Uma alternativa aos recursos energéticos tradicionais são os vários tipos de biocombustíveis, cuja fabricação de matérias-primas vegetais ou animais, resíduos industriais e os resultados da atividade vital dos organismos são utilizados.
Oferecemos a você entender as vantagens e desvantagens do uso desse combustível, descobrir os recursos de produção, características funcionais e avaliar a eficiência do uso de diferentes tipos de biocombustível. As informações fornecidas ajudarão você a navegar na seleção de fontes alternativas de energia.
O que é biocombustível
A área mais promissora no setor de energia é a tecnologia que envolve o uso de recursos renováveis, que incluem biocombustíveis.
O tipo mais comum de biocombustível é a lenha convencional. 38% da população mundial os usa para aquecer e cozinhar
Como matéria-prima para sua produção, a biomassa de origem vegetal / animal pode ser obtida, incluindo resíduos industriais ou resíduos de animais.
O processamento de tais substâncias é realizado por um método termoquímico ou biológico; neste último caso, o combustível é obtido utilizando vários tipos de microorganismos.
A participação no uso de combustíveis biológicos está em constante crescimento, o que contribui para a conservação dos recursos fósseis de hidrocarbonetos (+)
Muitos países têm programas especiais para expandir a participação de biocombustíveis no consumo de energia nacional e regional. Vários estados também possuem padrões obrigatórios para o uso dessa fonte de energia.
Vantagens e desvantagens dos biocombustíveis
Os tipos biológicos de combustível têm seus lados positivo e negativo. O interesse no uso desse tipo de matéria-prima é causado por suas vantagens incontestáveis.
Esses incluem:
- Custo do orçamento. Embora atualmente os preços dos biocombustíveis praticamente coincidam com o custo da gasolina, as substâncias biológicas são consideradas um tipo de combustível mais rentável, pois produzem menos emissões durante a combustão. O biocombustível é adequado para uso em várias condições, enquanto pode ser adaptado a motores de diferentes modelos. Outra vantagem é a otimização do motor, que permanece limpo por mais tempo devido à pequena quantidade de gases de fuligem e de escape.
- Mobilidade. O biocombustível difere de outras fontes alternativas de energia em sua mobilidade. As turbinas solares e eólicas geralmente incluem baterias pesadas, e é por isso que elas são usadas com maior frequência estacionária, enquanto o biocombustível pode ser transportado de uma região para outra sem muito aborrecimento.
- Fonte de energia renovável. Embora, segundo os pesquisadores, os depósitos existentes de petróleo bruto durem pelo menos várias centenas de anos, as reservas minerais ainda são finitas. Os biocombustíveis produzidos a partir de plantas e dejetos de animais estão entre os recursos renováveis que não estão ameaçados de extinção no futuro próximo.
- Proteção da atmosfera terrestre. Uma grande desvantagem dos hidrocarbonetos tradicionais é a grande porcentagem de CO2que é liberado durante a gravação. Esse gás cria um efeito estufa na atmosfera do nosso planeta, criando condições para o aquecimento global. Ao queimar substâncias biológicas, a quantidade de dióxido de carbono diminui para 65%. Além disso, as culturas utilizadas na produção de biocombustíveis consomem monóxido de carbono, reduzindo sua participação no ar.
- Segurança econômica. As reservas de hidrocarbonetos são distribuídas de maneira desigual; portanto, alguns estados são forçados a comprar petróleo ou gás natural, gastando grandes somas na aquisição, transporte e armazenamento. Vários tipos de combustível biológico podem ser obtidos em quase qualquer país. Como para sua fabricação e processamento será necessário criar novas empresas e, consequentemente, empregos, isso beneficiará a economia nacional e afetará positivamente o bem-estar das pessoas.
Melhorar tecnologias e desenvolver novos métodos pode aumentar o efeito positivo dos biocombustíveis. Assim, o desenvolvimento de tecnologias usando plâncton e algas reduzirá significativamente seu preço.
Ao mesmo tempo, no estágio atual de desenvolvimento da ciência e da tecnologia, a produção de biocombustíveis está associada a uma série de dificuldades e inconvenientes. Primeiro de tudo, essas são restrições naturais no cultivo de plantas.
Para o crescimento de culturas usadas para produzir biomassa, vários fatores devem ser levados em consideração, a saber:
- Uso de água. As plantas agrícolas consomem muita água, que é um recurso limitado, especialmente em locais áridos.
- Invasão. As colheitas de combustível são frequentemente agressivas. Afogam a flora autêntica, que pode danificar a biodiversidade e o ecossistema da região.
- Fertilizantes. Muitas plantas requerem a adição de nutrientes que podem prejudicar outras culturas ou o ecossistema em geral.
- Clima. Certas zonas climáticas (por exemplo, deserto ou tundra) não são adequadas para o cultivo de biocombustíveis.
O cultivo ativo de plantas agrícolas também está associado ao esgotamento dos recursos agrícolas. A não observância das regras da tecnologia agrícola pode levar a uma diminuição no conteúdo de componentes úteis do solo e, como resultado, ao seu esgotamento, o que causará um agravamento do problema alimentar.
Ocorre interrupção do ecossistema. Para a produção de biomassa geralmente requer a expansão dos territórios envolvidos na agricultura.
Muitas vezes, para esse fim, é realizada uma limpeza do território, o que leva à destruição do microecossistema (por exemplo, florestas), à morte de plantas e animais.
Para produzir biocombustíveis, um grande volume de culturas já está sendo cultivado. Mais de 50% da colza produzida na Europa, mais de um terço do grão americano, quase metade da cana cultivada no Brasil são utilizados para a produção de biomassa.
Há problemas com o crescimento de monoculturas. Para produzir uma safra maior de biomassa, os produtores frequentemente semeiam a terra com uma planta específica. Essa prática não reflete bem as condições das terras agrícolas, uma vez que a monocultura leva a uma mudança no ambiente.
Nos campos ocupados por uma espécie de planta, variedades especiais de pragas geralmente parasitam. Uma tentativa de combatê-los com inseticidas e pesticidas apenas leva ao desenvolvimento de resistência a esses medicamentos.
Para evitar os problemas descritos acima, os cientistas aconselham a não negligenciar a biodiversidade das culturas, combinando várias plantas nos campos, e também usar variedades locais de flora.
Gerações de combustível alternativo
Uma grande variedade de materiais vegetais usados para biomassa é geralmente dividida em várias gerações.
Primeira geração. Esta categoria inclui culturas que contêm uma alta porcentagem de amido, açúcares e gorduras. Estas são plantas populares como milho, beterraba, canola, soja.
Como o cultivo dessas culturas prejudica o clima e sua remoção do mercado afeta o preço dos produtos, os cientistas estão tentando substituí-los por outros tipos de biomassa.
Atualmente, quase todos os tipos de combustíveis líquidos modernos (biodiesel, etanol) são produzidos a partir de plantas agrícolas pertencentes à primeira geração de matérias-primas.
Segunda geração. O grupo de biomassa inclui madeira, grama, resíduos agrícolas (casca, casca). A obtenção de biocombustíveis a partir de tais matérias-primas é cara, mas nos permite resolver o problema da reciclagem de resíduos não-alimentares com a produção simultânea de materiais combustíveis.
Uma característica das culturas incluídas nesta variedade é a presença de lignina e celulose nelas. Graças a eles, a biomassa pode ser queimada e gaseificada, bem como submetida à pirólise, recebendo combustível líquido.
A principal desvantagem da biomassa de segunda geração é considerada como retorno insuficiente por unidade de área, razão pela qual recursos terrestres significativos devem ser alocados para essas culturas.
Terceira geração. As matérias-primas para a produção de biocombustíveis são as algas, que são cultivadas em escala industrial, por exemplo, em águas abertas.
A opção mais promissora são os biocombustíveis obtidos a partir de algas unicelulares. Tais plantas rapidamente ganham massa, enquanto terras férteis não são necessárias para cultivá-las.
Essa prática tem grandes perspectivas, no entanto, atualmente, essas tecnologias estão sendo desenvolvidas apenas. Os cientistas também estão realizando pesquisas para criar técnicas para produzir biocombustíveis de quarta e até quinta geração.
Três variedades de biocombustíveis
Dependendo do estado de agregação da substância, existem três tipos principais de biocombustível:
- Sólido: lenha, turfa, desperdício animal e produção agrícola.
- Líquido: biodiesel, éter dimetílico, bioetanol, biobutanol.
- Gasoso: biogás, metano, bio-hidrogênio.
Cada tipo de substância tem suas próprias especificidades, que serão discutidas abaixo.
Tipo # 1: Sólido
Entre as variedades sólidas mais populares de biocombustível estão madeira, turfa e resíduos de animais.
Madeira (lenha, lascas de madeira, serragem)
O tipo antigo de biocombustível é a lenha que é bem conhecida por todos e que tem sido usada há muito tempo para aquecer casas e cozinhar. Até agora, eles são usados ativamente em diferentes países para produzir calor / eletricidade, em particular, uma grande central térmica austríaca, com capacidade de 66 megawatts, opera com madeira.
Ao mesmo tempo, essas matérias-primas apresentam desvantagens. O valor energético da lenha é relativamente pequeno: durante a combustão, parte da substância se deposita na forma de fuligem, razão pela qual as lareiras e os fogões devem ser limpos regularmente. Além disso, é necessário algum tempo para reabastecer as reservas de madeira - as novas árvores crescerão somente após 15 a 20 anos.
Uma excelente alternativa à madeira comum são os pellets (pellets), cuja produção é usada de madeira abaixo do padrão: casca, lascas de madeira, serragem prensada, galhos.
Os pellets obtidos a partir de madeira, turfa e diversos resíduos têm uma cor diferente. As claras são usadas para queimar lareiras e fogões, enquanto as escuras com alto teor de casca são projetadas para caldeiras a combustível sólido.
Para a produção de pellets de combustível, as matérias-primas são trituradas em pó, que é então seco e prensado em alta temperatura. Devido à lignina contida na madeira, é formada uma massa adesiva, a partir da qual são formados pequenos cilindros com 5-70 mm de comprimento e 6-10 mm de diâmetro.
Uma alternativa moderna à madeira tradicional são os briquetes de combustível de quatro, seis ou formas octogonais. Este material ecológico possui alta dissipação de calor.
A produção de pellets pode ser configurada independentemente, fazendo uma prensa para briquetes de combustível.
Entre os tipos populares de biocombustíveis estão lascas de madeira, que muitas vezes servem como fonte de energia nas usinas termelétricas européias. A produção desta matéria-prima é realizada na exploração madeireira ou em linhas de produção especiais equipadas com máquinas trituradoras.
Turfa de pântano e combustível florestal
Esse é um tipo comum de biocombustível usado para fins domésticos e industriais há séculos. A turfa é uma camada de musgo que não é completamente decomposta em um pântano, extraída em muitos países do mundo: Rússia, Bielorrússia, Canadá, Suécia, Indonésia e outros.
A turfa que contém 50-60% de carbono é considerada um material popular que contém gás. Essa valiosa matéria-prima pode ser usada não apenas como combustível, mas também como fertilizante ou isolante térmico.
Para a conveniência do processo de produção, a biomassa é geralmente processada no local de produção. O processo consiste em limpar (peneirar) as matérias-primas de paradas estranhas, seguidas de secagem e moldagem na forma de briquetes ou grânulos.
Combustível de resíduos agrícolas
Na produção agrícola, como regra, um grande número de resíduos de plantas se acumula: as conchas externas de plantas, cascas de nozes e palha.
Essas matérias-primas também podem ser prensadas e granuladas para obter pellets de combustível, cujas características são praticamente as mesmas que as pellets fabricadas a partir de biomassa de madeira.
Biocombustível animal
Juntamente com a lenha nos tempos antigos, as pessoas começaram a usar combustível de origem animal, como esterco de esterco de animais domésticos. As tecnologias modernas para secar e processar essas matérias-primas tornam possível obter variedades sólidas de biocombustíveis completamente desprovidas de odores desagradáveis.
Durante muito tempo, os povos nômades usaram esterco seco de cavalos, camelos e gado como combustível. Atualmente, o biocombustível na forma de briquetes ou pellets é produzido a partir de resíduos de animais domésticos.
Como atualmente os resíduos de gado estão sendo acumulados em escala industrial, a fabricação de combustível a partir deles resolve simultaneamente a questão de seu descarte.
Tipo # 2: Líquido
Os biocombustíveis líquidos, que são seguros e ecológicos, são usados principalmente como substituto da gasolina e outros produtos similares. Entre as opções mais comuns estão bioetanol, biometanol, biobutanol, biodiesel, éter dimetílico.
Bioetanol para culturas
Este é um biocombustível líquido comum usado para abastecer carros. Embora uma substância pura não seja usada como combustível, sua adição à gasolina ajuda a melhorar o desempenho do motor, aumentar sua potência, controlar o aquecimento do motor e reduzir as emissões de escape.
Muitos postos de gasolina na Europa, Ásia, América do Norte e do Sul oferecem não apenas combustível tradicional, mas também vários tipos de biocombustíveis, especialmente misturas que contêm bioetanol
O bioetanol também foi apreciado pelos fãs das lareiras. Esta substância possui boa dissipação de calor; além disso, não produz fuligem ou fumaça quando é queimada, e a quantidade de dióxido de carbono emitida é minimizada.
Graças a esses recursos, o combustível pode até ser usado para queimar uma lareira em prédios de apartamentos. Leia mais sobre biocombustíveis para lareiras neste artigo.
O bioetanol é produzido a partir de matérias-primas de primeira geração que contêm amido ou açúcar. Cereais, milho, cana-de-açúcar e beterraba são processados usando a tecnologia da fermentação alcoólica.
Biobutanol para reabastecimento de carros
O biobutanol é um análogo obtido biologicamente do butanol. Um líquido incolor com um odor característico é amplamente utilizado como matéria-prima química na indústria e também pode ser usado como combustível de transporte.
A intensidade energética do butanol é próxima à gasolina, o que permite substituir parcialmente o último em células a combustível. Ao contrário do bioetanol, o biobutanol pode ser usado independentemente, sem adicionar tipos tradicionais de combustível.
As matérias-primas para a produção desta bio-substância são uma variedade de plantas: beterraba, mandioca, trigo, milho.
Éter dimetílico (C2H6O)
É também um combustível ecológico. Quando é queimado, não há compostos de enxofre nos gases de escape e o conteúdo de compostos de nitrogênio é 90% menor do que quando a gasolina é queimada.
O éter dimetílico pode ser usado sem filtros especiais, mas alterações importantes devem ser feitas no design do carro (sistema de potência, ignição do motor).
O éter dimetílico é considerado uma opção promissora para o combustível automotivo. Máquinas com motores projetados para esse combustível são desenvolvidas por grandes empresas como Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan
Sem nenhuma alteração, você pode usar combustível combinado contendo 30% de éter dimetílico em máquinas equipadas com motores a GPL.
Os combustíveis líquidos podem ser produzidos a partir de várias matérias-primas: gás natural, poeira de carvão, biomassa e principalmente a partir dos restos da produção de celulose e papel, transformando-se em líquido sob baixa pressão.
Biometanol de algas unicelulares
Essa substância é um análogo do metanol comum, amplamente utilizado para a produção de vários compostos químicos (ácido acético, formaldeído) e também é usado como anticongelante e solvente.
Pela primeira vez, a questão da produção desse tipo de biocombustível foi levantada na década de 1980, quando um grupo de cientistas propôs obter uma substância líquida por transformação bioquímica do fitoplâncton marinho, cujo cultivo será realizado em reservatórios especiais.
O biometanol tem várias vantagens em potencial:
- alta eficiência energética - 14 após o recebimento de metano, 7 após a produção de metanol;
- excelente produtividade fitoplanctônica - até 100 toneladas por hectare e por ano;
- organismos unicelulares pouco exigentespara o cultivo do qual não é necessária água doce, solo fértil;
- conservação de recursos agrícolasporque o fitoplâncton é cultivado em lagoas ou baías.
Embora a produção industrial de biometanol ainda não tenha sido estabelecida, pesquisas e desenvolvimento persistentes de tecnologias para o desenvolvimento da produção desse tipo de combustível alternativo estão em andamento.
Biodiesel como alternativa ao transporte de combustível
Este é um biocombustível líquido para motores que consiste em uma mistura de ésteres de ácidos graxos. A substância é segura para pessoas e animais, decompõe-se quase completamente na terra em 28 dias e também possui uma temperatura de ignição relativamente alta (<100).
O biodiesel reduz a porcentagem de emissões de gases nocivos e também prolonga a vida útil do motor, pois inclui componentes lubrificantes.
O combustível é usado para reabastecer os motores de automóveis, independentemente e em combinação com o combustível convencional. Apenas um prazo de validade curto da substância biológica deve ser levado em consideração: após três meses, o decaimento da substância biológica começa com uma completa perda de propriedades.
Para o biodiesel na UE, foi adotada uma norma especial EN14214. Em vários países, a norma EN590 também é aplicável, permitindo a adição de 5% de biodiesel a outros combustíveis.
Tipo # 3: gasoso
Os principais tipos de biocombustíveis gasosos incluem biogás e biohidrogênio.
Biogás como substituto do gás natural
O biogás é um análogo quase completo do gás natural: contém 13-50% de CO2, 49-87% de metano, além de impurezas H2 e H2S. Se essa substância for removida do dióxido de carbono, o biometano poderá ser obtido.
Os biocombustíveis gasosos são produzidos a partir de biomassa por fermentação com hidrogênio ou metano. O último é causado por três tipos de microorganismos: primeiro, a matéria-prima é exposta a bactérias hidrolíticas, que são substituídas por micróbios formadores de ácido e metano.
A produção de biogás pode ser realizada em dispositivos industriais e artesanais. O método de produção mais comum é a digestão aeróbica em tanques de metano.
Uma variedade de materiais pode ser usada como matéria-prima: silagem, estrume, alga, água residual, lixo, resíduos fecais, lixo doméstico. O material de partida é levado a um estado homogêneo, após o qual é colocado em um reator usando um carregador.
Mantém uma temperatura confortável de + 35-38 ° C, necessária para a implementação do processo de fermentação do metano.
As matérias-primas são constantemente misturadas, enquanto o produto gasoso resultante é descarregado no suporte de gás (unidade de armazenamento), de onde entra no gerador elétrico.
Leia mais sobre a produção de biogás a partir de esterco e o arranjo de uma planta de biogás nos artigos:
- Como fazer biocombustível com esterco em casa com as próprias mãos
- Planta de biogás faça você mesmo em uma casa particular: recomendações para o dispositivo e um exemplo de melhoramento da casa
Bio-hidrogênio químico
Um tipo de biocombustível gasoso, que é um análogo do hidrogênio comum, é obtido da biomassa usando métodos bioquímicos ou termoquímicos.
No método termoquímico, as matérias-primas preparadas (por exemplo, resíduos de madeira) são aquecidas a uma temperatura de 500-800 ° C sem oxigênio, enquanto os gases H2, CO, CH4.
Um método promissor para a produção de biohidrogênio é a biofotólise. Nesse caso, o gás é produzido usando algas, que são colocadas na água do mar, esgoto
No método bioquímico, a matéria-prima é mantida em condições confortáveis à pressão e temperatura normais a cerca de 30 ° C.
Enterobacter cloacae, microorganismos especiais Rodobacter speriodes são introduzidos na biomassa, que decompõe o produto inicial, liberando hidrogênio. As enzimas podem acelerar a produção usando polissacarídeos.
No vídeo abaixo, você pode ver o processo de fabricação de um tipo popular de biocombustível - briquetes de madeira:
Os tipos de biocombustível diferem não apenas no estado de agregação, mas também nas características. Ao escolher esse material, é necessário levar em consideração o uso planejado, a eficácia, as propriedades funcionais e o custo.
Tem experiência no uso de combustíveis alternativos? Ou deseja fazer perguntas sobre biocombustíveis? Por favor, comente a publicação e participe das discussões. O bloco de feedback está localizado abaixo.