바이오 연료의 기본 구성

지구 온난화를 억제하는 데 도움이되는 많은 해결책 중 하나는 대체 에너지 원을 찾는 것입니다. 태양 광 패널과 풍력 터빈은 전기 자동차를 포함한 전 세계 전기 수요를 지원할 수 있지만 현재 자동차, 트럭, 비행기, 발전기 및 기타 엔진에 동력을 공급하기 위해 화석 연료에 의존해야합니다. 해결되었습니다. 바이오 디젤과 같은 바이오 연료는 화석 연료의 연소를 대체 할 수있는 식물 재료로 만든 액체 연료를 사용합니다.

화석 연료 정제되지 않은 석유에서 추출됩니다. 이 원유는 수백만 년 동안 엄청난 압력을 받아온 동식물의 잔해에서 형성된 물질입니다.

화석 연료의 세 가지 주요 유형은 석유, 석탄 및 천연 가스이며 재생 가능한 것은 없습니다. 이것은 오늘날 존재하는 화석 연료가 언젠가 고갈 될 수 있음을 의미합니다. 화석 연료 고갈의 출현에 대비하기 위해 바이오 연료가 만들어지고 있습니다.

바이오 연료 옥수수 또는 스위치 그래스와 같은 살아있는 식물 또는 최근에 살아있는 식물 재료에서 추출되며, 높이 8 피트에서 10 피트까지 자랄 수있는 다년생 풀입니다. 이 벌크 물질을 바이오 매스라고하며 식물 물질을 다시 자랄 수 있기 때문에 재생 가능한 에너지 원으로 간주됩니다.

화석 연료를 태우면 이산화탄소가 생성되며, 이 여분의 이산화탄소는 지구 대기의 자연 온실 효과를 증가시키는 것으로 오랫동안 알려져 왔습니다.

간단히 말해서 온실 효과는 지구에 도달하여 지구를 따뜻하게 한 다음 대기로 다시 방사되는 태양 에너지입니다. 이산화탄소 나 메탄과 같은 온실 가스는이 에너지를 흡수하고 일부를 지구로 다시 방출합니다. 이것은 지구 평균 기온이 섭씨 16도 (화씨 59도)로 대기를 따뜻하게하여 생명을 지탱할 수 있도록 도와줍니다.

화석 연료는 온실 효과를 가속화합니다 더 많은 이산화탄소를 대기에 배치하여 지구의 온도를 높입니다. 지구 온난화. 이 온도 변화는 지구의 일반적인 기후가 불균형 해지면서 기후 변화를 일으킬 수 있습니다.

연소 된 바이오 연료는 화석 연료와 마찬가지로 이산화탄소, 소량의 일산화탄소 및 기타 미립자를 생성합니다. 그 차이는 연소 내용물에 그다지 크지 않지만 최근 성장한 바이오 매스는 광합성 과정에서 대기 중 이산화탄소를 사용했습니다.

연소 된 바이오 연료가 광합성에 의해 흡수 된 원래의 이산화탄소를 대체한다고 가정합니다. 따라서, 바이오 연료 고려된다 순 이산화탄소 배출량이 0이다 그들의 수명 동안.

화석 연료는 사슬 형태와 방향족 형태의 탄화수소로 구성되어 있지만 바이오 연료는 산소기가 부착 된 탄화수소 사슬로 구성되어 있습니다. 그들의 화학적 구성에는 산, 알코올 및 에스테르가 포함될 수 있습니다.

바이오 매스의 연소는 여전히 이산화탄소, 미립자 및 추가 된 산소와 함께 연소시 포름 알데히드와 같은 독소를 생성 할 수도 있습니다. 방법.

바이오 연료에는 세대가 있습니다. 1 세대 바이오 연료 생산은 옥수수 나 사탕 수수와 같은 식물 작물을 기반으로 한 연료입니다. 2 세대는 동물성 또는 식물성 폐기물이고 3 세대 바이오 연료는 조류에서 파생됩니다.

다양한 종류의 바이오 연료가 존재하며 현재 화석 연료 인 휘발유 또는 디젤과 혼합하여 많은 것이 사용되고 있습니다. 다음은 현재 사용되는 일반적인 바이오 연료와 그 정의, 구성 및 생산 및 용도입니다.

기본 바이오 디젤 정의는 디젤을 대체하기위한 황금색에서 짙은 갈색의 연료입니다. 바이오 디젤의 구성은 대부분 에스테르로 분류되는 트리글리세리드입니다. 에스테르는 에스테르 교환을 통해 처리됩니다. 식물성 및 동물성 지방의 생물학적 오일 (요리에서 사용한 오일 포함)은 가열 된 조건에서 단쇄 알코올 및 촉매와 반응합니다.

Tranesterification은 장쇄 지방산 인 에스테르를 바이오 디젤과 글리세린으로 전환합니다. 혼합물이지만 기본 바이오 디젤 화학 공식은 C₁₇H₃₄영형₂, 에스테르 그룹 –CO 사용₂CH₃ 긴 탄소 사슬의 끝에.

바이오 디젤은 디젤 연료 용으로 설계된 엔진에 사용됩니다. 바이오 디젤은 연소 과정에서 더 적은 황을 생성하지만 석유 기반 디젤보다 더 적은 에너지를 전달합니다. 바이오 디젤을 사용하려면 최소한의 엔진 수정이 필요합니다. 일반적으로 바이오 연료가 천연 고무를 분해하기 때문에 연료 시스템에 합성 고무 호스와 씰을 설치하는 경우에만 가능합니다.

저온에서 고농도의 바이오 연료는 엔진에서 작동하기에 너무 점성이 높아 엔진 부품이 부식 될 수 있으므로 섭씨 13도 (화씨 55도) 미만의 온도에 적합 나오다. 20 % 미만의 바이오 연료와 80 % 이상의 디젤을 혼합하면 이러한 점도 문제를 해결할 수 있습니다.

바이오 디젤은 특정 주유소에서 구매할 수 있으며 일반적으로 B100, 100 % 바이오 연료 또는 B20 (20 % 바이오 연료와 80 % 디젤 혼합)으로 배포됩니다. 연비는 바이오 디젤의 B20 등급 이상으로 감소합니다. 이 감소는 특히 더 높은 속도로 주행 할 때 디젤이 휘발유에 대해 갖는 이득을 무효화합니다.

기본 에탄올 정의는 당의 자연 발효에 의해 생성되는 무색 액체입니다. 에탄올은 탄소, 수소 및 수산화 그룹으로 구성되며 옥수수, 사탕무 및 사탕 수수에서 파생됩니다. 사용되는 과정은 발효입니다. 더 경제적 인 과정은 발효 전에 옥수수를 밀가루와 같은 농도로 분쇄하는 것입니다.

발효 과정 후 에탄올은 고농도로 증류 (정제)됩니다. 에탄올 분자의 화학식은 C입니다.₂H₅오.

에탄올은 가솔린 용으로 설계된 엔진에 사용할 수 있습니다. 미국에서 판매되는 모든 차량은 10 % 에탄올과 90 % 무연 가솔린을 혼합하여 사용할 수 있습니다. 현재 판매되는 대부분의 가솔린은 에탄올과 혼합되어 있습니다.

에탄올은 가솔린이 더 완전하게 연소되도록 도와줍니다. 이것은 에너지 생산량을 증가 시키지만 더 많은 스모그 오염 물질을 환경에 기여할 가능성이 있습니다.

기본 메탄올 정의는 식물 재료에서 증류하거나 메탄을 산화하여 증류 된 무색 액체입니다. 메탄올은 탄소, 수소 및 수산화물로 구성됩니다. 화학식 CH를 가진 가장 단순한 알코올입니다.₃오. 메탄올은 에탄올보다 생산 비용이 저렴하며 모든 식물 재료 또는 매립 가스 또는 발전소 배출에서 파생 될 수 있습니다.

메탄올은 일산화탄소와 수소의 합성 반응을 통해 생성됩니다. 이러한 성분은 석탄, 가스 또는 바이오 매스의 연소에서 생성 될 수 있습니다. 석탄 연소 가스와 같은 한 공정의 폐기물을 다른 공정의 시작 생성물로 사용 메탄올 생성과 같은 과정은 산업 재활용이며 오염 물질의 배출을 분위기.

메탄올은 가솔린 엔진에 사용할 수 있습니다. 메탄올을 연료로 사용하는 이점은 가솔린보다 연소시 발생하는 독소와 미립자의 양이 적다는 것입니다. 엔진을 개조하지 않고도 최대 15 %의 메탄올을 가솔린 엔진에 혼합 할 수 있습니다.

메탄올은 훨씬 저렴하지만 연비 감소는 비용 효율성을 상쇄합니다. 또한 메탄올에서 물을 제거하기가 어려우며 엔진 호스와 씰을 부식시킬 수 있습니다.

기본적인 바이오 부탄올 정의는 특정 식물, 대부분 옥수수로 만든 무색 액체 연료입니다. 부탄올의 기본 구성은 탄소, 수소 및 산소로 구성됩니다. 화학 공식이 C 인 4 탄소 알코올 (부틸 알코올)입니다.₄H₁₀영형.

바이오 부탄올은 주로 옥수수 원료의 발효에서 파생됩니다. 원료에서 단당을 발효하면 부탄올, 에탄올 및 아세톤이 생성됩니다. 이러한 부산물을 분리하면 생산 비용이 증가하지만 에탄올을 생산하는 모든 가공 공장에서도 부탄올을 생산할 수 있습니다.

바이오 부탄올은 부식성이 적고 에탄올보다 거의 25 % 더 많은 에너지를 제공하며 가솔린과 혼합하여 온실 가스를 줄일 수 있습니다. 부탄올은 운송 전에 가솔린과 혼합 할 수 있지만 에탄올은 별도로 운송하고 연료 배출구에서 혼합해야합니다.

Biobutanol은 가솔린보다 에너지를 적게 제공하지만 연소시 독성 화합물이 훨씬 적습니다. 가솔린으로 운행되는 모든 자동차는 바이오 부탄올 혼합물로 운행 할 수 있습니다. 대부분의 자동차 제조업체는 엔진을 수정하지 않고 최대 15 %까지 가솔린과 바이오 부탄올 혼합을 허용합니다.

기본적인 조류 바이오 연료 정의는 조류로 만든 연녹색 액체 연료입니다. 식물과 마찬가지로 조류는 광합성을 통해 햇빛을 에너지로 변환합니다. 연못의 작은 원생 동물부터 바다의 큰 다시마에 이르기까지 유 전적으로 다양한 종류의 조류가 100,000 종 이상 있습니다.

조류에는 고농도의 지질 또는 지방, 기름 함유 분자가 있습니다. 이러한 지질은 추출해야하며 바이오 연료로 전환 할 수 있습니다. 조류에는 여러 종류가 있지만 일반적인 조류 바이오 연료 화학 공식은 C입니다.₁₀₆H₂₆₃영형₁₁₀엔₁₆.

클로렐라와 스피루리나는 다른 조류보다 생합성에 더 적합하지만 유전자 변형 조류는 지질 함량이 더 높은 유기체를 생성하여 에너지 수율을 최대 40까지 증가시킬 수 있습니다. 퍼센트.

해조류는 넓은 개방 된 연못이나 수영장과 같은 시스템에서 재배 될 수 있습니다. 폐쇄 루프 시스템은 공기에 개방되지 않으며 이산화탄소를 펌핑해야합니다. CO 사용₂ 굴뚝에서 나온 폐기물은 한 공정의 폐기물을 다른 공정의 연료로 재활용 할 수 있습니다. 조류의 성장은 풍부하며 제품은 평균 5 일마다 수집 할 수 있습니다.

지질을 분리하기 위해서는 조류가 건조 분말이어야합니다. 종종 조류의 건조는 사용 가능한 연료로 연소 될 때 연료가 제공하는 에너지보다 더 많은 에너지를 사용합니다. 건조 과정을 건너 뛰고 액체 현탁액 상태의 조류를 보유하고 용매 제트가 지질을 추출하는 새로운 기술이 개발되고 있습니다.

식물성 기름과 마찬가지로 조류에는 지질이 포함되어 있으며 조류 연료는 바이오 디젤로 전환 될 수 있습니다. 모든 디젤 엔진에 사용할 수 있습니다.

95 % 디젤에 5 % 바이오 연료 인 B5부터 B50, 50 % 바이오 연료 및 50 % 디젤에 이르기까지 다양한 혼합물을 만들 수 있습니다. B30 혼합은 한 연구에서 디젤 연료보다 약간 더 효율적이고 다른 연구에서는 CO₂ 배출량은 화석 연료보다 높았습니다.

바이오 연료는 식물 성장을 기반으로합니다. 2050 년까지 96 억에 달할 것으로 예상되는 인구가 계속 증가하는 세상에서 비옥 한 토지를 사용하여 식물을 연료로 사용하는 것은 인간에게 최선의 이익이 아닐 수 있습니다. 그러나 버려진 농지와 같은 황폐화 된 토지를 활용하면 이러한 우려를 상쇄 할 수 있습니다.

나열된 바이오 연료 중 바이오 디젤이 가장 민주적입니다. 소비자는 저렴한 스타트 업과 공간으로 뒷마당에서 바이오 연료를 만들 수 있습니다. 사용한 식용유는 현지 식당에서 수집하여 여과 한 다음 에스테르 교환을 위해 용기에 넣을 수 있습니다.

바이오 연료의 비용은 화석 연료와 비교할 때 여전히 높습니다. 그러나 이것은 또한 화석 연료에 대한 정부 보조금 때문입니다. 미국의 화석 연료 보조금은 연간 수조 달러에 이릅니다. 재생 가능 연료가이 비율로 보조되면 생산 비용이 낮아지고 재생 가능 바이오 연료가 화석 연료와 경쟁 할 수 있습니다.