生物燃料：固體、液體和氣體燃料的比較

生物燃料的優點和缺點

生物技術的發展解決了有機廢物處理的問題，以及用替代燃料替代石油和天然氣的問題。但它們的不明智使用可能會導致氣候以及生態系統的其他問題。考慮一下這個行業發展的幾個關鍵點：

• 生物燃料是一種原材料廉價的可再生能源。
• 基於有機廢物處理的技術適用於任何有人和工業園區的地方。
• 生物燃料的生產降低了大氣中二氧化碳的含量，使用生物燃料代替傳統燃料可以減少二氧化碳的產生。
• 大規模種植單一栽培（作為生物燃料的原料）會導致土壤成分枯竭和生物多樣性減少，從而影響氣候。

生產生物燃料的合理方法能夠解決環境中最嚴重的環境問題。

與其他替代能源相比的流動性

目前，更“激進”的替代能源技術，如太陽能和風能，都存在一個大問題——機動性。由於太陽和風不是永久的，因此在此類能源技術中必須使用相對較重的電池來提供高功率（但隨著技術的進步，這個問題正在逐漸得到解決）。另一方面，生物燃料很容易運輸，它們很穩定並且具有相當高的“能量密度”，它們可以在對現有技術和基礎設施稍加修改的情況下使用。

降低成本

目前，生物燃料在市場上的成本與汽油一樣高。然而，使用生物燃料有更多好處，因為它更清潔，燃燒時產生的排放更少。生物燃料可以適應現有的發動機設計，以在任何環境中都表現良好。然而，這種燃料更適合發動機，它降低了發動機結垢控制的總體成本，因此，它的使用需要更少的維護成本。隨著對生物燃料的需求增加，未來它們可能會變得更便宜。因此，生物燃料的使用對錢包的負擔將減輕。

可再生資源

汽油是從原油中獲得的，原油不是可再生資源。雖然今天的化石燃料儲備將持續很多年，但它們最終會耗盡。生物燃料由多種原料製成，例如糞肥、作物殘茬和專門為燃料而種植的植物。這些是可再生資源，可能不會很快用完。

減少溫室氣體排放

燃燒時，化石燃料會產生大量二氧化碳，這被認為是一種溫室氣體，也是地球上保持太陽溫暖的原因。燃燒煤炭和石油會提高溫度並導致全球變暖。為了減少溫室氣體的影響，可以使用生物燃料。研究表明，生物燃料可減少高達 65% 的溫室氣體排放。此外，在種植生物燃料作物時，它們會部分吸收一氧化碳，這使得生物燃料系統更加可持續。

沒有大量燃料儲備的國家的經濟安全

並非每個國家都有大量石油儲量。石油進口在該國經濟中留下了巨大的缺口。如果人們開始傾向於使用生物燃料，那麼對進口的依賴就會減少。由於生物燃料生產的增長，將創造更多的就業機會，這將對國家經濟產生積極影響。

什麼是生物燃料

生物燃料是由生命物質製成的燃料。與化石燃料相比，生物燃料的形成需要很短的時間。生物燃料主要通過生物過程生產。生物燃料生產的最終產品可以是固體、液體或氣體。

生物燃料最重要的任務之一是它是一種可再生能源。可再生燃料是源自可再生資源的燃料。因為生物燃料是由生物質製成的，而生物質是一種可再生資源，所以生物燃料是可再生燃料。

最常見的生物燃料類型是生物乙醇和生物柴油。

生物乙醇

生物乙醇是使用微生物和酶通過生物過程生產的燃料。最終產品是易燃液體。用於生物燃料生產的來源是甘蔗和小麥。來自這些來源的糖被發酵以生產乙醇。進行蒸餾以將生物乙醇與最終產品中包含的其他成分分離。生物乙醇可與汽油一起用作添加劑，以減少一氧化碳排放。

生物柴油

生物柴油是使用植物油脂通過酯交換過程生產的，主要資源包括大豆、油菜籽等。生物柴油是混合燃料中用於減少有害氣體排放的最佳添加劑之一。生物柴油可以將這些排放量減少多達 60%。

然而，燃燒生物燃料會通過形成碳顆粒、一氧化碳和其他有害氣體排放物而造成空氣污染。但就百分比而言，這一貢獻低於化石燃料。

圖 1：藻類可用於製造噴氣燃料

使用生物燃料的好處包括低排放、可再生性、可生物降解性和安全性。與化石燃料相比，生物燃料產生的溫室氣體更少。生物燃料可以很容易地從有機材料中獲得。因為我們可以種植植物生物質等有機材料，所以生物燃料被認為是一種可再生能源。因為這些生物燃料是由有機物製成的，它們是可生物降解的，因此燃料洩漏不會造成重大的環境破壞。由於生物燃料僅由生長在地面上的植物製成，因此它們比與採礦或其他復雜挖掘相關的方法更安全。

獲取和使用燃料：

最需要的固體燃料是煤（石頭、棕色和無菸煤）。排在第二位的是木材和泥炭。煤炭用於大型火力發電廠，用於冶金。木材用於建築、家俱生產以及爐灶、壁爐、浴室綜合體的燃料。

世界上使用的液體燃料中有 80% 以上是石油蒸餾的產物。

煉油的主要產品——汽油和煤油作為汽車和航空燃料的需求量很大。熱電聯產工廠依靠燃料油運行。在這種情況下，需要解決從燃燒產物中去除硫化合物的問題。根據原油的等級，燃料油可含有高達 4.3% 的這種元素。硫含量越高，設備維護成本越高，磨損程度越高。

氣體燃料既可以直接從氣田獲得，也可以作為與石油相關的產品獲得。在後一種情況下，氣體含有更多的高級碳氫化合物，同時減少了甲烷的體積。它燃燒得更好，產生更多的熱量。

堆肥堆和垃圾填埋場成為沼氣的來源。在日本，正在建造特殊的小型工廠，每天能夠從分類垃圾中接收多達 20 立方米的氣體。這足以產生 716 kW 的熱能。據聯合國教科文組織稱，在中國，至少有 700 萬家工廠和工廠通過腐爛的有機物生產沼氣。

氫氣也可用作燃料。它的主要優點是儲量在地理上與地球的某些地區無關，燃燒時會形成乾淨的水。

團隊“氣體”

生物質還可以生產氣體燃料，這對於汽車來說也是極好的。例如，甲烷是石油精煉過程中獲得的天然氣體和所謂伴生氣的主要成分之一。這種礦物質可以很容易地取代大量不必要的有機垃圾——從平庸的糞便到魚類、肉類、奶製品和蔬菜行業的廢物。這種生物質由產生沼氣的細菌餵養。將其從二氧化碳氣體中淨化後，就得到了所謂的生物甲烷。它與許多生產模型所使用的傳統甲烷的主要區別在於它不是礦物。已經有些東西了，但肥料和植物不會在地球生命終結之前耗盡。

生物甲烷生產方案（所有方案和表格通過鼠標點擊以全尺寸打開）：

為什麼使用生物燃料更好？

生物燃料是地球上一種可替代的可再生能源。

其主要優點如下：

1. 負擔能力允許在人類生活的所有領域使用這種燃料。
2. 可再生性。與汽油相比，一個重要的優勢是生物燃料的可再生能力。
3. 生物燃料有助於減緩全球變化。它的使用減少了溫室效應（高達 65%）
4. 對於生產生物燃料的國家，對該產品的進口依賴正在減少。
5. 優秀的汽車加油站。

綠色技術、生物燃料

糞便中的生物燃料

長期以來，農業和食品工業的廢物專門用於生產肥料，但今天這些廢物使生產生物燃料成為可能。畜禽糞便以及酒糟、屠宰場廢棄物、酒糟、污水、甜菜漿等均可作為生產燃料的原料。

作為處理這種廢物的結果，獲得了氣態生物燃料，該燃料是通過發酵獲得的。由此產生的沼氣可用於發電或在鍋爐房中為住宅建築供暖。此外，這種燃料用於汽車。

但是，需要注意的是，為了獲得用於汽車的氣態生物燃料，發酵產生的沼氣必須去除二氧化碳，然後將其轉化為甲烷。

第二代生物燃料

第二代生物燃料是一種由非食品可再生原料生產的燃料，與乙醇、甲醇、生物柴油等不同。秸稈、藻類、鋸末和任何其他生物質都可以作為生產第二代生物燃料的原料。

這種燃料的最大優勢在於它是由始終可用且可不斷再生的產品製成的。許多科學家認為，可以解決能源危機的是第二代生物燃料。

來自藻類的生物燃料

迄今為止，科學家們已經開發出一種從藻類中獲取第二代生物燃料的特殊技術。

這項技術的發展將進一步徹底改變生物燃料的世界，因為主要原材料（藻類）不需要特別照顧，也不需要肥料（它需要水和陽光才能生長）。此外，它們可以在任何水中生長（臟、乾淨、咸和新鮮）。此外，藻類可以幫助清潔下水道。

從藻類生產生物燃料的另一個積極方面是後者由易於加工和分解的簡單化學元素組成。因此，由於所有優點，藻類生物燃料技術具有最大的潛力。

氣態生物燃料

有兩種主要類型的氣體燃料：

• 沼氣
• 生物氫

沼氣

有機廢棄物的發酵產物，可用作糞便殘渣、污水、生活垃圾、屠宰廢棄物、糞肥、糞肥以及青貯飼料和藻類。它是甲烷和二氧化碳的混合物。在沼氣生產中處理生活垃圾的另一種產品是有機肥料。該生產技術與在進行甲烷發酵的細菌的影響下轉化複雜的有機物質有關。

在工藝過程開始時，將大量廢物均質化，然後在裝載機的幫助下將準備好的原料送入加熱和絕緣的反應器中，甲烷發酵過程直接在大約 35 ℃的溫度下進行-38 攝氏度。大量廢物不斷混合。產生的沼氣進入儲氣罐（用於儲存氣體），然後輸送到發電機。
由此產生的沼氣取代了傳統的天然氣。它可以用作生物燃料或從中發電。

生物氫

它可以通過熱化學、生化或生物技術方法從生物質中獲得。第一種獲得方法是將廢木加熱到 500-800°C 的溫度，因此開始釋放混合氣體 - 氫氣、一氧化碳和甲烷。在生化方法中，使用了細菌Rodobacter speriodes、Enterobacter cloacae的酶，它們在含有纖維素和澱粉的植物殘體分解過程中產生氫氣。該過程在常壓和低溫下進行。生物氫用於製氫 燃料電池 運輸和能源。尚未廣泛使用。

燃料特點

使用這種燃料的一個顯著優勢是煙灰量可以忽略不計。在壁爐中燃燒時，不會產生比燃燒的蠟燭更多的煙灰。也沒有對健康有害的一氧化碳。

當使用生物乙醇時，壁爐中會產生少量的水和少量的二氧化碳。這就是沒有通常的橙色火焰的原因。

為了達到最大的自然度，生物乙醇的成分中添加了添加劑，使火焰呈現出特有的橙色色調。它們還有助於實現火焰的最大自然性。

全球生物燃料市場發展趨勢

生物燃料普及的驅動因素是與能源安全、氣候變化和經濟衰退相關的威脅。在世界範圍內推廣生物燃料生產旨在增加清潔燃料消費的份額，特別是在運輸方面；減少許多國家對進口石油的依賴；減少溫室氣體排放；經濟發展。生物燃料是從石油中提取的傳統燃料的替代品。 2014 年世界生物燃料生產中心是美國、巴西和歐盟。最常見的生物燃料類型是生物乙醇，其份額佔世界上由生物原料生產的所有燃料的 82%。其主要生產國是美國和巴西。第二位是生物柴油。 49% 的生物柴油生產集中在歐盟。從長遠來看，陸運、空運和海運對生物燃料不斷增長的需求將極大地改變全球能源市場的現狀。使用農業原材料生產液體生物燃料及其產量的增長導致了對農產品的需求，這影響了用於生產生物燃料的糧食作物的價格。第二代生物燃料產量持續增長，到2020年世界第二代生物燃料產量應達到100億升。到 2020 年，世界生物燃料的產量應增加 25%，達到約 25%。 1400億升。在歐盟，大部分生物燃料生產來自油籽（油菜籽）生產的生物柴油。據預測，來自小麥和玉米以及甜菜的生物乙醇生產將在歐盟國家擴大。在巴西，生物乙醇產量預計將繼續加速增長，到 2017 年將達到 410 億升左右。總體而言，據預測，到2020年，生物乙醇和生物柴油的產量將快速增長，分別達到125和250億升。亞洲的生物燃料生產已經開始快速增長。截至 2014 年，中國的生物乙醇產量位居第三位，預計未來十年該產量將以每年 4% 以上的速度增長。在印度，糖蜜生產的生物乙醇預計將以每年 7% 以上的速度增長。與此同時，麻風樹等新作物生產生物柴油的規模正在擴大。

根據世界能源署（IEA）的預測，2025年石油短缺估計為14%。根據IEA的數據，即使到2021年生物燃料（包括生物乙醇和生物柴油）的總產量為2200億升，其產量也僅能滿足全球燃料需求的7%。生物燃料生產的增長率遠遠落後於它們的需求增長率。這是由於廉價原材料的供應和資金不足。生物燃料的大規模商業使用將取決於與石油衍生的傳統燃料的價格平衡。據科學家預測，到2040年可再生能源的份額將達到47.7%，生物質能達到23.8%。

以目前的技術發展水平，生物燃料生產將僅佔全球能源供應的一小部分，能源價格將影響農業原材料的成本。生物燃料可能對糧食安全產生不同的影響——生物燃料生產推動的商品價格上漲會損害糧食進口商，另一方面刺激小農的國內農業生產。

固體生物燃料 - 顆粒

最近，有很多各種各樣的謠言甚至是奇特的“傳說”，說最有前途和高利潤的小企業之一可能是燃料顆粒的生產——一種特殊的生物燃料。 讓我們仔細看看固體顆粒燃料的優勢和獲得它的過程。

為什麼以及如何生產燃料芯塊

伐木、木工企業、農業綜合體和其他一些生產線除了主要產品外，必然會產生大量的木材或其他植物廢料，這些廢料似乎不再具有任何實用價值。尚未給予，他們只是被燒毀，向大氣中投擲煙霧，甚至被巨大的“堆”管理不善。但它們具有巨大的能源潛力！如果把這些廢物變成便於燃料使用的狀態，那麼，在解決了處理問題的同時，你也可以獲利！固體生物燃料——顆粒——的生產正是基於這些原則。

事實上，這些是壓縮的圓柱形顆粒，直徑從 4 ÷ 5 到 9 ÷ 10 毫米，長度約為 15 ÷ 50 毫米。這種釋放形式非常方便 - 顆粒很容易包裝在袋子中，易於運輸，非常適合固體燃料鍋爐的自動燃料供應，例如使用螺旋裝載機。

顆粒由天然木材廢料和樹皮、樹枝、針葉、幹樹葉和其他伐木副產品壓製成。它們是從稻草、果殼、蛋糕中獲得的，在某些情況下，甚至雞糞也可以作為原材料。在顆粒的生產中，使用泥炭 - 正是以這種形式，它在燃燒過程中實現了最大的熱傳遞。

當然，不同的原材料會賦予最終顆粒不同的特性——在能源效率、灰分含量（剩餘不可燃成分的數量）、濕度、密度、價格方面。質量越高，加熱設備的麻煩越少，加熱系統的效率就越高。

就其特定的熱值（以體積計）而言，顆粒會留下所有類型的柴火和煤炭。這種燃料的儲存不需要大面積或創造任何特殊條件。在壓縮木材中，與鋸末不同，腐爛或爭論的過程從未開始，因此這種生物燃料不存在自燃風險。

現在到顆粒生產的問題。事實上，整個循環在圖表中簡單而清晰地顯示（顯示了農業原材料，但這同樣適用於任何木材廢料）：

首先，廢料經過破碎階段（通常達到長 50 毫米、厚 2 ÷ 3 毫米的碎片大小）。然後進行乾燥程序 - 殘留水分必須不超過 12%。如有必要，碎片會被壓碎成更細的部分，使其狀態幾乎達到木粉的水平。如果進入顆粒壓制線的顆粒大小在 4 毫米以內，則認為是最佳的。

原料進入製粒機前，先進行微蒸或短暫浸入水中。最後，在顆粒壓制線上，這種“木粉”通過特殊矩陣的校準孔進行壓制，該校準孔具有錐形形狀。通道的這種配置有助於最大程度地壓縮切碎的木材，當然還有它的急劇加熱。同時，存在於任何含纖維素結構中的木質素物質可靠地將所有最小顆粒“粘在一起”，形成非常緻密且耐用的顆粒。

在基質的出口處，用特殊的刀切割得到的“香腸”，得到所需長度的圓柱形顆粒。他們進入掩體，然後從那裡進入完成的顆粒接收器。事實上，剩下的只是冷卻成品顆粒並將它們裝在袋子裡。

各種生物燃料

生物燃料能源，儘管在前幾節中列出的成分和生產技術方面存在缺陷，但已被使用。在人類活動的某些領域，它們取代了電力。甚至還有為住宅樓、商業和工業場所供暖的完整生物燃料鍋爐。

最廣泛使用的生物燃料是：

• 液體;
• 難的。

讓我們仔細看看它們中的每一個。

液體

它也是生物燃料的一種。

最適合生產生物燃料的作物之一是油菜籽。

能量載體根據以下方案生產：

• 收穫的油菜籽經過精細清潔，從而去除雜物、土壤和其他異物；
• 再將植物原料粉碎、壓榨得到餅；
• 然後發生菜籽油的酯化 - 在特殊酸和醇的幫助下，從這種物質中提取揮發性酯；
• 最後，從不需要的油雜質中純化得到的生物柴油燃料。

液體燃料由油菜籽製成

此外，替代傳統汽油的E-95生物燃料得到廣泛應用。這種類型的能量載體由乙醇和添加劑組成，可減少對安裝在汽車上的內燃機的金屬和橡膠部件的腐蝕作用。

生物汽油的優點如下：

• 這種燃料的成本低於傳統燃料；
• 使用時，增加機油和濾芯的使用壽命；
• 生物燃料的燃燒不會導致火花塞上形成防止火花通過的斑塊；
• 使用生物汽油運行的內燃機不會將有害物質排放到大氣中；
• 乙醇不易燃，交通事故時不會爆炸；
• 有機汽油在較低溫度下引爆，因此汽車發動機在溫暖季節不會過熱。

有機汽油將有助於應對環境問題

儘管有上面列出的優點，但液體生物燃料有幾個缺點，阻礙了其廣泛應用於經濟活動：

1. 當使用有機汽油時，內燃機和其他設備很快就會失效，因為構成自然能量載體的物質會腐蝕並損壞裝置的橡膠墊圈。尚未找到對抗這種現象的有效方法。
2. 要完全用生物燃料替代化石燃料，就需要大幅度擴大農地面積，而這在目前是不可能的。此外，適合種植植物的土地面積有限。該問題的解決方案可以是尚未完成開發的第三代燃料。

堅硬的

除了液體生物燃料，固體有機能源載體也得到了全球消費者當之無愧的認可。

它們的特點如下：

1. 它們由各種生物來源的原材料製成。它既可以是人類和動物生命的有機廢物，也可以是各種植物的一部分。
2. 生產固體生物燃料的技術過程的本質是有效利用某些分解纖維素的方法。目前正在進行大量研究，其目的是複制生物體消化道中發生的自然分裂過程。
3. 對於固體化石燃料的製造，使用的是所謂的生物量，它具有一定的稠度和比例。成品是通過從原料中去除水分並隨後壓製而獲得的。

各種固體生物燃料

大多數情況下，固體能量載體以以下形式提供：

• 煤球；
• 顆粒;
• 顆粒。

生物柴油是如何製造的

生物柴油消費量的增長導致其生產設備的需求趨緊。一般來說，生物柴油生產技術有以下幾種形式。首先，在去除雜質的植物油中加入甲醇和鹼。後者在酯交換反應期間充當催化劑。之後，將所得混合物加熱。由於沉降和隨後的冷卻，液體被分離成輕餾分和重餾分。事實上，輕餾分是生物柴油，而重餾分是甘油。在這種情況下，甘油是一種副產品，以後可用於生產洗滌劑、液體肥皂或磷肥。

早先使用的技術基於循環作用原理，存在諸多缺點，主要表現為工藝持續時間長、設備生產率低。

GlobeCore 的技術通過使用流體動力超聲空化反應器實現生物柴油生產的流動原理。在這種情況下，不需要重複的酯交換反應，因此生物柴油生產過程的持續時間減少了數倍。

此外，使用流體動力超聲空化反應器可以解決添加過量甲醇及其後續回收的問題。當使用空化技術時，反應只需要最少量的酒精，這嚴格對應於化學計量組成。

GlobeCore 基於流體動力空化技術生產生物柴油複合物，產能為每小時 1 至 16 立方米。根據客戶的要求，可以製造更高生產力的設備。