე და შერეული იქნას საწვავის გასასვლელში.

ბიობუტანოლი უფრო ნაკლებ ენერგიას იძლევა ვიდრე ბენზინი, მაგრამ წვის დროს მნიშვნელოვნად ნაკლები ტოქსიკური ნაერთები აქვს. ნებისმიერი მანქანა, რომელიც მუშაობს ბენზინზე, შეიძლება მუშაობდეს ბიობუტანოლის ნარევით. ავტომობილების მწარმოებელთა უმეტესობა მიიღებს ბიობუტანოლის ნარევს ბენზინთან 15 პროცენტამდე, ძრავაში ცვლილებების გარეშე.

წყალმცენარეების ბიოსაწვავის ძირითადი განმარტებაა წყალმცენარეებისგან დამზადებული ღია მწვანე თხევადი საწვავი. მცენარეების მსგავსად, წყალმცენარეები მზის სხივს ენერგიად გარდაქმნიან ფოტოსინთეზის გზით. არსებობს წყალმცენარეების 100000 – ზე მეტი გენეტიკურად მრავალფეროვანი შტამი, აუზების პატარა პროტოზოიდან დაწყებული, ოკეანეში დიდი კელპებით დამთავრებული.

წყალმცენარეებს აქვს ლიპიდების ან ცხიმოვანი, ზეთის შემცველი მოლეკულების მაღალი კონცენტრაცია. საჭიროა ამ ლიპიდების მოპოვება და მათი ბიოსაწვავად გადაკეთება. წყალმცენარეების მრავალი სახეობა არსებობს, მაგრამ ზოგადად წყალმცენარეების ბიოსაწვავის ქიმიური ფორმულაა C₁₀₆ჰ₂₆₃ო₁₁₀ნ₁₆.

ქლორელა და სპირულინა უფრო შესაფერისია ბიოსინთეზისთვის, ვიდრე სხვა წყალმცენარეები, მაგრამ გენმოდიფიცირებულია წყალმცენარეები ქმნის ლიპიდების მაღალი შემცველობის მქონე ორგანიზმებს, რამაც შეიძლება ენერგიის მოსავლიანობა 40-მდე გაზარდოს პროცენტი

წყალმცენარეები შეიძლება გაშენდეს დიდ ღია გუბურებში ან აუზების მსგავს სისტემებში. დახურული მარყუჟის სისტემები არ არის ღია ჰაერისთვის და ნახშირორჟანგი უნდა ტუმბოს. CO- ს გამოყენება₂ კვამლის ყუთებიდან შეიძლება ნარჩენების გადამუშავება ერთი პროცესისგან სხვა საწვავისთვის. წყალმცენარეების ზრდა კეთილშობილურია და პროდუქტის შეგროვება შესაძლებელია საშუალოდ ყოველ ხუთ დღეში.

ლიპიდების გამოყოფის მიზნით, წყალმცენარეები უნდა იყოს მშრალი ფხვნილი. ხშირად წყალმცენარეების გამოშრობას უფრო მეტი ენერგია სჭირდება, ვიდრე ენერგია, რომელსაც საწვავი გამოიმუშავებს გამოსაყენებელ საწვავად. მუშავდება ახალი ტექნოლოგია, რომელიც გამოტოვებს გაშრობის პროცესს და აქვს წყალმცენარეები თხევადი სუსპენზიის მდგომარეობაში, გამხსნელების გამანადგურებლებმა კი გამოაქვთ ლიპიდები.

მცენარეული ზეთის მსგავსად, წყალმცენარეები შეიცავს ლიპიდებს და წყალმცენარეების საწვავი შეიძლება გარდაიქმნას ბიოდიზელად. ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნებისმიერ დიზელის ძრავაში.

შეიძლება შეიქმნას ნარევები, რომლებიც მერყეობს B5– დან, 5 პროცენტიანი ბიოსაწვავით 95 პროცენტ დიზელში, B50– მდე, 50 პროცენტიანი ბიოსაწვავით და 50 პროცენტით დიზელამდე. B30 ნაზავი ერთ კვლევაში დიზელის საწვავზე ოდნავ უფრო ეფექტური იყო, ხოლო სხვა გამოკვლევებში CO₂ გამონაბოლქვი უფრო მაღალი იყო ვიდრე ნამარხი საწვავი.

ბიოსაწვავს მცენარის ზრდა სჭირდება. მუდმივად მზარდი მოსახლეობის სამყაროში - სავარაუდოდ, 2050 წლისთვის 9,6 მილიარდს მიაღწევს - ნაყოფიერი მიწის გამოყენება საწვავისთვის მცენარეების მოსაყვანად შეიძლება ადამიანის ინტერესს არ წარმოადგენს. ამასთან, თუ გამოყენებული იქნა denigrated მიწის ფართობები, მაგალითად, მიტოვებული სასოფლო-სამეურნეო სავარგულები, ეს შეშფოთებას გამორიცხავდა.

ჩამოთვლილი ბიოსაწვავიდან ბიოდიზელი ყველაზე დემოკრატია. მომხმარებელს შეეძლება, იაფი დამწყებთათვის და სივრცის საშუალებით, შექმნას ბიოსაწვავი თავის ეზოში. გამოყენებული სამზარეულოს ზეთის შეგროვება შესაძლებელია ადგილობრივი რესტორნებიდან, გაფილტვრა და შემდეგ მოთავსება კონტეინერში ტრანსსტერიფიკაციისთვის.

ბიოსაწვავის ღირებულება კვლავ მაღალია წიაღისეულ საწვავთან შედარებით. ამასთან, ეს ასევე გამოწვეულია მთავრობის მიერ წიაღისეული საწვავის სუბსიდირების გამო. წიაღისეული საწვავის სუბსიდირება შეერთებულ შტატებში შეიძლება წელიწადში მილიონობით დოლარის ოდენობით იყოს. თუ განახლებადი საწვავის სუბსიდირება მოხდა ამ ტემპით, წარმოების ხარჯები შეიძლება შემცირდეს და განახლებადი ბიოსაწვავი კონკურენციას გაუწევს წიაღისეულ საწვავს.