Pagrindinė biokuro sudėtis

Vienas iš daugelio sprendimų, padedančių pažaboti visuotinį atšilimą, yra alternatyvių energijos šaltinių paieška. Saulės baterijos ir vėjo turbinos gali patenkinti pasaulinius elektros energijos poreikius, įskaitant elektromobilius, tačiau dabartinį Turi būti remiamasi iškastiniu kuru varomiems automobiliams, sunkvežimiams, lėktuvams, generatoriams ir kitiems varikliams adresuotas. Biokuras, pavyzdžiui, biodyzelinas, naudoja skystą kurą, pagamintą iš augalinės medžiagos, kuris gali pakeisti iškastinio kuro deginimą.

Iškastinis kuras gaunami iš nerafinuoto naftos. Ši žalia nafta yra medžiaga, susiformavusi iš augalų ir gyvūnų gyvybės liekanų, kuri milijonus metų patyrė didžiulį spaudimą.

Trys pagrindinės iškastinio kuro rūšys yra nafta, anglis ir gamtinės dujos, nė viena iš jų nėra atsinaujinanti. Tai reiškia, kad šiandien egzistuojantis iškastinis kuras gali vieną dieną būti išeikvotas. Norint pasirengti iškastinio kuro išeikvojimui, buvo sukurtas ir kuriamas biokuras.

Biokuras yra gaunami iš gyvų ar neseniai gyvenančių augalinių medžiagų, tokių kaip kukurūzai ar paprastoji žolė, daugiametė žolė, kuri gali užaugti nuo 8 iki 10 pėdų. Ši biri medžiaga vadinama biomase ir laikoma atsinaujinančiu energijos šaltiniu, nes augalinė medžiaga gali būti ataugusi.

Deginant iškastinį kurą susidaro anglies dioksidas, ir jau seniai žinoma, kad šis papildomas anglies dioksidas padidina natūralų Žemės atmosferos šiltnamio efektą.

Trumpai tariant, šiltnamio efektas yra saulės energija, pasiekianti Žemę, ją sušildanti, paskui vėl spinduliuojama į atmosferą. Šiltnamio efektą sukeliančios dujos, tokios kaip anglies dioksidas ar metanas, sugeria šią energiją ir dalį jos vėl spinduliuoja atgal į Žemę. Tai padeda sušildyti atmosferą iki vidutinės pasaulinės temperatūros, siekiančios maždaug 16 laipsnių Celsijaus (59 laipsniai pagal Celsijų), galinčios palaikyti gyvybę.

Iškastinis kuras pagreitina šiltnamio efektą į atmosferą įdedant daugiau anglies dvideginio, o tai pakelia planetos temperatūrą, poveikis žinomas kaip visuotinis atšilimas. Šis temperatūros pokytis gali sukelti klimato pokyčius, nes įprastas Žemės klimatas tampa nesubalansuotas.

Deginant biokurą taip pat susidaro anglies dioksidas, nedidelis anglies monoksido ir kitų dalelių kiekis, kaip ir iškastinio kuro. Skirtumas skiriasi ne tiek dėl degimo kiekio, kiek dėl to, kad biomasė pastarojo augimo metu fotosintezės metu naudojo atmosferos anglies dioksidą.

Daroma prielaida, kad sudegintas biokuras pakeičia pirminį anglies dioksidą, kurį ima fotosintezė. Todėl, biokuras yra laikomi grynasis anglies dvideginio išmetimas yra lygus nuliui per jų gyvenimo trukmę.

Iškastinį kurą sudaro angliavandeniliai tiek grandinės, tiek aromatinės formos, tačiau biokuras susideda iš angliavandenilių grandinių su prijungtomis deguonies grupėmis. Jų cheminė sudėtis gali būti rūgštys, alkoholiai ir esteriai.

Biokuras yra labiau pereinamasis požiūris į anglies dvideginio išmetimą, nes vis dar degama biomasė anglies dioksidas, kietosios dalelės ir su pridėtu deguonimi, netgi gali sudaryti toksinus, tokius kaip formaldehidas procesą.

Biokuras turi kartas. Pirmosios kartos biokuras gaminamas iš augalų, pavyzdžiui, kukurūzų ar cukranendrių, pagaminto kuro. Antroji karta yra iš gyvūninių ar augalinių atliekų, o trečiosios kartos biokuras gaunamas iš dumblių.

Yra įvairių rūšių biokuras, ir daugelis šiuo metu naudojami mišiniuose su iškastiniu kuru benzinu ar dyzelinu. Toliau pateikiami įprasti šiuo metu naudojami biodegalai, jų apibrėžimai, sudėtis, gamyba ir panaudojimas.

Pagrindinis biodyzelino apibrėžimas yra auksinės arba tamsiai rudos spalvos kuras, skirtas dyzelino pakaitalui. Biodyzelino sudėtyje daugiausia yra trigliceridų, kurie priskiriami esteriams. Esteriai yra perdirbami peresterinant. Biologiniai augalinių ir gyvūninių riebalų aliejai - tai yra ir virimo metu panaudoti aliejai - kaitinamomis sąlygomis reaguoja su trumpos grandinės alkoholiais ir katalizatoriumi.

Tranesterinant esteriai, ilgos grandinės riebalų rūgštys, virsta biodyzelinu ir glicerinu. Nors mišinys, pagrindinė biodyzelino cheminė formulė yra C₁₇H₃₄O₂, su esterio grupe –CO₂CH₃ ilgosios anglies grandinės pabaigoje.

Biodyzelinai naudojami varikliuose, suprojektuotuose dyzeliniams degalams. Degimo procese biodyzelinas gamina mažiau sieros, tačiau pateikia mažiau energijos nei naftos pagrindu pagamintas dyzelinas. Norint naudoti biodyzeliną, reikia atlikti minimalias variklio modifikacijas; paprastai tik sintetinės gumos žarnos ir sandarikliai montuojami kuro sistemoje, nes biokuras skaido natūralų kaučiuką.

Esant žemai temperatūrai, didelė biokuro koncentracija tampa per daug klampi darbui variklyje ir nebūtų tinka esant žemesnei nei 13 laipsnių Celsijaus (55 laipsnių Celsijaus) temperatūrai, nes gali varyti korozija atsirasti. Mažiau nei 20 proc. Biokuro ir 80 ar daugiau procentų dyzelino mišiniai apeina šį klampos problemą.

Biodyzelino galima įsigyti tam tikrose degalinėse ir jis paprastai platinamas kaip B100, 100 proc. Biokuro arba B20, 20 proc. Biokuro ir 80 proc. Dyzelino mišinys. Dujų rida sumažėja viršijant biodyzelino B20 reitingą. Šis sumažėjimas panaikina bet kokį dyzelino padidėjimą, palyginti su benzinu, ypač važiuojant didesniu greičiu.

Pagrindinis etanolio apibrėžimas yra bespalvis skystis, gaunamas natūraliai fermentuojant cukrų. Etanolis susideda iš anglies, vandenilio ir hidroksido grupės, jis gaunamas iš kukurūzų, cukrinių runkelių ir cukranendrių. Naudojamas procesas yra fermentacija. Ekonomiškesnis procesas yra kukurūzų malimas į miltų konsistenciją prieš fermentuojant.

Po fermentacijos etanolis distiliuojamas (išgryninamas) iki didelės koncentracijos. Cheminė etanolio molekulės formulė yra C₂H₅OI.

Etanolis gali būti naudojamas benzinui skirtuose varikliuose. Bet kuri Jungtinėse Valstijose parduodama transporto priemonė gali naudoti 10 proc. Etanolio ir 90 proc. Bešvinio benzino mišinį. Didžioji dalis dabar parduodamo benzino sumaišoma su etanoliu.

Etanolis padeda benzinui visiškai degti; tai padidina energijos išeigą, tačiau gali į aplinką patekti daugiau smogo teršalų.

Pagrindinis metanolio apibrėžimas yra bespalvis skystis, distiliuojamas iš augalinės medžiagos arba oksiduojant metaną. Metanolis susideda iš anglies, vandenilio ir hidroksido. Tai paprasčiausias iš alkoholių, kurių cheminė formulė CH₃OI. Metanolio gamyba yra pigesnė nei etanolio ir gali būti gaunama iš bet kurios augalinės medžiagos arba iš sąvartyno dujų ar elektrinių išmetamų teršalų.

Metanolis gaminamas anglies monoksido ir vandenilio sintezės reakcijos metu. Šie komponentai gali susidaryti deginant anglį, dujas ar biomasę. Vieno proceso atliekų, tokių kaip anglies deginimo dujos, panaudojimas kito pradiniams produktams procesas, kaip ir metanolio kūrimas, yra pramoninis perdirbimas ir sumažins teršalų išsiskyrimą į atmosfera.

Metanolis gali būti naudojamas benzininiuose varikliuose. Metanolio kaip degalų naudojimo pranašumai apima mažesnį toksinų ir kietųjų dalelių kiekį degant nei benzinas. Benzininiuose varikliuose be jokių variklio modifikacijų gali būti sumaišoma iki 15 procentų tūrio metanolio.

Nors metanolis yra žymiai pigesnis, sumažinus dujų ridą, sumažėja sąnaudų efektyvumas. Be to, sunku pašalinti vandenį iš metanolio, ir tai gali pažeisti variklio žarnas ir sandariklius.

Pagrindinis biobutanolio apibrėžimas yra bespalvis skystas kuras, pagamintas iš tam tikrų augalų, daugiausia kukurūzų. Pagrindinę butanolio sudėtį sudaro anglis, vandenilis ir deguonis. Tai keturių anglių alkoholis (butilo alkoholis), kurio cheminė formulė yra C₄H₁₀O.

Biobutanolis pirmiausia gaunamas fermentuojant kukurūzų žaliavas. Fermentuojant paprastus cukrus iš žaliavų, gaunamas butanolis, etanolis ir acetonas. Atskyrus šiuos šalutinius produktus padidėja gamybos sąnaudos, nors bet kuri etanolį gaminanti perdirbimo įmonė gali gaminti ir butanolį.

Biobutanolis yra mažiau korozinis ir suteikia beveik 25 procentais daugiau energijos nei etanolis, todėl jį galima sumaišyti su benzinu, kad sumažėtų šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekis. Butanolį prieš transportuojant galima sumaišyti su benzinu, o etanolį reikia gabenti atskirai ir sumaišyti degalų išleidimo angoje.

Biobutanolis suteikia mažiau energijos nei benzinas, tačiau degdamas turi žymiai mažiau toksiškų junginių. Bet kuris benzinu varomas automobilis gali važiuoti su biobutanolio mišiniu. Daugelis automobilių gamintojų priims biobutanolio mišinį su benzinu iki 15 proc. Be variklio modifikacijų.

Pagrindinis dumblių biokuro apibrėžimas yra šviesiai žalias skystas kuras, pagamintas iš dumblių. Kaip ir augalai, dumbliai fotosintezės būdu saulės šviesą paverčia energija. Yra daugiau nei 100 000 genetiškai skirtingų dumblių padermių, pradedant mažais pirmuoniais tvenkiniuose ir baigiant dideliu rudadumbliu vandenyne.

Dumbliuose yra didelė lipidų arba riebalų, turinčių aliejų, koncentracija. Šiuos lipidus reikia ekstrahuoti ir paversti biokuru. Yra daugybė dumblių rūšių, tačiau bendra dumblių biokuro cheminė formulė yra C₁₀₆H₂₆₃O₁₁₀N₁₆.

Chlorella ir spirulina labiau tinka biosintezei nei kiti dumbliai, tačiau genetiškai modifikuoti dumbliai sukuria organizmus, kuriuose yra didesnis lipidų kiekis, o tai gali padidinti energijos derlių iki 40 procentų.

Dumbliai gali būti auginami dideliuose atviruose tvenkiniuose arba į baseinus panašiose sistemose. Uždarojo ciklo sistemos nėra atviros orui, todėl reikia pumpuoti anglies dioksidą. Naudojant CO₂ iš rūkalų gali perdirbti vieno proceso atliekas į kito kurą. Dumbliai auga gausiai, o produktą galima rinkti vidutiniškai kas penkias dienas.

Norint atskirti lipidus, dumbliai turi būti sausi milteliai. Dažnai džiovinant dumblius reikia daugiau energijos, nei energijos, kurią degalai gautų degdami kaip tinkamas kuras. Kuriama nauja technologija, kuri praleidžia džiovinimo procesą ir turi dumblius skystos suspensijos būsenoje, o tirpiklio srovės išskiria lipidus.

Dumbliuose, kaip ir augaliniame aliejuje, yra lipidų, o dumblių kuras gali būti paverstas biodyzelinu. Jis gali būti naudojamas bet kuriame dyzeliniame variklyje.

Galima sukurti mišinius nuo B5, 5 proc. Biokuro 95 proc. Dyzelino iki B50, 50 proc. Biokuro ir 50 proc. Dyzelino. Vieno tyrimo metu B30 mišinys buvo šiek tiek efektyvesnis nei dyzelinis kuras, o kituose tyrimuose - CO₂ emisija buvo didesnė nei iškastinio kuro.

Biokuro pagrindas yra augalų augimas. Vis didėjančio gyventojų skaičiaus pasaulyje - tikimasi, kad iki 2050 m. Jis sieks 9,6 mlrd. - naudinga žemė augalams auginti kurui gali būti neatitinkanti visų interesų. Vis dėlto, jei būtų panaudoti pažemintos žemės plotai, pavyzdžiui, apleistos žemės ūkio paskirties žemės, tai kompensuotų šį susirūpinimą.

Iš išvardytų biodegalų biodyzelinas yra demokratiškiausias. Vartotojas, turėdamas nebrangų startuolį ir vietą, savo kieme galėtų sukurti biokurą. Panaudotą kepimo aliejų galima surinkti iš vietinių restoranų, filtruoti ir įdėti į indą, kad būtų galima peresterinti.

Biokuro kaina tebėra didelė, palyginti su iškastiniu kuru. Tačiau taip yra dėl vyriausybės subsidijų iškastiniam kurui. Iškastinio kuro subsidijos JAV gali siekti trilijonus dolerių per metus. Jei atsinaujinantis kuras būtų subsidijuojamas tokiu greičiu, būtų galima sumažinti gamybos sąnaudas ir atsinaujinantis biokuras galėtų konkuruoti su iškastiniu kuru.