- Que es el biocombustible
- Las ventajas y desventajas de los biocombustibles.
- Generaciones de combustibles alternativos.
- Tres tipos de biocombustibles.
- Conclusiones y video útil sobre el tema.
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Una alternativa a los recursos energéticos tradicionales son los diversos tipos de biocombustibles, para cuya fabricación se utilizan materias primas vegetales o animales, los desechos industriales y los resultados de la actividad vital de los organismos.
Proponemos comprender las ventajas y desventajas de usar dicho combustible, conocer las características de producción, las características funcionales y evaluar la efectividad de usar diferentes tipos de biocombustibles. Esta información ayudará a navegar en la selección de fuentes de energía alternativas.
Que es el biocombustible
Las áreas más prometedoras en el sector energético son las tecnologías que utilizan recursos renovables, que incluyen los biocombustibles.
El tipo más común de biocombustibles es la leña convencional. El 38% de la población mundial los utiliza para calentar y cocinar.
Como materia prima para su producción, puede tomar biomasa de origen vegetal / animal, incluidos desechos industriales o residuos animales.
El procesamiento de tales sustancias es un método termoquímico o biológico, en este último caso, el combustible se obtiene utilizando varios tipos de microorganismos.
La proporción de biocombustibles crece constantemente, lo que contribuye a la preservación de los recursos de hidrocarburos fósiles (+)
En muchos países, existen programas especiales para aumentar la proporción de biocombustibles en el consumo de energía nacional y regional. En varios estados también existen normas obligatorias para el uso de esta fuente de energía.
Las ventajas y desventajas de los biocombustibles.
Los tipos biológicos de combustible tienen sus lados positivo y negativo. Interés por el uso de este tipo de materia prima debido a sus indudables ventajas.
Estos incluyen:
- Costo del presupuesto . Aunque en este momento el precio de los biocombustibles coincide prácticamente con el costo de la gasolina, las sustancias biológicas se consideran un tipo de combustible más rentable, ya que producen menos emisiones cuando se queman. Los biocombustibles son adecuados para su uso en diversas condiciones, mientras que pueden adaptarse a motores de diferentes diseños. Otra ventaja es la optimización del motor, que permanece limpio durante más tiempo debido a la pequeña cantidad de hollín y gases de escape.
- La movilidad El biocombustible se diferencia de otras opciones de energía alternativa por su movilidad. El diseño de las plantas de energía solar y eólica por lo general incluye baterías pesadas, por lo que se utilizan de forma estacionaria, mientras que el biocombustible se puede transportar de una región a otra sin muchas complicaciones.
- Fuente de energía renovable . Aunque, según los investigadores, los depósitos existentes de petróleo crudo durarán al menos unos pocos cientos de años, las reservas minerales aún son finitas. Los biocombustibles hechos de plantas y desechos animales se encuentran entre los recursos renovables que no están en peligro de extinción en el futuro previsible.
- Protección de la atmósfera de la tierra . Una desventaja importante de los hidrocarburos tradicionales es un gran porcentaje de CO2 liberado durante la combustión. Este gas crea un efecto invernadero en la atmósfera de nuestro planeta, creando condiciones para el calentamiento global. Durante la combustión de sustancias biológicas, la cantidad de dióxido de carbono se reduce al 65%. Además, los cultivos utilizados en la producción de biocombustibles consumen monóxido de carbono, reduciendo su participación en el aire.
- Seguridad economica Las reservas de hidrocarburos se distribuyen de manera desigual, por lo tanto, algunos estados se ven obligados a comprar petróleo o gas natural, gastando grandes cantidades de dinero para comprar, transportar y almacenar. Se pueden obtener diferentes tipos de combustibles biológicos en casi cualquier país. Dado que para su producción y procesamiento será necesario crear nuevas empresas y, en consecuencia, empleos, esto beneficiará a la economía nacional y tendrá un efecto positivo en el bienestar de las personas.
Mejorar la tecnología y desarrollar nuevos métodos aumentará los efectos positivos de los biocombustibles. Por lo tanto, el desarrollo de tecnologías utilizando plancton y algas reducirá significativamente su precio.
Al mismo tiempo, en la etapa actual del desarrollo de la ciencia y la tecnología, la producción de biocombustibles está asociada con una serie de dificultades e inconvenientes. En primer lugar, estas son limitaciones naturales en el cultivo de plantas.
Para el crecimiento de los cultivos utilizados para la producción de biomasa, se deben considerar varios factores, a saber:
- Uso del agua . Las plantas agrícolas consumen mucha agua, que es un recurso limitado, especialmente en lugares secos.
- Invasividad Cultivos cultivados para combustible son a menudo agresivos. Ahogan la flora auténtica, que puede afectar la biodiversidad y el ecosistema de la región.
- Fertilizantes . El crecimiento de muchas plantas requiere la adición de nutrientes que pueden dañar otros cultivos o el ecosistema general.
- El clima Zonas climáticas separadas (por ejemplo, desierto o tundra) no son adecuadas para el cultivo de cultivos de biocombustibles.
El cultivo activo de plantas agrícolas también se asocia con el agotamiento de los recursos agrícolas. El incumplimiento de las normas de ingeniería agrícola puede llevar a una disminución en el contenido de componentes útiles del suelo y, en consecuencia, a su agotamiento, lo que provocará un agravamiento del problema alimentario.
Se produce alteración del ecosistema. Para la producción de biomasa usualmente se requiere la expansión de los territorios involucrados en la agricultura.
A menudo, para este propósito, se lleva a cabo la limpieza del territorio, lo que conduce a la destrucción del microecosistema (por ejemplo, los bosques), la muerte de plantas y animales.
Para la producción de biocombustibles, ya se está cultivando un gran volumen de cultivos. Más del 50% de la colza producida en Europa, más de un tercio del grano estadounidense y casi la mitad de la caña de azúcar cultivada en Brasil se utiliza para la producción de biomasa.
Hay problemas con el cultivo de monocultivos. Para obtener un mayor rendimiento de biomasa, los productores a menudo siembran la tierra con una determinada planta. Esta práctica no se refleja muy bien en el estado de las tierras agrícolas, ya que el monocultivo conduce a un cambio en el medio ambiente.
En los campos ocupados por una especie de plantas, las especies especiales de plagas generalmente parasitan. Un intento de controlarlos con insecticidas y pesticidas solo conduce al desarrollo de resistencia a estos agentes.
Para evitar los problemas descritos anteriormente, los científicos aconsejan no descuidar la biodiversidad de los cultivos, combinando varias plantas en los campos, así como usar variedades locales de flora.
Generaciones de combustibles alternativos.
Una amplia gama de materias primas vegetales utilizadas para la biomasa se puede dividir en varias generaciones.
La primera generación . Esta categoría incluye cultivos que contienen un alto porcentaje de almidón, azúcares y grasas. Estas son plantas tan populares como el maíz, la remolacha azucarera, la canola, la soja.
Dado que el cultivo de estos cultivos es perjudicial para el clima y su eliminación del mercado afecta el precio de los productos, los científicos están tratando de reemplazarlos con otros tipos de biomasa.
De las plantas agrícolas que pertenecen a la primera generación de materias primas, actualmente se producen casi todos los tipos de combustibles líquidos modernos (biodiesel, etanol).
Segunda generacion El grupo de biomasa incluye madera, pasto, residuos agrícolas (cáscara, cáscara). La obtención de biocombustibles a partir de dichas materias primas es costosa, sin embargo, resuelve el problema de la eliminación de residuos no alimentarios con la producción simultánea de materiales combustibles.
Una característica de los cultivos incluidos en esta variedad es la presencia de lignina y celulosa en ellos. Gracias a ellos, la biomasa puede ser quemada y gasificada, y también sometida a pirólisis, obteniendo combustible líquido.
La principal desventaja de la biomasa de segunda generación es la falta de retorno por unidad de área, razón por la cual se deben asignar importantes recursos de tierra para tales cultivos.
Tercera generacion La materia prima para la producción de biocombustibles son algas que se cultivan a escala industrial, por ejemplo, en aguas abiertas.
La opción más prometedora son los biocombustibles derivados de algas unicelulares. Estas plantas ganan masa rápidamente, mientras que para su cultivo no requiere tierra fértil.
Esta práctica tiene grandes perspectivas, pero en la actualidad estas tecnologías solo se están desarrollando. Los científicos también están realizando investigaciones sobre la creación de técnicas que permiten obtener biocombustibles de cuarta y hasta quinta generación.
Tres tipos de biocombustibles.
Dependiendo del estado de agregación de la sustancia, existen tres tipos principales de biocombustibles:
- Sólido : leña, turba, residuos animales y producción agrícola.
- Líquido : biodiesel, dimetil éter, bioetanol, biobutanol.
- Gaseosos : biogás, metano, biohidrógeno.
Cada tipo de sustancia tiene sus propios detalles, que se discutirán a continuación.
Tipo # 1: Sólido
Las variedades sólidas de biocombustibles más populares son la madera, la turba y los desechos animales.
Madera (leña, astillas, aserrín)
La forma antigua de los biocombustibles es la leña conocida, que durante mucho tiempo se ha utilizado para calentar hogares y cocinar. Hasta ahora, se utilizan activamente en diferentes países para producir calor / electricidad, en particular, una gran central térmica austriaca con una capacidad de 66 megavatios opera con leña.
Al mismo tiempo, tales materias primas tienen desventajas. El valor energético de la leña es relativamente pequeño: cuando se quema, una parte de la sustancia se acumula en forma de hollín, debido a lo cual las chimeneas y las estufas deben limpiarse regularmente. Además, se necesita tiempo para reponer el stock de madera: los árboles nuevos crecerán solo en 15 a 20 años.
Una excelente alternativa a la leña convencional son los pellets (gránulos), para cuya producción se utiliza madera de calidad inferior: corteza, astillas, aserrín prensado, ramas.
Los pellets obtenidos de madera, turba y diversos residuos tienen un color diferente. Los colores claros se utilizan para calentar chimeneas y estufas, mientras que los oscuros, con un alto contenido de corteza, están destinados a calderas de combustible sólido.
Para la producción de pellets de combustible, las materias primas se muelen hasta convertirse en polvo, que luego se seca y se presiona a alta temperatura. Debido a la lignina contenida en la madera, se forma una masa pegajosa, a partir de la cual se forman pequeños cilindros con una longitud de 5-70 mm y un diámetro de 6-10 mm.
Una alternativa moderna a la leña tradicional son las briquetas de combustible de cuatro, seis o formas octaédricas. Este material respetuoso con el medio ambiente tiene una alta transferencia de calor.
Puede configurar la producción de pellets usted mismo haciendo una prensa para las briquetas de combustible.
Entre los tipos populares de biocombustibles se encuentran las astillas de madera, que a menudo sirven como fuente de energía para las centrales térmicas europeas. La producción de esta materia prima se lleva a cabo en sitios de registro o en líneas de producción especiales equipadas con máquinas trituradoras.
Pantano y turba de combustible forestal
Esta es una forma común de biocombustibles, utilizada en fines domésticos e industriales durante siglos. La turba es una capa de musgo que no se ha descompuesto completamente en las condiciones del pantano, y se cosecha en muchos países del mundo: Rusia, Bielorrusia, Canadá, Suecia, Indonesia y otros.
La turba que contiene 50-60% de carbono se considera un material popular que contiene gas. Esta valiosa materia prima se puede utilizar no solo como combustible, sino también como fertilizante o aislante térmico.
Para la comodidad del proceso de producción, la biomasa generalmente se procesa en el sitio de extracción. El proceso consiste en limpiar (cribar) las materias primas de paros extraños, seguido de secado y moldeo en forma de briquetas o gránulos.
Desechos de combustible agrícola
En la producción agrícola, por regla general, se acumula un gran número de residuos vegetales diversos: las conchas externas de las plantas, cáscaras de nuez, paja.
Dichas materias primas también pueden prensarse y granularse para obtener pellets de combustible, cuyas características prácticamente no difieren de los pellets hechos de biomasa leñosa.
Biocombustibles de origen animal.
Junto con la leña en la antigüedad, la gente comenzó a usar combustible de origen animal, es decir, estiércol seco de animales domésticos. Las tecnologías modernas de secado y procesamiento de materias primas similares permiten obtener variedades sólidas de biocombustibles, completamente desprovistos de un olor desagradable.
Durante mucho tiempo, los pueblos nómadas utilizaron estiércol seco de caballos, camellos y ganado como combustible. Actualmente, el biocombustible se produce a partir de residuos de animales domésticos en forma de briquetas o pellets.
Dado que en la actualidad los desechos animales se acumulan a escala industrial, la producción de combustible a partir de ellos resuelve simultáneamente el problema de su utilización.
Tipo # 2: líquido
Las variantes de biocombustibles líquidos que son seguras y amigables con el medio ambiente se usan principalmente como sustituto de la gasolina y otros medios similares. Las opciones más comunes incluyen bioetanol, biometanol, biobutanol, biodiesel, dimetil éter.
Bioetanol a partir de plantas
Este es un biocombustible líquido común que se utiliza para repostar automóviles. Aunque la sustancia pura no se usa como combustible, su adición a la gasolina ayuda a mejorar el rendimiento del motor, aumenta su potencia, controla el calentamiento del motor y reduce las emisiones de escape.
En muchas estaciones de servicio en Europa, Asia y América del Norte y del Sur, no solo se ofrece combustible tradicional, sino también varios tipos de biocombustibles, principalmente mezclas que contienen bioetanol.
El bioetanol también fue apreciado por los amantes de la chimenea. Esta sustancia tiene una buena transferencia de calor, además, cuando se quema, no se forma hollín ni humo, y se minimiza la cantidad de dióxido de carbono emitido.
Gracias a estas características, el combustible se puede utilizar incluso para calentar el hogar en edificios de apartamentos. Lea más sobre los biocombustibles para chimeneas escrito en este artículo.
El bioetanol se produce a partir de materias primas de primera generación que contienen almidón o azúcar. Cereales, maíz, caña de azúcar, remolacha son procesados por la tecnología de fermentación alcohólica.
Biobutanol para vehículos de repostaje.
El biobutanol es un análogo de butanol producido biológicamente. El líquido incoloro, que tiene un olor característico, se usa ampliamente como materia prima química en la industria y también se puede usar como combustible de transporte.
El contenido de energía del butanol está cerca de la gasolina, lo que permite reemplazar parcialmente este último en las celdas de combustible. A diferencia del bioetanol, el biobutanol se puede usar de forma independiente, sin agregar los tipos tradicionales de combustible.
Las materias primas para la producción de esta sustancia biológica son una variedad de plantas: remolacha, yuca, trigo, maíz.
Dimetil éter (C 2 H 6 O)
También es combustible ecológico. Cuando se quema en los gases de escape no hay compuestos de azufre, y el contenido de compuestos de nitrógeno es 90% más bajo que durante la combustión de la gasolina.
El dimetil éter se puede usar sin filtros especiales, pero el diseño del automóvil (sistema de potencia, encendido del motor) se debe cambiar drásticamente.
El dimetil éter se considera una opción prometedora para el combustible automotriz. Máquinas con motores diseñados para este combustible son desarrollados por grandes compañías como Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan.
Sin ninguna alteración, se puede usar un combustible combinado que contenga un 30% de dimetil éter en máquinas equipadas con motores de GLP.
El combustible líquido se puede producir a partir de diversas materias primas: gas natural, polvo de carbón, biomasa y, sobre todo, de la producción de pasta y papel, que se transforman en un líquido con una ligera presión.
Biometanol a partir de algas unicelulares.
Esta sustancia es un análogo del metanol convencional, que se usa ampliamente para la producción de varios compuestos químicos (ácido acético, formaldehído) y también se usa como anticongelante y disolvente.
Por primera vez, el tema de la producción de este tipo de biocombustible se planteó en la década de 1980, cuando un grupo de científicos propuso obtener una sustancia líquida mediante la transformación bioquímica del fitoplancton marino, que se cultivará en reservorios especiales.
El biometanol tiene varios beneficios potenciales:
- alta eficiencia energética : 14 cuando se produce metano, 7 cuando se produce metanol;
- Excelente productividad de fitoplancton : hasta 100 toneladas por hectárea por año;
- la demanda de organismos unicelulares para el cultivo de los cuales no necesita agua dulce, suelo fértil;
- сохранение земледельческих ресурсов, поскольку фитопланктон выращивается в прудах или морских заливах.
Хотя промышленное изготовление биометанола до сих пор не налажено, в настоящее время ведутся упорные исследования и разработка технологий для развития производства этого вида альтернативного горючего.
Биодизель как альтернатива транспортному горючему
Este es un biocombustible motor líquido que consiste en una mezcla de ésteres de ácidos grasos. La sustancia es segura para personas y animales, se descompone casi por completo en el suelo durante 28 días y también tiene una temperatura de ignición relativamente alta (<100).
El biodiesel reduce el porcentaje de emisiones de gases nocivos y también prolonga la vida útil del motor, ya que contiene componentes lubricantes.
El combustible se utiliza para repostar los motores de los automóviles de forma independiente y en combinación con el combustible convencional. Solo se debe tener en cuenta una vida útil corta de la sustancia biológica: después de tres meses, la descomposición de la sustancia biológica comienza con una pérdida completa de propiedades.
Para el biodiesel en la UE, se adoptó una norma especial EN14214. En varios países, la norma EN590 también está vigente, permitiendo la adición de un 5% de biodiesel a otros combustibles.
Tipo # 3: Gaseoso
Los principales tipos de biocombustibles gaseosos incluyen biogás y biohidrógeno.
El biogás como sustituto del gas natural.
El biogás es un análogo prácticamente completo del gas natural: contiene 13-50% de CO2 , 49-87% de metano, así como impurezas H2 y H2S. Si esta sustancia se elimina del dióxido de carbono, puede obtener biometano.
El biocombustible gaseoso se produce a partir de biomasa por fermentación con hidrógeno o metano. El último es causado por tres tipos de microorganismos: primero, la materia prima se expone a la acción de hidrolizar las bacterias, que luego son reemplazadas por microbios formadores de ácido y formadores de metano.
La producción de biogás se puede realizar en dispositivos industriales y artesanales. El método de producción más común es la digestión aeróbica en tanques de metano.
Una variedad de materiales se pueden utilizar como materias primas: ensilaje, estiércol, algas, aguas residuales, basura, residuos fecales, residuos domésticos. El material de partida se lleva a un estado homogéneo, después de lo cual se coloca en el reactor con la ayuda de un cargador.
Mantiene una temperatura agradable de + 35-38 ° C, necesaria para la implementación del proceso de fermentación de metano.
Las materias primas se mezclan constantemente, con el producto gaseoso resultante se descarga en el tanque de gas (unidad de almacenamiento), desde donde ingresa al generador.
Más información sobre la obtención de biogás a partir de estiércol y la disposición de una planta de biogás se encuentra en los artículos
- Cómo hacer un biocombustible con tus propias manos del estiércol en casa.
- Instalación de biogás para una casa privada con sus propias manos: recomendaciones para el dispositivo y un ejemplo de disposición de equipos hechos en casa.
Hidrógeno biológico obtenido por método químico.
Una variedad de biocombustible gaseoso, que es un análogo del hidrógeno ordinario, se obtiene de la biomasa utilizando métodos bioquímicos o termoquímicos.
En el método termoquímico, la materia prima preparada (por ejemplo, desechos de madera) se calienta a una temperatura de 500–800 ° C sin acceso al oxígeno, y se emiten gases H 2, CO, CH 4 .
Un método prometedor para la producción de biohidrógeno es el bioftalisis. En este caso, el gas se produce con la ayuda de algas, que se colocan en agua de mar, aguas residuales.
En el método bioquímico, la materia prima se mantiene en condiciones cómodas a presión normal y a una temperatura de aproximadamente 30 ° C.
Microorganismos especiales Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes se introducen en la biomasa, que descomponen el producto original, liberando hidrógeno. Se permite que las enzimas aceleren la producción usando polisacáridos.
Conclusiones y video útil sobre el tema.
En el video a continuación puede ver el proceso de fabricación de un tipo popular de biocombustible: las briquetas de madera:
Los tipos de biocombustibles difieren no solo en el estado de agregación, sino también en sus características. Al elegir dicho material, es necesario tener en cuenta su uso planificado, eficiencia, propiedades funcionales y costo.
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