Miten biopolttoaine toimii? 10 askelta biopolttoaineen tuotantoon

- bioenergian käyttöä on nousussa, mutta miten biopolttoaine toimii? Tässä artikkelissa kuvataan, kuinka orgaaniset jätemateriaalit voidaan muuntaa uusiutuvat energianlähteet joita voidaan soveltaa useilla eri tavoilla.

Biopolttoaineita on erilaisia, ja ne kaikki toimivat samalla tavalla. Yleisesti ottaen ilmaus viittaa uusiutuvan polttoaineen tuotantoon biomassan lähteistä.

Biologisten prosessien käytöllä on useita etuja maantieteellisten prosessien sijaan (esim fossiiliset polttoaineet tehdä). Etanoli ja biodiesel ovat kaksi eniten käytettyä biopolttoainetta maailmanlaajuisesti.

Näiden uusiutuvien energialähteiden raaka-aineena käytetään eri muotoja biomassaa. Eläinten lanta, sokeriruoko, maissitärkkelys ja kasviöljy ovat esimerkkejä tästä.

On kuitenkin olemassa muita mahdollisia biopolttoainelähteitä. Biopolttoaineiden tuotantoa varten tehdään paljon tutkimus- ja kehitystyötä levien ja metsäjätteiden osalta.

Biopolttoaineita yleisesti mahdollisena tulevaisuuden energialähteenä tutkitaan ja kehitetään maailmanlaajuisesti. Niiden kasvavan hyväksynnän vuoksi on tärkeää ymmärtää, miten biopolttoaineet toimivat.

Miten biopolttoaine toimii?

Biopolttoaineita on erilaisia ​​ja ne toimivat eri tavalla.

• etanoli
• Biodiesel
• Biokaasu
• Kiinteät biopolttoaineet

1. Etanoli

Biopolttoainetta, jota kutsutaan etanoliksi, valmistetaan fermentoidusta kasviaineesta, kuten maissista tai sokeriruo'osta. Kasvimateriaalin hiilihydraatit hajotetaan käymisen avulla etanoliksi, joka puhdistetaan myöhemmin tislaamalla. Polttomoottoreiden polttoainetta voidaan sitten valmistaa sekoittamalla jalostettua etanolia bensiiniin.

Koska etanoli on noin 30 % vähemmän tehokas kuin bensiini tilavuusyksikköä kohden, tarvitaan enemmän puhdasta etanolia kulkeakseen saman matkan kuin bensiinillä. Puhdasta etanolia voidaan käyttää vain henkilöautojen, kevyiden kuorma-autojen ja moottoripyörien moottoreissa ja vain silloin, kun nämä moottorit on erityisesti muunnettu tähän tarkoitukseen.

2. Biodiesel

Biodieselin hyötysuhde on myös alhaisempi kuin bensiinin. Paljon riippuu kuitenkin polttoaineen koostumuksesta ja laadusta. Biodieselin prosenttiosuus bensiiniseoksessa on lueteltu huoltoasemien biodieselin tarroissa etuliitteen B- jälkeen. Esimerkiksi B20 on dieselpolttoaine, joka sisältää 20 % biodieseliä.

Moottorin muutostarve vähenee biodieselin lisäysprosentin pienentyessä. Pitkällä aikavälillä puhtaan biodieselin käyttö aiheuttaisi joitain huolto- ja suorituskykyongelmia. Nämä huoltoongelmat voidaan ratkaista.

3. Biokaasu

Anaerobinen mädätys, joka sisältää orgaanisen materiaalin, kuten ruokajätteen, jäteveden tai maatalousjätteen, liuottamisen ilman happea, on yleisimmin käytetty menetelmä biokaasu. Metaani (CH4) ja hiilidioksidi (CO2) yhdistetään biokaasun tuottamiseksi.

Seuraavat ovat tyypillisimpiä biokaasun tuottamiseen käytettyjä raaka-aineita:

• Ruokajäte ja muu orgaaninen jäte sekä kodit ja yritykset
• Nautaeläinten lantaa
• Energiakasvit, mukaan lukien paju, poppeli ja miscanthus
• Viemäri ja jätevesi
• Maissi, vehnä ja ruoho
• Elintarvikkeiden jalostus- ja paperitehtaiden teollisuusjäte
• Kaatopaikkajätteet

Tarkat käytetyt raaka-aineet määräytyvät biokaasutoiminnan erityistavoitteiden, resurssien saatavuuden ja maantieteellisen sijainnin mukaan. Biokaasun tuotanto voi tapahtua pienessä (kotitalo, maatalous) tai suuressa (teollisuus, kunnallinen) mittakaavassa.

Biokaasulle on useita sovelluksia, mukaan lukien:

• Kuljetuspolttoaineena joko sellaisenaan tai yhdessä dieselin tai maakaasun kanssa.
• Polttoainelähteenä sähkön ja lämmön tuotantoon kodeissa, yrityksissä ja voimalaitoksissa.
• Teollisten toimintojen aikana, kuten biomuovien, kemikaalien ja lannoitteiden valmistuksessa.
• Jätevesien puhdistamiseen ja desinfiointiin.
• Lisäksi "biometaania" tai puhdasta metaania voidaan tuottaa biokaasusta ja käyttää putkistolaatuisen kaasun tuottamiseen.

Yleisesti ottaen biokaasu on joustava ja kestävä energialähde, joka voi tukea energiariippumattomuutta, parantaa ilmanlaatua ja vähentää kasvihuonekaasupäästöjä.

4. Kiinteät biopolttoaineet

Kiinteästä biomassasta johdettuja polttoaineita, kuten puuta, kasveja ja jätetuotteita, kutsutaan kiinteiksi biopolttoaineiksi. Niitä voidaan polttaa muun muassa lämmön ja sähkön tuottamiseksi, ja niitä voidaan myös hyödyntää monella muulla tavalla.

Kiinteä biopolttoaine poltetaan kattilassa polttoprosessin aikana lämmön tuottamiseksi. Tämän lämmön tuottamaa höyryä käytetään sitten turbiinin käyttämiseen. Turbiini tuottaa sähköä, jota voimajärjestelmä voi myöhemmin käyttää koteihin ja yrityksiin.

Kiinteitä biopolttoaineita voidaan polttaa voimalaitoksissa, jotka on rakennettu nimenomaan vaihtoehdoksi tavallisille fossiilisille polttoaineille ja keinoksi vähentää kasvihuonekaasupäästöjä.

Käytetty biopolttoaine, polttotekniikka ja sen tuotantoprosessin kestävyys vaikuttavat kaikki siihen, kuinka tehokkaasti prosessi etenee ja kuinka paljon biopolttoaineella on ympäristövaikutuksia.

Kiinteitä biopolttoaineita käytetään usein kaupallisissa ja kotitalouksien lämmitysjärjestelmissä sekä teollisissa ja sähköntuotantosovelluksissa.

Raaka-aineena niistä voidaan valmistaa myös biopolttoaineita, kuten bioetanolia ja biodieseliä.

10 askelta biopolttoaineen tuotantoon

Valmiin biopolttoainetuotteen saamiseksi, jonka voit laittaa autoon, on yhteensä kymmenen prosessia.

• Öljynlähteen paikantaminen
• Öljyn testaus
• Öljyn suodatus
• Koeerän tuottaminen
• Tuotantotyökalujen hankinta
• Kemikaalien hankkiminen
• Öljyn esikäsittely
• Biodieselin käsittely
• Varotoimet
• Biodieselin pesu ja kuivaus
• Glyseriinin käsittely

1. Öljynlähteen paikantaminen

Aluksi öljyn löytäminen on ihmisten keskeisin kysymys. Suurin osa ihmisistä ostaa kasviöljynsä läheisistä ravintoloista.

Ennen kuin keskustellaan raakapolttoaineen löytämisestä, meidän on kuitenkin varmistettava, että saamamme jäteöljy on esisuodatettu vähintään 400 mikronin kokoon.

Vedettömät sisältävät vähän vapaita rasvahappoja. Suosittelemme ostamaan käytettyä ruokaöljyä laitoksista, jotka vaihtavat öljynsä viikoittain. Tämä auttaa sinua löytämään korkealaatuisemman öljyn.

Myös rypsi-, maissi- ja maapähkinäöljyt ovat kuluttajien saatavilla.

Eläinrasva, tali tai ihra ovat lisälähteitä jäteöljyn saamiseksi. Koska näissä lähteissä on suurempi geelipistesuhde, mikä saattaa saada moottorisi tukkeutumaan korkeammissa lämpötiloissa, emme suosittele jäteöljyn keräämistä niistä.

2. Öljyn testaus

Meidän on tarkistettava öljyn laatu saatuasi sen varmistaaksemme, että voimme käyttää sitä. On tärkeää testata öljy ensin. Testausvaihtoehtoja on useita. Öljyn hapon ja veden testaaminen on kaksi tärkeintä.

Kuumenna vain öljy kattilassa ja tarkista, onko siinä vettä. Meidän on tutkittava titrausta happamuustason mittaamiseksi.

Titraus on termi menetelmälle, jota käytetään happamuustason mittaamiseen. Tätä varten öljynäyte on sekoitettava tarkkaan määrään pH-neutraalia alkoholia. Hapon taso määritettäisiin sitten käyttämällä pH-suodatinta; tyypillisesti käytetään fenolftaleiinia.

On tärkeää tarkistaa happamuus. Myöhemmin lisäämämme peruskemikaali saattaa neutraloitua suurella happomäärällä, jos öljyn happamuus on korkea. Kun tiedämme happamuuden tason, voimme laskea ja lisätä tarkan määrän peruskemikaalia, joka tarvitaan sen muuttamiseksi biopolttoaineeksi.

3. Öljynsuodatus

Öljy muuttuu puhtaammaksi ja tehokkaammaksi suodatuksen jälkeen. Meidän on varmistettava, että öljyssä ei ole epäpuhtauksia, kuten ruokahiutaleita. Kaikista öljyn suodatusvaihtoehdoista suosittelemme ottamaan mukaan 55 gallonan tynnyrin, jossa on metallinen rumpusuodatin.

Suodattimien koon ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää. Suosittelemme, että reiät ovat mahdollisimman pieniä. Ihanteellinen suodatin olisi 400 mikronin suodatin.

4. Koeerän tuottaminen

Testierän tekeminen olisi hyvä idea ennen aloittamista. Tämä osoittaa, onko äskettäin hankkimasi öljy arvokasta biopolttoaineen valmistukseen.

Koe-erän tekeminen on suhteellisen yksinkertaista, koska kaikki ainesosat ovat yleensä saatavilla paikallisista ruokakaupoista.

5. Tuotantotyökalujen hankinta

Biopolttoaineen valmistaminen ei ole sinulle vaikeaa, jos sinulla on oikeat työkalut. Tarvitset seuraavat kohteet, jotta tämä kaikki olisi mahdollista:

• Säiliöt öljyn keräämiseen: Kerätyn öljyn käsittelyyn ja varastointiin. Tätä varten voit käyttää uudelleen vanhaa öljytynnyriä tai -tynnyriä. Pyydä naapuria lainaamaan sinulle, jos heillä on sellainen, jota he eivät käytä, jos et löydä sitä aitasta. Pahimmassa tilanteessa poikkea naapuruston romuttamolle!
• Mahdollisuus kuljettaa öljyä: siirtää öljyä öljynkeräysalueelta (ravintoloista) öljyntuotantoalueelle (takapiha on ehdotus). Tyypillisesti öljytynnyri mahtuu kuorma-autoosi.
• Öljynsuodattimet: Poistaa öljyn, jotta se voidaan käsitellä. 400 mikrometriä.
• Biopolttoaineen prosessori: Yhdistämällä kemikaaleja öljyyn tämä laite auttaa muuttamaan öljysi biopolttoaineeksi.
• Öljytynnyri: Tämä puhdistetaan epäpuhtauksista biopolttoaineen pesusäiliöllä.
• Säiliö biopolttoaineen varastointiin: Näitä tarvitaan pitämään suodatettu öljy pesun ja suodatuksen jälkeen.
• Siirtopumput: Niitä käytetään öljyn kuljettamiseen eri säiliöiden välillä, ja niitä on useita eri kokoisia ja muotoisia.
• Titraussarja: Happamuuden mittaamiseen.

6. C:n hankkiminenhemikaalit

Metanolia käytetään kemiallisessa prosessissa. Biodieseliä syntyy, kun metanoli yhdistyy käytettyyn kasviöljyyn.

Tarvitset myös natrium- tai kaliumhydroksidia metanolin lisäksi. Molemmat ovat saatavilla LVI-tarvikeliikkeestä. Kaliumhydroksidi tekee glyseriinistä juoksevampaa ja liukenee helposti metanoliin, joten suosittelemme hankkimaan.

Mikä tahansa näistä hydroksideista käyttää katalyyttiä käynnistämään kemiallisen reaktion metanolin ja öljyn välillä.

7. Öljyn esikäsittely

Ennen kuin öljy voidaan jalostaa biodieseliksi, se on valmisteltava käsittelyä varten. Vaiheessa 2 puhuimme öljyn vesi- ja happopitoisuuden laskemisesta.

Meidän pitäisi nyt tarkastella, kuinka käsitellä vesitettyä öljyä ja/tai korkeaa happopitoisuutta.

vedenpoisto

Vaikka öljyn poistamiseen on useita menetelmiä, öljyn laskeutuminen on yksinkertaisinta. Kun aikaa riittää, vesi vain vajoaa pohjaan ja voidaan poistaa, koska vesi ja öljy eivät tule toimeen kovin hyvin.

Öljyä voidaan myös lämmittää tämän prosessin nopeuttamiseksi. Tämä helpottaa vesimolekyylien dispergoitumista suspensiosta antamalla öljymolekyylien laajentua.

Happotason alentaminen

Ennen kuin käytät öljyä biodieselin valmistukseen, kannattaa harkita öljyn happopitoisuuden alentamista, jos saatavassa öljyssä on korkea vapaiden rasvahappojen pitoisuus. Runsasvapaa rasvahappoa sisältävä raaka-aine voidaan muuttaa biodieseliksi, mutta prosessi on hieman työläs.

Syynä tähän on se, että siihen mennessä, kun sinulla on biodieseliä, sinulla on vielä paljon saippuaa käsiteltävänä, koska päädyt käyttämään niin paljon ylimääräistä liuotinta.

On olemassa kaksi tekniikkaa öljyn happamuuden vähentämiseen:

• Kaustinen strippaus
• Hapon esteröinti

1. Puhdistus Causticilla

Tätä varten osa kiinteästä emäksestä (natrium- tai kaliumhydroksidi) on liuotettava veteen ennen kuin se lisätään öljyyn. Tämän seurauksena öljyttömät rasvahapot liittyvät kiinteään emäkseen ja muodostavat saippuaa. Kun öljystä on poistettu vesi ja saippua, sitä voidaan käyttää biodieselin valmistukseen.

Vaikka tämä menetelmä on tehokas, se vähentää biodieselin määrää, koska osa öljystä muuttuu saippuaksi.

Vaikka jotkut biodiesellaitokset kieltävät emäksen poistamisen keinona vähentää vapaita rasvahappoja, tiedämme, että se voidaan tehdä ja se toimii. Jotkut ihmiset suosivat vain toista lähestymistapaa.

2. Hapon esteröinti

Öljyssä olevat vapaat rasvahapot (FFA:t) modifioidaan tämän toimenpiteen aikana rikkihapolla, jotta ne voidaan edelleen muuttaa biodieseliksi. Tämä menetelmä soveltuu käytettäväksi öljyllä, jossa on paljon vapaita rasvahappoja. Se valittiin, koska sen sijaan, että se muuttaisi FFA:ta saippuaksi, se muuttaa vain happoketjuja ja saa ne muuttumaan biopolttoaineeksi tai biodieseliksi.

8. Bjodieseliä Processing

Aiempien vaiheiden päätarkoituksena oli valmistautua tähän. Tämä on ensisijainen tapa muuttaa öljyä biodieseliksi. Varsinaiset reaktiot, joiden avulla voit valmistaa orgaanista öljybiodieseliä, tapahtuvat täällä, missä taika tapahtuu.

Sinun on harjoitettava erinomaista turvallisuutta ennen kuin lähdemme. Katsotaanpa joitain turvatoimia, jotka sinun tulee tehdä.

Varotoimet

Käsittelet melko syövyttäviä nesteitä, metanolia, väkevää alkoholia, pientä lämpöä ja palavien aineiden siirtymistä säiliöstä toiseen. On suositeltavaa pitää käsillä sammutin, joka voi sammuttaa öljypohjaisen palovamman.

Biodieseliä tulisi mieluiten käsitellä hyvin ilmastoidussa tilassa, poissa lasten ja lemmikkieläinten ulottuvilta ja asianmukaisilla turvavarusteilla.

Ennen kuin valmistat suuria määriä biodieseliä, varmista paikallishallinnon ja palokunnan kanssa, että lisäaineita, alkoholia ja muita aineita käsitellään ja käytetään paikallisten sääntöjen ja määräysten mukaisesti.

Valmistajan takuu voi raueta, jos dieselmoottoriautossa käytetään kotitekoista biodieseliä. Joten kokeile sitä, jos vanhan kuorma-autosi takuuaika on ohi.

Oikein valmistettuna biodiesel on usein varsin terveellistä. Se on vähemmän haitallista kuin ruokasuola ja hajoaa nopeammin kuin sokeri. Sitä ei pidetä vaarallisena, jos se vuotaa, koska sillä on korkeampi leimahduspiste kuin tavallisella petrodieselillä.

9. Biodieselin pesu ja kuivaus

Biodieseliä valmistettaessa ruiskutamme usein enemmän metanolia kuin tarvitsemme. Varmista, että kemiallinen reaktio on päättynyt, tee tämä.

Reaktion jälkeen merkittävä määrä metanolia on nyt alkuperäisen Biodieselin komponentti, mutta nyt siinä on vähän vaihtelua. Ylimääräinen metanoli päätyy glyseriiniin. Lisäksi osa ylimääräisestä metanolista jää biodieseliin.

• Biodieselin pesu
• Kuivaus biodiesel

1. Biodieselin pesu

Metanolimolekyylit pitävät vedestä enemmän kuin biodieselistä, kun sitä käytetään.

Veteen liuennut metanoli tuodaan alas vesilevyyn, jossa kaikki muu on sen päällä veden mukana. Jos peset sen riittävän pitkään, ylimääräinen metanoli ja muut materiaalit, joihin se tarttui, poistetaan kokonaan.

Tekniikka on olennaisesti sama, kun käytetään kuivapesujärjestelmää. Glyseriini, saippua ja metanoli sitovat tai imevät kuivan hartsin tai jauheen, mutta biodieselin annetaan kulkea läpi.

2. Biodieselin kuivaus

Keskustellaan siitä, kuinka pääset eroon vedestä nyt, kun haluat.

Ensinnäkin biodieselin kuivaamiseen on lukemattomia tapoja. Ne ovat hajallaan Internetissä, jos teet nopean haun. Biodieselin valmistamiseksi keskustelemme vain joistakin helpommista menetelmistä.

Tuo biodieselsi ulos suoraan auringonpaisteeseen yhtenä hienoimmista tavoista saavuttaa tämä. Anna luontoäidin ja taikuuden toimia yhdessä. Auringon lämpö auttaa kaiken veden haihtumaan melko nopeasti, jos sää on tarpeeksi kuiva.

Biodieselisi on käyttövalmis, kun se on kuivunut ja ollut glyseriinitön.

10. Glyseriinin käsittely

Jätehuolto laitokset voivat vastaanottaa käytetyn glyseriinin. Laitoksessa on ainutlaatuinen prosessointilaite, jota kutsutaan anaerobiseksi keittimeksi, jota kutsutaan myös metaanikeittimeksi.

Pohjimmiltaan kaikki raakajätevesi yhdistetään suureen sekoituslaitteeseen ennen kuin se siirretään suureen säiliöön, jossa bakteerit syövät ja hajottavat raakajäteveden.

Sitten bakteerit luovat sivutuotteena metaanikaasua. Metaanivoimaloissa metaani otetaan talteen ja poltetaan.

Bakteerit käyttävät ravinnokseen raakaglyseriiniä, mikä lisää metaanin tuotantoa. Meillä on nyt vihreä vaihtoehto hävittää kaikki glyseriinimme, koska jätehuoltolaitos pystyi vastaanottamaan kaiken.

Yhteenveto

Yhteenvetona voidaan todeta, että biopolttoaineita voidaan hyödyntää liikenteessä, sähkössä, valaistuksessa ja lämmityksessä. Fotosynteesin kaksi vaihetta - valoreaktio ja tumma reaktio tapahtuvat solujen kloroplasteissa. Biopolttoaineita voidaan valmistaa erilaisista biologisista tuotteista, kuten puusta, ruohosta, öljyistä, sokereista ja tärkkelyksestä.

Suositukset

• 10 Biotekniikan etuja ja etuja
  .
• 10 Biotekniikan haitat
  .
• Miksi biologinen monimuotoisuus on tärkeää ihmisille?
  .
• 16 Saastumisen vaikutukset biologiseen monimuotoisuuteen
  .
• 22 Biopolttoaineiden edut ja haitat