Як працює біопаливо? 10 кроків до виробництва біопалива

Команда використання біоенергетики зростає, але як функціонує біопаливо? У цій статті описано, як можна перетворити органічні відходи відновлюваних джерел енергії які можна застосовувати кількома різними способами.

Існують різні різновиди біопалива, і всі вони функціонують однаково. Загалом, ця фраза стосується виробництва відновлюваного палива з джерела біомаси.

Є кілька переваг використання біологічних процесів на відміну від географічних (наприклад горючі корисні копалини зробити). Етанол і біодизель є двома біопаливами, які найчастіше використовуються у всьому світі.

Різні форми біомаси використовуються як сировина для цих відновлюваних джерел енергії. Прикладами цього є тваринний гній, цукрова тростина, кукурудзяний крохмаль і рослинна олія.

Однак існують інші можливі джерела біопалива. Для виробництва біопалива проводиться багато досліджень і розробок щодо водоростей і відходів лісового господарства.

Глобальні дослідження та розробки проводяться щодо біопалива загалом як потенційного майбутнього джерела енергії. Зважаючи на їхню популярність, надзвичайно важливо зрозуміти, як функціонує біопаливо.

Зміст

Як працює біопаливо?

Існують різні типи біопалива, і вони працюють по-різному.

Ethanol
Biodiesel
Біогаз
Тверде біопаливо

1. Етанол

Тип біопалива під назвою етанол виробляється із ферментованих рослинних речовин, таких як кукурудза чи цукрова тростина. Вуглеводи в рослинному матеріалі розщеплюються шляхом бродіння з утворенням етанолу, який потім очищається дистиляцією. Потім можна виготовити паливо для двигунів внутрішнього згоряння шляхом змішування очищеного етанолу з бензином.

Оскільки етанол приблизно на 30% менш ефективний, ніж бензин на одиницю об’єму, потрібно більше чистого етанолу, щоб подолати ту саму відстань, що й бензин. Чистий етанол можна використовувати лише в двигунах легкових автомобілів, легких вантажівок і мотоциклів, і тільки якщо ці двигуни були спеціально модифіковані для цієї мети.

2. Біодизель

Ефективність біодизеля також нижча, ніж у бензину. Однак багато залежить від складу і якості палива. Відсоток біодизеля в бензиновій суміші вказується після префікса B- на етикетках біодизеля на АЗС. Наприклад, B20 – це дизельне паливо, яке містить 20% біодизеля.

Необхідність модифікації двигуна зменшується зі зменшенням відсотка додавання біодизеля. У довгостроковій перспективі використання чистого біодизеля спричинило б деякі проблеми з обслуговуванням і продуктивністю. Ці проблеми з обслуговуванням можна вирішити.

3. Біогаз

Анаеробне зброджування, яке включає розчинення органічних матеріалів, таких як харчові відходи, стічні води або сільськогосподарські відходи без кисню, є процедурою, яка найчастіше використовується для створення біогаз. Метан (CH4) і вуглекислий газ (CO2) поєднуються для виробництва біогазу.

Нижче наведено найбільш типову сировину, яка використовується для виробництва біогазу:

Харчові відходи та інші органічні відходи, будинки та підприємства
Гній великої рогатої худоби
Енергетичні культури, включаючи вербу, тополю та міскантус
Каналізація та стічні води
Кукурудза, пшениця та трава
Промислові відходи харчової промисловості та паперових фабрик
Звалище відходів

Точна сировина, що використовується, визначатиметься конкретними цілями виробництва біогазу, наявністю ресурсів і географічним розташуванням. Виробництво біогазу може відбуватися в невеликих (побутових, сільськогосподарських) або великих (промислових, муніципальних) масштабах.

Існує кілька застосувань біогазу, зокрема:

Як транспортне паливо, окремо або в поєднанні з дизелем або природним газом.
Як джерело палива для виробництва електроенергії та тепла в будинках, компаніях і на електростанціях.
Під час промислових операцій, таких як створення біопластику, хімікатів і добрив.
Для очищення та дезінфекції стічних вод.
Крім того, «біометан», або чистий метан, можна виробляти з біогазу та використовувати для отримання газу трубопровідної якості.

Загалом біогаз є гнучким і стійким джерелом енергії, яке може підтримувати енергетичну незалежність, покращувати якість повітря та знижувати викиди парникових газів.

4. Тверде біопаливо

Спалювання деревних пелет. Деревні пелети є різновидом твердого палива.

Паливо, отримане з твердої біомаси, такої як деревина, рослини та відходи, відоме як тверде біопаливо. Серед іншого, їх можна спалити для отримання тепла та електроенергії, а також використовувати в інші способи.

Тверде біопаливо спалюється в котлі в процесі згоряння для отримання тепла. Пара, що утворюється внаслідок цього тепла, потім використовується для приводу турбіни. Турбіна виробляє електроенергію, яку енергосистема згодом може використовувати для постачання будинків і підприємств.

Тверде біопаливо можна спалювати на електростанціях, які були спеціально побудовані як альтернатива звичайному викопному паливу та як засіб зниження викидів парникових газів.

Вид використовуваного біопалива, технологія спалювання та стійкість процесу його виробництва впливають на ефективність процесу та вплив біопалива на навколишнє середовище.

Тверде біопаливо часто використовується в комерційних і побутових системах опалення, а також у промисловості та виробництві електроенергії.

Як сировину їх також можна використовувати для виробництва біопалива, наприклад біоетанолу та біодизеля.

10 кроків до виробництва біопалива

Усього існує десять процесів, щоб отримати готовий біопаливний продукт, який ви можете поставити у свій автомобіль.

Пошук джерела нафти
Тестування масла
Фільтрація масла
Виготовлення пробної партії
Придбання засобів виробництва
Отримання хімічних речовин
Попередня обробка масла
Переробка біодизеля
Заходи безпеки
Мийка та сушіння біодизеля
Робота з гліцерином

1. Розташування джерела нафти

Пошук запасів нафти для початку є найважливішою проблемою для людей. Більшість людей купує рослинну олію в найближчих ресторанах.

Однак перш ніж обговорювати, де знайти сире паливо, ми повинні переконатися, що відпрацьоване масло, яке ми отримуємо, має бути попередньо відфільтровано до мінімуму 400 мікрон.

Зневоднені мають низьку кількість вільних жирних кислот. Ми радимо вам купувати відпрацьовану рослинну олію в закладах, які змінюють масло щотижня. Це допоможе вам знайти масло вищого сорту.

Споживачам також доступні рапсова, кукурудзяна та арахісова олії.

Додатковими джерелами отримання відпрацьованої олії є тваринний жир, сало або сало. Однак, оскільки ці джерела мають більший коефіцієнт гелеутворення, що може призвести до засмічення двигуна при вищих температурах, ми не радимо збирати з них відпрацьоване масло.

2. Тестування масла

Ми повинні перевірити якість олії після того, як ви її отримаєте, щоб переконатися, що ми можемо її використовувати. Дуже важливо спочатку перевірити масло. Доступні численні варіанти тестування. Перевірка олії на вміст кислоти та води є двома найважливішими.

Просто розігрійте олію на сковороді, щоб перевірити наявність бульбашок і наявність води. Ми повинні вивчити титрування, щоб виміряти рівень кислотності.

Титрування - це термін для визначення рівня кислотності. Для цього зразок олії необхідно змішати з точною кількістю pH-нейтрального спирту. Рівень кислоти потім визначали б за допомогою pH-фільтра; зазвичай використовується фенолфталеїн.

Важливо стежити за рівнем кислотності. Базовий хімікат, який ми пізніше додаємо, може бути нейтралізований великою кількістю кислоти, якщо олія має високий рівень кислотності. Знання рівня кислотності дозволяє нам розрахувати та додати точну кількість базової хімікати, необхідної для перетворення його на біопаливо.

3. Фільтрація масла

Масло стає чистішим і ефективнішим після фільтрації. Ми повинні переконатися, що масло не містить сторонніх домішок, таких як харчові пластівці. З усіх варіантів фільтрації масла радимо взяти бочку на 55 галонів з металевим барабанним фільтром.

Розуміння розміру фільтрів має вирішальне значення. Радимо, щоб перфорація була якомога меншою. Ідеальним фільтром буде 400 мікрон.

4. Виготовлення пробної партії

Перш ніж почати, було б гарною ідеєю зробити пробну партію. Це покаже, чи є нафта, яку ви нещодавно придбали, цінною для виробництва біопалива.

Зробити тестову партію відносно просто, оскільки всі інгредієнти зазвичай доступні у ваших місцевих продуктових магазинах.

5. Придбання засобів виробництва

Виробництво біопалива для вас не складе труднощів, якщо у вас є потрібні інструменти. Щоб все це стало можливим, вам знадобляться такі предмети:

Ємності для збору масла: Для обробки та зберігання зібраної олії. Для цього можна повторно використовувати стару бочку або бочку для нафти. Попросіть сусіда позичити вам один, якщо він має такий, яким він не користується, якщо ви не можете знайти його в сараї. У найгіршому випадку зупиніться на сусідній сміттєзвалищі!
Можливість транспортування нафти: транспортувати нафту з зони збору нафти (ресторани) до зони видобутку нафти (задній двір є пропозицією). Як правило, бочка для нафти може поміститися у вашу вантажівку.
Масляні фільтри: Щоб видалити масло, щоб його можна було обробити. 400 мікрометрів.
Процесор біопалива: Поєднуючи хімічні речовини з нафтою, цей пристрій допоможе перетворити вашу нафту на біопаливо.
Барель нафти: Його очищають від домішок за допомогою промивного бака для біопалива.
Резервуар для зберігання біопалива: Вони необхідні для зберігання відфільтрованої олії після промивання та фільтрування.
Перекачувальні насоси: Вони використовуються для транспортування нафти між різними контейнерами та існують у різноманітних розмірах і формах.
Набір для титрування: Для вимірювання кислотності.

6. Отримання Cхімікали

Метанол використовується в хімічному процесі. Біодизель утворюється, коли метанол поєднується з використаною рослинною олією.

Крім метанолу вам знадобиться гідроксид натрію або калію. Обидва вони доступні в магазинах сантехніки. Гідроксид калію робить гліцерин більш рідким і легко розчиняється в метанолі, тому ми радимо вам придбати трохи.

Будь-який із цих гідроксидів використовуватиме каталізатор для ініціювання хімічної реакції між метанолом і нафтою.

7. Попередня обробка масла

Перш ніж переробити нафту в біодизельне паливо, її необхідно підготувати до переробки. На кроці 2 ми говорили про обчислення вмісту води та кислоти в олії.

Тепер ми повинні розглянути, як поводитися з розведеною олією та/або високим вмістом кислоти.

Очищення води

Хоча існують різні методи зневоднення нафти, найпростішим є дати нафті відстоятися. За достатнього часу вода просто опуститься на дно, і її можна буде видалити, оскільки вода та олія погано поєднуються.

Масло також можна нагріти, щоб прискорити цей процес. Це полегшує розсіювання молекул води із суспензії, дозволяючи молекулам олії розширюватися.

Зниження рівня кислоти

Перш ніж використовувати олію для виробництва біодизеля, вам слід подумати про зниження рівня кислоти в олії, якщо отримана олія має високу концентрацію вільних жирних кислот. Сировина з високим вмістом жирних кислот може бути перетворена на біодизельне паливо, однак цей процес є дещо трудомістким.

Причина цього полягає в тому, що до того моменту, як у вас буде біодизель, у вас все одно буде багато мила, оскільки ви використовуєте надлишок розчинника.

Існує два способи зниження кислотності олії:

Їдке очищення
Кислотна етерифікація

1. Очищення каустиком

Для цього деяку частину твердої основи (гідроксид натрію або калію) необхідно розчинити у воді перед додаванням до олії. У результаті жирні кислоти, що не містять олії, з’єднаються з твердою основою та отримають мило. Після зневоднення олії та видалення мила її можна використовувати для виробництва біодизеля.

Незважаючи на ефективність, цей метод призведе до зменшення біодизеля, оскільки частина олії буде перетворена на мило.

Хоча деякі заводи з виробництва біодизеля забороняють каустичну десорбцію як метод зниження вільних жирних кислот, ми знаємо, що це можна зробити, і це працює. Деякі люди просто віддають перевагу другому підходу.

2. Кислотна етерифікація

Вільні жирні кислоти (ВЖК) в олії модифікуються під час цієї процедури за допомогою сірчаної кислоти, щоб їх можна було перетворити на біодизельне паливо. Цей спосіб підходить при роботі з олією, яка має велику кількість вільних жирних кислот. Він був обраний тому, що замість того, щоб перетворювати FFA на мило, він лише змінює кислотні ланцюги, щоб спричинити їх перетворення на біопаливо або біодизель.

8. Bйод Pрум'яна

Головною метою попередніх етапів була підготовка до цього. Це основний спосіб перетворення нафти в біодизельне паливо. Фактичні реакції, які дозволяють виробляти біодизель з органічного масла, відбуваються тут, де відбувається магія.

Перед тим, як ми підемо, тобі потрібно потренуватися в чудовій безпеці. Давайте розглянемо деякі заходи безпеки, які вам слід вжити.

Заходи безпеки

Ви матимете справу з досить їдкими рідинами, метанолом, міцним алкоголем, невеликою кількістю тепла та переміщенням горючих речовин з одного контейнера в інший. Рекомендується тримати під рукою вогнегасник, який може загасити опік на масляній основі.

Бажано обробляти біодизель у добре провітрюваному приміщенні, подалі від дітей і домашніх тварин і з належним засобом безпеки.

Перш ніж виробляти велику кількість біодизеля, зверніться до місцевих органів влади та пожежної служби, щоб переконатися, що будь-які добавки, алкоголь та інші речовини обробляються та використовуються відповідно до місцевих правил і норм.

Гарантія виробника може бути анульована, якщо домашнє біодизель використовується в автомобілі з дизельним двигуном. Тож спробуйте, якщо у вашої старої вантажівки минув гарантійний термін.

При правильному виробництві біодизель часто є цілком здоровим. Вона менш шкідлива, ніж кухонна сіль, і руйнується швидше, ніж цукор. Він не вважається небезпечним, якщо його розлити, оскільки він має вищу температуру спалаху, ніж звичайне бензинове дизельне пальне.

9. Промивання та сушіння біодизеля

Виробляючи біодизель, ми часто впорскуємо більше метанолу, ніж нам потрібно. Щоб переконатися, що хімічна реакція закінчилася, зробіть це.

Після проведення реакції значна кількість метанолу тепер є компонентом оригінального біодизеля, однак тепер він має невеликі зміни. Надлишок метанолу потрапляє в гліцерин. Крім того, частина додаткового метанолу залишається в біодизелі.

Промивний біодизель
Сушіння біодизеля

1. Промивання біодизеля

Молекули метанолу більше люблять воду, ніж біодизель, коли його використовують.

Розчинений у воді метанол потрапляє у водний шар, де все інше знаходиться поверх нього водою. Якщо ви миєте його досить довго, надлишок метанолу та інші матеріали, на які він прилип, буде повністю видалено.

Техніка, по суті, така сама, коли використовується система сухого прання. Гліцерин, мило та метанол захоплюються або поглинаються сухою смолою або порошком, але біодизель пропускається.

2. Сушка біодизеля

Давайте обговоримо, як позбутися води тепер, коли ви цього хочете.

По-перше, існує безліч способів висушити біодизель. Вони розкидані по Інтернету, якщо ви виконуєте швидкий пошук. Щоб зробити біодизель, ми лише обговоримо деякі з простіших методів.

Виносьте своє біодизель на вулицю під пряме сонячне світло – це один із найкращих способів досягти цього. Нехай мати-природа та магія працюють разом. Сонячне тепло допоможе всій воді досить швидко випаруватися, якщо погода досить суха.

Ваш біодизель готовий до використання, коли він висохне та не містить гліцерину.

10. Поводження з гліцерином

Поводження з відходами заклади можуть приймати використаний гліцерин. Об’єкт має унікальний пристрій для переробки, який називається анаеробним метантенком, який також називають метановим реактором.

По суті, усі неочищені стічні води об’єднуються у великому змішувальному апараті, а потім переміщуються у великий резервуар, де бактерії поїдають і розкладають неочищені стічні води.

Газ метан потім утворюється як побічний продукт бактерій. На метанових електростанціях метан уловлюється та спалюється.

Бактерії використовують неочищений гліцерин як їжу, що збільшує виробництво метану. Тепер у нас є екологічний варіант утилізації всього нашого гліцерину, оскільки підприємство з утилізації відходів могло прийняти його весь.

Висновок

Підсумовуючи, біопаливо можна використовувати для транспорту, електроенергії, освітлення та тепла. Дві стадії фотосинтезу — світлова реакція і темнова реакція відбуваються в хлоропластах клітин. Біопаливо можна виготовляти з різних біологічних продуктів, включаючи деревину, траву, олії, цукор і крохмаль.