Grundläggande sammansättning av biobränsle

En av många lösningar som hjälper till att dämpa den globala uppvärmningen är att hitta alternativa energikällor. Solpaneler och vindkraftverk kan stödja globala elbehov, inklusive elbilar, men nuvarande beroende av fossila bränslen för att driva bilar, lastbilar, flygplan, generatorer och andra motorer måste vara adresserad. Biobränsle som biodiesel använder ett flytande bränsle som skapats av växtmaterial som kan ersätta förbränning av fossila bränslen.

Fossila bränslen härrör från oraffinerad petroleum. Denna råolja är ett ämne som bildats av resterna av växt- och djurliv som har hållits under ett enormt tryck i miljontals år.

De tre huvudtyperna av fossila bränslen är petroleum, kol och naturgas, varav ingen är förnybar. Detta innebär att de fossila bränslen som finns idag en dag kan vara uttömda. För att förbereda sig för tillväxten av utarmning av fossila bränslen har biobränslen skapats och skapas.

Biobränslen härrör från levande eller nyligen levande växtmaterial som majs eller växelgräs, ett flerårigt gräs som kan växa 8 fot till 10 fot högt. Detta bulkmaterial kallas biomassa och anses vara en förnybar energikälla eftersom växtmaterialet kan återväxas.

Att bränna fossila bränslen producerar koldioxid, och denna extra koldioxid har länge varit känd för att öka den naturliga växthuseffekten av jordens atmosfär.

Kort sagt är växthuseffekten att solenergin når jorden, värmer upp den och sedan strålas ut igen till atmosfären. Växthusgaser som koldioxid eller metan absorberar denna energi och strålar ut en del av den tillbaka till jorden. Detta hjälper till att värma atmosfären till en genomsnittlig global temperatur på cirka 16 grader Celsius (59 grader Fahrenheit), som kan stödja liv.

Fossila bränslen påskyndar växthuseffekten genom att placera mer koldioxid i atmosfären, och detta höjer temperaturen på planeten, en effekt som kallas Global uppvärmning. Denna temperaturförskjutning kan orsaka klimatförändringar när jordens vanliga klimat blir obalanserat.

Brinnande biodrivmedel producerar också koldioxid, små mängder kolmonoxid och andra partiklar precis som fossila bränslen gör. Skillnaden ligger inte så mycket i förbränningsinnehållet, utan att biomassan i sin senaste tillväxt använde atmosfärisk koldioxid under fotosyntes.

Antagandet är att det brända biobränslet ersätter den ursprungliga koldioxiden som tas in genom fotosyntes. Därför, biobränslen anses vara har ett nettokoldioxidutsläpp på noll över deras livslängd.

Fossila bränslen består av kolväten i både kedja och aromatisk form, men biobränsle består av kolvätekedjor med fästa syregrupper. Deras kemiska sammansättning kan inkludera syror, alkoholer och estrar.

Biobränsle är mer en övergångsstrategi till noll koldioxidutsläpp eftersom förbränningen av biomassa fortfarande producerar koldioxid, partiklar och med tillsatt syre, kan till och med skapa toxiner som formaldehyd i förbränningen bearbeta.

Biobränsle har generationer. Den första generationen av biobränsleproduktion är bränsle baserat på växtgrödor som majs eller sockerrör. Den andra generationen kommer från animaliskt eller vegetabiliskt avfall och tredje generationens biobränsle kommer från alger.

Det finns olika typer av biodrivmedel, och många används för närvarande i blandningar med fossila bränslen bensin eller diesel. Nedan följer vanliga biodrivmedel som för närvarande används och deras definitioner, sammansättning och produktion och användningsområden.

Den grundläggande definitionen av biodiesel är ett bränsle med gyllene till mörkbruna färger som är avsedda att ersätta diesel. Sammansättningen av biodiesel är mestadels triglycerider som klassificeras som estrar. Estrarna bearbetas genom omförestring. Biologiska oljor från vegetabiliska och animaliska fetter - detta inkluderar begagnade oljor från matlagning - reagerar med kortkedjade alkoholer och en katalysator under upphettade förhållanden.

Omförestring omvandlar estrarna, de långkedjiga fettsyrorna, till biodiesel och glycerin. Även om en blandning är den grundläggande kemiska formeln för biodiesel C₁₇H₃₄O₂, med estergruppen –CO₂CH₃ i slutet av den långa kolkedjan.

Biodieslar används i motorer konstruerade för dieselbränsle. Biodiesel producerar mindre svavel i förbränningsprocessen men levererar mindre energi än petroleumbaserad diesel. Minimala motorändringar behövs för att använda biodiesel. vanligtvis är det bara installationen av syntetiska gummislangar och tätningar i bränslesystemet när biobränslet bryter ner naturgummi.

Vid låga temperaturer blir en hög koncentration av biobränsle för viskös för att fungera i en motor och skulle inte vara det lämplig för temperaturer under 13 grader Celsius (55 grader Fahrenheit) eftersom korrosion på motordelar kan inträffa. Blandningar på mindre än 20 procent biobränsle och 80 eller fler procent diesel kringgår denna oro för viskositet.

Biodiesel kan köpas på vissa bensinstationer och distribueras vanligtvis som B100, 100 procent biobränsle eller B20, en blandning av 20 procent biobränsle och 80 procent diesel. Gas körsträcka sjunker över en B20-klassificering av biodiesel. Denna minskning upphäver den vinst som diesel har med bensin, särskilt när man kör i högre hastigheter.

Den grundläggande etanoldefinitionen är en färglös vätska som produceras genom naturlig jäsning av sockerarter. Etanol består av kol, väte och en hydroxidgrupp och härrör från majs, sockerbetor och sockerrör. Processen som används är jäsning. Den mer ekonomiska processen är att slipa majsen till mjöllik konsistens innan den jäses.

Efter fermenteringsprocessen destilleras (renas) etanolen till en hög koncentration. Den kemiska formeln för etanolmolekylen är C₂H₅ÅH.

Etanol kan användas i motorer konstruerade för bensin. Alla fordon som säljs i USA kan köras på en blandning av 10 procent etanol och 90 procent blyfri bensin. Mest bensin som säljs nu blandas med etanol.

Etanol hjälper bensin att brinna mer fullständigt; detta ökar energiutbytet, men det har potential att bidra med mer smogföroreningar i miljön.

Den grundläggande metanoldefinitionen är en färglös vätska destillerad från växtmaterial eller genom oxiderande metan. Metanol består av kol, väte och en hydroxid. Det är den enklaste alkoholen med en kemisk formel CH₃ÅH. Metanol är billigare att producera än etanol och kan härledas från vilket växtmaterial som helst eller från utsläppsgaser eller kraftverk.

Metanol produceras genom en syntesreaktion av kolmonoxid och väte. Dessa komponenter kan genereras från förbränning av kol, gas eller biomassa. Använda avfallsprodukten från en process, som gaserna från kolförbränning, för startprodukterna till en annan processen, liksom skapandet av metanol, är industriell återvinning och kommer att minska utsläppen av föroreningar till atmosfär.

Metanol kan användas i bensindrivna motorer. Fördelarna med att använda metanol som bränsle inkluderar en lägre volym toxiner och partiklar från förbränning än bensin. Upp till 15 volymprocent metanol kan blandas i bensinmotorer utan någon modifiering.

Även om metanol är betydligt billigare, minskar minskningen av gassträckan kostnadseffektiviteten. Det är också svårt att avlägsna vatten från metanol och detta kan korrodera motorslangar och tätningar.

Den grundläggande definitionen av biobutanol är ett färglöst flytande bränsle tillverkat av vissa växter, mestadels majs. Den grundläggande sammansättningen av butanol består av kol, väte och syre. Det är en fyrkolalkohol (butylalkohol) med en kemisk formel av C₄H₁₀O.

Biobutanol härrör främst från jäsning av majsmaterial. Vid jäsning av enkla sockerarter från råmaterial produceras butanol, etanol och aceton. Separationen av dessa biprodukter ökar produktionskostnaden, även om varje bearbetningsanläggning som producerar etanol också kan producera butanol.

Biobutanol är mindre frätande och ger nästan 25 procent mer energi än etanol och kan blandas med bensin för att minska växthusgaserna. Butanol kan blandas med bensin före transport medan etanol måste transporteras separat och blandas vid bränsleutloppet.

Biobutanol ger mindre energi än bensin, men har betydligt färre giftiga föreningar vid förbränning. Alla bilar som går på bensin kan köras på en biobutanolblandning. De flesta biltillverkare accepterar en biobutanolblandning med bensin upp till 15 procent utan modifieringar av motorn.

Den grundläggande definitionen av biobränsle för alger är ett ljusgrönt flytande bränsle tillverkat av alger. Liksom växter omvandlar alger solljus till energi genom fotosyntes. Det finns över 100 000 genetiskt olika alger, från små protozoer i dammar till stora kelpar i havet.

Alger har en hög koncentration av lipider eller feta, oljeinnehållande molekyler. Dessa lipider måste extraheras och kan omvandlas till biobränsle. Det finns många typer av alger, men en allmän kemisk formel för biobränsle för alger är C₁₀₆H₂₆₃O₁₁₀N₁₆.

Chlorella och spirulina är mer lämpliga för biosyntes än andra alger, men genetiskt modifierade alger skapar organismer med högre lipidinnehåll som kan öka energiutbytet med upp till 40 procent.

Alger kan odlas i stora öppna dammar eller poolliknande system. System med slutna slingor är inte öppna för luft och koldioxid måste pumpas in. Använda CO₂ från rökstackar kan återvinna avfallsprodukter från en process för bränsle till en annan. Algtillväxt är riklig och produkten kan samlas i genomsnitt var femte dag.

För att separera lipiderna måste algerna vara ett torrt pulver. Ofta tar torkningen av alger mer energi än den energi bränslet skulle ge när det förbränns som ett användbart bränsle. Ny teknik utvecklas som hoppar över torkningsprocessen och har alger i flytande suspension medan strålar med lösningsmedel extraherar lipiderna.

Liksom vegetabilisk olja innehåller alger lipider och algenbränsle kan omvandlas till biodiesel. Den kan användas i vilken dieselmotor som helst.

Blandningar kan skapas som sträcker sig från B5, 5 procent biobränsle i 95 procent diesel, till B50, 50 procent biobränsle och 50 procent diesel. B30-blandningen var något mer effektiv än diesel i en studie och i andra studier CO₂ utsläppen var högre än för fossila bränslen.

Biobränsle behöver växttillväxt som bas. I en värld med ständigt ökande befolkning - som förväntas nå 9,6 miljarder år 2050 - är det kanske inte i människors bästa att använda bördig mark för att odla växter för bränsle. Men om områden med förnedrad mark utnyttjades, såsom övergivna jordbruksmarker, skulle det motverka denna oro.

Av de biodrivmedel som listas är biodiesel den mest demokratiska. En konsument kan med en billig start och utrymme skapa biobränsle i sin bakgård. Begagnad matolja kunde samlas in från lokala restauranger, filtreras och sedan placeras i en behållare för omförestring.

Kostnaden för biodrivmedel är fortfarande hög jämfört med fossila bränslen. Detta beror dock också på statliga subventioner av fossila bränslen. Fossila bränslesubventioner i USA kan vara i storleksordningen trillioner dollar per år. Om förnybara bränslen subventionerades i denna takt kunde produktionskostnaderna sänkas och förnybara biobränslen skulle kunna konkurrera med fossila bränslen.