Биогорива: видове, производство и приложения

Биогорива: открийте видовете, технологии за производство и практични приложения — от етанол и биодизел до целулозни решения за устойчива енергия.

Биогоривото е гориво, получено от неотдавна безжизнен или жив биологичен материал. То се различава от изкопаемите горива от отдавна мъртъв биологичен материал. Биогоривото може да бъде под формата на твърдо вещество, течност или газ. В зависимост от източника и технологията, биогоривата се класифицират като първо, второ, трето и четвърто поколение — от стандартни растителни култури до алги и синтетични горива, произведени с помощта на възобновяема енергия и напреднали биотехнологии.

Видове биогорива

• Биоетанол — често произвеждан от култури с високо съдържание на захари или нишесте (напр. култури с високо съдържание на захар (напр. захарна тръстика) или нишесте (напр. царевица)), чрез ферментация на захари до етилов алкохол (етанол) с помощта на дрожди.
• Биодизел — получава се от растителни или животински масла (напр. палмово масло, соя, водорасли) чрез трансестерификация; при нагряване вискозитетът им намалява и могат да се използват и директно в дизелови двигатели.
• Биогаз и биометан — продукт от анаеробно разграждане на органични материали; може да се пречисти до метан и да се използва за отопление, електричество или като гориво за транспорт.
• Биогорива от целулоза — целулозен етанол от остатъци и неядливи части на растенията (втори генерации); технологията е възможна, но често по-скъпа и технически предизвикателна.
• Биомаслени горива и синтетични течности — чрез пиролиза, хидротермална ликвефикация или Fischer–Tropsch синтез може да се получат био-масла и биогорива за авиация и транспорт.
• Твърда биомаса — дървени пелети, дървени въглища и торефикация за отопление и производство на енергия.
• Биочар (Biochar) — стабилен въглероден продукт от пиролиза, използван за подобряване на почвите и потенциално за улавяне на въглерод.

Производствени методи

Съществуват два общи начина за превръщане на растенията в газ и течни горива. Единият е да се отглеждат култури с високо съдържание на захар (напр. захарна тръстика) или нишесте (напр. царевица) и след това да се използват дрожди за ферментация на етилов алкохол (етанол). Вторият е да се отглеждат растения, които съдържат големи количества растителни масла, като палмово масло, соя и водорасли. При нагряване на тези масла вискозитетът им намалява и те могат да се изгарят директно в дизелов двигател или да се преработят по химичен път за получаване на горива като биодизел.

Освен ферментация и трансестерификация, използвани са и други технологии:

• Пиролиза и газификация — термични процеси, които преобразуват биомаса в синтетични газове или течности.
• Анаеробно разграждане — производство на биогаз от отпадъци, животински и растителни остатъци.
• Хидротретиране (HEFA) — обработка на растителни масла и отпадъчни мазнини за производство на устойчиви авиационни горива.
• Хидролиза и ензимна обработка — за разграждане на целулоза и освобождаване на захари за последваща ферментация.
• Хидротермална ликвефикация — преобразува високомодулна влажна биомаса в течни биогорива без предварително сушене.

Приложения

Биогоривата обикновено се използват за захранване на автомобили, отопление на домове и за готвене. Компаниите, произвеждащи биогорива, са предимно от Европа, Азия и Северна и Южна Америка. Технологиите, разработени в Националната лаборатория в Лос Аламос, позволяват дори замърсяването да бъде превърнато във възобновяемо биогориво. Агрогоривата са биогорива, които се произвеждат от определени растения, а не от отпадъчни процеси като депониране на отпадъци или рециклирани материали.

• Транспорт — бензин и дизел заместители (етанол, биодизел, HVO/renewable diesel), устойчива авиационна горива (SAF).
• Отопление и електричество — директно изгаряне на дървесина, пелети, когенерация с биогаз, електростанции на биомаса.
• Индустриални процеси — замяна на изкопаеми горива в индустриални пещи и котли.
• Домакински приложения — готвене и отопление в райони без достъп до природен газ.

Твърда биомаса и историческо използване

В продължение на хиляди години дървесината и нейните странични продукти се преработват в биогорива като дървени въглища, дървесен газ, метанол или етанолово гориво. Възможно е също така да се произвежда целулозен етанол от неядливи растителни части, но това може да бъде скъпо. Използва се и твърда биомаса. Дървата за огрев се използват от хиляди години. Много материали, като дървесина и треви, могат да бъдат изсушени, пелетизирани и изгорени, което може да се използва за производство на енергия.

Предимства и недостатъци

• Предимства: потенциално по-ниски емисии на парникови газове при устойчива практика; използване на отпадъчни потоци; енергийна сигурност и диверсификация на горивата; възможност за локално производство и работни места.
• Недостатъци: риск от конкуренция с продоволственото производство (food vs. fuel), индуцирана промяна в земеползването (ILUC), висока консумация на вода и торове за някои култури, и варираща реална климатична полза в зависимост от жизнения цикъл и технологията.

Устойчивост и регулации

Оценката на устойчивостта на биогоривата изисква животин цикъл анализ (LCA) — от отглеждането на суровината до крайното изгаряне. Политики и стандарти въвеждат изисквания за намаляване на емисиите, проследимост и критерии за използване на отпадъчни и остатъчни материали. В практиката, най-значимите фактори за устойчивост са източникът на суровината, методите на производство и възможността за опазване на биоразнообразието и почвите.

Перспективи и иновации

Развитието на второ и трето поколение биогорива (напр. целулозен етанол, алги) и синтетични горива, произведени с помощта на възобновяема електроенергия и въглеродно улавяне (BECCS), може да доведе до значително по-големи емисийни ползи и дори до негативни емисии в специфични архитектури. Технологични иновации целят да намалят разходите за производство, да увеличат добива от остатъчни материали и да разработят горива за трудни сектори като авиация и тежък транспорт.

Като цяло, биогоривата са разнообразна група от продукти с потенциал да помогнат за декарбонизацията, но техният реален принос зависи от устойчивите практики в селското стопанство, модерните производствени технологии и внимателната регулация.

Въпроси и отговори

В: Какво е биогориво?

В: Какви форми могат да приемат биогоривата?

В: Къде са базирани повечето компании за биогорива?

В: Как Националната лаборатория в Лос Аламос превръща замърсяването във възобновяемо биогориво?

В: Какво представляват агрогоривата?

В: Как растенията се превръщат в газ и течни горива?

Въпрос: Как дървесината и нейните странични продукти са били използвани в продължение на хиляди години като източник на енергия?

Търсене по буква