סוגי דלקים ביולוגיים: השוואה בין המאפיינים של דלק מוצק, נוזלי וגזי

חלופה למשאבי אנרגיה מסורתיים הם סוגים שונים של דלק ביולוגי, שייצורו עושה שימוש בחומרי גלם צמחיים או בעלי חיים, פסולת תעשייתית ותוצאות הפעילות החיונית של אורגניזמים.

אנו מציעים להבין את היתרונות והחסרונות של שימוש בדלק כזה, לברר את תכונות הייצור, המאפיינים הפונקציונליים, וגם להעריך את האפקטיביות של שימוש בסוגים שונים של דלק ביולוגי. המידע המסופק יעזור לך לנווט בבחירת מקורות חלופיים של משאבי אנרגיה.

מה זה דלק ביולוגי

הכיוון המבטיח ביותר בתחום האנרגיה הן טכנולוגיות הכרוכות בשימוש במשאבים מתחדשים, הכוללים דלק ביולוגי.

הסוג הנפוץ ביותר של דלק ביולוגי הוא עצי הסקה רגילים. 38% מאוכלוסיית העולם משתמשים בהם לחימום ובישול

כחומר גלם לייצורו ניתן לקחת ביומסה ממקור צמחי/חי, לרבות פסולת תעשייתית או פסולת מהחי.

העיבוד של חומרים כאלה מתבצע בשיטות תרמוכימיות או ביולוגיות; במקרה האחרון, דלק מתקבל באמצעות סוגים שונים של מיקרואורגניזמים.

נתח השימוש בדלקים ביולוגיים גדל ללא הרף, מה שתורם לשימור משאבי פחמימנים מאובנים (+)

למדינות רבות יש תוכניות מיוחדות להרחבת חלקם של דלק ביולוגי בצריכת האנרגיה הלאומית והאזורית. למספר מדינות יש גם תקנים מחייבים לשימוש במקור אנרגיה זה.

יתרונות וחסרונות של דלק ביולוגי

לדלקים ביולוגיים יש צדדים חיוביים ושליליים. העניין בשימוש בסוג זה של חומר גלם נגרמת על ידי יתרונותיו הבלתי מבוטלים.

אלו כוללים:

• עלות תקציב. למרות שכרגע מחירי הדלק הביולוגי כמעט זהים לעלות הבנזין, חומרים ביולוגיים נחשבים לסוג דלק רווחי יותר מכיוון שהם מייצרים פחות פליטות בעת שריפה. דלק ביולוגי מתאים לשימוש בתנאים שונים, וניתן להתאים אותו למנועים בעיצובים שונים. יתרון נוסף הוא אופטימיזציה של פעולת המנוע, שנשאר נקי זמן רב יותר בשל כמות קטנה של פיח וגזי פליטה.
• ניידות. דלק ביולוגי שונה ממקורות אנרגיה חלופיים אחרים בניידותו. מתקנים סולאריים ורוחניים כוללים בדרך כלל סוללות כבדות, ולכן הם משמשים לרוב לצמיתות, בעוד שניתן להעביר דלק ביולוגי מאזור אחד למשנהו ללא טרחה רבה.
• מקור אנרגיה מתחדשת. למרות שחוקרים מאמינים שמרבצי נפט גולמי קיימים יחזיקו מעמד לפחות כמה מאות שנים, עתודות מאובנים עדיין סופיות. דלקים ביולוגיים, המיוצרים מצמחים ופסולת בעלי חיים, הם בין המשאבים המתחדשים שאינם בסכנת היעלמות בעתיד הנראה לעין.
• הגנה על האטמוספירה של כדור הארץ. החיסרון העיקרי של פחמימנים מסורתיים הוא האחוז הגבוה של CO₂, אשר משתחרר בעת שריפה. גז זה יוצר אפקט חממה באטמוספירה של הפלנטה שלנו, ויוצר את התנאים להתחממות כדור הארץ. כאשר שורפים חומרים ביולוגיים, כמות הפחמן הדו חמצני מצטמצמת ל-65%. בנוסף, יבולים המשמשים לייצור דלק ביולוגי צורכים פחמן חד חמצני, ומפחיתים את חלקו באוויר.
• ביטחון כלכלי. מאגרי הפחמימנים מחולקים בצורה לא אחידה, ולכן חלק מהמדינות נאלצות לרכוש נפט או גז טבעי, ולהוציא כמויות גדולות של כסף על רכישה, הובלה ואחסון. ניתן לייצר סוגים שונים של דלק ביולוגי כמעט בכל מדינה. מכיוון שהייצור והעיבוד שלו ידרשו יצירת מפעלים חדשים ובהתאם לכך מקומות עבודה, הדבר יועיל לכלכלה הלאומית וישפיע לטובה על רווחתם של האנשים.

שיפור הטכנולוגיה ופיתוח שיטות חדשות יכולים לשפר את ההשפעות החיוביות של דלק ביולוגי. לפיכך, פיתוח טכנולוגיות באמצעות פלנקטון ואצות יוזיל משמעותית את מחירו.

יחד עם זאת, בשלב הנוכחי של התפתחות המדע והטכנולוגיה, ייצור דלק ביולוגי קשור למספר קשיים ואי נוחות. קודם כל, אלו מגבלות טבעיות בגידול צמחים.

לצורך גידול יבולים המשמשים לייצור ביומסה, יש לקחת בחשבון מספר גורמים, כלומר:

• שימוש במים. צמחים חקלאיים צורכים הרבה מים, שהם משאב מוגבל, במיוחד באזורים יבשים.
• פולשנות. יבולים הגדלים לדלק הם לרוב אגרסיביים.הם חונקים את הצמחייה האותנטית, שעלולה לגרום למגוון הביולוגי ולמערכת האקולוגית של האזור לסבול.
• דשנים. צמחים רבים דורשים חומרים מזינים נוספים כדי לצמוח, מה שעלול לפגוע בגידולים אחרים או במערכת האקולוגית הכוללת.
• אַקלִים. אזורי אקלים מסוימים (לדוגמה, מדבר או טונדרה) אינם מתאימים לגידול גידולי דלק ביולוגי.

גידול פעיל של צמחים חקלאיים קשור גם לדלדול המשאבים החקלאיים. אי עמידה בכללי הטכנולוגיה החקלאית עלולה להוביל לירידה בתכולת רכיבי הקרקע השימושיים וכתוצאה מכך לדלדול שלהם, מה שיחריף את בעיית מזון.

המערכת האקולוגית משובשת. ייצור ביומסה מצריך בדרך כלל הרחבת שטחים חקלאיים.

לעתים קרובות, למטרה זו, השטח מנוקה, מה שמוביל להרס של המערכת המיקרו-אקולוגית (למשל, יערות), למוות של צמחים ובעלי חיים.

נפח גדול של יבולים כבר גדל לייצור דלק ביולוגי. יותר מ-50% מהלפתית המיוצרים באירופה, יותר משליש מהדגן האמריקאי, וכמעט מחצית מקנה הסוכר הגדל בברזיל משמשים לייצור ביומסה.

מתעוררות בעיות עם גידול מונו-תרבותיות. כדי להשיג תפוקות ביומסה גדולות יותר, יצרנים זורעים לעתים קרובות אדמות עם צמח ספציפי. נוהג זה אינו טוב במיוחד עבור קרקע חקלאית, שכן מונו-תרבות מובילה לשינויים סביבתיים.

שדות התפוסים על ידי סוג אחד של צמח נגועים בדרך כלל בסוגים מיוחדים של מזיקים.ניסיון להילחם בהם בעזרת קוטלי חרקים וחומרי הדברה רק מביא להתפתחות עמידות לחומרים אלו.

כדי להימנע מהבעיות שתוארו לעיל, מדענים ממליצים לא להזניח את המגוון הביולוגי של הגידולים על ידי שילוב של מספר צמחים בשדות, וגם להשתמש בזנים מקומיים של צמחייה.

דורות של דלקים חלופיים

המגוון הרחב של חומרי הגלם הצמחיים המשמשים לביומסה מחולק בדרך כלל למספר דורות.

דור ראשון. קטגוריה זו כוללת גידולים חקלאיים המכילים אחוז גבוה של עמילן, סוכרים ושומנים. אלה צמחים פופולריים כמו תירס, סלק סוכר, לפתית ופולי סויה.

מכיוון שגידול גידולים אלו פוגע באקלים והוצאתם מהשוק משפיעה על מחירי המזון, מדענים מנסים להחליפם בסוגים אחרים של ביומסה.

כמעט כל סוגי הדלקים הנוזליים המודרניים (ביודיזל, אתנול) מיוצרים כיום ממפעלים חקלאיים השייכים לדור הראשון של חומרי הגלם.

דור שני. קבוצת הביומסה כוללת עץ, דשא ופסולת חקלאית (קונכיות, קליפות). הפקת דלק ביולוגי מחומרי גלם כאלה היא יקרה, אך היא מאפשרת לפתור את סוגיית מיחזור שאריות שאינן מזון תוך ייצור בו-זמני של חומרים דליקים.

מאפיין של הגידולים הכלולים בזן זה הוא נוכחותם של ליגנין ותאית בהם. הודות להם, ביומסה ניתן לשרוף ולגזוז, כמו גם נתון פירוליזה לייצור דלק נוזלי.

החיסרון העיקרי של ביומסה מהדור השני נחשב לתשואה לא מספקת ליחידת שטח, ולכן יש להקצות משאבי קרקע משמעותיים לגידולים כאלה.

דור שלישי. חומר הגלם לייצור דלק ביולוגי הוא אצות, הגדלות בקנה מידה תעשייתי, למשל, במאגרים פתוחים.

האפשרות המבטיחה ביותר נחשבת לדלק ביולוגי המתקבל מאצות חד-תאיות. צמחים כאלה עולים במהירות במשקל, והם אינם דורשים אדמה פורייה כדי לגדל אותם.

לתרגול הזה יש הבטחה גדולה, אבל כרגע טכנולוגיות כאלה מפותחות רק. מדענים גם עורכים מחקר ליצירת טכניקות המאפשרות להשיג דלק ביולוגי דור רביעי ואפילו חמישי.

שלושה סוגים של דלק ביולוגי

בהתאם למצב הצבירה שבו נמצא החומר, ישנם שלושה סוגים עיקריים של דלק ביולוגי:

1. מוצק: עצי הסקה, כבול, פסולת בעלי חיים וחקלאות.
2. נוזל: ביודיזל, דימתיל אתר, ביואתנול, ביובוטנול.
3. גזי: ביוגז, מתאן, ביומימן.

לכל סוג של חומר יש את הספציפיות שלו, אשר יידונו להלן.

סוג מס' 1: קשה

הסוגים המוצקים הפופולריים ביותר של דלק ביולוגי כוללים עץ, כבול ופסולת בעלי חיים.

עצים (עצי הסקה, שבבים, נסורת)

סוג עתיק של דלק ביולוגי הוא עצי ההסקה הידועים, המשמשים זה מכבר לחימום בתים ולבישול מזון. עד עכשיו, הם משמשים באופן פעיל במדינות שונות לייצור חום/חשמל, בפרט, תחנת כוח תרמית אוסטרית גדולה בהספק של 66 מגה וואט פועלת על עץ.

יחד עם זאת, לחומרי גלם כאלה יש חסרונות. הערך האנרגטי של עצי הסקה נמוך יחסית: בעת שריפה חלק מהחומר מתיישב בצורת פיח, ולכן יש לנקות קמינים ותנורים באופן קבוע.בנוסף, לוקח זמן מסוים לחדש את עתודות העצים - עצים חדשים יצמחו רק לאחר 15-20 שנה.

חלופה מצוינת לעצי הסקה קונבנציונליים הם כדורי (גרגירים), שלצורך ייצורם נעשה שימוש בעץ לא תקני: קליפה, שבבי עץ, נסורת דחוסה, כלבה.

לכדורים המתקבלים מעץ, כבול ומפסולת שונות יש צבעים שונים. הבהירים משמשים להדלקת קמינים ותנורים ואילו כהים, בעלי תכולת קליפות גבוהה, מיועדים לדודי דלק מוצק.

כדי לייצר כדורי דלק, חומרי גלם נטחנים לאבק, אשר לאחר מכן מיובשים ולוחצים בטמפרטורות גבוהות. הודות לליגנין הכלול בעץ נוצרת מסה דביקה, ממנה נוצרים גלילים קטנים באורך של 5-70 מ"מ ובקוטר של 6-10 מ"מ.

חלופה מודרנית לעצי הסקה מסורתיים הם לבניות דלק עם ארבעה, שישה או מתומן. לחומר ידידותי לסביבה זה יש העברת חום גבוהה

אתה יכול להגדיר ייצור גלולה בעצמך על ידי ביצוע לחץ על לבניות דלק.

שבבי עץ הם בין סוגי הדלק הביולוגי הפופולרי, המשמשים לעתים קרובות כמקור אנרגיה בתחנות כוח תרמיות באירופה. הייצור של חומרי גלם אלו מתבצע באתרי כריתת עצים או בקווי ייצור מיוחדים המצוידים במכונות גריסה.

כבול דלק ביצות ויער

זהו סוג נפוץ של דלק ביולוגי ששימש למטרות ביתיות ותעשייתיות במשך מאות שנים. כבול הוא שכבת טחב שלא התפרקה לחלוטין בתנאי ביצה, ונכרה במדינות רבות בעולם: רוסיה, בלארוס, קנדה, שוודיה, אינדונזיה ואחרות.

כבול, המכיל 50-60% פחמן, נחשב לחומר נושא גז פופולרי. חומר גלם יקר זה יכול לשמש לא רק כדלק, אלא גם כדשן או מבודד חום.

כדי להקל על תהליך הייצור, ביומסה מעובדת בדרך כלל באתר המיצוי. התהליך מורכב מניקוי (ניפוי) חומרי הגלם מתכלילים זרים, ולאחר מכן ייבוש ויציקה לבריקטים או גרגירים.

דלק מפסולת חקלאית

בייצור חקלאי, ככלל, מצטבר מספר רב של פסולת צמחית מגוונת: קליפות חיצוניות של צמחים, קליפות אגוזים, קש.

ניתן גם ללחוץ ולגרגר חומרי גלם כאלה, וליצור כדורי דלק, שמאפיינים כמעט אינם שונים מכדורים העשויים מביומסה מעץ.

דלק ביולוגי ממקור מן החי

יחד עם עצי הסקה, בימי קדם אנשים החלו להשתמש בדלק ממקור בעלי חיים, כלומר גללים - גללים מיובשים של חיות בית. טכנולוגיות מודרניות לייבוש ועיבוד חומרי גלם כאלה מאפשרות להשיג זנים מוצקים של דלק ביולוגי נטולי ריח לא נעים לחלוטין.

במשך זמן רב, עמים נוודים השתמשו בזבל מיובש מסוסים, גמלים ובקר כדלק. כיום, דלק ביולוגי מופק מפסולת בעלי חיים ביתית בצורה של לבנים או כדורים

כיוון שפסולת בעלי חיים נצברת כיום בקנה מידה תעשייתי, הפקת הדלק ממנה פותרת בו זמנית את סוגיית סילוקה.

סוג מס' 2: נוזל

דלק ביולוגי נוזלי, בטוח וידידותי לסביבה, משמש בעיקר כתחליף לבנזין ומוצרים דומים אחרים.האפשרויות הנפוצות ביותר כוללות ביו-אתנול, ביו-מתנול, ביו-בוטנול, ביו-דיזל ודי-מתיל-אתר.

ביואתנול מגידולי צמחים

זהו דלק ביולוגי נוזלי נפוץ המשמש לדלק מכוניות. למרות שהחומר הטהור אינו משמש כדלק, הוספתו לבנזין עוזרת לשפר את ביצועי המנוע, להגביר את הספק שלו, לשלוט בחימום המנוע ולהפחית את פליטת הפליטה.

תחנות דלק רבות באירופה, אסיה, צפון ודרום אמריקה מציעות לא רק דלק מסורתי, אלא גם סוגים שונים של דלק ביולוגי, בעיקר תערובות המכילות ביו-אתנול.

ביואתנול זכה להערכה גם על ידי אוהבי האח. לחומר זה יש העברת חום טובה; יתרה מכך, כאשר הוא נשרף, לא נוצר פיח או עשן, וכמות הפחמן הדו-חמצני המשתחררת מצטמצמת.

הודות לתכונות אלו, ניתן להשתמש בדלק אפילו להפעלת מוקדים בבנייני דירות. קרא עוד על דלק ביולוגי לקמינים ב המאמר הזה.

ביואתנול מיוצר מחומרי גלם מהדור הראשון המכילים עמילן או סוכר. דגנים, תירס, קני סוכר וסלק מעובדים באמצעות טכנולוגיית תסיסה של אלכוהול.

ביובוטנול לתדלוק מכוניות

ביובוטנול הוא אנלוגי של בוטנאל המופק ביולוגית. נוזל חסר צבע בעל ריח אופייני, נמצא בשימוש נרחב כחומר גלם כימי בתעשייה, ויכול לשמש גם כדלק הובלה.

עוצמת האנרגיה של הבוטנול קרובה לזו של בנזין, מה שמאפשר להחליף חלקית את האחרון בתאי דלק. בניגוד לביואתנול, ניתן להשתמש בביובוטנול באופן עצמאי, ללא תוספת של סוגי דלק מסורתיים.

חומרי הגלם לייצור חומר ביולוגי זה הם מגוון רחב של צמחים: סלק, קסאווה, חיטה, תירס.

דימתיל אתר (C₂ח₆O)

זה גם דלק ידידותי לסביבה. כאשר הוא נשרף, אין תרכובות גופרית בגזי הפליטה, ותכולת תרכובות החנקן נמוכה ב-90% מאשר בעת שריפת בנזין.

ניתן להשתמש בדימתיל אתר ללא מסננים מיוחדים, אך יש לבצע שינויים מהותיים בעיצוב המכונית (מערכת כוח, הצתה במנוע).

דימתיל אתר נחשב לאופציה מבטיחה עבור דלק רכב. מכוניות עם מנועים המיועדים לדלק זה מפותחות על ידי חברות גדולות כמו וולוו, SAIC Motor, KAMAZ, ניסאן

ללא כל שינוי, אתה יכול להשתמש בדלק משולב המכיל 30% דימתיל אתר במכוניות המצוידות במנועי גפ"מ.

ניתן להפיק דלק נוזלי מחומרי גלם שונים: גז טבעי, אבק פחם, ביומסה ובעיקר משאריות ייצור של עיסת נייר, אשר הופכים לנוזל בלחץ נמוך.

ביומתנול מאצות חד-תאיות

חומר זה הוא אנלוגי של מתנול רגיל, אשר נמצא בשימוש נרחב לייצור של מספר תרכובות כימיות (חומצה אצטית, פורמלדהיד), ומשמש גם כחומר נגד קפיאה וממס.

סוגיית הפקת דלק ביולוגי מסוג זה הועלתה לראשונה בשנות ה-80, כאשר קבוצת מדענים הציעה לייצר חומר נוזלי באמצעות טרנספורמציה ביוכימית של פיטופלנקטון ימי, שיעובד במאגרים מיוחדים.

לביומתנול יש מספר יתרונות פוטנציאליים:

• יעילות אנרגטית גבוהה - 14 לייצור מתאן, 7 לייצור מתנול;
• תפוקה מצוינת של פיטופלנקטון - עד 100 טון לדונם בשנה;
• אורגניזמים חד-תאיים לא תובעניים, שלצורך גידולם אין צורך במים מתוקים ובקרקעות פוריות;
• שימור משאבים חקלאיים, שכן פיטופלנקטון גדל בבריכות או במפרצי ים.

למרות שהייצור התעשייתי של ביו-מתנול עדיין לא הוקם, מחקר ופיתוח מתמיד של טכנולוגיות מתבצעים כיום לפיתוח ייצור של סוג זה של דלק חלופי.

ביודיזל כחלופה לדלק לתחבורה

זהו דלק ביולוגי מנוע נוזלי המורכב מתערובת של אסטרים של חומצות שומן. החומר בטוח לאנשים ובעלי חיים, מתפרק כמעט לחלוטין באדמה תוך 28 ימים, וגם בעל נקודת הבזק גבוהה יחסית (<100).

ביודיזל מפחית את אחוז פליטת הגזים המזיקים וגם מאריך את חיי המנוע, שכן הוא מכיל רכיבי סיכה.

הדלק משמש לתדלוק מנועי רכב, הן באופן עצמאי והן בשילוב עם דלק רגיל. יש לקחת בחשבון רק את חיי המדף הקצרים של החומר הביולוגי: לאחר שלושה חודשים, החומר הביולוגי מתחיל להתפרק עם אובדן מוחלט של תכונות.

עבור ביו-דיזל, תקן מיוחד EN14214 אומץ במדינות האיחוד האירופי. במספר מדינות, תקף גם תקן EN590, המאפשר הוספת 5% ביודיזל לדלקים אחרים.

סוג מס' 3: גזי

הסוגים העיקריים של דלקים ביולוגיים גזים כוללים ביוגז וביומימן.

ביוגז כתחליף לגז טבעי

ביוגז הוא אנלוגי כמעט שלם של גז טבעי: הוא מכיל 13-50% CO_2, 49-87% מתאן, וכן זיהומי H₂ וח₂ס.אם חומר זה מטוהר מפחמן דו חמצני, ניתן להשיג ביו-מתאן.

דלק ביולוגי גז מופק מביומסה על ידי תסיסת מימן או מתאן. האחרון נגרם בשלושה סוגים של מיקרואורגניזמים: ראשית, חומר הגלם נחשף לחיידקים הידרוליטים, המוחלפים לאחר מכן בחיידקים יוצרי חומצה ומתאן.

הפקת ביוגז יכולה להתבצע באמצעות מכשירים תעשייתיים ומלאכת יד. שיטת הייצור הנפוצה ביותר היא עיכול אירובי במעכלים.

ניתן להשתמש במגוון חומרים כחומרי גלם: תחמיץ, זבל, אצות, שפכים, פסולת, שאריות צואה, פסולת ביתית. החומר המוצא מובא למצב הומוגני, ולאחר מכן הוא מוכנס לכור באמצעות מעמיס.

שם נשמרת טמפרטורה נוחה של +35-38 מעלות צלזיוס, הכרחית לתהליך תסיסת מתאן.

חומר הגלם מעורבב כל הזמן, תוך שהמוצר הגזי המתקבל נשפך למחזיק גז (יחידת אחסון), משם הוא נכנס לגנרטור החשמלי.

מידע נוסף על קבלת ביוגז מזבל והקמת מפעל ביוגז כתוב במאמרים:

1. איך להכין דלק ביולוגי במו ידיך מזבל בבית
2. מפעל ביוגז עשה זאת בעצמך לבית פרטי: המלצות למכשיר ודוגמה לסידור מוצר ביתי

ביומימן המתקבל בשיטה כימית

סוג של דלק ביולוגי גזי, שהוא אנלוגי למימן רגיל, מתקבל מביומסה בשיטות ביוכימיות או תרמוכימיות.

בשיטה התרמוכימית, חומרי גלם מוכנים (למשל פסולת עץ) מחוממים לטמפרטורה של 500-800 מעלות צלזיוס ללא חמצן, המשחרר גזי H.₂,CO,CH₄.

שיטה מבטיחה לייצור ביומימן היא ביופתוליזה. במקרה זה, הגז מופק באמצעות אצות, אשר מונחות במי ים, ביוב

בשיטה הביוכימית חומרי הגלם נשמרים בתנאים נוחים בלחץ רגיל ובטמפרטורה של כ-30 מעלות צלזיוס.

מיקרואורגניזמים מיוחדים Enterobacter cloacae ו- Rodobacter speriods מוכנסים לביומסה, אשר מפרקים את המוצר המקורי, משחררים מימן. כדי להאיץ את הייצור באמצעות פוליסכרידים, ניתן להוסיף אנזימים.

מסקנות וסרטון שימושי בנושא

בסרטון למטה תוכלו לראות את תהליך הכנת סוג פופולרי של דלק ביולוגי - לבניות עץ:

סוגי דלק ביולוגי שונים לא רק במצב הצבירה שלהם, אלא גם במאפיינים שלהם. בעת בחירת חומרים כאלה, יש צורך לקחת בחשבון את השימוש המיועד שלהם, היעילות, התכונות הפונקציונליות והעלות.

האם יש לך ניסיון בשימוש בדלק חלופי? או רוצה לשאול שאלות על דלק ביולוגי? נא להגיב לפוסט ולהשתתף בדיונים. בלוק המשוב נמצא למטה.