Какие растения выращивают на топливо
Какие растения выращивают на топливо!? Современная тенденция добычи ископаемого топлива, так или иначе, наносит невосполнимый урон природе. Поэтому, в настоящее время, ученые ведут поиски, различных альтернативных вариантов топлива. Усугубляющаяся, ежегодно, проблема глобального потепления, заставляет человечество, более тщательно искать альтернативные виды топлива. Одним из видов альтернативного вида топлива, является биотопливо.
Биотопливо производится из сырья животного или растительного происхождения. На сегодняшний день, производят, чаще всего, биогаз, биодизель и биоэтанол. К слову сказать, европейские страны довольно активно используют виды биотоплива. Обеспечивая им, около тридцати процентов, от общего спроса.
Биотопливо, в свою очередь, способствует уменьшению потребления ископаемого топлива. А также, помогает в борьбе с загрязнением атмосферы. И как следствие, глобальным потеплением. Стоимость биотоплива ниже стоимости других видов.
Одним из самых простых и доступных способов получения биотоплива, является переработка растительной биомассы.
Существуют, так называемые энергетические культуры растений, которые подходят для производства топлива. Есть несколько требований к растениям, чтобы они максимально подходили для создания биотоплива.
А именно:
- Растения должны отличаться быстрым ростом
- Культуры, которые можно назвать, энергетическими, должны быть неприхотливы к условиям произростания. А также не требовательны в уходе
- Энергетические культуры, в идеале, должны давать урожай два раза, за один год. И иметь высокую урожайность.
Какие существуют способы производства биотоплива
Существует два основных способа производства биотоплива, а именно
Растение на биомассу, используют в ее первоначальном виде. Сжигают части деревьев или растений, перерабатывая их в пеллеты или брикеты. Которые используются в твердотопливных котлах.
Или же, при помощи, химических процессов, перерабатывать биомассу, на дизель, газ или этанол.
- Биоэтанол, производится из растений, которые содержат крахмал или сахар. Глюкоза, с использованием дрожжей, перерабатывается в спирт. Биоэтанол производят из картофеля, кукурузы, сахарной свеклы, сахарного тростника.
- Биодизель получают из энергетических культур, содержащих, масло. Таких как, пальма, рапс, подсолнечник. Из биомассы таких растений, при помощи щелочи и спирта, получают жирные кислоты. Которые и используют, как основу для биодизеля.
- Биогаз получают из растений, пригодных и для производства биодизеля, и для производства биоэтанола. Для этого используются бактерии, которые питаются биомассой из растений. И в результате своей жизнедеятельности, выделяют биогаз.
Какие растения выращивают на топливо
Путем многократных исследований, различных растений, на возможность получения недорогого, при этом, качественного топлива, были выделены некоторые культуры. Оказалось, что далеко не все растения отвечают требованиям. Как следствие, не все, могут быть использованы в качестве альтернативных источников энергии.
Так, к примеру, рапс, кукуруза, свитчграс, мискантус, используют для производства биотоплива в США и Канаде. В странах Европы, популярна сахарная свекла. Сахарный тростник активно используют в Бразилии.
Свитчграс
Свитчграс это злаковое, многолетнее растение. Оно, к сожалению, не переносит холодного климата, поэтому, в широтах нашей страны, не встречается. Зато, свитчграс, совершенно не требователен к составу и влажности почвы. До 1980 года, его использовали исключительно, как кормовую и декоративную культуру. Только после 1980 года, его стали использовать как энергетическую культуру. Дело в том, что в ходе исследований, того времени, выяснили, что состав свитчграс, сильно похож на состав топлива. А именно — водород, кислород и углерод. Из растения производят биогаз и этанол. И сжигают остатки в неизменном виде, для отопления помещений.
Свитчграс Фото https://phys.org/Свитчграс дает хороший прирост даже ждя непригодных почвах, при этом улучшая ее качество. Выращивать растение можно на почвах, которые не пригодны для выращивания пищевых культур.
Его не нужно обрабатывать химикатами, поскольку свитчграс практически не подвержен нападкам вредителей.
Мискантус
Мискантус растение многолетнее, травянистое, относится к отраду злаковых. У него мощная корневая система, уходящая более чем на 2 метра, вглубь почвы. Стебель содержит высокую концентрацию лигнина и целлюлозы. Поэтому и выступает, как энергетическая культура. Мискантус прекрасно переносит низкие температуры и зимние осадки. Но требователен к количеству влаги в грунте.
Мискантус. Фото: https://www.eurekalert.orgИва и тополь
Всем нам знакомые тополь и ива, тоже относятся к энергетическим культурам. Из этого вида древесины, изготавливают топливные брикеты. Которые используются для отопления. Эти виды деревьев могут расти даже на неплодородных почвах, в различных климатических зонах. Прекрасно переносят и холод и жару. Но крайне нуждаются во влаге. Для сбора биомассы, растения пригодны в течение 15-20 лет. А биомасса возобновляется каждые 3-5 лет.
Ива.
Фото: https://us-japanesegardens.comНо есть и биотолива и обратная сторона медали. Культуры для выращивания биомассы для топлива занимают большие площади земель. Это приводит к уменьшению количества посевов пищевых культур. А также, к вырубке лесов. Что, также негативно сказывается на экологии.
Подписывайтесь на наш канал Яндекс.Дзен
Какие растения выращивают ради биотоплива? |
В современном мире остро стоит вопрос поиска альтернативных источников энергии. Одним из относительно новаторских решений этого вопроса являются энергетические культуры из которых производят биотопливо.
К сожалению запасы ископаемого топлива (газа, угля и нефти) с каждым годом становится все меньше и меньше, что в свою очередь влияет на стоимость. К тому же при использовании этих источников энергии мы наносим невосполнимый урон природе, с каждым годом проблема глобального потепления все усугубляется. Ученые всего мира давно занимаются поиском такого топлива, которое помогло бы решить эти масштабные проблемы.
Биотопливо – это вид топлива, который производят из сырья, имеющего растительное или животное происхождение. Бывает биотопливо жидкое, твердое и газообразное. Самыми популярными на сегодня является биоэтанол, биодизель, биогаз. Биотопливо уже активно используется в европейских странах и обеспечивает порядка 30% общего спроса.
Какая цель производства биотоплива?
Биотопливо помогает решить такие проблемы:
— уменьшение потребления ископаемого топлива, которое является не возобновляемым ресурсом
— борьба с загрязнением атмосферы и глобальным потеплением
— снижение стоимости топлива.
Самым простым и доступным способом получения является переработка растительной биомассы, получается топливо из растений.
В природе существуют энергетические культуры, которые по своим качествам и характеристиками идеально подходят для производства топлива.
Энергетические растения должны отвечать таким требованиям:
— энергетические культуры должны отличаться быстрым ростом
— энергетические культуры должны быть не прихотливыми к условиям произрастания и не требовательными в уходе
— растения для биомассы, которая и будет превращена в топливо, должны быть урожайными.
Энергетические культуры должно быть выгодно и просто выращивать, иначе цена произведенного топлива будет заоблачной.
Какие растения используют для производства биотоплива?
Растение на биомассу можно использовать в первоначальном виде, сжигать части деревьев или растений, перерабатывать их в пеллеты или брикеты для твердотопливных котлов, а можно с помощью химических процессов перерабатывать биомассу в этанол, дизель или газ.
Для производства биоэтанола используют культуры которые содержат сахар или крахмал (картофель, кукуруза, сахарный тростник, сахарная свекла). Технология производства заключается в переработке глюкозы с использованием дрожжей в спирт.
Для производства биодизеля используют такие энергетические культуры, содержащие масло. Это рапс, пальма, подсолнечник. С помощью спирта и щелочи из биомассы таких растений получают жирные кислоты, которые и используют в качестве основы для биодизеля.
Биогаз можно получить из обеих групп культур с помощью бактерий, которые используют биомассу в качестве пищи и в результате своей жизнедеятельности выделяют биогаз.
Исследование на возможность получения качественного и недорого топлива проводились над многими растениями, но далеко не все отвечают требованиям и могут быть использованы в качестве альтернативных источников энергии.
Самыми популярными и часто используемыми растениями для производства топлива являются мискантус растет и используется в США, свитчграс, сахарная свекла популярна в станах Европы, сахарный тростник его активно используют в Бразилии, рапс, кукуруза особо популярна в США и Канаде.
Мискантус — это растение отряда злаковых, многолетнее, травянистое. Мискантус имеет мощную корневую систему, которая уходит в глубь почвы более чем на два метра. Стебель отличается высокой концентрацией лигнина и целлюлозы именно благодаря этому мискантус и выступает как энергетическая культура.
Свитчграс — ещё одно экзотическое для наших широт растение. Это также злаковое, многолетнее растение. Свитчграс абсолютно не требователен к составу и влажности почвы, но не переносит холодного климата. Свитчграс использовали как кормовую и декоративную культуру и только после исследований проведённых в 1980 году свитчграс стал рассматриваться как энергетическая культура. Состав этого растения очень похож на состав топлива (углерод, водород и кислород). В энергетике из свитчграс производят биогаз и этанол, а также сжигают остатки в не измененном виде в качестве отопления помещения.
Положительной характеристикой свитчграса является его способность расти и давать хороший прирост даже на непригодных почвах, при этом улучшая ее.
Свитчграс можно выращивать на таких землях, которые не пригодны для выращивания пищевых культур. Свитчграс мало подвержен вредителями и не требует обработки химикатами.
Ива и тополь также относятся к энергетическим культурам. Из них производят топливные брикеты используемые для отопления. Эти деревья можно выращивать в разных климатических зонах. Они одинаково хорошо переносят и холод, и жару. Не требовательны к почве и месту произрастания. Могут расти даже на неплодородных почвах. Но очень нуждаются во влаге. Пригодны для сбора биомассы в течении 15-20 лет, при этом биомасса возобновляется каждые 3-5 лет.
Есть у биотоплива и обратная сторона. Энергетические культуры занимают немалые площади, что приводит к уменьшению количества посевов пищевых культур, а также приводит к вырубке лесов, что тоже негативно сказывается на экологии.
Ирина Железняк, Собкор интернет-издания
«AtmWood. Дерево-промышленный вестник»
Основы биотоплива | Департамент энергетики
В отличие от других возобновляемых источников энергии, биомасса может быть преобразована непосредственно в жидкое топливо, называемое «биотопливо», для удовлетворения потребностей в транспортном топливе.
Двумя наиболее распространенными типами биотоплива, используемыми сегодня, являются этанол и биодизельное топливо, оба из которых представляют первое поколение технологии биотоплива.
Управление биоэнергетических технологий (BETO) сотрудничает с промышленностью для разработки биотоплива нового поколения, изготовленного из отходов, целлюлозной биомассы и ресурсов на основе водорослей. BETO сосредоточена на производстве углеводородного биотоплива, также известного как «топливо для капель», которое может служить заменителем нефти на существующих нефтеперерабатывающих заводах, резервуарах, трубопроводах, насосах, транспортных средствах и двигателях меньшего размера.
Посмотрите видеоролик Energy 101: Biofuels, чтобы узнать больше.
ЭТАНОЛ Этанол (Ch4Ch3OH) — это возобновляемое топливо, которое можно производить из различных растительных материалов, известных под общим названием «биомасса». Этанол — это спирт, используемый в качестве смешивающего агента с бензином для повышения октанового числа и сокращения угарного газа и других выбросов, вызывающих смог.
Наиболее распространенной смесью этанола является E10 (10 % этанола, 90 % бензина), и она одобрена для использования в большинстве обычных автомобилей с бензиновым двигателем до E15 (15 % этанола, 85 % бензина). Некоторые автомобили, называемые автомобилями с гибким топливом, предназначены для работы на E85 (смесь бензина и этанола, содержащая 51–83% этанола, в зависимости от географического положения и сезона), альтернативном топливе с гораздо более высоким содержанием этанола, чем обычный бензин. Примерно 97% бензина в США содержат некоторое количество этанола.
Большая часть этанола производится из растительных крахмалов и сахаров, особенно из кукурузного крахмала в Соединенных Штатах, но ученые продолжают разрабатывать технологии, позволяющие использовать целлюлозу и гемицеллюлозу, несъедобный волокнистый материал, составляющий основную часть растительного сырья. иметь значение.
Обычный метод преобразования биомассы в этанол называется ферментацией. Во время ферментации микроорганизмы (например, бактерии и дрожжи) метаболизируют растительные сахара и производят этанол.
Узнайте больше об этаноле.
БИОДИЗЕЛЬ
Биодизель — это жидкое топливо, производимое из возобновляемых источников, таких как новые и использованные растительные масла и животные жиры, и является более чистой заменой дизельного топлива на нефтяной основе. Биодизель нетоксичен и биоразлагаем и производится путем смешивания спирта с растительным маслом, животным жиром или переработанным кулинарным жиром.
Подобно дизельному топливу, полученному из нефти, биодизельное топливо используется в качестве топлива для двигателей с воспламенением от сжатия (дизельных двигателей). Биодизель можно смешивать с нефтяным дизельным топливом в любом процентном соотношении, включая B100 (чистое биодизельное топливо) и, наиболее распространенную смесь, B20 (смесь, содержащую 20% биодизеля и 80% нефтяного дизельного топлива).
Узнайте больше о биодизеле.
ВОЗОБНОВЛЯЕМОЕ УГЛЕВОДОРОДНОЕ ТОПЛИВО
Нефтяное топливо, такое как бензин, дизельное топливо и топливо для реактивных двигателей, содержит сложную смесь углеводородов (молекул водорода и углерода), которые сжигаются для получения энергии.
Углеводороды также могут быть получены из источников биомассы с помощью различных биологических и термохимических процессов. Возобновляемое углеводородное топливо на основе биомассы практически идентично топливу на основе нефти, для замены которого оно предназначено, поэтому оно совместимо с современными двигателями, насосами и другой инфраструктурой.
Узнайте больше о возобновляемом углеводородном топливе.
ПРОЦЕССЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ БИОТОПЛИВА Разрушение Производство усовершенствованного биотоплива (например, целлюлозного этанола и возобновляемого углеводородного топлива) обычно включает многоэтапный процесс. Во-первых, должна быть разрушена жесткая жесткая структура клеточной стенки растений, которая включает в себя биологические молекулы целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина, тесно связанные друг с другом. Это может быть достигнуто одним из двух способов: высокотемпературная деконструкция или низкотемпературная деконструкция.
Высокотемпературная деконструкция
Высокотемпературная деконструкция использует экстремальную температуру и давление для разложения твердой биомассы на жидкие или газообразные промежуточные продукты. В этом пути используются три основных маршрута:
- Пиролиз
- Газификация
- Гидротермальное сжижение.
В процессе пиролиза биомасса быстро нагревается при высоких температурах (500°C–700°C) в бескислородной среде. Тепло разлагает биомассу на пиролизный пар, газ и уголь. После удаления полукокса пары охлаждаются и конденсируются в жидкую «биологическую сырую» нефть.
Процесс газификации немного похож; однако биомасса подвергается воздействию более высокого диапазона температур (> 700 ° C) с некоторым присутствием кислорода для получения синтез-газа (или синтез-газа) — смеси, которая состоит в основном из монооксида углерода и водорода.
При работе с влажным сырьем, таким как водоросли, предпочтительным термическим процессом является гидротермальное сжижение.
Низкотемпературная деконструкция
Низкотемпературная деконструкция обычно использует биологические катализаторы, называемые ферментами или химическими веществами, для расщепления сырья на промежуточные продукты. Во-первых, биомасса проходит стадию предварительной обработки, которая открывает физическую структуру клеточных стенок растений и водорослей, делая более доступными полимеры сахара, такие как целлюлоза и гемицеллюлоза. Затем эти полимеры ферментативно или химически расщепляются на простые строительные блоки сахара в ходе процесса, известного как гидролиз.
После демонтажа промежуточные продукты, такие как сырая бионефть, синтетический газ, сахара и другие химические строительные блоки, должны быть модернизированы для получения готового продукта.
Этот этап может включать биологическую или химическую обработку.
Микроорганизмы, такие как бактерии, дрожжи и цианобактерии, могут сбраживать сахар или газообразные промежуточные продукты в топливные смеси и химикаты. В качестве альтернативы сахар и другие промежуточные потоки, такие как бионефть и синтез-газ, могут обрабатываться с использованием катализатора для удаления любых нежелательных или реакционноспособных соединений с целью улучшения свойств при хранении и обработке.
Готовыми продуктами модернизации могут быть топливо или биопродукты, готовые к продаже на коммерческом рынке, или стабилизированные промежуточные продукты, пригодные для финишной обработки на нефтеперерабатывающем или химическом заводе.
Узнайте больше о программе BETO Conversion Technologies.
Биотопливо, от этанола до биодизеля, факты и информация
Шведский город Кристианстад использует биогаз для выработки электроэнергии и тепла, а также для заправки автомобилей, муниципальных мусоровозов и автобусов.
Два его нефтеперерабатывающих завода производят достаточно биотоплива, чтобы ежегодно заменять 1,1 миллиона галлонов бензина.
Фотография Марка Тиссена
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Биотопливо существует дольше, чем автомобили, но дешевый бензин и дизельное топливо уже давно вытесняют его с рынка. Скачки цен на нефть, а теперь и глобальные усилия по предотвращению наихудших последствий изменения климата, придали новую актуальность поиску чистых, возобновляемых видов топлива.
Наши автомобильные перевозки, авиаперелеты и морские перевозки составляют почти четверть мировых выбросов парниковых газов, и сегодня транспорт по-прежнему сильно зависит от ископаемого топлива. Идея биотоплива заключается в замене традиционных видов топлива топливом, изготовленным из растительного материала или другого возобновляемого сырья.
Но концепция использования сельскохозяйственных угодий для производства топлива вместо продуктов питания сопряжена со своими проблемами, и решения, основанные на отходах или другом сырье, пока не могут конкурировать по цене и масштабу с традиционными видами топлива.
Мировое производство биотоплива должно утроиться к 2030 году, чтобы соответствовать целям Международного энергетического агентства по устойчивому росту.
Существуют различные способы производства биотоплива, но обычно они используют химические реакции, ферментацию и нагревание для разрушения крахмалов, сахаров и других молекул в растениях. Полученные продукты затем перерабатываются для производства топлива, которое могут использовать автомобили или другие транспортные средства.
Большая часть бензина в США содержит одно из самых распространенных видов биотоплива: этанол. Изготовленный путем ферментации сахаров из растений, таких как кукуруза или сахарный тростник, этанол содержит кислород, который помогает двигателю автомобиля сжигать топливо более эффективно, уменьшая загрязнение воздуха. В США, где большая часть этанола производится из кукурузы, топливо обычно состоит из 90 процентов бензина и 10 процентов этанола. В Бразилии — втором по величине производителе этанола после США — топливо содержит до 27 процентов этанола, а основным сырьем является сахарный тростник.
Альтернативы дизельному топливу включают биодизельное топливо и возобновляемое дизельное топливо. Биодизель, полученный из жиров, таких как растительное масло, животный жир и переработанный кулинарный жир, можно смешивать с дизельным топливом на нефтяной основе. Некоторые автобусы, грузовики и военная техника в США работают на топливных смесях, содержащих до 20 процентов биодизеля, но чистое биодизельное топливо может испортиться в холодную погоду и вызвать проблемы в старых автомобилях. Возобновляемое дизельное топливо, продукт с другим химическим составом, который может быть получен из жиров или отходов растительного происхождения, считается топливом, которое не нужно смешивать с обычным дизельным топливом.
Для авиации и судоходства созданы другие виды топлива на растительной основе. Более 150 000 рейсов использовали биотопливо, но количество авиационного биотоплива, произведенного в 2018 году, составило менее 0,1 процента от общего потребления. В судоходстве также внедрение биотоплива находится на уровне, намного ниже целей 2030 года, установленных Международным энергетическим агентством.
Возобновляемый природный газ или биометан — еще одно топливо, которое потенциально можно использовать не только для транспорта, но и для производства тепла и электроэнергии. Газ можно улавливать на свалках, в животноводческих хозяйствах, сточных водах или других источниках. Этот захваченный биогаз затем должен быть дополнительно очищен для удаления воды, углекислого газа и других элементов, чтобы он соответствовал стандарту, необходимому для топлива транспортных средств, работающих на природном газе.
Из чего делают биотопливо? Для производства биотоплива можно использовать различные материалы или сырье. Хотя кукуруза и сахарный тростник являются хорошо зарекомендовавшим себя сырьем для производства этанола, процесс выращивания сельскохозяйственных культур, производства удобрений и пестицидов, а также переработки растений в топливо потребляет много энергии — так много энергии, что ведутся споры о том, действительно ли этанол из кукурузы дает достаточно энергии.
экологической выгоды, чтобы оправдать инвестиции.
Итак, ученые и стартапы изучают другие материалы, которые потенциально могут служить топливом, не беспокоясь при этом о продовольственном снабжении и воздействии на окружающую среду. Целлюлозный этанол, например, использует кукурузную солому, древесные отходы или другой растительный материал, который иначе не использовался бы. Другие потенциальные источники биотоплива включают травы, водоросли, отходы животноводства, кулинарный жир и осадок сточных вод, но исследования продолжают находить наиболее эффективные и рентабельные способы их преобразования в пригодное для использования топливо.
Читать дальше
Почему этот человек создает доспехи для кошек и мышей?
- История и культура
Почему этот человек создает доспехи для кошек и мышей?
Художник Джефф де Бур десятилетиями проектировал и изготавливал крошечные доспехи музейного качества.