Biyoyakıtın Temel Bileşimi

Küresel ısınmayı engellemeye yardımcı olacak birçok çözümden biri, alternatif enerji kaynakları bulmaktır. Güneş panelleri ve rüzgar türbinleri, elektrikli arabalar da dahil olmak üzere küresel elektrik ihtiyaçlarını destekleyebilir, ancak mevcut otomobillere, kamyonlara, uçaklara, jeneratörlere ve diğer motorlara güç sağlamak için fosil yakıtlara olan güvenin ele alinan. Biyodizel gibi biyoyakıt, fosil yakıtların yakılmasının yerini alabilecek bitki materyalinden oluşturulan sıvı bir yakıt kullanır.

Fosil yakıtlar rafine edilmemiş petrolden elde edilir. Bu ham petrol, milyonlarca yıldır muazzam bir baskı altında tutulan bitki ve hayvan yaşamının kalıntılarından oluşan bir maddedir.

Üç ana fosil yakıt türü, hiçbiri yenilenebilir olmayan petrol, kömür ve doğal gazdır. Bu, bugün var olan fosil yakıtların bir gün tükenebileceği anlamına geliyor. Fosil yakıtların tükenmesine hazırlanmak için biyoyakıtlar yaratıldı ve yaratılıyor.

biyoyakıtlar 8 fit ila 10 fit yüksekliğe kadar büyüyebilen çok yıllık bir çim olan mısır veya şalgam gibi canlı veya yakın zamanda yaşayan bitki materyallerinden elde edilir. Bu dökme malzemeye biyokütle denir ve bitki malzemesi yeniden yetiştirilebildiği için yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak kabul edilir.

Yanan fosil yakıtlar karbondioksit üretir ve bu ekstra karbondioksitin Dünya atmosferinin doğal sera etkisini arttırdığı uzun zamandır bilinmektedir.

Kısaca sera etkisi, güneşin enerjisinin Dünya'ya ulaşması, onu ısıtması ve ardından tekrar atmosfere yayılmasıdır. Karbondioksit veya metan gibi sera gazları bu enerjiyi emer ve bir kısmını tekrar Dünya'ya yayar. Bu, atmosferi yaşamı destekleyebilen yaklaşık 16 santigrat derece (59 Fahrenhayt derece) ortalama küresel sıcaklığa ısıtmaya yardımcı olur.

Fosil yakıtlar sera etkisini hızlandırıyor atmosfere daha fazla karbondioksit yerleştirerek ve bu, gezegenin sıcaklığını yükseltir. küresel ısınma. Bu sıcaklık değişimi, Dünya'nın olağan iklimi dengesiz hale geldiğinden iklim değişikliğine neden olabilir.

Yanan biyoyakıtlar da tıpkı fosil yakıtların yaptığı gibi karbon dioksit, az miktarda karbon monoksit ve diğer partikülleri üretir. Fark, yanma içeriğinde çok fazla değildir, ancak biyokütle, son büyümelerinde fotosentez sırasında atmosferik karbondioksit kullanmıştır.

Varsayım, yakılan biyoyakıtın, fotosentez tarafından alınan orijinal karbondioksitin yerini almasıdır. Bu nedenle, biyoyakıtlar olarak kabul edilir sıfır net karbondioksit emisyonu var ömürleri boyunca.

Fosil yakıtlar, hem zincir hem de aromatik formlarda hidrokarbonlardan oluşur, ancak biyoyakıt, bağlı oksijen gruplarına sahip hidrokarbon zincirlerinden oluşur. Kimyasal bileşimleri asitleri, alkolleri ve esterleri içerebilir.

Biyoyakıt daha çok sıfır karbon emisyonuna geçiş yaklaşımıdır, çünkü biyokütlenin yanması hala karbondioksit, partiküller ve eklenen oksijen ile yanmada formaldehit gibi toksinler bile oluşturabilir. süreç.

Biyoyakıtın nesilleri vardır. Biyoyakıt üretiminin ilk nesli, mısır veya şeker kamışı gibi bitki mahsullerine dayalı yakıttır. İkinci nesil hayvansal veya bitkisel atıklardan, üçüncü nesil biyoyakıt ise alglerden elde ediliyor.

Farklı biyoyakıt türleri mevcuttur ve birçoğu şu anda fosil yakıtlar benzin veya dizel ile karışımlarda kullanılmaktadır. Aşağıda şu anda kullanımda olan yaygın biyoyakıtlar ve bunların tanımları, bileşimi, üretimi ve kullanımları yer almaktadır.

Temel biyodizel tanımı, dizelin yerini alması amaçlanan altın ila koyu kahverengi renkte bir yakıttır. Biyodizelin bileşimi çoğunlukla esterler olarak sınıflandırılan trigliseritlerdir. Esterler transesterifikasyon yoluyla işlenir. Bitkisel ve hayvansal yağlardan elde edilen biyolojik yağlar - buna yemek pişirmede kullanılan kullanılmış yağlar dahildir - ısıtılmış koşullar altında kısa zincirli alkoller ve bir katalizör ile reaksiyona girer.

Transesterifikasyon, uzun zincirli yağ asitleri olan esterleri biyodizel ve gliserine dönüştürür. Bir karışım olmasına rağmen, temel biyodizel kimyasal formülü C'dir.₁₇H₃₄Ö₂, ester grubu –CO ile₂CH₃ uzun karbon zincirinin sonunda.

Biyodizel dizel yakıt için tasarlanmış motorlarda kullanılmaktadır. Biyodizel, yanma sürecinde daha az kükürt üretir ancak petrol bazlı dizelden daha az enerji sağlar. Biyodizel kullanmak için minimum motor modifikasyonu gereklidir; genellikle, biyoyakıt doğal kauçuğu bozduğundan yakıt sistemine yalnızca sentetik kauçuk hortumların ve contaların takılması.

Düşük sıcaklıklarda, yüksek konsantrasyondaki biyoyakıt bir motorda çalışamayacak kadar viskoz hale gelir ve motor parçalarında korozyon oluşabileceğinden 13 santigrat derecenin (55 Fahrenhayt derece) altındaki sıcaklıklar için uygundur. meydana gelir. Yüzde 20'den az biyoyakıt ve yüzde 80 veya daha fazla dizel karışımları bu viskozite sorununu ortadan kaldırır.

Biyodizel, belirli yakıt istasyonlarından satın alınabilir ve yaygın olarak B100, yüzde 100 biyoyakıt veya yüzde 20 biyoyakıt ve yüzde 80 dizel karışımı olan B20 olarak dağıtılır. Gaz kilometre performansı, biyodizelin B20 derecesinin üzerine düşer. Bu düşüş, özellikle yüksek hızlarda seyahat ederken, dizelin benzine göre elde ettiği kazancı sıfırlar.

Temel etanol tanımı, şekerlerin doğal fermantasyonu ile üretilen renksiz bir sıvıdır. Etanol karbon, hidrojen ve bir hidroksit grubundan oluşur ve mısır, şeker pancarı ve şeker kamışından elde edilir. Kullanılan süreç fermantasyondur. Daha ekonomik olan süreç, mayalanmadan önce mısırın un benzeri bir kıvamda öğütülmesidir.

Fermantasyon işleminden sonra etanol, yüksek bir konsantrasyona damıtılır (saflaştırılır). Etanol molekülünün kimyasal formülü C'dir.₂H₅OH.

Etanol, benzin için tasarlanmış motorlarda kullanılabilir. Amerika Birleşik Devletleri'nde satılan herhangi bir araç, yüzde 10 etanol ve yüzde 90 kurşunsuz benzin karışımıyla çalışabilir. Şu anda satılan çoğu benzin etanol ile karıştırılıyor.

Etanol, benzinin daha tam yanmasına yardımcı olur; bu, enerji verimini artırır, ancak çevreye daha fazla dumanlı kirletici katkıda bulunma potansiyeline sahiptir.

Temel metanol tanımı, bitki materyalinden veya metanı oksitleyerek damıtılan renksiz bir sıvıdır. Metanol karbon, hidrojen ve bir hidroksitten oluşur. Kimyasal formülü CH olan alkollerin en basitidir.₃OH. Metanolün üretilmesi etanolden daha ucuzdur ve herhangi bir bitki materyalinden veya çöp gazı veya enerji santrali emisyonlarından elde edilebilir.

Metanol, karbon monoksit ve hidrojenin sentez reaksiyonu yoluyla üretilir. Bu bileşenler, kömür, gaz veya biyokütlenin yakılmasından üretilebilir. Kömürün yanmasından kaynaklanan gazlar gibi bir prosesin atık ürününün diğerinin başlangıç ​​ürünleri için kullanılması Metanolün yaratılması gibi süreç, endüstriyel geri dönüşümdür ve kirleticilerin çevreye salınımını azaltacaktır. atmosfer.

Metanol benzinli motorlarda kullanılabilir. Yakıt olarak metanol kullanmanın avantajları, benzine kıyasla yanmadan kaynaklanan daha düşük hacimde toksin ve partikül içerir. Benzinli motorlarda hacimce yüzde 15'e kadar metanol herhangi bir motor modifikasyonu olmaksızın karıştırılabilir.

Metanol önemli ölçüde daha ucuz olmasına rağmen, gaz kilometresindeki azalma maliyet etkinliğini iptal eder. Ayrıca, suyu metanolden çıkarmak zordur ve bu, motor hortumlarını ve contaları aşındırabilir.

Temel biyobütanol tanımı, çoğunlukla mısır olmak üzere belirli bitkilerden yapılan renksiz bir sıvı yakıttır. Bütanolün temel bileşimi karbon, hidrojen ve oksijenden oluşur. Kimyasal formülü C olan dört karbonlu bir alkoldür (bütil alkol).₄H₁₀Ö.

Biyobutanol, esas olarak mısır besleme stoğunun fermentasyonundan elde edilir. Hammaddeden basit şekerlerin fermantasyonunda bütanol, etanol ve aseton üretilir. Bu yan ürünlerin ayrılması, üretim maliyetini artırır, ancak etanol üreten herhangi bir işleme tesisi de bütanol üretebilir.

Biyobütanol daha az aşındırıcıdır ve etanolden yaklaşık yüzde 25 daha fazla enerji sağlar ve sera gazlarının azaltılmasına yardımcı olmak için benzinle karıştırılabilir. Butanol, nakliye öncesinde benzinle karıştırılabilirken, etanolün ayrı olarak taşınması ve yakıt çıkışında karıştırılması gerekir.

Biyobütanol, benzinden daha az enerji sağlar, ancak yanma üzerine önemli ölçüde daha az toksik bileşiğe sahiptir. Benzinle çalışan herhangi bir araba biyobütanol karışımıyla çalışabilir. Çoğu otomobil üreticisi, motorda hiçbir değişiklik yapmadan benzinle yüzde 15'e kadar biyobütanol karışımını kabul edecektir.

Temel alg biyoyakıt tanımı, alglerden yapılan açık yeşil sıvı yakıttır. Bitkiler gibi algler de fotosentez yoluyla güneş ışığını enerjiye dönüştürür. Havuzlardaki küçük protozoalardan okyanustaki büyük yosunlara kadar 100.000'den fazla genetik olarak çeşitli alg türü vardır.

Algler, yüksek konsantrasyonda lipidlere veya yağlı, yağ içeren moleküllere sahiptir. Bu lipitlerin çıkarılması gerekir ve biyoyakıta dönüştürülebilir. Birçok yosun türü vardır, ancak genel bir yosun biyoyakıt kimyasal formülü C'dir.₁₀₆H₂₆₃Ö₁₁₀N₁₆.

Chlorella ve spirulina, biyosentez için diğer alglerden daha uygundur, ancak genetiği değiştirilmiş algler, enerji verimini 40'a kadar artırabilecek daha yüksek lipit içeriğine sahip organizmalar yaratır. yüzde.

Algler, büyük açık havuzlarda veya havuz benzeri sistemlerde yetiştirilebilir. Kapalı devre sistemler havaya açık değildir ve içeriye karbondioksit pompalanmalıdır. CO kullanma₂ Bacalardan elde edilen atıklar, bir prosesin atık ürününü diğerinin yakıtı için geri dönüştürebilir. Yosun büyümesi bol ve ürün ortalama her beş günde bir toplanabilir.

Lipitleri ayırmak için alglerin kuru bir toz olması gerekir. Çoğu zaman, alglerin kurutulması, yakıtın kullanılabilir bir yakıt olarak yakıldığında sağlayacağı enerjiden daha fazla enerji gerektirir. Kurutma sürecini atlayan ve solvent jetleri lipidleri çıkarırken sıvı süspansiyon halinde alglere sahip yeni teknoloji geliştirilmektedir.

Bitkisel yağ gibi, algler de lipitler içerir ve alg yakıtı biyodizele dönüştürülebilir. Herhangi bir dizel motorda kullanılabilir.

Yüzde 95 dizelde yüzde 5 biyoyakıt olan B5'ten, yüzde 50 biyoyakıt ve yüzde 50 dizel B50'ye kadar değişen karışımlar oluşturulabilir. B30 karışımı bir çalışmada dizel yakıttan biraz daha verimliydi ve diğer çalışmalarda CO₂ emisyonları fosil yakıtlardan daha yüksekti.

Biyoyakıt, temel olarak bitki büyümesine ihtiyaç duyar. 2050 yılına kadar 9,6 milyara ulaşması beklenen nüfusun giderek arttığı bir dünyada, yakıt için bitki yetiştirmek için verimli toprakları kullanmak insanların çıkarına olmayabilir. Bununla birlikte, terkedilmiş tarım arazileri gibi kötülenmiş araziler kullanılırsa, bu endişeyi giderecektir.

Listelenen biyoyakıtlar arasında biyodizel en demokratik olanıdır. Bir tüketici, ucuz bir başlangıç ​​ve yer ile arka bahçesinde biyoyakıt yaratabilir. Kullanılmış yemeklik yağ yerel restoranlardan toplanabilir, filtrelenebilir ve daha sonra transesterifikasyon için bir kaba konulabilir.

Biyoyakıtların maliyeti, fosil yakıtlara kıyasla yüksek kalır. Ancak, bu aynı zamanda fosil yakıtlara yönelik devlet sübvansiyonlarından da kaynaklanmaktadır. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki fosil yakıt sübvansiyonları yılda trilyonlarca dolar düzeyinde olabilir. Yenilenebilir yakıtlar bu oranda sübvanse edilirse üretim maliyetleri düşürülebilir ve yenilenebilir biyoyakıtlar fosil yakıtlarla rekabet edebilir.