生物燃料：固体、液体和气体燃料的比较

生物燃料的优点和缺点

生物技术的发展解决了有机废物处理的问题，以及用替代燃料替代石油和天然气的问题。但它们的不明智使用可能会导致气候以及生态系统的其他问题。考虑一下这个行业发展的几个关键点：

• 生物燃料是一种原材料廉价的可再生能源。
• 基于有机废物处理的技术适用于任何有人和工业园区的地方。
• 生物燃料的生产降低了大气中二氧化碳的含量，使用生物燃料代替传统燃料可以减少二氧化碳的产生。
• 大规模种植单一栽培（作为生物燃料的原料）会导致土壤成分枯竭和生物多样性减少，从而影响气候。

生产生物燃料的合理方法能够解决环境中最严重的环境问题。

与其他替代能源相比的流动性

目前，更“激进”的替代能源技术，如太阳能和风能，都存在一个大问题——机动性。由于太阳和风不是永久的，因此在此类能源技术中必须使用相对较重的电池来提供高功率（但随着技术的进步，这个问题正在逐渐得到解决）。另一方面，生物燃料很容易运输，它们很稳定并且具有相当高的“能量密度”，它们可以在对现有技术和基础设施稍加修改的情况下使用。

降低成本

目前，生物燃料在市场上的成本与汽油一样高。然而，使用生物燃料还有更多好处，因为它是一种更清洁的燃料，燃烧时产生的排放量更少。生物燃料可以适应现有的发动机设计，以在任何环境中都表现良好。然而，这种燃料更适合发动机，它降低了发动机结垢控制的总体成本，因此，它的使用需要更少的维护成本。随着对生物燃料的需求增加，未来它们可能会变得更便宜。因此，生物燃料的使用对钱包的负担将减轻。

可再生资源

汽油是从原油中获得的，原油不是可再生资源。虽然今天的化石燃料储备将持续很多年，但它们最终会耗尽。生物燃料由多种原料制成，例如粪肥、作物残茬和专门为燃料而种植的植物。这些是可再生资源，可能不会很快用完。

减少温室气体排放

燃烧时，化石燃料会产生大量二氧化碳，这被认为是一种温室气体，也是地球上保持太阳温暖的原因。燃烧煤炭和石油会提高温度并导致全球变暖。为了减少温室气体的影响，可以使用生物燃料。研究表明，生物燃料可减少高达 65% 的温室气体排放。此外，在种植生物燃料作物时，它们会部分吸收一氧化碳，这使得生物燃料系统更加可持续。

没有大量燃料储备的国家的经济安全

并非每个国家都有大量石油储量。石油进口在该国经济中留下了巨大的缺口。如果人们开始倾向于使用生物燃料，那么对进口的依赖就会减少。由于生物燃料生产的增长，将创造更多的就业机会，这将对国家经济产生积极影响。

什么是生物燃料

生物燃料是由生命物质制成的燃料。与化石燃料相比，生物燃料的形成需要很短的时间。生物燃料主要通过生物过程生产。生物燃料生产的最终产品可以是固体、液体或气体。

生物燃料最重要的任务之一是它是一种可再生能源。可再生燃料是源自可再生资源的燃料。因为生物燃料是由生物质制成的，而生物质是一种可再生资源，所以生物燃料是可再生燃料。

最常见的生物燃料类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过生物过程生产的燃料。最终产品是易燃液体。用于生物燃料生产的来源是甘蔗和小麦。来自这些来源的糖被发酵以生产乙醇。进行蒸馏以将生物乙醇与最终产品中包含的其他成分分离。生物乙醇可与汽油一起用作添加剂，以减少一氧化碳排放。

生物柴油

生物柴油是使用植物油脂通过酯交换过程生产的，主要资源包括大豆、油菜籽等。生物柴油是混合燃料中用于减少有害气体排放的最佳添加剂之一。生物柴油可以将这些排放量减少多达 60%。

然而，燃烧生物燃料会通过形成碳颗粒、一氧化碳和其他有害气体排放物而造成空气污染。但就百分比而言，这一贡献低于化石燃料。

图 1：藻类可用于制造喷气燃料

使用生物燃料的好处包括低排放、可再生性、可生物降解性和安全性。与化石燃料相比，生物燃料产生的温室气体更少。生物燃料可以很容易地从有机材料中获得。因为我们可以种植植物生物质等有机材料，所以生物燃料被认为是一种可再生能源。因为这些生物燃料是由有机物制成的，它们是可生物降解的，因此燃料泄漏不会造成重大的环境破坏。由于生物燃料仅由生长在地面上的植物制成，因此它们比与采矿或其他复杂挖掘相关的方法更安全。

获取和使用燃料：

最需要的固体燃料是煤（石头、棕色和无烟煤）。排在第二位的是木材和泥炭。煤炭用于大型火力发电厂，用于冶金。木材用于建筑、家具生产以及炉灶、壁炉、浴室综合体的燃料。

世界上使用的液体燃料中有 80% 以上是石油蒸馏的产物。

炼油的主要产品——汽油和煤油作为汽车和航空燃料的需求量很大。热电联产工厂依靠燃料油运行。在这种情况下，有必要解决从燃烧产物中去除硫化合物的问题。根据原油的等级，燃料油可含有高达 4.3% 的这种元素。硫含量越高，设备维护成本越高，磨损程度越高。

气体燃料既可以直接从气田获得，也可以作为与石油相关的产品获得。在后一种情况下，气体含有更多的高级碳氢化合物，同时减少了甲烷的体积。它燃烧得更好，产生更多的热量。

堆肥堆和垃圾填埋场成为沼气的来源。在日本，正在建造特殊的小型工厂，每天能够从分类垃圾中接收多达 20 立方米的气体。这足以产生 716 kW 的热能。据联合国教科文组织称，在中国，至少有 700 万家工厂和工厂通过腐烂的有机物生产沼气。

氢气也可用作燃料。它的主要优点是储量在地理上与地球的某些地区无关，燃烧时会形成干净的水。

团队“气体”

生物质还可以生产气体燃料，这对于汽车来说也是极好的。例如，甲烷是石油精炼过程中获得的天然气体和所谓伴生气的主要成分之一。这种矿物质可以很容易地取代大量不必要的有机垃圾——从平庸的粪便到鱼类、肉类、奶制品和蔬菜行业的废物。产生沼气的细菌以这种生物质为食。将其从二氧化碳气体中净化后，就得到了所谓的生物甲烷。它与许多生产模型所使用的传统甲烷的主要区别在于它不是矿物。已经有些东西了，但肥料和植物不会在地球生命终结之前耗尽。

生物甲烷生产方案（所有方案和表格通过鼠标点击以全尺寸打开）：

为什么使用生物燃料更好？

生物燃料是地球上一种可替代的可再生能源。

其主要优点如下：

1. 负担能力允许在人类生活的所有领域使用这种燃料。
2. 可再生性。与汽油相比，一个重要的优势是生物燃料的可再生能力。
3. 生物燃料有助于减缓全球变化。它的使用减少了温室效应（高达 65%）
4. 对于生产生物燃料的国家，对该产品的进口依赖正在减少。
5. 优秀的汽车加油站。

绿色技术、生物燃料

粪便中的生物燃料

长期以来，农业和食品工业的废物专门用于生产肥料，但今天这些废物使生产生物燃料成为可能。畜禽粪便以及酒糟、屠宰场废弃物、酒糟、污水、甜菜浆等均可作为生产燃料的原料。

作为处理这种废物的结果，获得了气态生物燃料，该燃料是通过发酵获得的。由此产生的沼气可用于发电或在锅炉房中为住宅建筑供暖。此外，这种燃料用于汽车。

但是，需要注意的是，为了获得用于汽车的气态生物燃料，发酵产生的沼气必须去除二氧化碳，然后将其转化为甲烷。

第二代生物燃料

第二代生物燃料是一种由非食品可再生原料生产的燃料，与乙醇、甲醇、生物柴油等不同。秸秆、藻类、锯末和任何其他生物质都可以作为生产第二代生物燃料的原料。

这种燃料的最大优势在于它是由始终可用且可不断再生的产品制成的。许多科学家认为，可以解决能源危机的是第二代生物燃料。

来自藻类的生物燃料

迄今为止，科学家们已经开发出一种从藻类中获取第二代生物燃料的特殊技术。

这项技术的发展将进一步彻底改变生物燃料的世界，因为主要原材料（藻类）不需要特别照顾，也不需要肥料（它需要水和阳光才能生长）。此外，它们可以在任何水中生长（脏、干净、咸和新鲜）。此外，藻类可以帮助清洁下水道。

从藻类生产生物燃料的另一个积极方面是后者由易于加工和分解的简单化学元素组成。因此，由于所有优势，藻类生物燃料技术具有最大的潜力。

气态生物燃料

有两种主要类型的气体燃料：

• 沼气
• 生物氢

沼气

有机废弃物的发酵产物，可用作粪便残渣、污水、生活垃圾、屠宰废弃物、粪肥、粪肥以及青贮饲料和藻类。它是甲烷和二氧化碳的混合物。在沼气生产中处理生活垃圾的另一种产品是有机肥料。该生产技术与在进行甲烷发酵的细菌的影响下转化复杂的有机物质有关。

在工艺过程开始时，将大量废物均质化，然后在装载机的帮助下将准备好的原料送入加热和绝缘的反应器中，甲烷发酵过程直接在大约 35 ℃的温度下进行-38 摄氏度。大量废物不断混合。产生的沼气进入储气罐（用于储存气体），然后输送到发电机。
由此产生的沼气取代了传统的天然气。它可以用作生物燃料或从中发电。

生物氢

它可以通过热化学、生化或生物技术方法从生物质中获得。第一种获得方法是将废木加热到 500-800°C 的温度，因此开始释放混合气体 - 氢气、一氧化碳和甲烷。在生化方法中，使用了细菌Rodobacter speriodes、Enterobacter cloacae的酶，它们在含有纤维素和淀粉的植物残体分解过程中产生氢气。该过程在常压和低温下进行。生物氢用于制氢 燃料电池 运输和能源。尚未广泛使用。

燃料特点

使用这种燃料的一个显着优势是烟灰量可以忽略不计。在壁炉中燃烧时，不会产生比燃烧的蜡烛更多的烟灰。也没有对健康有害的一氧化碳。

当使用生物乙醇时，壁炉中会产生少量的水和少量的二氧化碳。这就是没有通常的橙色火焰的原因。

为了达到最大的自然度，在生物乙醇的成分中添加了添加剂，使火焰呈现出特有的橙色色调。它们还有助于实现火焰的最大自然性。

全球生物燃料市场发展趋势

生物燃料普及的驱动因素是与能源安全、气候变化和经济衰退相关的威胁。在世界范围内推广生物燃料生产旨在增加清洁燃料消费的份额，特别是在运输方面；减少许多国家对进口石油的依赖；减少温室气体排放；经济发展。生物燃料是从石油中提取的传统燃料的替代品。 2014 年世界生物燃料生产中心是美国、巴西和欧盟。最常见的生物燃料类型是生物乙醇，其份额占世界上由生物原料生产的所有燃料的 82%。其主要生产国是美国和巴西。第二位是生物柴油。 49% 的生物柴油生产集中在欧盟。从长远来看，陆运、空运和海运对生物燃料不断增长的需求将极大地改变全球能源市场的现状。使用农业原材料生产液体生物燃料及其产量的增长导致了对农产品的需求，这影响了用于生产生物燃料的粮食作物的价格。第二代生物燃料产量持续增长，到2020年世界第二代生物燃料产量应达到100亿升。到 2020 年，世界生物燃料的产量应增加 25%，达到约 25%。 1400亿升。在欧盟，大部分生物燃料生产来自油籽（油菜籽）生产的生物柴油。据预测，来自小麦和玉米以及甜菜的生物乙醇生产将在欧盟国家扩大。在巴西，生物乙醇产量预计将继续加速增长，到 2017 年将达到 410 亿升左右。总体而言，据预测，到 2020 年，生物乙醇和生物柴油的产量将快速增长，分别达到 125 亿升和 250 亿升。亚洲的生物燃料生产已经开始快速增长。截至 2014 年，中国的生物乙醇产量位居第三位，预计未来十年该产量将以每年 4% 以上的速度增长。在印度，糖蜜生产的生物乙醇预计将以每年 7% 以上的速度增长。与此同时，麻风树等新作物生产生物柴油的规模正在扩大。

根据世界能源署（IEA）的预测，2025年石油短缺量估计为14%。根据IEA的数据，即使到2021年生物燃料（包括生物乙醇和生物柴油）的总产量为2200亿升，其产量也仅能满足全球燃料需求的7%。生物燃料生产的增长率远远落后于它们的需求增长率。这是由于廉价原材料的供应和资金不足。生物燃料的大规模商业使用将取决于与石油衍生的传统燃料的价格平衡。据科学家称，到 2040 年可再生能源的份额将达到 47.7%，生物质能达到 23.8%。

以目前的技术发展水平，生物燃料生产将仅占全球能源供应的一小部分，能源价格将影响农业原材料的成本。生物燃料可能对粮食安全产生不同的影响——生物燃料生产推动的商品价格上涨会损害粮食进口商，另一方面刺激小农的国内农业生产。

固体生物燃料 - 颗粒

最近，有很多各种各样的谣言甚至是奇特的“传说”，说最有前途和高利润的小企业之一可能是燃料颗粒的生产——一种特殊的生物燃料。 让我们仔细看看固体颗粒燃料的优势和获得它的过程。

为什么以及如何生产燃料芯块

伐木、木工企业、农业综合体和其他一些生产线除了主要产品外，必然会产生大量的木材或其他植物废料，这些废料似乎不再具有任何实用价值。尚未给予，他们只是被烧毁，向大气中投掷烟雾，甚至被巨大的“堆”管理不善。但它们具有巨大的能源潜力！如果把这些废物变成便于燃料使用的状态，那么，在解决了处理问题的同时，你也可以获利！固体生物燃料——颗粒——的生产正是基于这些原则。

事实上，这些是压缩的圆柱形颗粒，直径从 4 ÷ 5 到 9 ÷ 10 毫米，长度约为 15 ÷ 50 毫米。这种释放形式非常方便 - 颗粒很容易包装在袋子中，易于运输，非常适合固体燃料锅炉的自动燃料供应，例如使用螺旋装载机。

颗粒由天然木材废料和树皮、树枝、针叶、干树叶和其他伐木副产品压制成。它们是从稻草、果壳、蛋糕中获得的，在某些情况下，甚至鸡粪也可以作为原材料。在颗粒的生产中，使用泥炭 - 正是以这种形式，它在燃烧过程中实现了最大的热传递。

当然，不同的原材料会赋予最终颗粒不同的特性——在能源效率、灰分含量（剩余不可燃成分的数量）、湿度、密度、价格方面。质量越高，加热设备的麻烦越少，加热系统的效率就越高。

就其特定的热值（以体积计）而言，颗粒会留下所有类型的柴火和煤炭。这种燃料的储存不需要大面积或创造任何特殊条件。在压缩木材中，与锯末不同，腐烂或争论的过程从未开始，因此这种生物燃料不存在自燃风险。

现在到颗粒生产的问题。事实上，整个循环在图表中简单而清晰地显示（显示了农业原材料，但这同样适用于任何木材废料）：

首先，废物经过破碎阶段（通常大小可达 50 毫米长和 2 ÷ 3 毫米厚的木片）。然后进行干燥程序 - 残留水分必须不超过 12%。如有必要，碎片会被压碎成更细的部分，使其状态几乎达到木粉的水平。如果进入颗粒压制线的颗粒大小在 4 毫米以内，则认为是最佳的。

在原料进入制粒机之前，先将其轻轻蒸煮或短暂浸入水中。最后，在颗粒压制线上，这种“木粉”通过特殊矩阵的校准孔进行压制，该校准孔具有锥形形状。通道的这种配置有助于最大程度地压缩切碎的木材，当然还有它的急剧加热。同时，存在于任何含纤维素结构中的木质素物质可靠地将所有最小颗粒“粘在一起”，形成非常致密且耐用的颗粒。

在基质的出口处，用特殊的刀切割得到的“香肠”，得到所需长度的圆柱形颗粒。他们进入掩体，然后从那里进入完成的颗粒接收器。事实上，剩下的只是冷却成品颗粒并将它们装在袋子里。

各种生物燃料

生物燃料能源，尽管在前几节中列出的成分和生产技术方面存在缺陷，但已被使用。在人类活动的某些领域，它们取代了电力。甚至还有为住宅建筑、商业和工业场所供暖的整体生物燃料锅炉。

最广泛使用的生物燃料是：

• 液体;
• 难的。

让我们仔细看看它们中的每一个。

液体

它也是生物燃料的一种。

最适合生产生物燃料的作物之一是油菜籽。

能量载体根据以下方案生产：

• 收获的油菜籽经过精细清洁，从而去除杂物、土壤和其他异物；
• 再将植物原料粉碎、压榨得到饼；
• 然后发生菜籽油的酯化 - 在特殊酸和醇的帮助下，从这种物质中提取挥发性酯；
• 最后，从不需要的油杂质中纯化得到的生物柴油燃料。

液体燃料由油菜籽制成

此外，替代传统汽油的E-95生物燃料得到广泛应用。这种类型的能量载体由乙醇和添加剂组成，可减少对安装在汽车上的内燃机的金属和橡胶部件的腐蚀作用。

生物汽油的优点如下：

• 这种燃料的成本低于传统燃料；
• 使用时，增加机油和滤芯的使用寿命；
• 生物燃料的燃烧不会导致火花塞上形成防止火花通过的斑块；
• 使用生物汽油运行的内燃机不会将有害物质排放到大气中；
• 乙醇不易燃，交通事故时不会爆炸；
• 有机汽油在较低温度下引爆，因此汽车发动机在温暖季节不会过热。

有机汽油将有助于应对环境问题

尽管有上面列出的优点，但液体生物燃料有几个缺点，阻碍了其广泛应用于经济活动：

1. 当使用有机汽油时，内燃机和其他设备很快就会失效，因为构成自然能量载体的物质会腐蚀并损坏装置的橡胶垫圈。尚未找到对抗这种现象的有效方法。
2. 要想用生物燃料彻底替代化石燃料，就需要大幅度扩大农地面积，而这在目前是不可能的。此外，适合种植植物的土地面积有限。该问题的解决方案可以是尚未完成开发的第三代燃料。

坚硬的

除了液体生物燃料，固体有机能源载体也得到了全球消费者当之无愧的认可。

它们的特点如下：

1. 它们由各种生物来源的原材料制成。它既可以是人类和动物生命的有机废物，也可以是各种植物的一部分。
2. 生产固体生物燃料的技术过程的本质是有效利用某些分解纤维素的方法。目前正在进行大量研究，其目的是重复生物体消化道中发生的自然分裂过程。
3. 对于固体化石燃料的制造，使用的是所谓的生物量，它具有一定的稠度和比例。成品是通过从原料中去除水分并随后压制而获得的。

各种固体生物燃料

大多数情况下，固体能量载体以下列形式提供：

• 煤球；
• 颗粒;
• 颗粒。

生物柴油是如何制造的

生物柴油消费量的增长导致其生产设备的需求趋紧。一般来说，生物柴油生产技术有以下几种形式。首先，在去除杂质的植物油中加入甲醇和碱。后者在酯交换反应期间充当催化剂。之后，将所得混合物加热。由于沉降和随后的冷却，液体被分离成轻馏分和重馏分。事实上，轻馏分是生物柴油，而重馏分是甘油。在这种情况下，甘油是一种副产品，以后可用于生产洗涤剂、液体肥皂或磷肥。

早先使用的技术基于循环作用原理，存在诸多缺点，主要表现为工艺持续时间长、设备生产率低。

GlobeCore 的技术通过使用流体动力超声空化反应器实现生物柴油生产的流动原理。在这种情况下，不需要重复的酯交换反应，因此生物柴油生产过程的持续时间减少了数倍。

此外，使用流体动力超声空化反应器可以解决添加过量甲醇及其后续回收的问题。当使用空化技术时，反应只需要最少量的酒精，这严格对应于化学计量组成。

GlobeCore 基于流体动力空化技术生产生物柴油复合物，产能为每小时 1 至 16 立方米。根据客户的要求，可以制造更高生产率的设备。